宁波工程学院化工原理计算题

第五单元 精 馏

5-1．若苯－甲苯混和液在45℃时沸腾，总压为20.3kpa 。已知在45℃时，纯苯的饱和蒸气压kpa p 7.220=苯，纯甲苯的饱和蒸气压kpa p 6.70=甲苯。求其气液相的平衡组成及相对挥发度。

解：（1）平衡时苯的液相组成x 苯、气相组成y 苯

84.01

.157.126.77.226.73.20000==--=--=甲苯苯甲苯苯p p p p x 而94.084.03

.207.220=⨯=⋅=苯苯苯x p p y 因苯-甲苯可当作理想溶液，故相对挥发度为：

0.36.77.220

0≈==甲苯

苯

p p α 本题要求掌握泡、露点方程及其应用。

5-3．在一两组分连续精馏塔中，进入精馏段中某层理论板n 的气相组成y n ＋1为0.75，从该板流出的液相组成x n 为0.65（均为摩尔分数），塔内气液比V/L=2，物系的相对挥发度α为

2.5，求：1）回流比R ；2）流入该板的液相组成x n －1；3）从该板上升的蒸气组成y n 解：1）求R 由

211=+=R R V L （1分）可解出：2R ＝R ＋1，R ＝1

（2）求x n －1 ①由精馏段操作线方程111+++=

+R x x R R y D n n ，得265.02175.0D x ＋＝⨯ 解出x D ＝0.85（2分） ②因1

11+++=-R x x R R y D n n ，代入已知量得 2

85.021823.01+=-n x ，解出796.01=-n x 3）求y n

可用气液平衡方程由α、x n 求出y n

()823.065

.05.1165.05.211=⨯+⨯=-+⋅=n n n x x y αα 本题要求熟练运用操作线方程和平衡方程解决精馏过程有关计算问题。

5-4．在泡点进料下，某两组分连续精馏塔的操作线方程为：

精馏段：263.0723.0+=x y

提馏段： 1.250.0187y x =-

求：1）回流比；2）馏出液；3）釜残液的组成；4）原料液的组成。

解：1）求回流比R

由精馏段操作线方程263.0723.0+=x y 可知：

723.01

=+R R ∴R ＝2.61 2）馏出液组成x D ∵263.01

=+R x D ∴ 95.0=D x 1） 求W x

因W x 为提馏段操作线与对角线交点的横坐标，故联立两线方程： W x x y ==

0187.025.1-=x y

得：W x ＝0.075

4）求原料液组成x F

当泡点进料q ＝1，此时两操作线交点的横坐标即x F

263.0723.0+=F x y

0187.025.1+=F x y

得：535.0723

.025.10187.0263.0=-+=

F x

5-5．在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。已知原料液组成为0.6（摩尔分数，下同），馏

出液组成为0.9，釜残液组成为0.02。泡点进料。求：

1）求每获得1kmol/h 馏出液时的原料液用量F ；

2）若回流比为1.5，它相当于最小回流比的多少倍？

3）假设原料液加到加料板上后，该板的液相组成仍为0.6，则上升到加料板上的气相组成。（已知物系的平均相对挥发度为3）

解：

1） 求当D ＝1kmol/h 时F 为多少

由全塔物料衡算：

W W D F +=+=1

W D F x W x D x F ⋅+⋅=⋅

代入已知量可解得：W ＝0.52kmol/h ，F ＝1.52kmol/h 。

2）求R/R min ，已知3=m α

①泡点进料q ＝1，则x q ＝x F ＝0.6

②由气液平衡方程：

()818.06

.0216.0311=⨯+⨯=-+⋅=q m q m q x x y αα ③求R min ，376.06

.0818.0818.09.0min =--=--=q q q

D x y y x R ④求R/R min ，99.3376

.05.1/min ==R R （倍） 3）求上升到加料板上的气相组成

因加料板是提馏段第一层板，故所求量为y 2’

①5.115.1=⨯=⨯=D R L kmol/h

泡点进料q ＝1，已知F ＝1.52kmol/h ，W ＝0.52kmol/h ，x W ＝0.02，x F ＝0.6

① 提馏段操作线方程为：W m m x W qF L W x W qF L qF L y ⋅-+-⋅-++=

+''1， 代入已知量：52

.052.15.102.052.0'52.052.15.152.15.1'1-+⨯-⋅-++=+m m x y ， 00416.0'208.1'1-=+m m x y

③721.000416.06.0208.100416.0'208.1'12=-⨯=-=x y

5-6．在常压连续提馏塔中，分离两组分理想溶液，该物系平均相对挥发度为2.0。原料液流量为100kmol/h ，进料热状态参数q 为0.8，馏出液流量为60kmol/h ，釜残液组成为0.01（易挥发组分摩尔分率），试求；

1）操作线方程；

2）由塔内最下一层理论板下流的液相组成x N 。

解：本题为提馏塔，即原料由塔顶加入，一般无回流，因此该塔仅有提馏段。再沸器相当一层理论板。

1）操作线方程

此为提馏段操作线方程，即 w m m x V W x V L y '

-'''='+1 其中 L ′=L +qF =0+0.8×100=80kmol/h

V =D =60kmol/h

V ′=V +（q －1）F =60+（0.8－1）×100=40kmol/h

W =F －D =100－60=40kmol/h

故 01.0201.040

4040801-=⨯-'='+x x y m m 2）塔内最下一层理论板下降的液相组成x N ′

因再沸器相当一层理论板，故

()0198.001

.0101.0211=+⨯=-+='w w w x a ax y 因x N ′和y W ′呈提馏段操作线关系，即

0198

.001.02=-'='N W x y 解得 x N ′=0.0149

说明：提馏塔又称回收塔。当精馏目的是为了回收稀溶液中易挥发组分时，且对馏出液的浓度要求不高，不用精馏段已可达到要求，不需回流。从稀氨水中回收氨即是回收塔的一个例子。

5-7．在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物系的平均相对挥发度

为2.5。原料液组成为0.35（易挥发组分摩尔分率，下同），饱和蒸气加料。塔顶采出率F

D

为40%，且已知精馏段操作线方程为y =0.75x +0.20，试求：