精馏习题与题解
精馏习题与题解
一、填空题:
1. 精馏塔设备主要有_______、______、_______、________、_______。
***答案*** 筛板塔 泡罩塔 浮阀塔 填料塔 舌形板板式塔
2. 在1个大气压.84℃时, 苯的饱和蒸气压P=11
3.6(kpa),甲苯的饱和蒸气压p=4
4.38(kpa),苯--甲苯混合溶液达于平衡时, 液相组成x=__________.气相组成y=______.相对挥发α=____.
***答案*** 0.823 0.923 2.56
3. 在精馏操作中，回流比增大，精馏段操作线与平衡线之间的距离________，需理论板_________。 ***答案*** 越远， 越少
4. 精馏的基本原理是________而且同时应用___________，使混合液得到较彻底的分离的过程。 ***答案*** 多次 部分冷凝和部分汽化
5. 精馏塔不正常的操作有：_________________________________________________。
***答案*** 液泛、严重漏液、严重液沫夹带
6. 试述五种不同进料状态下的q 值：（1）冷液进料＿＿＿＿；（2） 泡点液体进料＿＿＿＿＿；（3）汽液混合物进料＿＿＿； （4）饱和蒸汽进料＿＿＿＿；（5）过热蒸汽进料＿＿＿____。
***答案*** （1） ｑ＞1 （2） ｑ＝1 （3） 0＜ｑ＜1 （4） ｑ＝0 （5）ｑ＜0
7. 已知精馏段操作线为y=0.75x+0.24,则该塔的操作回流比R=_______，塔顶产品组成x=_____。 ***答案*** 3， 0.96
8. 试比较某精馏塔中第ｎ，ｎ＋1层理论板上参数的大小（理论板的序数由塔顶向下数起），即：1+n y ＿＿＿n y ，n t ＿＿＿1+n t ，n y ＿＿＿n x （＞，＝，＜）
***答案*** ＜， ＜， ＞
9. 精馏操作的依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 。 实现精馏操作的必要条件包括＿＿＿＿＿＿＿＿_＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
***答案*** 混合液中各组分的挥发度差异。 塔顶液相回流 塔底上升气流
10. 某二元物系的相对挥发度α＝3，在具有理论板的精馏塔内于全回流条件下作精馏塔操作，已知n x ＝0.3，则1+n y ＝＿＿＿（由塔顶往下数）
***答案*** ))1(1(n n n x x y -+=αα＝3×0.3/(1+2×0.3) ＝0.563
1-n x ＝n y ＝0.563
1-n y ＝3×0.563/（1＋2×0.563）＝0.794
11. 精馏塔塔顶某理论板上汽相露点温度为d t ， 液相泡点温度为b t 。 塔底某理论板上汽相露点温度为d t ，液相泡点温度为b t 。 试按温度大小顺序用＞、＝、＜符号排列如下：＿＿＿＿。 ***答案*** d t ＝b t t 12. 设计某二元理想溶液精馏塔时，如保持W D F x x x F ,,, 不变，则随进料热状况参数的增加，其最小回流比________。***答案*** 下降（减小） 13. 在连续精馏塔中，进行全回流操作，已测得相邻两板上液相组成分别为1-n x ＝0.7, n x ＝0.5 （均为易挥发组份摩尔分率）。已知操作条件下相对挥发度3=α，则n y ＝＿＿＿＿，* n x ＝＿＿＿＿＿＿， 以液相组成表示的第ｎ板的单板效率E ＝＿＿＿＿＿。***答案*** 0.7 0.4375 76.2％ 14. 某连续精馏塔, 已知其精馏段操作线方程为y=0.80x+0.172,且塔顶产品量为100kmol/h ,则馏出液组 成=D x _________,塔顶上升蒸气量=V _________***答案*** 0.86 500kmol/h 15.简单蒸馏的主要特点是：_______________________________________。 ***答案*** 间歇操作不稳定，无回流，不能得到较纯的组分 16. 分离要求一定。 当回流比为一定时，在五种进料状况中，＿＿＿＿进料的ｑ值最大， 其温度＿＿＿＿＿＿，此时，提馏段操作线与平衡线之间的距离＿＿＿＿， 分离所需的总理论板数＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 冷液 ｔF ＜ｔ泡 最远 最少。 17. 连续精馏过程的进料热状态有＿＿＿＿种。已知q ＝1.1，则加料中液体量与总加料量之比是＿＿＿＿＿。 ***答案*** 五 1∶1 18. 某精馏塔的设计任务为：原料为F ，xF ，要求塔顶为xD ，塔底为xW 。 设计时若选定的回流比R 不变，加料热状态由原来的饱和蒸汽加料改为饱和液体加料，则所需理论板数N ＿＿＿， 提馏段上升蒸汽量V'＿＿＿＿，提馏段下降液体量L'＿＿， 精馏段上升蒸汽量V ＿＿＿＿，精馏段下降液体量L ＿＿＿＿。（增加，不变，减少） ***答案*** 减少， 增加， 增加， 不变， 不变。 二、选择题 1． 两股不同组成的料液进同一精馏塔分离，两股料分别进入塔的相应塔板和两股料混合后再进塔相比，前者能耗( )后者。 (A)大于； (B)小于； (C)等于； (D)有时大于有时小于 ***答*** B 2． 塔顶全凝器改为分凝器后，其它操作条件不变，则所需理论塔板数( )。 (A)增多；(B)减少； (C)不变； (D)不确定 ***答*** B 3． 在馏出率相同条件下，简单蒸馏所得馏出液浓度( )平衡蒸馏。 (A)高于； (B)低于； (C)等于； (D)或高于或低于 ***答*** A 4． 萃取精馏加入萃取剂的目的是( )。 (A)减小原组分间的相对挥发度 ； (B)增大原组分间的相对挥发度 (C)减小原组分间的溶解度差异 ； (D)增大原组分间的溶解度差异 ***答*** B 5． 连续精馏塔操作时, 增大塔釜加热蒸汽用量，若回流量和进料的F 、XF 、q 都不变，则L/V( )。 (A)增大； (B)减少； (C)不变； (D)不确定 ***答*** B 6． 蒸馏操作的依据是组分间的( )差异。 (A)溶解度； (B)沸点； (C)挥发度； (D)蒸汽压 ***答*** C 7 。 塔顶和进料操作条件不变，易挥发组分回收率不变，设计精馏塔时，用直接蒸汽加热釜液与用间接蒸汽加热相比，残液组成Xw( )。 (A)增大； (B)减少； (C)不变； (D)不确定 ***答*** B 8． 吉利兰关联用于捷算法求理论塔板数，这一关联是( )。 (A)理论关联； (B)经验关联； (C)数学推导公式； (D)相平衡关联 ***答*** B 9． 塔顶和进料操作条件不变，易挥发组分回收率不变，设计精馏塔时，用直接蒸汽加热釜液与用间接蒸汽加热相比，提馏段液汽比L'/V'( )。 (A)增大； (B)减少； (C)不变； (D)不确定 ***答*** C 10． 进料状态改变，将引起连续精馏塔的( )改变。 (A)平衡线； (B)操作线和q 线； (C)平衡线和操作线； (D)平衡线和q 线 ***答*** B 11 对一定的馏出液浓度D x ，若进料浓度F x 越小，最小回流比min R ( )。 (A)越大； (B)越小； (C)不变； (D)不确定 ***答*** D 12 在相同的条件R 、D x 、F x 、W x 下，q 值越大，所需理论塔板数( )。 (A)越少； (B)越多； (C)不变； (D)不确定 ***答*** A 三、计算题: 1. 某连续精馏塔的操作线方程为： y=0.723x+0.263 精馏段； y=1.25x-0.0188 提馏段； 若为过冷液体进料，且进料热状况参数为1.2，进料量为F ＝75 kmol.h 1-,试求：回流比：馏出液、料液、釜液的组成；塔顶产品流率。 ***答案*** ①61.2;723.01 ==+R R R ； 95.0;263.01==+D D x R x 。 ②联立 365.0723.0+=x y ；0188.025.1-=x y 解得650.0; 535.0==q q y x 512.0;1 1=---=F F q q x q x x q q y ③ 0752.0; 0188.025.1=-=W W W x x x ；④h kmol x x x x F D W D W F /45.37=--= 2. 苯和甲苯混合液含苯0.4(摩尔分率，下同)，流量为100kmol.h 1-，于常压下进行连续精馏，要求塔 顶9.0=D x ， 塔底0677.0=W x ，原料于泡点下进入，R 为1.4Rmin ，已知操作条件下相对挥发度α＝ 2.47是常数。求： (1) 精馏段操作线方程； (2) 提馏段操作线方程。 ***答案*** ⑴ q=1, 4.0==F e x x ；622.0)1(1=-+=e e e x x y αα, 25.1min =--= e e e D x y y x R ，R=1.4×1.25=1.75, 327.0636.01 11+=+++= x x R x R R y D ⑵ h kmol x x x x F D w D w F /40=--= h kmol D R V F q V V /110)1()1(/=+==--= h kmol F RD qF L L /170/=+=+= 03636.0545.1''' -=-=x V Wx x V L y W 3. 某二元系统精馏塔在泡点下进料，全塔共有三块理论板及一个再沸器，塔顶采用全凝器，进料位置在第二块理论板上，塔顶产品组成9.0=D x （摩尔分率），二元系统相对挥发度α＝3，进料组成为5.0=F x （摩尔分率），回流比R ＝1时，求：(1)离开第一块板的液相组成X1为多少？ (2) 进入第一块板的气相组成2y 2为多少？(3) 两操作线交点d 的气液组成？ ***答案*** ⑴ 90.01==D x y ；() 11 1 11x x y -+= αα75.01=?x ⑵ 825.01 1112=+++= D x R x R R y ⑶ 50.0==F q x x 70.01 11=+++=D q q x R x R R y 5． 用连续精馏塔分离某二元混合液，原料液流量为200 kmol/h ，饱和蒸汽进料，进料浓度为0.5，塔顶馏出液浓度为0.96，釜液浓度为0.1(以上均为易挥发组分的摩尔分率）。操作条件下相对挥发度为3，塔顶采用全凝器，泡点回流。塔釜间接蒸汽加热，且塔釜汽化量为最小气化量的1.5倍。试求： （1）塔釜的气化量； （2）离开第二层理论板的液体浓度（由塔顶往下数）。 解：（1）塔釜的气化量 先作全塔物料衡算求出D ： h kmol W h kmol D Wx Dx Fx W D F W D F /107,/0.93,==?+=+= 因饱和蒸汽进料，q=0，故 225.05.0213)1(1,5.0,0=?=+=-+= ===e e e e e e F e x x x x x y x y q αα 67.1225 .05.05.096.0min =--=--=e e e D x y y x R 精馏段最小上升蒸汽量为 h kmol R V /3.248)1(min min =+= 提馏段最小上升蒸汽量（即为塔釜最小气化量）为： h kmol F q V V /3.48)1(min / min =-+= 塔釜气化量为 72.4kmol/h 48.31.55.1'/ min =?==V V (2)离开第二层理论板的液相浓度2x 93.1)1()1(V /=?-+=-+=R F D R F q V 精馏段操作线方程式为： 328.0659.01 93.196.0193.193.111+=+++=+++= x x R x x R R y D 平衡线关系式为： x x x x y 213)1(1+=-+=αα 逐板计算： 因塔顶为全凝器，泡点回流，96.01==D x y 根据平衡关系式由y 1求x 1,即： 889.021396.011 1=?+= x x x 根据提馏段操作线方程式由x 1求y 2: 914.0328.0889.0659.0328.0659.012=+?=+=x y 780.0213914.022 2=?+=x x x 精馏习题 概念题 一、填空题 1.精馏操作的依据是___________________________________。利用_____________、_____________的方法,将各组分得以分离的过程。实现精馏操作的必要条件____________和___________________。 2. 汽液两相呈平衡状态时，气液两相温度_____，液相组成__________汽相组成。 3.用相对挥发度α表达的气液平衡方程可写为______________。根据α的大小，可用来_ __________________，若α=1，则表示_______________。 4. 某两组分物系，相对挥发度α=3，在全回流条件下进行精馏操作，对第n,n+1两层理论板（从塔顶往下计），若已知y n=0.4, y n+1=_________。全回流操作通常适用于_______________或_______________。 5.精馏和蒸馏的区别在于_精馏必须引入回流___________________________________；平衡蒸馏和简单蒸馏主要区别在于____________________________________。 6. 精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是________________________________和________________________________。 7. 在总压为101.33kPa、温度为85℃下，苯和甲苯的饱和蒸汽压分别为P A°=116.9kPa、 P B°=46kPa,则相对挥发度α=______，平衡时液相组成x A=_______,汽相组成y A=______。 8. 某精馏塔的精馏段操作线方程为y=0.72x+0.275，则该塔的操作回流比为____________，馏出液组成为_______________。 9. 