第六章蒸餾例題

1、2024年4月1日,第六章 蒸餾,1,第六章蒸餾例題,2024年4月1日,第六章 蒸餾,2,例題1,如圖一分離某二元物系的精餾塔，塔頂冷凝方式有以下三種，（a)為全凝器，(b) （c）為分凝器。在三種冷凝方式下，塔頂?shù)谝粔K板上升的氣體量及組成相同。試比較回流液溫度t1、t2、t3，回流液濃度xL1 、 xL2 、 xL3，塔頂產(chǎn)品濃度xD1 、 xD2 、 xD3的大小。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,3,解：,由圖可見：,2024

2、年4月1日,第六章 蒸餾,4,圖（c）所示過程：與圖（b）所示過程相似，故有yD3=XD3，且yD3與XL3呈平衡關系。根據(jù)冷凝下來的液相量與未冷凝量的氣相量之比為2：1以及杠桿原理，冷凝過程在t-x-y相圖中可用線段33’表示，且線段,圖（b）所示過程：為分凝器，故有yD2=XD2，且yD2與XL2呈平衡關系。根據(jù)冷凝下來的液相量與未冷凝量的氣相量之比為1：1以及杠桿原理，冷凝過程在t-x-y相圖中可用線段22’表示，且線段22被線段

3、VL等分,即,解：圖（a）所示過程：為全凝器，故有y1=XD1=XL1,其冷凝過程在t-x-y相圖中可用VL表示。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,5,例題2：,在一兩組分連續(xù)精餾塔中，進入精餾段中某層理論板n的氣相組成yn+1為0.75，從該板流出的液相組成xn為0.65（均為摩爾分數(shù)），塔內(nèi)氣液比V/L=2，物系的相對揮發(fā)度α為2.5。試求：（1）從該板上升的蒸汽組成yn；（2）流入該板的液相組成xn-1 ；（3）回流比R.

4、,2024年4月1日,第六章 蒸餾,6,解：（1）yn與xn符合相平衡關系，即 （2）求回流比R:,（3）由精餾段操作線方程 得：,,∴R=1,2024年4月1日,第六章 蒸餾,7,解得 xD=0.85,解得 xn-1=0.796,2024年4月1日,第六章 蒸餾,8,在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合物，原料中含苯

5、0.44（摩爾分數(shù)），進料量為100kmol/h，操作條件下的平均相對揮發(fā)度為2.5，精餾段操作線方程為y=0.71x+0.278，提餾段操作線方程為y=1.44x-0.0044。試求：（1）塔頂餾出液組成xD和塔釜殘液組成xw。（2）q線方程，并說明進料熱狀況；（3）提餾段氣、液相負荷（流量）（kmol/h）,例題3,2024年4月1日,第六章 蒸餾,9,例題4：,在一連續(xù)精餾塔內(nèi)分離某兩組分理想溶液。已知進料組成為0.5（摩爾

6、分數(shù)，下同），釜殘液組成為0.05；塔頂采用全凝器，操作回流比為最小回流比的1.777倍；操作條件下物系的平均相對揮發(fā)度為2.303；精餾段操作線方程為y=0.72x+0.275。試求：（1）塔頂產(chǎn)品的餾出率；（2）進料熱狀況參數(shù)q。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,10,先求餾出液組成xD：,由精餾段方程可知：,解：（1）塔頂易揮發(fā)組分的餾出率,,,,,R=2.571xD=0.982,再求餾出率的D/F：,由物料衡算可知：,,

7、,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,11,（2）進料熱狀況參數(shù)q,由題給的條件R=1.777Rmin，可得,Rmin=R/1.777=1.44,,,,,xq=0.5=xF,因xq==xF，故可知進料為飽和液體進料，即q=1,2024年4月1日,第六章 蒸餾,12,（2001石大）在一連續(xù)常壓精餾塔中分離某混合液，要求xD=0.94，xW=0.04。已知此塔進料q線方程為y=6x-1.5，采用回流比為最小回流比的1.2倍，混合液在本題

8、條件下的相對揮發(fā)度為2。求： ⑴精餾段操作線方程；⑵若塔底產(chǎn)品量W=150kmol/h，求進料量F和塔頂產(chǎn)品量D；⑶提餾段操作線方程。,例題5,2024年4月1日,第六章 蒸餾,13,解：⑴解方程組：,,,,,精餾段操作線方程為：,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,14,⑵,,,又,,,物平：,,,⑶,,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,15,例題6：,操作中的精餾塔，將加料口由原來的最佳位置進料向下移動幾塊塔板，其余操作條

