化工原理下1.6 特殊精馏、习题练习
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o A
1343.94 lg p 6.078 t 219.58
o B
需求 tD、tW
采用试差法求 tD和 tW
已知 p 101 .3 kPa
露点计算
y1 xD 0.98
tD 81.1 ℃
15
已知 p 101 .3 kPa
泡点计算
xW 0.055
104.64 αD 2.579 40.58
V ( R 1) D (2.454 1) 39.43 136.2kmol / h
22.4V Tm 22.4 136.2 273.15 87.8 Vs 1.12 m3 / s 3 600 T0 3 600 273.15
4Vs 4 1.12 D 1.296 m πu 3.14 0.85
221.59 αW 2.359 93.94
tW 107.8 ℃
αm 2.469
16
2.469 0.42 yq 0.641 1 (2.469 1) 0.42
Rmin 0.98 0.641 1.534 0.641 0.42
R 1.6 1.534 2.454
④ 经济、安全 。
2
乙醇（E）—水（W）共沸液，夹带剂苯（S）
EW 恒沸液(78.15OC, E 0.894, W 0.106，常压、摩尔分率，下同) EWS恒沸液(64.85OC，E 0.228，W 0.233，S 0.539)
EW共沸物
EWS共沸物
EWS共沸物
ES(少量W）
S
EW共沸物
恒 沸 塔
25
课堂讨论：蒸馏综合练习题
提馏段操作线方程为
yn1 1.445xn 0.024 5 yn 1.445 0.27 0.024 5 0.366 yn1 1.445 0.23 0.024 5 0.308
0.23 2.469 y 0.424 1 (2.469 1) 0.23
7
本章重点掌握的内容 ① 两组分理想物系的气液平衡关系。 ② 精馏过程的原理。 。 ③ 两组分连续精馏的计算： a)理论板与恒摩尔流的概念； b)物料衡算与操作线方程； c)进料热状况的影响； d)理论板层数的计算； e)回流比的影响及选择； f)塔板效率； g)简捷法求理论板层数。
8
课堂讨论：蒸馏综合练习题
Z (24 1) 0.45 10.35m
18
2.求 D (1)按精馏段计算 定性温度 tD tF tm 2 (2)采用试差法求 tF
需求 tF
泡点计算
已知
p 101 .3 kPa xF 0.42
tF 94.5 ℃
19
81.1 94.5 tm 87.8 ℃ 2
4.求 EMV
EMV
xn1 0.270
yn yn 1 * y n yn 1
第 n 板在提馏段
xn 0.230
L W yn 1 xn xW V V
L L F 2.454 39.43 100 196.8 kmol / h
V V 136.2 kmol / h
Rmin
泡点进料
x百度文库 yq yq xq
xq xF
13
yq
αxq 1 (α 1) xq
需求 α (αm )
αm = αD αW
p αD ( ) p p αW ( ) p
o A o D B o A o W B
o o pA、pB 需求
14
1206.35 lg p 6.023 t 220.24
解出
D 39.43 kmol / h W 60.57 kmol / h FxF DxD WxW
100 0.42 0.98 39.43 60.57xW xW 0.055 解出
12
1.求 Z 分析
Z ( NP 1) HT
需求 NT
NT NP 100% ET 用简捷法求 NT，需求 Rmin和 Nmin
在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。
原料液流量为100 kmol/h，组成为0.42（苯的摩
尔分率，下同）；泡点进料；塔顶采用全凝器， 泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.6倍； 要求馏出液组成为0.98，苯的回收率为92％；全 塔效率为52％；空塔气速近似取为0.85 m/s；塔
板间距为450 mm。现场测得一组操作数据如下：