最小回流比的定义是_______________________，适宜回流比通常取为____________R min。 10. 精馏塔进料可能有______ 种不同的热状况，当进料为汽液混合物且气液摩尔比为2：3时，则进料热状态参数q值为__________________。 11. 在精馏塔设计中，若F、x F、q D保持不变，若回流比R增大，则x D_______，x W _______，V______，L/V_____。 12. 在精馏塔设计中，若F、x F、x D、x W及R一定，进料由原来的饱和蒸汽改为饱和液体，则所需理论板数N T____。精馏段上升蒸汽量V_____、下降液体量L_____；提馏段上升蒸汽量V′_____，下降液体量L′_____。 13. 某理想混合液, 其中一组平衡数据为x=0.823,y=0.923,此时平均相对挥发度为α=___________. 本次设计的一部分是设计苯酐轻组分塔，塔型选用F1浮阀塔，进料为两组分进料连续型精馏。苯酐为重组分，顺酐为轻组分，从塔顶蒸除去，所以该塔又称为顺酐塔。 确定操作条件 顺酐为挥发组分，所以根据第3章物料衡算得摩尔份率： 进料： 794.0074.4323 9072 .5x F == 塔顶： D x = 塔底： w x = 该设计根据工厂实际经验及相关文献给出实际回流比R=2（R=），及以下操作条件： 塔顶压力：； 塔底压力：； 塔顶温度：℃； 塔底温度：℃； 进料温度：225℃； 塔板效率：E T = 基础数据整理 （1）精馏段： 图5-1 精馏段物流图 平均温度： ()01.17122502.1172 1 =+℃ 平均压力：()=?? ? ????+? ?-?333100.107519.75100.10100.30213103.015?pa 根据第3章物料衡算，列出精馏段物料流率表如下： 标准状况下的体积： V 0=2512.779.42234.7880=?Nm 3/h 操作状况下的体积： V 1=6 36 10101.01003.1510101.027301.1712732512.779?+???+? = Nm 3/h 气体负荷： V n =3064.03600 1103.2112 = m 3/s 气体密度： =n ρ0903.32112.11033409.2240 = kg/m 3 液体负荷： L n =9470.036003409.2240 = m 3/s ℃时 苯酐的密度为1455kg/m 3 （2）提馏段： 图5-2 提馏段物料图 平均温度： ()01.23122502.2372 1 =+℃ 入料压力：()Pa k 9.1475 19 751030=-?- 精馏工艺操作基本知识 1、何为相和相平衡： 答：相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分，不同相之间往往有一个相界面，把不同的相分别开。系统中相数的多少与物质的数量无关。如水和冰混合在一起，水为液相，冰为固相。一般情况下，物料在精馏塔内是气、液两相。 在一定的温度和压力下，如果物料系统中存在两个或两个以上的相，物料在各相的相对量以及物料中各组分在各个相中的浓度不随时间变化，我们称系统处于平衡状态。平衡时，物质还是在不停地运动，但是，各个相的量和各组分在各项的浓度不随时间变化，当条件改变时，将建立起新的相平衡，因此相平衡是运动的、相对的，而不是静止的、绝对的。比如：在精馏系统中，精馏塔板上温度较高的气体和温度较低的液体相互接触时，要进行传热、传质，其结果是气体部分冷凝，形成的液相中高沸点组分的浓度不断增加。塔板上的液体部分气化，形成的气相中低沸点组分的浓度不断增加。但是这个传热、传质过程并不是无止境的，当气液两相达到平衡时，其各组分的两相的组成就不再随时间变化了。 2、何为饱和蒸汽压？ 答：在一定的温度下，与同种物质的液态（或固态）处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压，它随温度的升高而增加。众所周知，放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少。如果把纯水放在一个密闭容器里，并抽走上方的空气，当水不断蒸发时，水面上方气相的压力，即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。但是，当温度一定时，气相压力 最中将稳定在一个固定的数值上，这时的压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压。 应当注意的是，当气相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值是，液相的水分子仍然不断地气化，气相中的水分子也不断地冷凝成液体，只是由于水的气化速度等于水蒸汽的冷凝速度，液体量才没有减少，气体量也没有增加，气体和液体达到平衡状态。所以，液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压时，气液两相即达到了相平衡。 3、何为精馏，精馏的原理是什么？ 答：把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。 为什么把液体混合物进行多次部分汽化同时又多次部分冷凝，就能分离为纯或比较纯的组分呢？对于一次汽化，冷凝来说，由于液体混合物中所含的组分的沸点不同，当其在一定温度下部分汽化时，因低沸点物易于气化，故它在气相中的浓度较液相高，而液相中高沸点物的浓度较气相高。这就改变了气液两相的组成。当对部分汽化所得蒸汽进行部分冷凝时，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物的浓度较气相高，而为冷凝气中低沸点物的浓度比冷凝液中要高。这样经过一次部分汽化和部分冷凝，使混合液通过各组分浓度的改变得到了初步分离。如果多次的这样进行下去，将最终在液相中留下的基本上是高沸点的组分，在气相中留下的基本上是低沸点的组分。由此可见，多次部分汽化和多次部分冷凝同时进行，就可以将混合物分离为纯或比较纯的组分。 液体气化要吸收热量，气体冷凝要放出热量。为了合理的利用热量，我 例7—4 欲将65000kg ／h 含苯45％、甲苯55％(质量百分率，下同)的混合液在一连续精馏塔内加以分离，已知馏出液和釜液中的质量要求分别为含苯95％和2％，求馏出液和釜液的摩尔流率以及苯的回收率。 解 苯和甲苯的摩尔质量分别为78kmol/kg 和92kg/mol 进料组成 4911.092 /55.078/45.078/45.0=+= F x 产品组成 9573.092 /05.078/95.078/95.0=+=D x 0235.092/98.078/02.078/02.0=+=W x 进料平均摩尔质量 kg kmol M x M x M B F A F F /12.8592)4911.01(784911.0)1(_____=?-+?=-+= 则 h kmol F /6.76312 .8565000== 根据式(7—29)得 h kmol F x x x x D W D W F /4.3826.7630235 .09573.00235.04911.0=?