精馏题库(4)

3V K?K2时， ?:1?2; V:3?V 即：?02V?3V?02V?VV?3VdV??3A2VdV?22A?10K1d??22Kd??12V2V?2K2A2K1A222化简得 V?(K1?K2)A ??22因为 K21??p

2?p2?2 所以 K2?2K1代入，得 V22?3K1A2 ?p1232由 V?K1A?1 得 K1A???9 所以 V2?3K1A2?3?9?5.2m3

?11第2h得滤液量 V2?V1?5.2?3?2.2m3

注意恒速过滤方程中的?p是恒速阶段终了时的压差值，而联合过滤方程中的?p是恒压阶段的压差值， 某叶滤机在恒压下过滤某种悬浮液,第一小时得滤液2m3,问第二小时可得滤液多少m3如果从第二小时开始,将过滤压强提高到原来的一倍,问第二小时可得滤液多少m3(忽略介质阻力,滤饼为不可压缩).

22(1) ?滤饼不可压缩 , ?k?P 当P’=2P时.K’=2K, 则在P’=2P下,过滤方程为V?2KA??2?4??8?

2原来过滤1h,在p’下只要过滤?时间便可得到2m滤液,即:2?8????0.5h

V123在P’下,过滤?'?0.5?1?1.5h时,∴在P下，过滤方程为V'2?2KA2??2?4??8?

(V')2?8?'?8?1.5?12 ?V'?3.46m3

'3则压强加倍后,第二小时可得滤液:V?V1?3.46?2?1.46m

?dV??d??0??d???? 平均过滤速率:??dv???d???av??KA2??0??2V??d??

???? 4?104 一无提馏段的精馏塔只有一层塔板，气相板效率EmV?0.84。进料为饱和气态的双组分混合物，其组成为0.65。物系的相对挥发度为2.2，塔顶回流为饱和液体，塔顶产品收率控制为13。试求： (1) 当塔顶为全凝器冷凝回流时的产品组成；

(2) 若塔顶改用分凝器后，回流比不变，产品质量有何影响？

底产品组成。

因为进料的气相组成与经塔板流下的液相组成为操作线关系，故有 yF?图4-10

W xW

F xF V yF x1 y1 L D xD 分析：如图4?10，此塔无再沸器，分离所需的气相回流由进料提供。因是露点进料，回流液的组成即为塔

xRx1?D由 R?1R?121x1?xD则 33F?V?D?L,F?1?R 有 D

（a）

R?F?1?3?1?2 D代入上式为 0.65?2x1?1.95?xD

*由x1还求y1，且知y1?xD, 与x1理论上成相平衡关系的气相组成为y1

*y1?ax12.2x1 ?1?(a?1)x11?1.2x1yn?yn?1 *yn?yn?1 （b）

将上式代入EmV，则有 EmV?即

0.84?y1?yFxD?0.65 ?**y1?yFy1?0.65 （c）

简化整理得 xD?

1.97x1?0.104联立（a）与（b）式 解得

1?1.2x1xD?0.75 xW?x1?0.6

塔顶、塔底产品组成相近，此塔分离能力较低。若想提高产品质量，或增大回流比，或增加塔板数。 （2）分凝器冷凝回流

分凝器的相平衡关系 y0?则

?x0?xD

1?(??1)x02.2x0

1?1.2x0

（d）

（e）

xD?将（d）代入y1与x0间的操作线方程得 而进出塔板的物料关系未变，仍有 及

y1?xR21x0?D?x0?xD R?1R?1332x1?1.95?xD 0.84?y1?0.65 *y1?0.65

（a） y1? (c)

*2.2x1

1?1.2x1（b）

联解(a)~(e)式，得塔顶产品组成 xD?0.821

可见，改用分凝器后，塔顶产品质量有所改善，其原因就是增加了1层塔板—分凝器。 作精馏段全塔轻组分物料衡算 FxF?V'y2?Lx1?DxD 由题知 F?D xF?xD?0.8

由于此塔板无塔底产品的特殊性，无论回流比如何变， 均有xF?xD?y1,上述计算的各个气液组成均不变化， 所以回流比的改变对由再沸器返塔的气相组成无影响 塔顶产品收率控制为13：D/F。回收率：DXd/FXf 当回流比为最小回流比时，提馏段操作线的斜率L/V为最大

塔板有无分离作用：进出每层塔板的气相组成与液相组成均有变化，有分离作用。

4—109 某饱和液体原料进入精馏回收塔塔顶其组成为0.5，要求塔底产品组成为0.2，塔顶蒸气经全凝器冷凝后3/4回流入塔，其余作为塔顶产品，冷凝液组成为0.8（以上组成均为轻组分A的摩尔分数）。已知体系的相对挥发度为2?9，试求：（1）轻组分的回收率；（2）塔内理论板数及加料位置。