xn-1=0.270， xn=0.230
9
试求：
1. 精馏塔的有效高度； 2. 精馏塔的直径； 3. 再沸器和全凝器的热负荷； 4. 第 n 块塔板的板效率。
注： ① 计算中忽略塔板压降；
② 苯和甲苯的安托尼常数见习题 1 附表； ③ 苯的汽化潜热： 393.9 kJ/kg 甲苯的汽化潜热： 363.0 kJ/kg
20
(3)按提馏段计算 定性温度
tF tW 94.5 107.8 tm 101.2 ℃ 2 2
V V 136.2 kmol / h
22.4V Tm 22.4 136.2 273.15 101.2 Vs 1.16 m3 / s 3 600 T0 3 600 273.15
10
QC
R 1.6Rmin
F 100 kmol / h
q 1
xF 0.42
ET 52% u 0.85 m/s H T 0.45m xn1 0.270 xn 0.230
ηD 92% xD 0.98 D
QB
11
W
xW
解: 先进行物料衡算
DxD 0.98D ηD 100% 100% 92% FxF 100 0.42
（2）第三组分选择范围 恒沸精馏：与被分离组分形成最低恒沸物，选择相对难。 萃取精馏：选择范围要广得多。
6
（3）能量消耗 恒沸精馏： 挟带剂以气态离塔，消耗的潜热较多。 萃取精馏：萃取剂基本不汽化，较经济。
（4）灵活性 在萃取精馏中，萃取剂加入量的变动范围较大， 操作较灵活，易控制。
（5）操作方式 萃取精馏：不宜简单地用于间歇操作。 恒沸精馏：无此限制。 （6）操作温度 对于相同的物料，恒沸精馏的操作温度低于萃取 精馏，适于分离热敏性物料。
0.98 1 0.055 lg 1 0.98 0.055 1 6.453 lg 2.469
N min
17
R Rmin 2.454 1.534 0.266 R 1 2.454 1
查吉利兰图得
N N min 0.415 NT 12.45 N 2 12.45 NP 23.94 24 0.52
23
QB V rWm QL
QL 0.2QB
rWm 0.055 78 393.9 0.945 92 363.0 33 249.1 kJ / kmol
QB 136.2 33249.1 0.2QB
QB 5.661106 kJ / h
24
课堂讨论：蒸馏综合练习题
EW(少量S）
E
苯 回 收 塔
EW
乙 醇 回 收 塔
W
3
1.7.2 萃取精馏 原理：向混合液中加入萃取剂，改变原组分 的挥发度。
对萃取剂的基本要求：
（1）选择性强；
（2）溶解度大； （3）挥发性小； （4）其它经济、安全要求。
苯（B，沸点80.1℃）、环己烷（H，沸点80.73℃） 萃取剂（糠醛，沸点较高）
21
D
4Vs πu
4 1.16 1.319 m 3.14 0.85
取较大者并圆整得
D 1 400mm
22
3.求 QC、QB
QC VrDm
rDm 0.98 78 393.9 0.02 92 363.07
30 777.6 kJ / kmol
QC 136.2 30 777.6 4.192 106 kJ / h
1.7 恒沸精馏和萃取精馏
当体系的相对挥发度很小或二元 体系的两组分形成共沸物时用普通蒸 馏无法进一步分离此时需要用特殊蒸 馏,如：
恒沸精馏与萃取精馏
1
1.7.1 恒沸精馏（共沸精馏）
原理：加入第三组分（夹带剂）与原料液中的一
种或两组分形成共沸液，然后用普通精的方法
分离的操作。 对挟带剂的基本要求 ① 能形成最低恒沸物，且与塔底组分之间有较大 的相对挥发度； ② 恒沸物中挟带剂的组成要小，降低挟带剂用量； ③ 恒沸物本身应易于分离；
环己烷
苯、环己烷
萃 取 精 馏 塔
苯 糠醛 回 收 苯、糠醛 塔
苯
糠醛
5
恒沸精馏和萃取精馏的比较 ：
（1）原理 两种精馏都是在被分离的溶液中加入第三组分以改变 原溶液中各组分的相对挥发度而实现分离的。 若加入的第三种组分与原溶液中某一或两个组分形成 最低共沸物，从塔顶蒸出就称为恒沸精馏。 若加入的第三种组分不与原溶液中某一或两个组分形 成共沸物，仅改变各组分之间的相对挥发度，第三组分随 高沸点液体从塔底出来则称为萃取精馏。
* n
EMV
0.366 0.308 0.5 0.424 0.308