----＝＝ 所以 W ＝F －D ＝763.6－382.4＝381.2kmol/h 苯的回收率 %6.97%1004911 .06.7639573.04.382%1001=????=＝F D Fx Dx η 例7-5 分离例7－4中的苯－甲苯溶液。已知泡点回流，回流比取3。试求： (1) 精馏段的气液相流量和精馏段操作线方程； (2) 泡点进料和50℃冷液进料时提馏段的气液相流量和提馏段操作线方程。 解： (1) 精馏段的气液相流量和精馏段操作线方程 精馏段的气液流量由回流比及馏出液流量决定，即 h kmol D R V /6.15294.3820.4)1(=?=+= h kmol RD L /2.11474.3820.3=?== 精馏段操作线方程由式（7－34）计算，即 2393.075.09573.01 3113311+=?+++=x x R x x R R y D ＋＝＋＋ (2) 提馏段的气液相流量和提馏段操作线方程 在其他操作参数一定的情况下，提馏段的气液相流量即操作线方程受进料热状况的影响。 ① 泡点进料，q=1，则由式（7－43）得 h kmol F q V V h kmol qF L L /6.1529)1(/8.19106.7632.1147=--='=+'＝＋＝ 代入提馏段操作线方程（7－38）得 00586.0249.16 .15290235.02.3816.15298.1910-=?--'--''=x x x W L W x W L L y W ＝ ② 50℃冷液进料. 根据x F ＝0.4911，查常压下苯—甲苯的t-x-y 图，得泡点t b =94.2℃，露点t d =99.2℃。在平均温度为(92.4+50)／2=71.2℃下，查得苯和甲苯的质量比热容为1.83kJ ／(kg·℃)，于是料液在该温度下的比热容为 )./(8.15512.8583.1℃kmol kJ c PL =?= 3.某连续精馏操作分离二元混合溶液，已知操作线方程为： 精馏段 16.080.0+=x y 提馏段 02.040.1-=x y 若进料时，原料为气液相各占一半的混合态，求塔顶及塔底产品产率及回流比。 分析：若求产品产率，必须确定塔顶产品,塔底产品和进料的组成。将精馏段操作线方程、提馏段操作线方程分别与对角方程联立，即可确定塔顶，塔底组成。而进料组成可由两个操作线方程与进料方程联解求得 4. 用一精馏塔分离二元理想混合物，塔顶为全凝器冷凝，泡点温度下回流，原料液中含轻组分0.5(摩尔分数，下同)，操作回流比取最小回流比的１.４倍，所得塔顶产品组成为０．９５，釜液组成为０．０５．料液的处理量为１００h kmol /．料液的平均相对挥发度为３，若进料时蒸气量占一半，试求： （1）提馏段上升蒸气量； （2）自塔顶第2层板上升的蒸气组成。 分析：欲解提馏段的蒸气量v '，须先知与之有关的精馏段的蒸气量V 。而V 又须通过D R V )1(+=才可确定。可见，先确定最小回流比min R ，进而确定R 是解题的思路。 5.在一连续精馏塔中分离二元理想混合液。原料液为饱和液体，其组成为0.5，要求塔顶馏出液组成不小于0.95,釜残液组成不大于0.05(以上均为轻组分A 的摩尔分数)。塔顶蒸汽先进入一分凝器，所得冷凝液全部作为塔顶回流,而未凝的蒸气进入全凝器，全部冷凝后作为塔顶产品。全塔平均相对挥发度为 2.5,操作回流比min 5.1R R =。当馏出液流量为100h kmol /时，试求： （1） 塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成； （2） 提馏段上升的气体量。 分析：因为出分凝器的冷凝液L 与未液化的蒸气0V 成相平衡关系，故分凝器相当一层理论塔板。应注意，自分凝器回流塔内的液相组成0x 与自全凝器出来的产品组成D x 不同。 6.在一常压连续精馏塔中分离二元理想混合物。塔顶上升的蒸气通过分凝器后，3/5的蒸气冷凝成液体作为回流液，其浓度为0.86。其余未凝的蒸气经全凝器后全部冷凝为塔顶产品，其浓度为0.9（以上均为轻组分A 的摩尔分数）。若已知回流比为最小回流比的1.2倍，当泡点进料时，试求： （1） 第1块板下降的液体组成； （2） 料液的组成。 分析：抓住分凝器中气液相组成为平衡关系，而回流液组成与第1块板上升蒸气为物料平衡（即精馏段操作线）关系，此题可顺利求解。 3.某连续精馏操作分离二元混合溶液，已知操作线方程为： 精馏段 16.080.0+=x y 提馏段 02.040.1-=x y 若进料时，原料为气液相各占一半的混合态，求塔顶及塔底产品产率及回流比。 精馏操作基本知识 1、何为相和相平衡： 答：相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分，不同相之间往往有一个相界面，把不同的相分别开。系统中相数的多少与物质的数量无关。如水和冰混合在一起，水为液相，冰为固相。一般情况下，物料在精馏塔内是气、液两相。 在一定的温度和压力下，如果物料系统中存在两个或两个以上的相，物料在各相的相对量以及物料中各组分在各个相中的浓度不随时间变化，我们称系统处于平衡状态。平衡时，物质还是在不停地运动，但是，各个相的量和各组分在各项的浓度不随时间变化，当条件改变时，将建立起新的相平衡，因此相平衡是运动的、相对的，而不是静止的、绝对的。比如：在精馏系统中，精馏塔板上温度较高的气体和温度较低的液体相互接触时，要进行传热、传质，其结果是气体部分冷凝，形成的液相中高沸点组分的浓度不断增加。塔板上的液体部分气化，形成的气相中低沸点组分的浓度不断增加。但是这个传热、传质过程并不是无止境的，当气液两相达到平衡时，其各组分的两相的组成就不再随时间变化了。 2、何为饱和蒸汽压？ 答：在一定的温度下，与同种物质的液态（或固态）处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压，它随温度的升高而增加。众所周知，放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少。如果把纯水放在一个密闭容器里，并抽走上方的空气，当水不断蒸发时，水面上方气相的压力，即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。但是，当温度一定时，气相压力 最中将稳定在一个固定的数值上，这时的压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压。 应当注意的是，当气相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值是，液相的水分子仍然不断地气化，气相中的水分子也不断地冷凝成液体，只是由于水的气化速度等于水蒸汽的冷凝速度，液体量才没有减少，气体量也没有增加，气体和液体达到平衡状态。所以，液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压时，气液两相即达到了相平衡。 