分析：与上题相比，此题增加了塔顶回流，但仍是一个单一的提馏塔，故塔内各相邻板间的物料组成均符合提馏操作线关系，依此关系可求出理论塔板数。

解：（1）轻组分的回收率

由全塔轻组分物料衡算 FxF?DxD?WxW 及 W?F?D

'y1 F xF V’ L y2 x1 ’ L’ V yw x2 图4-12

D xD w 有FxF?DxD?(F?D)xW 又知塔顶组成xD?0?8 整理得

DxDxF?xW0?5?0?2Dx0?8???0?5轻组分回收率 D??D?0?5?0?8 FxD?xW0?8?0?2FxFFxF0?5（2）塔内理论板数 先整理提馏段操作线方程

L'W已知 y?'x?'xW (a)

VV而此题 L'?L?qF?L?F?RD?F V'?V?(R?1)D

RD?FWx?xw(R?1)D(R?1)D则(a)式为 (b)由全塔物料衡算 (W?D)xF?DxD?WxW R?F/DW/D?x?xWR?1R?1y?3VWxD?xF0?8?0?5L4???1 回流比 R???3 D1DxF?xW0?5?0?2V4将

FW?2、?1,R?3、xW?0?2代入(b) 式得y?1?25x?0?05 (c) DD而平衡方程 y?ax2?9x? (d)将y1?xD?0?8代入(d)式得 x1?0?580 1?1?9x1?(a?1)代入(c)式得y2?0?675 依次有 x2?0?417＜xF y3?0?472

x3?0?235 y4?0?244 x4?0?100＜xW故塔內不计再沸器共有3块理论板，第2块板为加料板。

11.一个只有提馏段的精馏塔，组成为0.5的饱和液体自塔顶加入，若体系的相对挥发度为2.5，塔底产品组成控制为0.03,当塔顶回流比为0.27时，求： （1）塔顶组成的最大可能值； （2）若要求塔顶产品组成达到0.8，回流比至少为多少？ 分析：若塔内理论板数无穷时，塔顶产品组成可上升到最大极限值。在本题中塔顶产品的极限值为离开顶板的气相与进料和回流的混和液达到相平衡时的数值。与提馏塔无回流的算法情况不同。

解：（1）塔顶产品极限组成由总物料衡算得

x?0.5x?0.5WxD?xW??D?D （a） DxF?xW0.5?0.030.47设进料与回流的混合液的组成为x0则有提馏操作线方程

y1?L'WqF?LWx0?xW?x0?xW将F?D?W、q?1、y1?xD代入上式，则 V'V'qF?L?WqF?L?WxD?WxW1?R?W/DW/Dq(D?W)?Lx0?xW ?x0?1?R1?Rq(D?W)?L?Wq(D?W)?L?W即xD??x01.27?W/DW/Dx0??0.03 (b)按上升气相与混合液达到相平衡的假定，则y1?即

1.271.271?(??1)x0xD?2.5x0 （c） 将(a)、(b)、（c）3式联立求解，得

1?1.5x0W?0.51按此题要求,即使塔为无限高,所得塔顶产品组成也只能达到0.74。 DxD?0.74 x0?0.532

（2）产品合格时的最小回流比。

按y1?xD?0.8考虑，即为满足产品合格的最小回流比。 由

?x02.5x0WxD?xW0.8?0.5 解得 x0?0.615 ???0.638再由 y1?0.8??DxF?xW0.471?(??1)x01?1.5x0W1?R?W/DW/D?0.638代入提馏段操作线方程y1?x0?xW D1?R1?R将x0?0.615、则 0.8?1?Rmin?0.6380.638?0.615??0.03解得所需最小回流比 Rmin?1.02

1?Rmin1?Rmin出釜的蒸气组成 yW??xW1????1?xW2.786?0.1? ?0.0671?1.786?0.12.用精馏塔分离某种水溶液,组成为0.3，流率为100kmol/h的料液由加料口入塔，其热状况参数q为1.1，塔顶设有全凝器,泡点回流,回流比为2.5，饱和蒸汽直接入釜加热，馏出液组成为0.85。试求：

(1) 当回收率为0.85时，塔底产品组成； 若回流比及塔顶产品组成不变，饱和蒸汽用量增至多少时可使

塔底产品组成为零？若进料状况、 分离要求及回流比均不变,塔釜改用间接蒸汽加热时的提馏段操作线方程

分析：由于是饱蒸汽直接加热釜内液体,故有饱和蒸汽用量与自釜上升蒸汽用量相等的特殊条件需加以考虑。全塔物料衡算时需增加饱和蒸汽这股物料，饱和蒸汽用量的改变直接影响产品回收率。

解：（1） 塔底产品组成 由回收率得塔顶产品流率 D?F?xF??100?0.3?0.85??30kmol/h xD0.85

饱和蒸汽用量 S?V'?V?(1?q)F?(R?1)D?(1?q)F ?3.5?30?0.1?100?115kmol/h塔底产品流率 W?F?S?D?100?115?30?185kmol/h由全塔轻组分物料衡算 FxF?DxD?WxW得 xW?

