化工原理蒸馏例题

(I I )(I I )
V
L
L
F
r C t
m
pm
I I
V
L
I I
V
L
r m
⑦过热蒸气进料
C (t t ) 1 pm B F
r
q
I V
I F
(I

F

I V
)


C (t pm F
t ) B
m
I I
I I
r
V
L
V
L
m
例：在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇0.4与 水0.6（摩尔分率）的溶液，进料的热状况参数为 1.1，原料液流量为100kmol/h，要求塔顶易挥发组 分的回收率不低于0.94，釜液组成为0.04（以上均 为易挥发组分的摩尔分率），回流比为2.5，试求 产品的流量、精馏段和提馏段的操作线方程及提馏 段上升的蒸汽流量。假设气液相均为恒摩流动。
解:F(1) D
W

100 km
ol h
FxF Dx D WxW
(DxD ) (FxF ) 0.94





W
D
4600kkmmoollhh

xD 0.94
(2)精馏段操作线方程:
yn1

R R1
xn

1 R1
xD

2.5 2.5 1
xn

0.94 2.5 1
苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。试
求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩
尔分率表示。
解：进料组成：xF

40
40 78 78 60
92

0.44
釜残液组成：xW

2
2 78 78 95
92

0.0235
平均分子量：MF 0.44 78 0.56 92 85.8 kg kmol
0.5 0.411

1.505
1 1
F
1.505
0.676
在相同的原料液浓度及相同釜液的条件下，简单蒸馏 所得到的馏出液浓度高于平衡蒸馏，而平衡蒸馏的优点是 连续操作，但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。
例:将15000kg/h含苯40%（质量分率）和甲苯60%的
溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含
yn 和 xn 成平衡
yn

1
xn ( 1) xn

2.5 0.65 1 1.5 0.65

0.823
②求 x n1 由第n板的物料衡算可得：
V ( yn1 yn ) L( xn1 xn )
2(0.823 0.75) xn1 0.65 xn1 0.796
(4) L V W
V L W 210 60 150kmol h
另 V V (1 q)F
V V (1 q)F (L D) (1 q)F (100 40) (1 1.1)100 150kmolh
原料液流量：F 1500 85.8 175.0 kmol h
已知： A

Dx D FxF
0.971
Dx D 0.971175 0.44 全塔物衡：D W F 175
Dx D WxW FxF
D 80.0km ol h W 95.0km ol h xD 0.935
例：在一两组份连续精馏塔中，进入精馏塔中第n层 理论板的气相组成为0.75，从该板流出的液相组成为 0.65(均为摩尔分数)，塔内气液比V/L＝2，物系的相 对挥发度为α＝2.5，求：①从该板上升的蒸汽组成； ②流入该板的液相组成；③回流比R。
解: ①已知 yn1 0.75， xn 0.65，
③ ∵ L RD
L R 1 V R1 2
方法2：
V (R 1)D
R1
∵ yn 和 xn1 满足精馏段操作线关系。
R
1
yn R 1 xn1 R 1 xD

1 2

xn1

xD 2

0.823
但 yn1 和 xn 满足精馏段操作线关系。
R
1
yn1 R 1 xn R 1 xD
①如已知进料中，蒸汽量:液体量＝3:1
②原料的液化率为1/3
q 1 3
q 1 4
③每千摩尔原料液变成饱和蒸汽所需热量等于原料
液的千摩尔汽化潜热的1.2倍。
q 1.2r 1.2 r
④饱和蒸汽进料(露点进料) q 0 ⑤饱和液体进料(泡点进料） q 1
⑥冷液进料
I I q V F

0.714xn

0.269
(3)

L D

R

2.5

L

2.5

40

100 km
ol
h
L L qF 100 1.1100 210kmol h
提馏段操作线方程:
y L x W x 1.4x 0.016
m1 L W m L W W
m
因为汽化率f=0.4，q=0.6 物料衡算式为：
y

q q 1
x

xF q 1

0.6 0.6 1
x

0.5 0.6 1
1.5x 1.25
x 0.411, y 0.634
2）简单蒸馏中了时的釜液浓度与平衡蒸馏来自百度文库相同
x2 0.411
ln F W


1 1
ln
x1 x2


ln
1 1
x2 x1


1 2.47
ln
0.5 0.411

2.47
ln
1 0.411 1 0.5
0.4088
F 1.505 W
设馏出液的平均组成为 y
Dy Fx1 Wx2
y Fx1 Wx2 F W

x1
W F
x2
1 W
即：DxD 0.0235W 175 0.44
已知某精馏塔精馏段的操作线方程为
yn1 0.723xn 0.263 ，求回流比和塔顶馏出液组 成。
0.723 R R1
R 2.61
1 0.263 R 1 xD
xD 0.95
例：求下列各种进料状况对应的q值。
例1：在常压下对苯与甲苯二元理想溶液分别进行平衡蒸 馏与简单蒸馏。若原料液中苯的浓度为0.5（摩尔分率）。 物系的相对挥发度为2.47。试求：
1）用平衡蒸馏方法分离，当汽化率为 0.4时，釜液与馏 出液的组成。
2）用简单蒸馏方法分离，使釜液浓度与平衡蒸馏相同， 所得馏出物中苯的平均组成。
解：1） y x 2.47x 1 ( 1)x 1 1.47x