3、何为精馏，精馏的原理是什么？ 答：把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。 为什么把液体混合物进行多次部分汽化同时又多次部分冷凝，就能分离为纯或比较纯的组分呢？对于一次汽化，冷凝来说，由于液体混合物中所含的组分的沸点不同，当其在一定温度下部分汽化时，因低沸点物易于气化，故它在气相中的浓度较液相高，而液相中高沸点物的浓度较气相高。这就改变了气液两相的组成。当对部分汽化所得蒸汽进行部分冷凝时，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物的浓度较气相高，而为冷凝气中低沸点物的浓度比冷凝液中要高。这样经过一次部分汽化和部分冷凝，使混合液通过各组分浓度的改变得到了初步分离。如果多次的这样进行下去，将最终在液相中留下的基本上是高沸点的组分，在气相中留下的基本上是低沸点的组分。由此可见，多次部分汽化和多次部分冷凝同时进行，就可以将混合物分离为纯或比较纯的组分。 液体气化要吸收热量，气体冷凝要放出热量。为了合理的利用热量，我 化工原理精馏习题课文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688] 第一章 蒸馏 1、熟悉气液平衡方程、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程和q 线方 程的表达形式并能进行计算； 2、能根据物料进料状况列出q 线方程并用于计算，从而根据q 线方程、 进料组成还有气液平衡方程计算出点（x q ，y q ），再进一步计算出最小 回流比R min ；例如饱和液相进料（泡点进料）时，q 线方程式x=x F ，即 x q =x F ；而饱和蒸汽进料时，q 线方程式y=x F ，即y q =x F 。 3、掌握通过质量分数换算成摩尔分数以及摩尔流量的方法，要特别注意 摩尔流量计算时应该用每一个组分的流量乘以它们的摩尔分数而不是质量分数。 习题1：书上P71页课后习题第5题； 分析：本题的考察重点是质量分数与摩尔分数之间的转换，这个转换大家一定要注意，很多同学在此常会出错。在此我们采用直接将原料组成和原料流量都转换成摩尔量来进行计算，首先还是先列出所有题目给出的已知量，为了便于区分，建议大家以后再表示质量分数的时候可以使用w 来表示，而表示摩尔分数时使用x 来表示： ① 根据题目已知：w F =0.3，F=4000kg/h ，w w =0.05，另外还可以知道二硫 化碳的分子量Mcs 2=76，四氯化碳的分子量Mccl 4=154 根据这些条件可以先将进料和塔底组成转换成摩尔组成 ② =+F x =二硫化碳摩尔量二硫化碳质量分数二硫化碳分子量总摩尔量二硫化碳质量分数二硫化碳分子量四氯化碳质量分数四氯化碳分子量 0376=0.4650376+1-03154 F x =..（.） ③ 同理可以求出塔底组成 精僻装置操作工初级理论知识 一、单项选择 1. 二氧化硅的硅的化合价为（B ） A、+6 B、+4 C、+2 D、+1 2. 元素的化学性质决定与原子的（D ） A、核外电子层数 B、核内中子数 C、核内质子数 D、最外层电子数 3. 把少量的（A ）放入水里震荡后能形成溶液。 A、食盐 B、面粉 C、汽油 D、沥宵 4. 当条件不改变时，溶液放置时间稍长，溶质（B ） A、会沉降出来 B、不会分离出来 C、会分解 D、会浮上来 5. 当8g食盐完全溶解于92g水中时，该溶液的质量白分比浓度是（A ） A 、8% B、87%C、92%D、84% 6.结晶水合物是（A ） A 、具有一定组成的化合物B 、 具有一浓度的溶液 C 、悬:浊液D 、 乳浊液 7从硝酸钾和氯化钠的混合溶液| 中分离 而 肖酸钾的方 法 是（ D ） A 、过滤B 、 蒸僻 C 、加热蒸十结晶D 、 加热后浓缩后再冷却结晶 8. 在常压下，假设50C的水饱和蒸汽压为A , 80C的水饱和蒸汽压为B,那么A和B的关系为（C ） A、A=B B、 A > B C、A < B D、A > B 9. 下面关于饱和溶液的说法正确的是（D ） A、在饱和溶液里，溶解和结晶的过程就停止 B、饱和溶液一定是浓溶液 C、同一溶质的饱和溶液的浓度一定大于不饱和溶液的浓度 D、饱和溶液就是该温度下达到平溶解衡状态的溶液 10将高温饱和硝酸钠溶液降温，析出晶体后，经过滤所得滤液是（B ） A、水 B、饱和溶液 C、不饱和溶液 D、硝酸钾晶体11某温度时，把B克饱和氯化钾溶液蒸十，得氯化钾晶体A克，则氯化钾的溶解度为（D）克 A、 A B、100X A/B C、A/ （B-A） D、100X A/ （B-A） 12. 在25C时，10g水最多可溶物质A 1g ,60C时,60克饱和溶液含物质B 10g, 则A和B的溶解度相比为（D ） A、A=B B、A > B C、A < B D、无法比较 13.卜列物质有近的是（A ） A、氟化氢 B、二氧化碳 C、氯化氢 D、氮气 14.下面关于氢氧化钠的俗称不正确的是（B) 1 平均温度：—117.02 2 本次设计的一部分是设计苯酐轻组分塔，塔型选用 F1浮阀塔，进料为两组分进 料连续型精馏。苯酐为重组分，顺酐为轻组分，从塔顶蒸除去，所以该塔又称为 顺酐塔。 确定操作条件 顺酐为挥发组分, 进料: 所以根据第3章物料衡算得摩尔份率: 5.9072 XF --------- 0.0794 74.4323 X D = X w = 塔顶： 塔底： 该设计根据工厂实际经验及相关文献给出实际回流比 R=2 (R=)，及以下操 作条件： 塔顶压力：； 塔底压力：； 塔顶温度： 塔底温度： 进料温度： 塔板效率： C ； C ； 225 r ； E T = 基础数据整理 (1 )精馏段: 图5-1精馏段物流图 225 171.01 r 1 3 3 75 19 3 3 平均压力：2 30.0 10 10. 10 右 10.0 10 15. 03 10 pa E 时 苯酐的密度为1455kg/m 3 (2)提馏段: 平均温度：1 237.02 225 231.01 E 2 入料压力：30 10 互」9 14.9k Pa 75 物料 质量流量 kg/h 分子量kg/kmol 摩尔流量kmol/h 内回流 98 V o =34.788O 22.4 779.2512Nm 3 /h 标准状况下的体积: 根据第3章物料衡算，列出精馏段物料流率表如下: 表5-1 精馏段物料流率 操作状况下的体积: V 1=779.2512 273 171.01 273 0.101 106 15.03 103 0.101 106 气体负荷: 气体密度: 液体负荷: =Nm 3/h 1103.2112 Cd 3 Vn = 0.3064 m 3 /s 3600 3409.2240 c cccc . , 3 n 3.0903 kg/m 3 1103.2112 3409.2240 3 Ln= ----------- 0.9470 m 3 /s 塔基础知识 1：化工生产过程中,是如何对塔设备进行定义的? 