FxF?DxDW?100?0.3?30?0.85?0.024

185（２）饱和蒸汽增加量 塔底产品组成为零时，即意味着回收率已达100%，即 有 FxF?D'xD D??FxFxD?100?0.3?35.29kmol/h 由 S??(R?1)D??(1?q)F

0.85S?133.53??1.16 即当饱和蒸汽增大16%时，轻组分即可全部S115 ?3.5?35.29?0.1?100?133.53kml/h

由塔顶取出。可见在分离重组分为水的溶液装置内又有余热可利用产生饱和蒸汽时，采用饱和蒸汽直接入釜加热的方式比增加塔板，加大回流比等方式经济方便。 （3）塔釜间接加热时的提馏段操作线方程

xF?xW0.3?0.024??0.334 则此时的塔顶流率 D???0.334F?33.4kmol/h

xD?xW0.85?0.024 W???F?D???100?33?4?66?6kmol/h

提馏段的汽液相流率 V????R?1?D????1?q?F ?3?5?33?4?0?1?100?126?9kmol/h

L???RD???qF?2?5?33?4?1?1?100 ?193?5kmol/h

D\/F?故提馏段操作线方程为 y'n?1?L???W??193?5?66?6?xn?xW?xn??0?024 ?1?525xn?0?013 V??V??126?9126?9由操作线斜率

y?yn?10.8?0.6R?1??0.667 解出 R?2 R?1xD?xn0.8?0.5提馏塔无回流, 则 L?W,V?D，直接蒸汽加热：塔釜不再算作理论板，V0=V’,L’=W, Yw=0, F+V0=D+W 4—119 如图4－16用由一个蒸馏釜和一层实际板组成的精馏塔分离二元理想溶液。组成为0.2的料液在泡点温度下由塔顶加入，系统的相对挥发度为2.5。若使塔顶轻组分的回收率达到80％，并要求塔顶产品组成为0.30，试求该层塔板的液相默弗里板效率。

xW M xD xF 图4-16

分析：此塔为提馏塔，且无塔顶回流，明确塔内气液两相物流的关系并知道板效率的定义式即可顺利求解。 解：

，解出xW?0.0857全塔为提馏段，且泡点加料 故有 L?F，D?V

提馏段操作线方程为 yn?1?LWxn?xW?1.876xn?0.876?0.0857?1.876xn?0.0751VV??a?

已知 y1?xD?0.3 则与y1在理论上成平衡的 x1?y10.3??0.109

?????1?y13.5?2.5?0.3而该板的实际液相组成与自釜上升的蒸气组成yW操作线关系

yW?y?0.0751?xW3.5?0.0857?0.171 ??0.247 代入?a?式得 x1?W1.8761????1?xW1.?2.5?0.0857该板默弗里效率

xn?1?xnxF?x1 4-120 某连续精馏塔将组成为0.45的双组分理想溶液分离，要求塔顶组成达到0.85 ，塔底组成为0.02，料液的流率为3.6kmol/h，在泡点温度加入塔内。系统的相对挥发度为2.4,组分的气化潜热均为15000kJ/kmol，若

该塔的板数可视为无穷，当加料位置分别在塔中部和塔顶时，求不同的回流比和塔釜耗热量。

分析：塔中部加料时，由于塔板数为无限多，则回流比为最小回流比，精馏段操作线与q线的交点落在平衡线上；而改为塔顶加料后，全塔只有提馏段，由提馏段操作线的斜率可确定此时的回流比。（此时提馏段有回流） （2）塔顶部加料时 yD?xD?0.85 xDmin?EmL?xn?1?xn*?xF?x1??0.2?0.171?31.9%

0.2?0.109yD0.85y?xWL'0.85?0.02??0.70操作线斜率 ?D??1.22

??(??1)yD2.4?1.4?0.85V'xDmin?xW0.70?0.02R?F3.6R?L'L?FRD?FD =1.865?1.22 ???泡点进料时 V'V(R?1)DR?1R?1解得 R?3.23 则V'?(R?1)D?(3.23?1)?1.865?7.886kmol/h 则塔釡耗热量 Q?V'?r?7.886?15000?118295kJ/h?32.86kW

12. 连续精馏塔中分离苯－甲苯溶液．塔顶采用全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热．含轻组分苯为0.35的料液以饱和蒸气状态加入塔中部，流量为100kmol/h．塔顶产品流率为40kmol/h，组成为0.8．系统的相对挥发

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