精馏习题课

精馏习题课

例题1.一分离苯、甲苯的常压精馏塔，按以下三种方式冷凝(图1，图2，图3)，回流比均为2。

试比较：①温度1t 、2t 、3t 的大小；

②回流液浓度1L x 、2L x 、3L x 的大小； ③塔顶产品浓度1D x 、2D x 、3D x 的大小。

将以上参数分别按顺序排列，并说明理由。

例题2.用一连续精馏塔分离苯—甲苯混合液。进料为含苯0.4(质量分率，下同)的饱和液体，质量流率为1000kg/h 。要求苯在塔顶产品中的回收率为98%，塔底产品中含苯不超过0.014。若塔顶采用全凝器，饱和液体回流，回流比取为最小回流比的1.25倍，塔底采用再沸器。全塔操作条件下，苯对甲苯的平均相对挥发度为2.46，塔板的液相莫弗里(Murphree)板效率为70%,并假设塔内恒摩尔溢流和恒摩尔汽化成立。

试求：①塔顶、塔底产品的流率D 、W 及塔顶产品的组成x D ；

②从塔顶数起第二块板上汽、液相的摩尔流率各为多少； ③精馏段及提馏段的操作线方程；

④从塔顶数起第二块实际板上升气相的组成。

例题3.现成塔的操作因素分析：

①操作中的精馏塔，将进料位置由原来的最佳位置进料向下移动几块塔板，其余操作条件均不变（包括F 、x F 、q 、D 、R ），此时x D 、x W 将如何变化？

②操作中的精馏塔，若进料量增大，而x F 、q 、R 、V'不变，此时x D 、x W 将如何变化？

例题4.如图所示，组成为0.4的料液（摩尔分率，下同），以饱和蒸汽状态自精馏塔底部加入，塔底不设再沸器。要求塔顶馏出物浓度x D=0.93，x W=0.21，相对挥发度α=2.7。若恒摩尔流假定成立，试求操作线方程。

若理论板数可增至无穷，且F、x F、q、D/F不变，则此时塔顶、塔底产品浓度的比为多大？

精馏习题课答案

例题1.一分离苯、甲苯的常压精馏塔，按以下三种方式冷凝(图1，图2，图3)，塔顶第一板上升蒸汽浓度为含苯0.8(摩尔分率)，回流比均为2。

(1)采用全凝器冷凝，在塔顶及回流处插二支温度计，测得温度分别为0t 、1t ，问0t 、

1t 是否相等?为什么?并求0t 、1t 的值。

(2)在图1，图2，图3三种冷凝情况下，第一板浓度为1y 含苯0.8(摩尔分率)。

①比较温度1t 、2t 、3t 的大小；

②比较回流液浓度1L x 、2L x 、3L x 的大小；

③比较塔顶产品浓度1D x 、2D x 、3D x 的大小。将以上参数分别按顺序排列，并

说明理由。

(3)三种情况下精馏段操作线是否相同?在同一x y -图上表示出来，并将三种情况下

D x 、L x 、V x 的值在x y -图上表示出来。

已知阿托因常数如下

(阿托因方程为)/(lg 0

T C B A p +-=，其中P 单位为mmHg ，T 单位为℃)：

解：(1)0t >1t ,因为0t 是露点温度，1t 是泡点温度。有两种求法：

①图解法：在y x t --图上从x =0.8处作垂线与x t -线和y t -线分别交于a 、b 点(如图1.28所示

)

a 点对应温度为84.3℃，

b 点对应温度为89℃，即塔顶0t ＝89℃，回流液1t ＝84.3℃。 ②解析法：求塔顶温度，用露点方程试差：

设0t ＝89℃，组分A 为苯，组分B 为甲苯。代入阿托因方程得：

237.2208935

.120689740.6lg 0+-

=A p m m H g p A 6

.9910= 58.2198994.1343953.6lg 0

+-=B p m m H g p B 06.3960= =--⨯=--=)06.3966.991(760)06.396760(6.991)

()(0

00

0B A B A p p P p p p y 0.8 ∴ 塔顶露点温度0t ＝89℃

求回流液温度，用泡点方程试差：设1t ＝84.3℃

同理由阿托因方程得：mmHg p A 26.8630= m m H g p B 16.3390

=

mmHg x p x p p B B A A 76044.7582.016.3398.026.8630

0≈=⨯+⨯=+=

∴ 回流液温度1t ＝84.3℃

(2)比较三种冷凝情况下的t 、L t 、D x

① 132t t t >> ② 231L L L x x x >> ③ 132D D D x x x >>

分析：从y x t --图可得：132t t t >>；231L L L x x x >>

第一种情况：全凝器，L D x x =1

第二种情况：先部分冷凝(R=2)后全凝，由杠杆法则作图得12D D x x >。

第三种情况：从塔顶出来得轻组分的量相等，回流比皆为2，且231L L L x x x >>，由

物料衡算，132D D D x x x >>。

(3)求三种情况下的操作线及L x 、D x 、V y 的位置。

三条操作线的斜率相同。均为

3

2

1=+R R ，所以三条线平行，但顶点不同，I 线顶点为1a (8.0=y ，1L x x =)，Ⅱ线顶点2a (8.0=y ，2L x x =)；Ⅲ线顶点为3a (8.0=y ，3L x x =)。

2a 、3a 、1a 点的横坐标分别为三个回流液浓度231L L L x x x >>。2a 、3a 点作垂线交平衡

线于2b 、3b 。1a 、2b 、3b 的纵坐标分别为冷凝器上方气相浓度，123V V V y y y >>，塔顶产品浓度11V D y x =；22V D y x =而333L D V x x y >>。由物料领算定出3D x 以确定p 点的位置(图1.30所示)