答:化工生产过程中可提供气(或汽)液或液液两相之间进行直接接触机会，达到相际传质及传热目的，又能使接触之后的两相及时分开，互不夹带的设备称之为塔。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。常见的、可在塔设备中完成单元操作的有精馏、吸收、解吸和萃取等，因此，塔设备又分为精馏塔、吸收塔、解吸塔和萃取塔等。 2：塔设备是如何分类的? 答：按塔的内部构件结构形式，可将塔设备分为两大类：板式塔和填料塔。按化工操作单元的特性(功能)，可将塔设备分为：精馏塔、吸收塔、解吸塔、反应塔(合成塔)、萃取塔、再生塔、干燥塔。按操作压力可将塔设备分为：加压塔、常压塔和减压塔。按形成相际接触界面的方式，可将塔设备分为：具有固定相界面的塔和流动相界面的塔。 3：什么是塔板效率?其影响因素有哪些? 答：理论塔板数及实际塔板数之比叫塔板效率，它的数值总是小于1。在实际运行中，由于气液相传质阻力、混合、雾沫夹带等原因，气液相的组成及平衡状态有所偏离，所以在确定实际塔板数量时，应考虑塔板效率。系统物性、流体力学、操作条件和塔板结构参数等都对塔板效率有影响，目前塔板效率还不能精确地预测。 4：塔的安装对精馏操作有何影响? 答：：(1)塔身垂直.倾斜度不得超过1/1000,否则会在塔板上造成死区,使塔的精馏效率下降;(2)塔板水平.水平度不超过正负2mm,塔板水平度如果达不到要求,则会造成液层高度不均匀,使塔内上升的气相易从液层高度小的区域穿过,使气液两相不能在塔板上达到预期的传热,传质要求.使塔板效率降低。筛板塔尤其要注意塔板的水平要求。对于舌形塔板，浮动喷射塔板，斜孔塔板等还需注意塔板的安装位置，保持开口方向及该层塔板上液体的流动方向一致。（3）溢流口及下层塔板的距离应根据生产能力和下层塔板溢流堰的高度而定。但必须满足溢流堰板能插入下层受液盘的液体之中，以保持上层液相下流时有足够的通道和封住下层上升蒸汽必须的液封，避免气相走短路。另外，泪孔是否畅通，受液槽，集油箱，升气管等 精馏习题与题解 一、填空题: 1. 精馏塔设备主要有_______、______、_______、________、_______。 ***答案*** 筛板塔 泡罩塔 浮阀塔 填料塔 舌形板板式塔 2. 在1个大气压.84℃时, 苯的饱和蒸气压P=11 3.6(kpa),甲苯的饱和蒸气压p=4 4.38(kpa),苯--甲苯混合溶液达于平衡时, 液相组成x=__________.气相组成y=______.相对挥发α=____. ***答案*** 0.823 0.923 2.56 3. 在精馏操作中，回流比增大，精馏段操作线与平衡线之间的距离________，需理论板_________。 ***答案*** 越远， 越少 4. 精馏的基本原理是________而且同时应用___________，使混合液得到较彻底的分离的过程。 ***答案*** 多次 部分冷凝和部分汽化 5. 精馏塔不正常的操作有：_________________________________________________。 ***答案*** 液泛、严重漏液、严重液沫夹带 6. 试述五种不同进料状态下的q 值：（1）冷液进料＿＿＿＿；（2） 泡点液体进料＿＿＿＿＿；（3）汽液混合物进料＿＿＿； （4）饱和蒸汽进料＿＿＿＿；（5）过热蒸汽进料＿＿＿____。 ***答案*** （1） ｑ＞1 （2） ｑ＝1 （3） 0＜ｑ＜1 （4） ｑ＝0 （5）ｑ＜0 7. 已知精馏段操作线为y=0.75x+0.24,则该塔的操作回流比R=_______，塔顶产品组成x=_____。 ***答案*** 3， 0.96 8. 试比较某精馏塔中第ｎ，ｎ＋1层理论板上参数的大小（理论板的序数由塔顶向下数起），即： 1+n y n y n t ＿＿＿1+n t ，n y n x ***答案*** ＜， ＜， ＞ 9. 精馏操作的依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 。 实现精馏操作的必要条件包括＿＿＿＿＿＿＿＿_＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 混合液中各组分的挥发度差异。 塔顶液相回流 塔底上升气流 10. 某二元物系的相对挥发度α＝3，在具有理论板的精馏塔内于全回流条件下作精馏塔操作，已知n x ＝0.3，则1+n y 塔顶往下数） ***答案*** ))1(1(n n n x x y -+=αα＝3×0.3/(1+2×0.3) ＝0.563 1-n x ＝n y ＝0.563 1-n y ＝3×0.563/（1＋2×0.563）＝0.794 11. 精馏塔塔顶某理论板上汽相露点温度为d t ， 液相泡点温度为b t 。 塔底某理论板上汽相露点温度为d t ，液相泡点温度为b t 试按温度大小顺序用＞、＝、＜符号排列如下：＿ 填空题 1. 精馏过程是利用 和 的原理进行完成的。 答案：多次部分气化；多次部分冷凝 2. 最小回流比是指 。 答案：塔板数为无穷时的回流比的极限值 3. 当分离要求和回流比一定时， 进料的q 值最小，此时分离所需的理论板数 。 答案：过热蒸气；最多 4 简单蒸馏的主要特征是________和______。 答案：不稳定操作或过程不连续；无回流 5 若原料组成、料液量、操作压力和最终温度都相同，二元理想溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏相比较的结果有：①所得馏出物平均浓度______；②所得残液浓度_____；③馏出物总量______。 答案：①简单蒸馏>平衡蒸馏；②简单蒸馏=平衡蒸馏；③简单蒸馏<平衡蒸馏。 6 恒沸精馏和萃取精馏主要针对_____和 ______物系，这两种特殊精馏均采取加入第三组分的办法以改变原物系的_______。 答案：沸点差很小；具有恒沸物体系；相对挥发度 7 精馏操作的依据是 ______ 。精馏操作得以实现的必要条件包括______和 ______。 答案：混合液中各组分的挥发度的差异；自塔顶向下的液流和自塔底向上的气流 ８ 若精馏塔塔顶某理论板上气相露点温度为1t ，液相泡点温度为2t ；塔底某理论板上气相露点温度为3t ，液相露点温度为4t 。请将4个温度间关系用>、=、<符号顺序排列如下_____。 答案：4321t t t t =<= 9 恒沸精馏和萃取精馏的主要区别是① ______； ②______ 。 答案：恒沸精馏添加剂应与被分离组分形成新的恒沸物；萃取精馏中的萃取剂则应具有沸点比原料中组分的沸点高得多的特性 11 用图解法求理论塔板时，在α、F x 、D x 、W x 、q 、R 、F 和操作压力p 诸参数中， 与解无关。 答案：进料流率F 12 当增大操作压强时，精馏过程中物系的相对挥发度 ，塔顶温度 ，塔釜温度 。 