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作业题
17
1343.94 lg p 6.078 t 219.58
o B
需求 tD、tW
采用试差法求 tD和 tW
已知 p 101 .3 kPa
露点计算
y1 xD 0.98
tD 81.1 ℃
15
已知 p 101 .3 kPa
泡点计算
xW 0.055
104.64 αD 2.579 40.58
V ( R 1) D (2.454 1) 39.43 136.2kmol / h
22.4V Tm 22.4 136.2 273.15 87.8 Vs 1.12 m3 / s 3 600 T0 3 600 273.15
4Vs 4 1.12 D 1.296 m πu 3.14 0.85
221.59 αW 2.359 93.94
tW 107.8 ℃
αm 2.469
16
2.469 0.42 yq 0.641 1 (2.469 1) 0.42
Rmin 0.98 0.641 1.534 0.641 0.42
R 1.6 1.534 2.454
④ 经济、安全 。
2
乙醇（E）—水（W）共沸液，夹带剂苯（S）
EW 恒沸液(78.15OC, E 0.894, W 0.106，常压、摩尔分率，下同) EWS恒沸液(64.85OC，E 0.228，W 0.233，S 0.539)
EW共沸物
EWS共沸物
EWS共沸物
ES(少量W）
S
EW共沸物
恒 沸 塔
25
课堂讨论：蒸馏综合练习题
提馏段操作线方程为
yn1 1.445xn 0.024 5 yn 1.445 0.27 0.024 5 0.366 yn1 1.445 0.23 0.024 5 0.308
0.23 2.469 y 0.424 1 (2.469 1) 0.23
7
本章重点掌握的内容 ① 两组分理想物系的气液平衡关系。 ② 精馏过程的原理。 。 ③ 两组分连续精馏的计算： a)理论板与恒摩尔流的概念； b)物料衡算与操作线方程； c)进料热状况的影响； d)理论板层数的计算； e)回流比的影响及选择； f)塔板效率； g)简捷法求理论板层数。
8
课堂讨论：蒸馏综合练习题
Z (24 1) 0.45 10.35m
18
2.求 D (1)按精馏段计算 定性温度 tD tF tm 2 (2)采用试差法求 tF
需求 tF
泡点计算
已知
p 101 .3 kPa xF 0.42
tF 94.5 ℃
19
81.1 94.5 tm 87.8 ℃ 2
4.求 EMV
EMV
xn1 0.270
yn yn 1 * y n yn 1
第 n 板在提馏段
xn 0.230
L W yn 1 xn xW V V
L L F 2.454 39.43 100 196.8 kmol / h
V V 136.2 kmol / h
Rmin
泡点进料
x百度文库 yq yq xq
xq xF
13
yq
αxq 1 (α 1) xq
需求 α (αm )
αm = αD αW
p αD ( ) p p αW ( ) p
o A o D B o A o W B
o o pA、pB 需求
14
1206.35 lg p 6.023 t 220.24
解出
D 39.43 kmol / h W 60.57 kmol / h FxF DxD WxW
100 0.42 0.98 39.43 60.57xW xW 0.055 解出
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1.求 Z 分析
Z ( NP 1) HT
需求 NT
NT NP 100% ET 用简捷法求 NT，需求 Rmin和 Nmin
在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。
原料液流量为100 kmol/h，组成为0.42（苯的摩
尔分率，下同）；泡点进料；塔顶采用全凝器， 泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.6倍； 要求馏出液组成为0.98，苯的回收率为92％；全 塔效率为52％；空塔气速近似取为0.85 m/s；塔
板间距为450 mm。现场测得一组操作数据如下：
