化工原理：6 蒸餾討論

1、PAGE 求回流比1、 分離苯甲苯的精餾塔有10塊塔板，總板效率為06，泡點(diǎn)液相進(jìn)料，進(jìn)料量為100kmol/h, 其濃度xF=0.175，要求塔頂產(chǎn)品濃度為0.85，塔釜濃度為0.1(均為苯的摩爾分率)。相對(duì)揮發(fā)度為2.46。試討論下述幾種情況: (1) 該塔的操作回流比R為多少? 有幾種解法? 試對(duì)這幾種解法進(jìn)行比較。 (2) 用該塔將塔頂產(chǎn)品濃度提高到0.99是否可存? 若將塔頂產(chǎn)品濃度提高到0.88，可 采取何種措施? 對(duì)其中較好的一種方案進(jìn)行定性和定量的分析。 (3) 當(dāng)塔頂產(chǎn)品濃度為0.85時(shí)，最小回流比為多少? 若塔頂冷凝水供應(yīng)不足，回流比只 能為最少回流比的0.9倍，該塔還能操

2、作嗎？ (4) 若因回流管堵塞或回流泵損壞，使回流比為0，此時(shí)塔頂、塔釜的組成及流量分別為多少?(設(shè)塔板效率不下降)。 (R=5.7； 不可能，措施：(1)加大回流比；(2)改變進(jìn)料狀態(tài)，使q1；(3)增加理論板數(shù)或加分凝器；Rmin=3.02，能; xD=0.234, xW=0.1)解：（1）求操作回流比方法一：用芬斯克方法和吉利蘭關(guān)聯(lián)圖求取由吉利蘭關(guān)聯(lián)圖查得：對(duì)苯-甲苯溶液，汽液平衡方程為。泡點(diǎn)進(jìn)料，。聯(lián)立求解與汽液平衡方程，可得線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)，于是最小回流比為：求得方法二：逐板試差法設(shè)，精餾段操作線提餾段操作線由于衡算得，所以操作線方程為： 逐板試差，計(jì)算結(jié)果如下塔板序號(hào)汽相組成液

3、相組成108500697207190510305610342404180226503000160602400110701230054所以第6塊板為加料板，理論板數(shù)為。假設(shè)成立。方法三：圖解試差法求回流比。（略）（2）不能實(shí)現(xiàn)。從塔釜開(kāi)始在對(duì)角線和平衡線之間作7個(gè)梯級(jí)（全回流），得到塔頂最大濃度，若此濃度，則可以實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，所以該塔不能得到0.99的塔頂產(chǎn)品。 使是可能的。因?yàn)榇藭r(shí)所需要的最少理論板數(shù)即全回流量最少理論板數(shù)為5塊，而現(xiàn)有7塊板，所以達(dá)到是可能的。采取的措施可以是：加大回流比；改變時(shí)料熱狀況，使，使所需理論板數(shù)減少；增加理論板數(shù)或加分離器。 （3）泡點(diǎn)進(jìn)料當(dāng)，能操作，但塔頂產(chǎn)品的

4、濃度將降低，因?yàn)槭轻槍?duì)一定的分離要求而言的，產(chǎn)品濃度要求降低，最小回流比的數(shù)值也變小。（4）當(dāng)，該塔變?yōu)槲刑狃s段的精餾塔。此時(shí)提餾操作線將變化：斜率所以操作線方程代入數(shù)據(jù)得：(1)平衡線方程(2)線方程(3)方法一：根據(jù)沒(méi)?；亓髑疤狃s段理論板數(shù)為1塊，聯(lián)立求解式（1）、（2）和（3），用試差法求得，。方法二：用圖解試差法初設(shè)值，可確定c點(diǎn)；由點(diǎn)c及斜率等于1.49可確定操作線cb，b點(diǎn)是操作線cb與垂線的交點(diǎn)；在操作線cb與平衡線間梯級(jí)，若從c到b所得梯級(jí)數(shù)恰好等于原來(lái)的提餾段理論板數(shù)，則所設(shè)正確，即過(guò)b點(diǎn)作水平線作對(duì)角線交點(diǎn)d，即為回流比為零時(shí)塔頂產(chǎn)品的濃度。若第步中所作的梯級(jí)數(shù)不等于原來(lái)

5、的數(shù)目，則需要重新假定由上述圖解試差法可求得，2、（分凝器）一分離苯甲苯的精餾塔，按以下三種方式冷凝（圖（a）(b) (c)）。塔頂?shù)谝话迳仙魵鉂舛葹楹?.8（摩爾分率），回流比均為2。采用全凝器冷凝，在塔頂及回流處插兩只溫度計(jì)，測(cè)的溫度分別為t0, t1, 問(wèn)t0,t1是否相等？為什么？并求t0, t1的值。在圖(a)、圖(b)、圖(c)三種冷凝情況下，第一板濃度y1含苯0.8(摩爾分率)。a)比較溫度t1, t2, t3,的大?。?b) 比較回流液濃度xL1, xL2, xL3的大??；c)比較塔頂濃度xD1, ,xD2, xD3的大小。 將以上參數(shù)分別按順序排列，并說(shuō)明理由。三種情況下