答案：减小；增加；增加 目录 1 设计任务书 (1) 1.1 设计题目……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1.2 已知条件……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1.3设计要求………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2 精馏设计方案选定 (1) 2.1 精馏方式选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.2 操作压力的选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.4 加料方式和加热状态的选择…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.3 塔板形式的选择………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.5 再沸器、冷凝器等附属设备的安排…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2.6 精馏流程示意图………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3 精馏塔工艺计算 (2) 3.1 物料衡算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3.2 精馏工艺条件计算……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3.3热量衡算………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4 塔板工艺尺寸设计 (4) 4.1 设计板参数……………………………………………………………………………………………………………………… 精馏装置操作工初级理论知识 一、单项选择 1.二氧化硅的硅的化合价为（B ） A、+6 B、+4 C、+2 D 、+1 2.元素的化学性质决定与原子的（D ） A、核外电子层数 B、核内中子数 C、核内质子数 D、最外层电子数 3.把少量的（A ）放入水里震荡后能形成溶液。 A、食盐 B、面粉 C、汽油 D、沥青 4.当条件不改变时，溶液放置时间稍长，溶质（B ） A、会沉降出来 B、不会分离出来 C、会分解 D、会浮上来 5.当8g 食盐完全溶解于92g 水中时，该溶液的质量百分比浓度是（A ） A8% B、87% C、92% D 、84% 6. 结晶水合物是（A ） A 、具有一定组成的化合物B 、 具有一浓度的溶液 C 、悬浊液D 、 乳浊液 7 从硝酸钾和氯化钠的混合溶液中分离硝酸钾的方法是（ D ） A 、过滤B 、 蒸馏 C加热蒸干结晶D加热后浓缩后再冷却结晶8.在常压下，假设50C的水饱和蒸汽压为A , 80C的水饱和蒸汽压为B，那么A 和B的关系为（C ） A、A=B B、A > B C、 A V B D、A》B 9.下面关于饱和溶液的说法正确的是（D ） A、在饱和溶液里，溶解和结晶的过程就停止 B、饱和溶液一定是浓溶液 C、同一溶质的饱和溶液的浓度一定大于不饱和溶液的浓度 D、饱和溶液就是该温度下达到平溶解衡状态的溶液 10将高温饱和硝酸钠溶液降温，析出晶体后，经过滤所得滤液是（B ） A、水 B、饱和溶液 C、不饱和溶液 D、硝酸钾晶体11某温度时，把B 克饱和氯化钾溶液蒸干，得氯化钾晶体A 克，则氯化钾的溶解度为（D ）克 A、 A B、100X A/B C、A/ （B-A） D、100X A/ （B-A） 12.在25E时，10g水最多可溶物质A 1g ,60C时，60克饱和溶液含物质B 10g, 则A和B的溶解度相比为（D ） A、A=B B、A > B C、AV B D、无法比较 13. 下列物质有毒的是（A ） A、氟化氢 B、二氧化碳 C、氯化氢 D、氮气 14. 下面关于氢氧化钠的俗称不正确的是（ B ） A、苛性钠 B、纯碱 C、烧碱 D、火碱 第三章 精馏塔工艺设计计算 塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形势穿过板上的液层，进行传质与传热，在正常操作下，气象为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。 本次设计的萃取剂回收塔为精馏塔，综合考虑生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性、结构造价等因素将该精馏塔设计为筛板塔。 3.1 设计依据[6] 3.1.1 板式塔的塔体工艺尺寸计算公式 （1） 塔的有效高度 T T T H E N Z )1( -= （3-1） 式中 Z –––––板式塔的有效高度，m ； N T –––––塔内所需要的理论板层数； E T –––––总板效率； H T –––––塔板间距，m 。 （2） 塔径的计算 u V D S π4= （3-2） 式中 D –––––塔径，m ； V S –––––气体体积流量，m 3/s u –––––空塔气速，m/s u =（0.6~0.8）u max （3-3） V V L C u ρρρ-=max （3-4） 式中 L ρ–––––液相密度，kg/m 3 V ρ–––––气相密度，kg/m 3 C –––––负荷因子，m/s 2 .02020?? ? ??=L C C σ （3-5） 式中 C –––––操作物系的负荷因子，m/s L σ–––––操作物系的液体表面张力，mN/m 3.1.2 板式塔的塔板工艺尺寸计算公式 (1) 溢流装置设计 W OW L h h h += (3-6) 式中 L h –––––板上清液层高度，m ； OW h –––––堰上液层高度，m 。 3 2100084.2??? ? ??=W h OW l L E h （3-7） 式中 h L –––––塔内液体流量，m ； E –––––液流收缩系数，取E=1。 h T f L H A 3600= θ≥3~5 (3-8) 006.00-=W h h (3-9) ' 360000u l L h W h = (3-10) 式中 u 0ˊ–––––液体通过底隙时的流速，m/s 。 (2) 踏板设计 开孔区面积a A ： ??? ? ??+-=-r x r x r x A a 1222sin 1802π （3-11） 精馏塔基础知识 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256） 塔基础知识 1：化工生产过程中,是如何对塔设备进行定义的? 答:化工生产过程中可提供气(或汽)液或液液两相之间进行直接接触机会，达到相际传质及传热目的，又能使接触之后的两相及时分开，互不夹带的设备称之为塔。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。常见的、可在塔设备中完成单元操作的有精馏、吸收、解吸和萃取等，因此，塔设备又分为精馏塔、吸收塔、解吸塔和萃取塔等。 2：塔设备是如何分类的? 答：按塔的内部构件结构形式，可将塔设备分为两大类：板式塔和填料塔。