化工原理 第9章 液体精馏 典型例题题解(2)

第1段：y
yn1
R x x D 第2段：操作线方程 R1 R1 Wxw L xn 得：所需理论板10块，自顶数第5块进料。 V V
2段
W , xw
例：2000年华东理工大学硕士入学考试试题
用连续精馏塔分离某双组分混合液，混合液中含易挥发组分 xF=0.4（摩尔分率，下同），原料以饱和液体状态加入塔中部，塔 顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度α=2 . 5 ，要求 塔顶产品浓度xD=0.8 ，塔顶易挥发组分的回收率η=0. 9 。塔釜间接 蒸汽加热。试求：（1）完成上述分离任务的最小回流比；
W , xw
第2段：操作线方程
V ' ' y F1 x f 1 L' ' x Dx D
Dx D Fx f L' ' y x V '' V ''
Wxw L 第3段：操作线方程 yn1 xn V V 得：所需理论板8块，自顶数第3块为F1进料，第6块 为F2进料。
（2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓 度的塔板上 两股原料混合后的组成xf F、q=1
y1
V0
L0
D
xD
xD
V
L
F
结论：冷回流时精馏段的操作线方程形式不变。
例： 有两股原料，一股为100kmol/h含苯0.6（摩尔分率，下同）和含甲苯0.4的 混合液。另一股为100kmol/h含苯0.2（摩尔分率，下同）和含甲苯0.8的混合液。 拟用精馏操作进行分离，要求馏出液含苯0.9 ，釜液含苯0.05 。塔顶设全凝器， 塔釜为水蒸气间接加热。操作回流比为2 。问下述两种方案哪种方案所需的理论 板数少？（1）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上； （2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上。 解： （1）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上
P
yA
例：平衡蒸馏与简单蒸馏的比较
将含苯为 0.7 （摩尔分数，下同），甲苯 0.3 的溶液加热汽化，汽 化率为 1/3 。已知物系的相对挥发度为 2.47 ，试计算：
（1）作平衡蒸馏时，汽相与液相产物的组成；
（2）作简单蒸馏时，汽相产物的平均组成及残液组成。 解： （1）平衡蒸馏 1 2
3 xF q 2/ 3 0.7 y x x q 1 q 1 2/ 3 1 2/ 3 1
解得： 30kmol / h B 70kmol / h T 2#塔物料衡算： B T W W B T 70 30 40kmol / h
D, x D
F , xF
1段
1# 2段 3段
T , xT
1段
2#
2段
B, x B
W , xw
L1 3T 3 30 90kmol / h T V2 L2 W 160 40 120kmol / h L2 L1 1 B 90 70 160kmol / h
L 1#塔： 1 RD 3 60 180kmol / h 1#塔虚线所围范围物料衡算：L2 T V2 B
2#塔： R L1 3
V2 L2 T B 280 30 70 240kmol / h
D, x D
F , xF
1段
1# 2段 3段
T , xT
V V0 1 q'L0 1 R'D 1 q' R' D
V D R' D R' D q' R' D D L R 1D
Dx D L y n1 x n V V Dx D RD xn R 1 D R 1D xD R xn R1 R1
r
2、冷回流时精馏段的操作线方程 形式不变，即
y1
V0
L0
y n1
xD R xn R1 R1
D
D
xD
xD
V
解： R' L0
L0 R' D
L
L 0 q' L0 q' R' D
L R R'q' D
F
V V0 1 q'L0 1 R'D 1 q' R' D
第9章 精馏 典型例题题解
总压、温度对相平衡的影响
蒸馏的压强增高，泡点升高， 相对挥发度减小，分离困难。
p0 A 0 pB
P
t
对于理想溶液
总之，蒸馏宜选用较低的操作压强，较低的操作温度（汽相、液相共存温度）， 有利于组分之间的分离。
0 p0 x A p 0 p 0 pB yA A A A 0 P P P pB
L' W L'W W W y x xw x xw 或 V' V' L'W L'W
W 0.3 L'W
0.3 x w 0.018
解得 xw=0.06
例2：双组分混合液，在一连续精馏塔中进行分离，已知料液泡点
ts=367k xF=0.45 xD=0.96 xw=0.05 R=1.50 L’/V’=1.50 ，料液 平均比热 Cp=158kJ/(kmol.k) ，平均汽化潜热 r=30400kJ/kmol
求：料液进塔时的温度 tF F x D x w 0.96 0.05 解: 2.25 D x F x w 0.45 0.05
F Rq L' L' RD qF D F F V ' L'W RD qF F D R q 1 D D
D, x D
F , xF
1段
1# 2段 3段
T , xT
1段
2#
2段
B, x B
W , xw
解：
Dx D Fx F
Fx F 100 0.6 D 0.90 60kmol / h xD 0.9
Fx F TxT Dx D Bx B F T D B
1#塔物料衡算：
1.50 2.25q 1.50 1.50 2.25q 1 2.25
r C p t s t F r
解得 q=1.02 q
30400 158 367 t F 1.02 30400
解得 tF=363k
例3：有如图的精馏流程，以回收二元理想混合物中的易挥发组分 A ，塔1和塔2的回流比都是3 ，加料、回流均为饱和液体。已知： xF=0.6 ,xD=0.9 ,xB=0.3 ,xT=0.5（均为摩尔分数），F=100kmol/h 。 整个流程可使易挥发组分A的回收率达90% 。试求： 1、塔2的塔釜蒸发量；2、写出塔1中间段（F~T)的操作线方程。
例1:某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下：
精馏段(rectifying section)：
提馏段(stripping section)：
R 0.8 R1
y 0.8 x 0.172
y 1.3 x 0.018
xD 0.172 R1
试求：原料液组成、馏出液组成、釜液组成、回流比。 解：
h / l om k0 8 2 0 0 1 0 8 1 F 1 1L 2L
1段
2#
2段
B, x B
W , xw
1#塔虚线所围范围易挥发组分物料衡算：
L2 x TxT V2 y BxB
F~T段操作线方程： y
L2 Tx Bx B x T V2 V2
数值代入，得： y 1.167x 0.025
xf F1 x f 1 F2 x f 2 F1 F2 0.4, F 200kmol / h
D, x D
D, x D
F1 , xF 1 F2 , x F 2
1段
2段
3段
W , xw
1段
F , xF
D 82.35kmol / h,W 200 82.35 117.65kmol / h
L RD 164.7kmol / h,V ( R 1) D 247.05kmol / h
q1 1, L' ' L q1 F1 264.7kmol / h,V ' ' V (1 q1 )F1 247.05kmol / h
q2 1, L L' 'q2 F2 364.7kmol / h,V V ' '(1 q2 )F2 247.05kmol / h
F
y0 y1 L V y0 x D
y0 y1 y y1 y x 1 0 y0 x D y0 x D y0
将操作线方程中的斜 率和截距用已知参数 表示出来
D VL L 1 V V V
例2：某精馏塔顶采用的是冷回流（即回流液的温度低于泡点温 度），其回流比为R’=L0/D （摩尔比，下同），而塔顶第一块板下 方的回流比即为塔内实际回流比为R（内回流），R=L/D ，试证明： 1、 R R' q'，其中回流液的热状态 : q' r C m , p Ts T 参数
R4
x D 0.86
或
y 0.8 x 0.172 yx
交点的横坐标 x=xD=0.86
因为是泡点进料
y 1.3 x 0.018 yx
y 0.8 x 0.172 y 1.3 x 0.018
交点的横坐标 x=xF=0.38
交点的横坐标 x=xw=0.06
W W y 1 xw x L'W L'W