化工原理精馏习题.doc

第六章蒸馏本章学习要求1、掌握的内容(1)双组分理想物系的气液平衡,拉乌尔定律、泡点方程、露点方程、气液相平衡图、挥发度与相对挥发度定义及应用、相平衡方程及应用;(2)精馏分离的过程原理及分析;(3)精馏塔物料衡算、操作线方程及q线方程的物理意义、图示及应用; 2、熟悉的内容(1)平衡蒸馏和简单蒸馏的特点;(2)精馏装置的热量衡算;(3)理论板数捷算法(Fenske方程和Gilliand关联图);(4)非常规二元连续精馏塔计算(直接蒸汽加热、多股进料、侧线采出、塔釜进料、塔顶采用分凝器,提馏塔等)。3、了解的内容(1)非理想物系气液平衡;(2)间歇精馏特点及应用;(3)恒沸精馏、萃取精馏特点及应用。例6-6在一连续常压精馏塔内分离苯-甲苯混合液,气液平衡关系如附图所示,已知xF=(摩尔分率,下同),xD=,xW=,D=40kmol/h,操作回流比R=。试求:在以下两种情况下,精馏过程所需的理论板数及精馏段及提馏段内气液两相流量。1物料在20℃进入塔内;2物料在汽液混合状态进料,液汽比为3:1(摩尔比),已知原料液的泡点温度为95℃,/(kmol?K),?104kJ/kmol。解(1)物料衡算:两式联立得  F=100kmol/h W=60kmol/h当物料20℃进入塔内时,热状态参数为精馏段内气液两相流量为提馏段内气液两相流量为由于      R=,xD=-y图上作出精馏段、提馏段操作线。在操作线与相平衡线之间画梯级,求得理论板数N=9块,第4块板为加料板,见例6-6(a)附图。(2)当物料为汽液混合状态进料,液汽比为3:1时,q=3/4=。当汽液混合进料时,精馏段两相流量不变提馏段两相流量为由于回流比R=,故精馏段操作线不变提馏段操作线变为根据精馏段和提馏段操作线方程在x-y图上做操作线,然后自塔顶在操作线与平衡线之间画梯级,求得理论板数N=12,加料板位置在第6块板。q值Lkmol/hVkmol/hL’kmol/hV’kmol/**********       例6-6附表 两种情况精馏段与提馏段两相流量及塔板数之比由上表可知,当回流比R不变时,q值的变化不影响精馏段的两相流量,但影响提馏段,q值增大,提馏段两相流量增加,欲完成同样的分离任务,所需塔板数减少。例6-7 有两股原料,一股为F1=10kmol/h,xF1=(摩尔分率,下同),q1=1的饱和液体,另一股为F2=5kmol/h,xF2=,q2=0的饱和蒸汽,现拟采用精馏操作进行分离,,。塔顶为全凝器,泡点回流,塔釜间接蒸汽加热。若两股原料分别在其泡点、露点下由最佳加料板进入。求:1)塔顶塔底的产品量D和W?2)R=1时求各段操作线方程? 解:(1)对全塔作物料衡算:两式联立则得D=,W=(2)精馏塔被分成三段。如附图所示,第一股为浓进料口以上部分,它与一般精馏段相同,操作线为:第二段:对第二股进料口以上部分,其上升气体量和下降液体量与第一段进料热状态有关。第一段上升蒸汽量和下降液体量为L=RD=1?==(R+1)D=2?=,q1=1,则第二股进料口以上部分的上升气体量和下降液体量为L’=L+q1F1=+10=’=V-(1-q1)F1=,对附图虚线范围作物料衡算:得第二段操作线方程为第二股进料口以下的塔段操作线方程与一般提馏段相同,该段上升蒸汽量和下降液体量与第二段进料热状态有关。第二段为饱和蒸汽进料,q2=0,则第三段上升蒸汽量和下降液体量为L″=L′+q2F2=L+q1F1+q2F2=″=V′-(1-q2)F2=V-(1-q1)F1-(1-q2)F2=-5=-4在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。已知操作回流比R为3,(易挥发组分的摩尔分率),塔顶采用全凝器。该物系在本题所涉及的浓度范围内气液平衡方程为。试求精馏段内离开第二层理论板(从塔顶往下计)的气液相组成。解:例5-5 在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液,原料液流量为1000kmol/h,(摩尔分率,下同),苯在塔顶的回收率为90%,泡点进料(q=1),,物系的平均相对挥发