按化工操作单元的特性(功能)，可将塔设备分为：精馏塔、吸收塔、解吸塔、反应塔(合成塔)、萃取塔、再生塔、干燥塔。按操作压力可将塔设备分为：加压塔、常压塔和减压塔。按形成相际接触界面的方式，可将塔设备分为：具有固定相界面的塔和流动相界面的塔。 3：什么是塔板效率其影响因素有哪些 答：理论塔板数与实际塔板数之比叫塔板效率，它的数值总是小于 1。在实际运行中，由于气液相传质阻力、混合、雾沫夹带等原因，气液相的组成与平衡状态有所偏离，所以在确定实际塔板数量时，应考虑塔板效率。系统物性、流体力学、操作条件和塔板结构参数等都对塔板效率有影响，目前塔板效率还不能精确地预测。 4：塔的安装对精馏操作有何影响? 答：：(1)塔身垂直.倾斜度不得超过1/1000,否则会在塔板上造成死区,使塔的精馏效率下降;(2)塔板水平.水平度不超过正负2mm,塔板水平度如果达不到要求,则会造成液层高度不均匀,使塔内上升的气相易从液层高度小的区域穿过,使气液两相不能在塔板上达到预期的传热,传质要求.使塔板效率降低。筛板塔尤其要注意塔板的水平要求。对于舌形塔板，浮动喷射塔板，斜孔塔板等还需注意塔板的安装位置，保持开口方向与该层塔板上液体的流动方向一致。（3）溢流口与下层塔板的距离应根据生产能力和下层塔板溢流堰的高度而定。但必须满足溢流堰板能插入下层受液盘的液体之中，以保持上层液相下流时有足够的通道和封住下层上升蒸汽必须的液封，避免气相走短路。另外，泪孔是否畅通，受液槽，集油箱，升气管等部件的安装，检修情况都是要注意的。对于不同的塔板有不同的安装要求，只有按要求安装才能保证塔的生产效率。 5：塔设备中的除沫器有什么作用? 答：除沫器用于分离塔中气体夹带的液滴，以保证有传质效率，降低有价值的物料损失和改善塔后压缩机的操作，一般多在塔顶设置除沫器。可有效去除3—5um 的雾滴，塔盘间若设置除沫器，不仅可保证塔盘的传质效率，还可以减小板间距。所以丝网除沫器主要用于气液分离。 6：塔器在进行设备的材料选择时,应考虑哪些问题? 某双组分理想物系当温度t=80℃时，P A°=106.7kPa，P B°=40kPa，液相摩尔组成x A=0.4，试求： ⑴与此液相组成相平衡的汽相组成；⑵相对挥发度α。 解：（1）x A=(P总－P B°)／(P A°－P B°) ； 0.4=(P总－40)／（106.7－40） ∴P总=66.7kPa； y A=x A·P A°／P总=0.4×106.7／66.7=0.64 （２）α=P A°／P B°=106.7／40=2.67 j07a10011 用连续精馏塔每小时处理100 kmol含苯40% 和甲苯60% 的混合物，要求馏出液中含苯90%，残液中含苯1%（组成均以kmol%计）。 (1)馏出液和残液各多少kmol/h。 (2)饱和液体进料时，已估算出塔釜每小时汽化量为132kmol，问回流比为多少？ 解：① F=D+W Fx F = Dx D＋Wx W ∴ W=56.2kmol/h D= 43.8kmol/h ②∵q=1 V'=V ∴L =V－D=132－43.8=88.2 kmol/h R=L/D=88.2/43.6=2.02 j07a10019 在常压连续精馏塔中分离理想二元混合物，进料为饱和蒸汽，其中易挥发组分的含量为0.54（摩尔分率），回流比R=3.6，提馏段操作线的斜率为1.25，截距为-0.0187，求馏出液组成x D。 解: y q=x F=0.54 (1) 精馏段方程: y=0.7826x+0.217 x D 提段方程: y=1.25x-0.0187 (3) 式(1)与(3)联立得两操作线交点坐标x q=x=0.447， 将y q=0.54，, x q=0.447代入(2) 得x D=0.8764 j07b20014 在连续精馏塔中，精馏段操作线方程y=0.75x+0.2075，q线方程式为y=－0.5x+1.5x F试求 ①回流比R ②馏出液组成x D③进料液的q值 ④当进料组成x F =0.44时，精馏段操作线与提馏段操作线交点处x q值为多少? 并要求判断进料状态。 解：y=[R/(R+1)]x+x D/(R+1) ①R/(R+1)=0.75, R=0.75R+0.75, R=0.75/0.25=3 ② x D/(R+1)=0.2075 , x D=0.83 ③q/(q-1)=－0.5 , q=0.5/1.5=0.333 ④0.75x+0.2075=－0.5x+1.5 x F , 0.75 x q+0.2075=－0.5x q +1.5×0.44, x q=0.362 , ⑤0 2 精馏塔的工艺计算 2.1精馏塔的物料衡算 2.1.1基础数据 （一）生产能力： 10万吨/年，工作日330天，每天按24小时计时。 （二）进料组成： 乙苯212.6868Kmol/h ；苯3.5448 Kmol/h ；甲苯10.6343Kmol/h 。 （三）分离要求： 馏出液中乙苯量不大于0.01，釜液中甲苯量不大于0.005。 2.1.2物料衡算（清晰分割） 以甲苯为轻关键组分，乙苯为重关键组分，苯为非轻关键组分。 01.0=D HK x ，005.0=W LK x ， 表2.1 进料和各组分条件 由《分离工程》P65式3-23得： ,1 ,,1LK i LK W i HK D LK W z x D F x x =-=--∑ （式2. 1） 2434.13005 .001.01005 .0046875.0015625.08659.226=---+? =D Kmol/h W=F-D=226.8659-13.2434=213.6225Kmol/h 0681.1005.06225.21322=?==W X W ，ωKmol/h 编号 组分 i f /kmol/h i f /% 1 苯 3.5448 1.5625 2 甲苯 10.6343 4.6875 3 乙苯 212.6868 93.7500 总计 226.8659 100 5662.90681.16343.10222=-=-=ωf d Kmol/h 132434.001.02434.1333=?==D X D d ，Kmol/h 5544.212132434.06868.212333=-=-=d f ωKmol/h 表2-2 物料衡算表 2.2精 馏塔工艺 计算 2.2.1操作条件的确定 一、塔顶温度 纯物质饱和蒸气压关联式（化工热力学 P199）： C C S T T x Dx Cx Bx Ax x P P /1)()1()/ln(635.11-=+++-=- 表2-3 物性参数 注 ：压力单位0.1Mpa ，温度单位K 编号 组分 i f /kmol /h 馏出液 i d 釜液i ω 1 苯 3.5448 3.5448 0 2 甲苯 10.6343 9.5662 1.0681 3 乙苯 212.6868 0.1324 212.5544 总计 226.8659 13.2434 213.6225 组份 相对分子质量 临界温度C T 临界压力 C P 苯 78 562.2 48.9 甲苯 92 591.8 41.0 乙苯 106 617.2 36.0精馏习题及答案
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