9、件不變（包括F、xF、q、D、R)，此時塔頂產(chǎn)品濃度 xD 、塔底產(chǎn)品濃度xw 將如何變化？解釋：向下移動幾塊塔板，由原來的最佳位置進料變成了非最佳位置進料。根據(jù)最佳進料位置的性質(zhì)可知：在相同的F、xF、q、D、R條件下，要達到同樣的分離要求xD 、 xw ，非最佳位置進料時需更多的理論板，也就是說，同樣的理論板不可能達到原來的分離要求。加料口由原來的最佳位置進料向下移動幾塊塔板后xD ↓。xw的變化：由物料衡算式FxF=DxD+

10、Wxw可知，當F、xF、D不變時，若xD ↓，則xw↑。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,16,例題7,在一具有N塊理論板的精餾塔中分離苯-甲苯混合液。進料量F=100kmol/h，進料中苯的摩爾分率為0.45 ，泡點進料，加料板為第四塊理論板（從上往下數(shù)），塔釜上升蒸汽量為140kmol/h，回流比為2.11。已測得塔頂餾出液中苯的摩爾分率為0.901。試求：（1）精餾段、提餾段的操作線方程；（2）離開第1—4塊理論板的苯的液相

11、組成；（3）此時加料位置是否合適？（4）若位置進料向下移動一塊理論板，其余操作條件不變，則塔頂產(chǎn)品濃度 xD 將如何變化？（已知苯-甲苯體系的相對揮發(fā)度為2.47。）,2024年4月1日,第六章 蒸餾,17,解：（1）精餾段操作線方程為：提餾段操作線方程為：,2024年4月1日,第六章 蒸餾,18,（2）第4塊板加料，因此求y2、y3、y4用精餾段操作線方程，求y5才用提餾段操作線方程.平衡線方程為,2024

12、年4月1日,第六章 蒸餾,19,（3）由于q=1，因此進料線與精餾段操作線的交點d的橫坐標xd=xF=0.45.因為x3=0.5264，x4=0.4257，所以x4<xd<x3。從而第4塊板為加料板位置，合適。（4）偏離最佳加料位置，而F、xF、q、V’、R不變，使全塔分離能力下降，即xD↓，xW↑。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,20,例題8（00石大）,在連續(xù)操作的精餾塔中分離苯—甲苯溶液。塔釜采用間接蒸汽加熱，

13、塔頂為全凝器，泡點回流。飽和蒸汽進料，其中含苯0.35（摩爾分率，下同），流量為100kmol/h。塔頂餾出液量為40 kmol/h.系統(tǒng)的相對揮發(fā)度為2.5,且知精餾段操作線方程為y=0.8x+0.16。試求：（1）提餾段操作線方程；（2）若塔頂?shù)谝粔K板下降的液體中含苯0.70,求該板以氣相組成表示的板效率EMV；（3）若塔釜停止供應蒸汽，保持回流比不變，當塔板數(shù)無限多時，塔底殘液的濃度為多少？,2024年4月1日,第六章 蒸餾

14、,21,解（1）D=40kmol/h, W=F-D=60kmol/h 有R=4 xD=0.8L=RD=160kmol/h V=(R+1)D=200kmol/hL’=L=160kmol/h V’=V-（1-q）F=200-100=100kmol/h,,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,22,（2）x1=0.7 y2=0.8×0.7+0.16=0.72 y1=xD=0.8,,,

15、2024年4月1日,第六章 蒸餾,23,（3）塔釜停止供應蒸汽，塔板數(shù)無窮多、R=4不變時， V’=0 ,V’=V-（1-q）F=0→V=F=(R+1)D故有 5D=100 D=20kmol/h W=80kmol/h 塔釜停止供應蒸汽,則只有精餾段，無提餾段，又因塔板數(shù)無窮多，故必有恒濃區(qū)，恒濃區(qū)可能出現(xiàn)在的部位有兩處：一是進料處，二是塔頂。 若在進料處，yq=xF=0.35，代入精餾段操作線方程：y=0

16、.8x+0.4xD得 xD=1.042>1,不可能。故恒濃點不可能在進料處。故恒濃點在塔頂，則xD=1，由物料衡算得,,Xq=0.177,2024年4月1日,第六章 蒸餾,24,例題9（02石大）,用一連續(xù)精餾塔分離苯—甲苯混合液。進料為含苯0.4(質(zhì)量分率，下同)的飽和液體，質(zhì)量流率為1000kg/h。要求苯在塔頂產(chǎn)品中輕組分的回收率為98%，塔底產(chǎn)品中含苯不超過0.02。若塔頂采用全凝器，飽和液體回流，回流比取為最小回流