xn-1=0.270， xn=0.230
9
试求：
1. 精馏塔的有效高度； 2. 精馏塔的直径； 3. 再沸器和全凝器的热负荷； 4. 第 n 块塔板的板效率。
注： ① 计算中忽略塔板压降；
② 苯和甲苯的安托尼常数见习题 1 附表； ③ 苯的汽化潜热： 393.9 kJ/kg 甲苯的汽化潜热： 363.0 kJ/kg
20
(3)按提馏段计算 定性温度
tF tW 94.5 107.8 tm 101.2 ℃ 2 2
V V 136.2 kmol / h
22.4V Tm 22.4 136.2 273.15 101.2 Vs 1.16 m3 / s 3 600 T0 3 600 273.15
10
QC
R 1.6Rmin
F 100 kmol / h
q 1
xF 0.42
ET 52% u 0.85 m/s H T 0.45m xn1 0.270 xn 0.230
ηD 92% xD 0.98 D
QB
11
W
xW
解: 先进行物料衡算
DxD 0.98D ηD 100% 100% 92% FxF 100 0.42
（2）第三组分选择范围 恒沸精馏：与被分离组分形成最低恒沸物，选择相对难。 萃取精馏：选择范围要广得多。
6
（3）能量消耗 恒沸精馏： 挟带剂以气态离塔，消耗的潜热较多。 萃取精馏：萃取剂基本不汽化，较经济。
（4）灵活性 在萃取精馏中，萃取剂加入量的变动范围较大， 操作较灵活，易控制。
（5）操作方式 萃取精馏：不宜简单地用于间歇操作。 恒沸精馏：无此限制。 （6）操作温度 对于相同的物料，恒沸精馏的操作温度低于萃取 精馏，适于分离热敏性物料。
0.98 1 0.055 lg 1 0.98 0.055 1 6.453 lg 2.469
N min
17
R Rmin 2.454 1.534 0.266 R 1 2.454 1
查吉利兰图得
N N min 0.415 NT 12.45 N 2 12.45 NP 23.94 24 0.52
23
QB V rWm QL
QL 0.2QB
rWm 0.055 78 393.9 0.945 92 363.0 33 249.1 kJ / kmol
QB 136.2 33249.1 0.2QB
QB 5.661106 kJ / h
24
课堂讨论：蒸馏综合练习题
EW(少量S）
E
苯 回 收 塔
EW
乙 醇 回 收 塔
W
3
1.7.2 萃取精馏 原理：向混合液中加入萃取剂，改变原组分 的挥发度。
对萃取剂的基本要求：
（1）选择性强；
（2）溶解度大； （3）挥发性小； （4）其它经济、安全要求。
苯（B，沸点80.1℃）、环己烷（H，沸点80.73℃） 萃取剂（糠醛，沸点较高）
21
D
4Vs πu
4 1.16 1.319 m 3.14 0.85
取较大者并圆整得
D 1 400mm
22
3.求 QC、QB
QC VrDm
rDm 0.98 78 393.9 0.02 92 363.07
30 777.6 kJ / kmol
QC 136.2 30 777.6 4.192 106 kJ / h
1.7 恒沸精馏和萃取精馏
当体系的相对挥发度很小或二元 体系的两组分形成共沸物时用普通蒸 馏无法进一步分离此时需要用特殊蒸 馏,如：
恒沸精馏与萃取精馏
1
1.7.1 恒沸精馏（共沸精馏）
原理：加入第三组分（夹带剂）与原料液中的一
种或两组分形成共沸液，然后用普通精的方法
分离的操作。 对挟带剂的基本要求 ① 能形成最低恒沸物，且与塔底组分之间有较大 的相对挥发度； ② 恒沸物中挟带剂的组成要小，降低挟带剂用量； ③ 恒沸物本身应易于分离；
环己烷
苯、环己烷
萃 取 精 馏 塔
苯 糠醛 回 收 苯、糠醛 塔
苯
糠醛
5
恒沸精馏和萃取精馏的比较 ：
（1）原理 两种精馏都是在被分离的溶液中加入第三组分以改变 原溶液中各组分的相对挥发度而实现分离的。 若加入的第三种组分与原溶液中某一或两个组分形成 最低共沸物，从塔顶蒸出就称为恒沸精馏。 若加入的第三种组分不与原溶液中某一或两个组分形 成共沸物，仅改变各组分之间的相对挥发度，第三组分随 高沸点液体从塔底出来则称为萃取精馏。
* n
EMV
0.366 0.308 0.5 0.424 0.308
26
作业题
17