3.多组分精馏及特殊精馏(5) 正版
第三章 多组分精馏
一、填空题 1、 仅在塔顶或塔釜出现的组分为（ ）。 2、 在多组分精馏过程中，全回流时所需理论板数（ ），在最小回流比下所需理论板数 （ ）。 3、 萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（ ）。 4、 恒沸精馏过程恒沸剂的加入不仅影响原溶液组分( )，同时与原溶液中的一个或几 个组分形成恒沸物，当形成最低温度的恒沸物时恒沸剂从塔（ ）出来。 5、 关键组分中，挥发度大的组分为（ ）；挥发度小的组分为（ ）。 6、 清晰分隔法的假设为（ ），（ ）。 7、 在多组分精馏过程中，由芬斯克公式计算的最少理论板数决定于两组分的分离要求和 （ ），与进料组成（ ）。 8、 萃取精馏是指原溶液加入新组分后不形成共沸物且S 沸点（ ），从（ ） 采出。 9、 多组分精馏中，关键组分是指（ ）的组分。 10、 常用吸附剂有（ ），（ ），（ ），（ ）。 二、单项选择题 1、 多组分精馏中，若轻重组分均为非分配组分，则恒浓区出现在：( ) (A) 精馏段和提馏段中部 (B) 精馏段中部和板下紧靠进料板处 (C) 板上仅紧进料板处和提馏段中部 (D) 板上、下紧靠进料板处 2、 对二元均相共沸物，s i P 相差增大，最低共沸物向哪个区移动：( ) (A) 高沸点组分多浓度区 (B) 低沸点组分多浓度区 (C) 高沸点组分低浓度区 (D) 低沸点组分低浓度区 3、 在均相恒沸物条件下，活度系数和压力关系为：( ) (A) 1221γγ=s s p p (B) 2121γγ=s s p p (C) 1221γγ≥s s p p (D) 2 121γγ≤s s p p 4、 多组分精馏中，若轻重组分均为分配组分，则恒浓区出现在:( ) (A) 精馏段和提馏段中部 (B) 精馏段中部和板下紧靠进料板处 (C) 板上仅紧进料板处和提馏段中部 (D) 板上、下紧靠进料板处 5、 萃取精馏塔内气液相流率的分布规律为:( ) (A) 从上到下气液相流率逐渐增大，液相流率远大于气相流率 (B) 从上到下气液相流率逐渐减小，液相流率远大于气相流率 (C) 从上到下液相流率增大，气相流率减小，液相流率小于气相流率 (D) 不确定 6、 下列不属于以压力差为推动力的膜分离技术为:( ) (A) 微滤 (B) 超滤 (C) 反渗透 (D) 渗析
化工原理-精馏
1. 已知精馏塔塔顶第一层理论板上的液相泡点温度为t1，与之平衡的气相露点温度为t2，而该塔塔底某理论板上的液相泡点温度为t3，与之平衡的气相露点温度为t4，则这四个温的大小顺序是______ ①t1 >t2 >t3＞t４②t1 < t2 < t3< t4 ③t1 =t2 >t3=t４④t1 =t2 < t3=t4 2．设计精馏塔时，若Ｆ、x f、x D、x W均为定值，将进料热状况从q=1变为q>1，但回流比取值相同，则所需理论塔板数将_______，塔顶冷凝器热负荷______ ，塔釜再沸器热负荷______。 ①变大，②变小，③不变，④不一定 3．连续精馏塔操作时，若减少塔釜加热蒸汽量，而保持馏出量Ｄ和进料状况（F, x f, q）不变时，则L/V______ ，L′/V′______，x D______ ，x W______ 。 ①变大，②变小，③不变，④不一定 4．精馏塔操作时，若Ｆ、x f、q，加料板位置、Ｄ和Ｒ不变，而使操作压力减小，则x D______，x w______。 ①变大，②变小，③不变，④不一定 5．操作中的精馏塔，保持F，x f，q，D不变，若采用的回流比R< R min，则x D ______，x w______。 ①变大，②变小，③不变，④不一定 6．用精馏方法将Ａ、Ｂ分离，N T=∞，当x f=0.4时，塔顶产品是_____，塔底是_____ 。当x f=0.8时，塔顶产品是_____。塔底是_____。（Ａ或Ｂ或ＡＢ） 7．某精馏塔,进料量为100kmol/h，x f=0.6，要求得到塔顶x D不小于0.9，则塔顶最大产量为________。 （塔高不受限制） ① 60kmol/h; ②66.7kmol/h; ③90kmol/h;④不能定 8. 精馏塔操作时,若操作从最佳位置上移二块,则 x D------------_。x w_-------------_。(↑、↓、=、不确定) X D↓，X w↑。 9. 某连续精馏塔，进料状态q=1,D/F=0.5,x f=0.4，回流比R=2，且知，提馏段操作线方程的截距为零。则提馏段操作线斜率L′/V′= _______ ；馏出液组成x D=______。 10．精馏塔操作时，保持F，x f，q，R不变，增加塔底排液量W，则x D_______ ，L/V_______ ，L′/V′_______ ，x w _______ 。