17、比的1.25倍，塔底采用再沸器。全塔操作條件下，苯對甲苯的平均相對揮發(fā)度為2.46，塔板的液相莫弗里(Murphree)板效率為70%,并假設塔內(nèi)恒摩爾溢流和恒摩爾汽化成立。試求：(1) 從塔頂數(shù)起第二塊板上汽、液相的摩爾流率各為多少？(2) 從塔頂數(shù)起第二塊實際板上升氣相的組成為多少？,2024年4月1日,第六章 蒸餾,25,解：(1) 題中濃度均以苯的摩爾分率表示，流量以kmol/h表示,,,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,

18、26,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,27,R=1.25×1.2=1.5（2）從塔頂數(shù)起第二塊實際板上升氣相的組成,2024年4月1日,第六章 蒸餾,28,,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,29,例題10（天大03年考研試題）,某制藥廠用板式精餾塔回收含量為75%（摩爾分數(shù)，下同）的廢丙酮液媒。該精餾塔共有實際塔板數(shù)28層，塔頂采用全凝器，泡點回流；塔底采用再沸器間接加熱。因在常壓下操作，該分離物可視為二元理

19、想物系，其相對揮發(fā)度為1.8?，F(xiàn)場測得一組數(shù)據(jù)為如下：餾出液中丙酮的含量 96% 釜殘液中丙酮的含量 5%精餾段液相負荷40kmol/h 精餾段氣相負荷60kmol/h提餾段液相負荷66kmol/h 提餾段氣相負荷60kmol/h試根據(jù)以上數(shù)據(jù)核算：（1）丙酮的回收率；（2）操作回流比與最小回流比的比值；（3）該板式塔的理論塔板數(shù)。提示：吉利蘭圖中的曲線可用下式表示：Y=0.5458-0.5914X+0.0

20、027/X其中：X=(R-Rmin)/(R+1), Y=(N-Nmin)/(N+2),2024年4月1日,第六章 蒸餾,30,解（1）丙酮的回收率η：,D=V-L=60-40=20kmol/h,W=L’-V’=66-60=6kmol/h,又 XD=0.96 xF=0.75,F=D+W=20+6=26kmol/h,（2）R/Rmin:,R=L/D=40/20=2,2024年4月1日,第六章 蒸餾,31,,V=V’=60k

21、molh,q=1,,Xq=xF=0.75,,代入 得：,代入 得：,2024年4月1日,第六章 蒸餾,32,（3）板式塔的理論塔板數(shù),X=(R-Rmin)/(R+1)=（2-1.239）/（2+1）=0.2537,Y=(N-Nmin)/(N+2),Y=0.5458-0.5914X+0.0027/X=0.4064,=(N-9.4

22、16)/(N+2)=0.4064,,N=17.23,2024年4月1日,第六章 蒸餾,33,例題11,某A、B混合液用連續(xù)精餾塔加以分離。已知混合物中含A為0.5，進料量為1000kmol/h，要求塔頂產(chǎn)品中A的濃度不低于0.9，塔釜濃度不大于0.1（以上均為摩爾分數(shù)），泡點進料，塔頂采用全凝器，泡點回流；塔底采用再沸器間接加熱。回流比為3.（1）寫出塔的操作線方程；（2）若要求塔頂采出量為580kmol/h，能否得到合格產(chǎn)品？為什

23、么?（3）假定精餾塔具有無窮多理論塔板，塔頂采出量為250kmol/h，此時塔底產(chǎn)品xW能否等于零？為什么？,2024年4月1日,第六章 蒸餾,34,解：（1）略（2）若要求塔頂采出量為580kmol/h，當料液中的輕組分全部進入塔頂產(chǎn)品時，塔頂產(chǎn)品所能達到的最大濃度為 xD=FxF/D=1000*0.5/580=0.86<0.9 故不能得到合格產(chǎn)品。（3）因假定精餾塔具有無窮多理論塔板，故可假定塔頂

24、產(chǎn)品組成xD=1.0，因塔頂采出量為D=250kmol/h，故塔頂輕組分的采出量為DxD=250kmol/h,而進料中含的輕組分FxF=250kmol/h,除去塔頂帶出去的那部分外，其余的服從物料衡算而進入塔底釜液中，故xW不可能為零，其值為xW =（500-250）/（1000-250）=0.333.,2024年4月1日,第六章 蒸餾,35,如圖為一塔板的負荷性能圖，OP為操作線，P為操作點。請指出：（1）圖中各條線的名稱。（2）在指