6、精餾段操作線是否相同? 在同一y-x圖上表示出來(lái)，并將三種情況下xD、xL、yV的值在y-x圖上表示出來(lái)。若該塔有10塊塔板，每塊板的阻力降為2.5mmHg，塔釜間接蒸氣加熱，塔釜產(chǎn)品濃度含苯10%（摩爾分率）。問(wèn)塔釜加熱蒸氣壓力至少應(yīng)多大？。已知阿托因常數(shù)如下： A B C 苯 6.8704 1206.35 220.37 甲苯 6. 953 1343.94 219.58 2解（1）。因?yàn)槭锹饵c(diǎn)溫度，是泡點(diǎn)溫度。有兩種求法：圖解法：在圖上從處作垂線與線和線分別交于a、b點(diǎn)，如附圖a所示。a點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度為84.3，b點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度為89，即塔頂為89，回流液為84.3解析法：求塔頂溫度，用露點(diǎn)方程試差

7、。設(shè)，組分1為苯，組分2為甲苯。代入阿托因方程得：，解得，解得，所以露點(diǎn)溫度求回流液溫度，用泡點(diǎn)方程試差，設(shè)，同理，由阿托因方程得：，所以回流溫度 （3）比較三種冷凝情況下的、分析：從圖可得；第一種情況：全凝器，第二種情況：先部分冷凝后全冷凝，由杠桿法則作圖得第三種情況：產(chǎn)品是量為、濃度為的液體與量為、濃度為的液體混合物。即為與二種濃度的液體以3：1的量混合，所得混合液濃度可按杠桿法則作圖求取，如附圖(a)所示，得。 （3）求三種情況下的操作線及、的位置。三條操作線的斜率相同，均為，所以三條線平行，但頂點(diǎn)不同。I線頂點(diǎn)為；線頂點(diǎn)；線頂點(diǎn)，、三個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別是三個(gè)回流液濃度：。過(guò)、點(diǎn)作垂線交平

8、衡線于、。、的縱坐標(biāo)分別為冷凝器上汽相濃度：。塔頂產(chǎn)品濃度，而。由物料衡算定出以確定P點(diǎn)的位置,如附圖(c)所示。求塔釜蒸汽壓力行用試差法求釜溫，再查表得加熱蒸汽壓力。塔板總壓降：塔釜壓力：已知塔釜濃度，、分別為苯和甲苯的飽和蒸汽壓，要以用阿托因方程求出：設(shè)塔釜溫度為，則：由泡點(diǎn)方程檢驗(yàn)：所以塔釜溫度查餾和水蒸汽表，該溫度下水的飽和蒸汽壓為。所以，塔釜蒸汽壓至少需要。3、回流溫度對(duì)所需理論板數(shù)的影響苯和甲苯的混和液中含笨0.4，該混和液進(jìn)入一精餾塔中，要求苯的回收率為90， 回流比為最小回流比的1.5倍，泡點(diǎn)進(jìn)料，產(chǎn)品要求為：塔頂餾出液為0.9，塔釜?dú)堃簽?.0667 (以上組成均為摩爾分?jǐn)?shù))

9、。精餾塔塔頂為全凝器，回流溫度為20，求所需理論板數(shù)為多少? 已知回流液體的泡點(diǎn)為83，汽化潛熱為3.2104Jmol，比熱容為140J/(molK)。(NT=9，加料板為第5塊) 3解取為基準(zhǔn)，由，可得：，因回流比，故回流液量為回流液體的熱狀態(tài)參數(shù)為：離開(kāi)第一板的液體量為：進(jìn)入第一板的氣體量為：精餾段操作線方程為：此線對(duì)y軸的截距為0.265，通過(guò)對(duì)角線交于點(diǎn)（0.9,0.9），在y-x圖上可方便地作出。同時(shí)，根據(jù)，及，提餾段操作線方程也可以方便地求出。利用平衡線與操作自上而下作梯級(jí)，關(guān)在跨過(guò)兩操作線交點(diǎn)時(shí)換用操作線，求得所需最少板數(shù)為，加料板為第5板。（參見(jiàn)附圖）4、只有提餾段、但有回流的

10、特殊塔 一個(gè)只有提餾段的精餾塔，組成為0.5的飽和液體自塔頂加入，若體系的相對(duì)揮發(fā)度為 2.5，塔底產(chǎn)品組成控制為0.03，當(dāng)塔頂回流比為0.27時(shí)，求： (1) 塔頂組成的最大可能值； (2) 若要求塔頂產(chǎn)品組成達(dá)到0.8，回流比至少為多少? (xD=0.74；Rmin=1.02) 4解 （1）塔頂產(chǎn)品的極限組成由總物料衡算得，(a)設(shè)進(jìn)料與回流的混合液的組成為，則提餾段操作線方程為將、及代入上式可得，即(b)按上升蒸汽和下降達(dá)到汽液平衡的假定，則，即(c)式（a）（b）(c)聯(lián)立求解，得，按此題的要求，即使塔為無(wú)限高，所得塔頂產(chǎn)品組成也只能達(dá)到0.74（2）產(chǎn)品合格時(shí)的最小回流比按考慮，即為滿足產(chǎn)品合格的最小回流比。再由解得。將、代入提餾段操作線方程則解得所需最小回流比5、只有提餾段、汽液兩相均無(wú)回流、直接蒸汽加熱的特殊塔用僅有兩塊理論塔板的精餾塔提取水溶液中易揮發(fā)組分，流率為50kmolh的飽和水蒸汽由塔釜加人。溫度為20、組成為0.2、流率為100kmol/h的料液由塔頂加入。氣液兩相均無(wú)回流。已知料液的泡點(diǎn)為80、，平均定壓比熱容為100KJ(kmol)，汽化潛熱為40000KJ/kmol。若汽液平衡關(guān)系為y=3x，試求輕組分的回收率。 （7788%