精馏习题课

液体精馏习题课

主要掌握的内容

1.相对挥发度定义;

2.理想溶液的相平衡方程;

3.物料衡算式;

4.三条操作线方程;

5.热状态参数的确定;

6.回流比与最小回流比的计算

7.理论塔板数计算,图解法,逐板计算法, 捷算法.

液体精馏一章主要知识点联系图

主要内容

1. 二元物系的气液相平衡关系

理想物系

含义：指由理想气体与理想溶液构成的物系。它满足理想气体状态方程、道尔顿分压定律和拉乌尔定律。

拉乌尔定律

相对挥发度

/1/1A A A B B B p x y x p x y x

ναν-=

==⋅-

(9-1)

11y x

y x

α-=⋅- (气相服从道尔顿分压定律)

相对挥发度α愈是大于1 ，则y 愈是大于x ，物系愈容易分离。 ● 泡点方程x -t

o

B o

o

A B p p x p p -=-

(9-2)

● 露点方程y -t

o A B

A A B

p p p y p p p -=⋅-

(9-3)

● 相平衡方程y-x

()11x

y x αα=

+-

(9-4)

● t -y (x )相图

两端点A 与B ：端点A 代表纯易挥发组分

A(x =1)，端点B 代表纯难挥发组分B(x =0)。

两线：t -x 线为泡点线，泡点与组成x 有关；t-y 线为露点线，露点与组成y 有关。

3区：t -x 线以下为过冷液体区；t-y 线以上为过热蒸汽区；在t-x 与t -y 线之间的区域为气液共存区，只有体系落在气液共存区才能实现一定程度的分离。

溶液于同一组成下的露点总是高于泡点。

对于理论板，离开该板的气液两相温度相等，即露点等于泡点，但两相组成不等，呈平衡关系。

温度t

组成x(y )

1

1

B

A

1.0

1.0

y 总压恒定

y 1

y 2

x 1x 2t 2

t 1

图9-2 双组分理想溶液的温度组成图 图9-3 双组分理想溶液的

气液平衡组成图

y-x相图

①相平衡曲线y-x必位于对角线y=x上方

②y-x曲线上各点对应不同的温度。x、y 值越大，泡、露点温度越低，如图9-2所示则t1>t2。

③y-x曲线受总压变化的影响不显著。

2. 平衡蒸馏

(1) 特点

连续、定态，分离程度不高。

3. 简单蒸馏

(1) 特点：间歇、非定态，每一瞬时的气相组成y与液相组成x呈平衡。

4. 连续精馏

(1) 理论板:它是一个气、液两相皆充分混合而且传热与传质过程的阻力皆为零的理想化板。离开理论板的气液两相，温度相等，组成互为平衡。

(2) 恒摩尔流假设

对于无加料无出料的塔段，离开各板的上升

蒸汽摩尔流率相等，离开各板的下降液相流率相等，对简单精馏塔有

精馏段：1

n n

V V V +==，1

n n L L L -== 提馏段：1n n V V V +==，1

n n L L L -== 假设成立条件：

组分的摩尔气化潜热相等；

气液两相接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；

设备保温良好，热损失可以忽略。 (3) 加料热状态参数q

每千摩尔原料由进料况变为饱和蒸汽所需的冷量原料的千摩尔汽化潜热=

F

I i L L q F I i

--==-

qF L L +=

(9-17)

F q V V )1(--=

(9-18)

(4) 5种进料热状态：

过冷液体 F F S P F )]([r t t c r q -+= 1>q V V

> L L >

饱和液体 1=q V

V

= F L L +=

气液混合物 10<

饱和蒸汽 0=q V V

< L L = 过热蒸汽 0

<

L L <

(5) 全塔物料衡算

W D F +=

(9-19)

W D F Wx Dx Fx +=

(9-20)

塔顶产品采出率 W

D W

F x x x x F D --=

(9-21)

塔釜产品采出率 D

F D W

x x W

F x x -=-

(9-22)

易挥发组分回收率 D F

Dx Fx η=

(9-23)

难挥发组分回收率 (1)

w F

Wx

F x η=- (9-24)

(6) 精馏段物料衡算

11D D 1

+++=+=+R x x R R

x V D x V L y n n n

(9-25)

/R L D

=

(9-26) L RD

= (9-27)

()1V R D

=+

(9-28)

(7) 提馏段物料衡算

1

(1)(1)(1)n n W n L W RD qF F y x x x V V R D q F R D

++=-=-+--+ (9-29)

(8) 进料线方程(q 线方程)

11F --

-=q x x q q

y

(9-30)

(9) 理论板的增浓度

板上组成点A ),(1

n

n y x -、板下组成点C ),(1

+n n

y x 位于操作线上，而离开板n 的组成点B ),(n

n

y x 位于平衡线上，将点A 、B 、C 连接起来将得到一个梯级。直角梯级ABC 的含义为：

AB 边表示下降液体经过第n 板后重组分增浓程度(即轻组分浓度由1

-n x 减小至n

x )；