（1）变小（2）变大（3）不变（4）不确定 11．某操作中的精馏塔，维持F、q 、X D、、V′不变，但X f增大，则D________ ，R ________ 。 （1）变小; (2 )变大; (3)不变; (4)不确定 12．全回流时，y-x图上精馏段操作线的位置_______D_______。 A.在对角线之上 B.在对角线与平衡线之间 C.在对角线之下 D.与对角线重合 填空题 1．简单蒸馏与平衡蒸馏的主要区别是____________________________________，简单蒸馏与间歇精馏的主要区别是 ____________________________________ 。2. 某泡点进料的连续精馏塔，已知其操作线方程分别为y=0.80x+0.172和y=1.2x-0.017, 则回流比R=_______,馏出液组成x D =_________,釜液组成x W =_________。 3. 若某精馏塔的回流比为R，塔顶轻组分的摩尔分率为x D，则该塔的精馏段操作线方程为 4. 精馏过程的操作线为直线，主要基于_____________________假设。 5. 在精馏操作中，已知回流比为R，塔顶、塔底产品浓度分别为x D、x w原料组成为x f，泡点进料，试作出精馏段和提馏段的操作线。
多组分精馏
第三章多组分普通精馏 概述 按被分离混合物中组分的数目可分为两组分精馏和多组分精馏。 工业生产中，绝大多数为多组分精馏，但两组分精馏的原理及计算原则同样适用于多组分精馏，只是在处理多组分精馏过程时更为复杂些，因此常以两组分精馏为基础。 精馏操作流程 精馏分离过程可连续操作，也可间歇操作。精馏装置系统一般都应由精馏塔、塔顶冷凝器、塔底再沸器等相关设备组成，有时还要配原料预热器、产品冷却器、回流泵等辅助设备。 图3-3精馏塔中物料流动示意图
精馏原理 工业上是将每个单级分离器做成一块；或在一个圆形的塔内装有一定高度的填料。板上液层或填料表面是汽液两相进行传热和传质的场所。 如图所示为一精馏塔。下面由加热釜(再沸器)供热，使釜中残液部分汽化后蒸汽逐板上升，塔中各板上液体处于沸腾状态。顶部冷凝得到的馏出液部分作回流入塔，从塔顶引人后逐板下流，使各板上保持一定液层。上升蒸汽和下降液体呈逆流流动，在每块板上相互接触进行传热和传质。原料液于中部适宜位置处加入精馏塔，其液相部分也逐板向下流入加热釜，汽相部分则上升经各板至塔顶。由于塔底部几乎是纯难挥发组分，因此塔底部温度最高，而顶部回流液几乎是纯易挥发组分，因此塔顶部温度最低，整个塔内的温度，由下向上逐渐降低。 双组分和多组分精馏的异同 第一节 设计变量 一、基本概念 （一）、公式（郭氏法） N ν——描述系统所需的独立变量数 N c ——各独立变量之间的约束数（这些变量之间可以列出的方程数以及给定的条 件 ∴N i = N ν－N c 相同点： 基本原理一致 主要工具相同：物料，衡算，热衡，相平衡 关系 不同点： 双组份常用图解法 多组份常用 简捷法 严格计算法（计算机算） c v i N N N -=
化工分离第三章教案讲义
第三章 多组分精馏 主要教学目标：通过本章的学习，使学生正确理解设计变量，掌握装置的设计变量计算，以及多组分简单精馏塔的计算等。 教学方法及教学手段：采用板书和教学课件及多媒体课件相结合，课堂上师生互动，采用启发式和提问式的教学方式，并且课堂上学习的表现记入学生的平时成绩。 教学重点及难点：多组分简单精馏塔的计算，设计变量，单元的设计变量，装置的设计变量。 在化工原理课程中，对双组分精馏和单组分吸收等简单传质过程进行过较详尽的讨论。然而，在化工生产实际中，遇到更多的是含有较多组分或复杂物系的分离与提纯问题。 在设计多组分多级分离问题时，必须用联立或迭代法严格地解数目较多的方程，这就是说必须规定足够多的设计变量，使得未知变量的数目正好等于独立方程数，因此在各种设计的分离过程中，首先就涉及过程条件或独立变量的规定问题。 多组分多级分离问题，由于组分数增多而增加了过程的复杂性。解这类问题，严格的该用精确的计算机算法，但简捷计算常用于过程设计的初始阶段，是对操作进行粗略分析的常用算法。 第一节 分离系统的变量分析 设计分离装置就是要求确定各个物理量的数值，但设计的第一步还不是选择变量的具体数值，而是要知道在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。 一、设计变量 1. 设计变量 ???-=：可调设计变量固定设计变量 a x c v i N N N N N : v N ：描述系统所需的独立变量总数。 c N ：各独立变量之间可以列出的方程式数和给定的条件，为约束关系数。 要确定i N ，需正确确定v N 和c N ，一般采用郭慕孙发表在AIchE J （美国化学工程师学会），1956（2）：240-248的方法，该法的特点是简单、方便，不易出错，因而一直沿用至今。 郭氏法的基本原则是将一个装置分解为若干进行简单过程的单元，由每一单元的独立变量数e v N 和约束数e c N 求出每一单元的设计变量数e i N ，然后再由单元的设计变量数计算出装置的设计变量数E i N 。在设计变量i N 中，又被分为固定设计变量x N 和可调设计变量a N ，x N 是指确定进料物流的那些变量（进料组成和流量）以及系统的压力，这些变量常常是由单元在整个装置中的地位，或装置在整个流程中的地位所决定，也就是说，实际上不要由设计者来指定，而a N 才是真正要由设计者