25、定的回流比下，塔的操作上下限各有什么因素決定？操作彈性？（3）如果設計的操作點位于圖中的P點，試說明產(chǎn)生這種情況的原因及改進此設計的方法。,例題11,2024年4月1日,第六章 蒸餾,36,答：（1）圖中各線為：1-液相負荷下限線；2-泄漏線；3-液相負荷上限線；4-液泛（淹塔）線；5-過量霧沫夾帶線；6-操作線。（2）操作線與圖中的曲線2、4相交，說明氣相負荷上限由液泛線控制，氣相負荷下限由泄漏線控制。操作彈性=VA/VB （

26、3）操作點P不在適宜操作區(qū)內(nèi)，主要原因是存在過量霧沫夾帶及降液管中清液層高度過高?？赏ㄟ^適當增大板間距、增大塔徑、增大塔板開孔率等方法加以改進。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,37,霧沫夾帶是指______的現(xiàn)象。正常操作的板式塔，霧沫夾帶量應控制為______kg液/kg干氣。影響霧沫夾帶的主要因素是_________。,氣體通過塔板上的液層后，將部分較小的液滴夾帶至上層塔板的現(xiàn)象；0.1；板間距、空塔氣速、氣液相的物性等（答出兩

27、個因素即可）。,例題12,2024年4月1日,第六章 蒸餾,38,練習,1、操作中的精餾塔，若保持F、xF、q、R不變，減小W，則L/V( )，L’（ ）。（03年天大）2、用某精餾塔分離兩組分溶液，規(guī)定產(chǎn)品組成xD 、xW 。當進料組成為xF1時，相應的回流比為R1；當進料組成為xF2時，相應的回流比為R2。若xF1〈xF2 ，進料熱狀況不變，則 R1（ ） R2。3、精餾塔的操作中，若F、xF

28、、q、D、加料板位置、V不變,而使操作壓力增加，則xD （ ），xW （ ）。4、某精餾塔設計時，將塔釜由間接蒸汽加熱→直接蒸氣加熱，而F、 xF、D/F、q、R、 xD不變，則W/F( ), xW （ ），提餾段操作線斜率（ ），NT( ).,減小、增加,〉,不變、增加,增加、減小、不變、增多,2024年4月1日,第六章 蒸餾,39,5、精餾塔的操作中，若F、xF、q、D保持不

29、變，增加回流比，則xD （ ），xW （ ），V( ),L/V( )。6、某連續(xù)精餾塔，若精餾段操作線方程的截距等于零，則回流比等于（ ），餾出液流量等于（ ），操作線方程（ 　　）。7、某兩組份物系，相對揮發(fā)度α=3，在全回流條件下進行精餾操作，對第n、n+1兩層理論板（從塔頂往下計），若已知yn=0.4，則yn+1=（

30、 ）。全回流操作通常適用于（ ）或（ ）。8、在某精餾塔中，分離物系相對揮發(fā)度α=2.5的兩組份溶液，操作回流比條件為3，若測得第2、3層塔板（從塔頂往下計）的液相組成x2=0.45，x3=0.4，餾出液組成xD=0.96，則第3層塔板的氣相默弗里效率EMV3=（ ）.9、現(xiàn)場某連續(xù)精餾塔，操

31、作一段時間后由于再沸器結(jié)垢使傳熱能力下降，此時餾出液組成將（ ），釜液的組成將（ ）；若要求維持原來的餾出液的組成，應采取的措施（ ），同時采取此措施帶來的后果是（ ）,0.182,精餾開工階段,實驗研究場合,44.1%,增加,減小,增加,∞,0,yn+1

32、=xn,增加,下降,增大,降低塔頂采出量,塔頂產(chǎn)品的回收率下降,2024年4月1日,第六章 蒸餾,40,10、（09天大）在精餾塔的塔頂采用分凝器和全凝器。塔頂上升蒸汽（組成為y1，易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)，下同）進入分凝器，在分凝器中部分冷凝，凝液（組成xL）于飽和溫度下作為回流返回塔內(nèi)，未冷凝的蒸汽（組成為yD ）送入全凝器中全部冷凝。凝液（組成xD）作為塔頂產(chǎn)品。則y1與xL間滿足（ ）關系， yD與xL間滿足（ ）關系， y

33、D與xD間滿足（ ）關系。 A、平衡 B、操作 C、相等 D、不確定11、 （02大連理工）現(xiàn)設計一連續(xù)精餾塔，現(xiàn)保持塔頂組成和輕組分回收率不變，若采用較大的回流比，則理論塔板數(shù)將（ ），而加熱蒸汽的消耗量將（ ）；若進料中組成變輕，則進料位置應（ ）使xD和輕組分的回收率不變；若將進料物料焓增大，則理論板數(shù)將（ ），塔底再沸器熱負荷將（ ).,B,A,C,減小,增大,上移,增加