3.2 多组分精馏
3.2 多组分精馏 基本要求：掌握多组分精馏与双组分精馏的异同，多组分精馏的简捷算法；了解多组分复杂精馏和多组分精馏的精确算法及AspenPlus 软件。 重 点：多组分精馏简捷算法。 难 点：多组分精馏精确计算。 3.2.1 多组分精馏过程分析 精馏是化工生产中广泛应用的单元操作之一。它利用液体混合物中各组分挥发度的差异使其得到分离。 在《化工原理》课程中对双组分液态混合物的精馏进行了讨论，但是在实际出产中所遇到的待进行精馏分离的液态混合物往往为多组分。 【实例】聚苯乙烯原料――苯乙烯的精制 聚合反应一般要求单体的纯度很高，这里要求苯乙烯含量大于98％。苯乙烯的制备过程：先由乙烯与苯反应生成乙苯，再由乙苯脱氢得到苯乙烯： CH 2=CH 2 + CH 2－CH 3 (乙苯) －H 2 CH 2－CH 3 CH ＝CH 2 （苯乙烯） 在粗产品中，除主要含有苯乙烯外，还有苯、甲苯、乙苯和焦油等组分，不能满足聚合反应对单体的纯度要求，所以要对多组分的粗苯乙烯进行精馏分离。 因此，研究多组分精馏更具有实际意义。 多组分精馏就是本节要讨论的内容，是本课程的重点之一。 双组分精馏我们已经比较熟悉，为了研究多组分的精馏，我们先比较一下多组分精馏与双组分精馏的异同，以便我们对多组分精馏有个基本的认识。 一. 多组分精馏与双组分精馏的异同 （一）相同点（两者的共性） 两者均为精馏，因此有许多共同点。 1.分离依据相同——各组分挥发度的差异（沸点的差异、饱和蒸汽压的差异） 只有混合物中各组分的挥发度（沸点）不同才能通过精馏来分离。易挥发（沸点低）的组分在塔顶馏出液中含量较高，难挥发（沸点高）的组分在塔釜液中含量较高。 2. 分离原理相同——多次部分汽化、多次部分冷凝
双组分连续精馏过程的物料衡算.doc
第四节 双组分连续精馏过程的物料衡算 一、理论板的概念及恒摩尔流假定 1．理论板的概念 理论板—离开该塔板的蒸汽和液体互成平衡。 2．恒摩尔流假定 恒摩尔流：指在精馏塔内，无中间加料或出料的情况下，每层塔板上升蒸汽的摩尔流量相等（恒摩尔气流），每层塔板下降液体的摩尔流量也相等（恒摩尔液流）。 （1）恒摩尔气流（气化） 精馏段： 提馏段： ? 注意:V 不一定等于V ' V--精馏段上升蒸汽的摩尔流量， kmol/h; V '--提馏段上升蒸汽的摩尔流量， kmol/h （2）恒摩尔液流（溢流） 精馏段： 提馏段： 注意：L 不一定等于' L L —精馏段任一塔板下降液体流量，kmol/h L '—提馏段任一塔板下降液体流量，kmol/h 若恒摩尔流动假设成立，则有1kmol 蒸汽冷凝，同时就必须有1kmol 的液体气化。 满足恒摩尔流的条件： （1）两组分的摩尔汽化潜热相等；（2）两相接触因两相温度不同而交换的显热可忽略不计；（3）塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。 二、物料衡算和操作线方程 1．全塔物料衡算 常数=====V V V V Λ321常数 =====''3'2'1V V V V Λ常数=====L L L L Λ321常数 ====='' 3' 2'1L L L L Λ
设：F 、D 、W ——kmol/h x F 、x D 、x W ——摩尔分数 连续稳定操作，故： 总物料： 易挥发组分： 塔顶采出率： ； 塔底采出率： 塔顶易挥发组分回收率 塔底难挥发组分回收率 【例题7-3】 2．操作线方程 （1）精馏段操作线方程 令D L R = 为回流比 精馏段操作线方程 W x ???+=+=W D F Wx Dx Fx W D F W D W F x x x x F D --=)(W D F D x x x x F W --=)(W D W F x x x x F D --=W D F D x x x x F W --=%100A ?=F D Fx Dx η%100)1()1(B ?--=F W x F x W η???+=+=+D n n Dx Lx Vy D L V 1D n n x D L D x D L L y +++= +11 11+++= +R x x R R y D n n