精馏典型例题题解.pptx
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1、总压、温度对相平衡的影响蒸馏的压强增高,泡点升高,相对挥发度减小,分离困难。对于理想溶液总之,蒸馏宜选用较低的操作压强,较低的操作温度(汽相、液相共存温度),有利于组分之间的分离。第1页/共77页例:平衡蒸馏与简单蒸馏的比较将含苯为 0.7(摩尔分数,下同),甲苯 0.3 的溶液加热汽化,汽化率为 1/3。已知物系的相对挥发度为 2.47,试计算:(1)作平衡蒸馏时,汽相与液相产物的组成;(2)作简单蒸馏时,汽相产物的平均组成及残液组成。解:(1)平衡蒸馏解得:y=0.816;x=0.642第2页/共77页(2)简单蒸馏解得:x2=0.633(1)平衡蒸馏解得:y=0.816;x=0.642原
2、因是:简单蒸馏始终在最低(泡点)的温度下操作,相对挥发度比较大,即在较低的温度下,重组分不易挥发,故所汽化的组分中轻组分浓度大。第3页/共77页例1:某连续精馏塔,泡点进料,已知操作线方程如下:精馏段(rectifying section):提馏段(stripping section):试求:原料液组成、馏出液组成、釜液组成、回流比。解:或交点的横坐标 x=xD=0.86因为是泡点进料交点的横坐标 x=xF=0.38交点的横坐标 x=xw=0.06或 解得 xw=0.06第4页/共77页例2:双组分混合液,在一连续精馏塔中进行分离,已知料液泡点ts=367k xF=0.45 xD=0.96 x
3、w=0.05 R=1.50 L/V=1.50 ,料液平均比热 Cp=158kJ/(kmol.k),平均汽化潜热 r=30400kJ/kmol求:料液进塔时的温度 tF解:解得 q=1.02解得 tF=363k第5页/共77页例3:有如图的精馏流程,以回收二元理想混合物中的易挥发组分A,塔1和塔2的回流比都是3,加料、回流均为饱和液体。已知:xF=0.6,xD=0.9,xB=0.3,xT=0.5(均为摩尔分数),F=100kmol/h。整个流程可使易挥发组分A的回收率达90%。试求:1、塔2的塔釜蒸发量;2、写出塔1中间段(FT)的操作线方程。1#2#1段2段3段1段2段第6页/共77页解:1#
4、塔物料衡算:解得:2#塔物料衡算:1#2#1段2段3段1段2段第7页/共77页2#塔:1#塔:1#塔虚线所围范围物料衡算:1#2#1段2段3段1段2段第8页/共77页1#塔虚线所围范围易挥发组分物料衡算:FT段操作线方程:数值代入,得:1#2#1段2段3段1段2段第9页/共77页2#的1段:或1#2#1段2段3段1段2段第10页/共77页例1:某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝,所得的气、液两相互成平衡。汽相作产品,液相作回流,见图,该系统符合恒摩尔流的假定,试推导此时的精馏段操作线方程。解:虚线范围物料衡算:再分析分凝器与塔顶第一块板之间的关系:结论:符合操作线关系。将操作线方程中的斜率和截距用
5、已知参数表示出来第11页/共77页 例2:某精馏塔顶采用的是冷回流(即回流液的温度低于泡点温度),其回流比为R=L0/D(摩尔比,下同),而塔顶第一块板下方的回流比即为塔内实际回流比为R(内回流),R=L/D,试证明:1、2、冷回流时精馏段的操作线方程形式不变,即解:第12页/共77页结论:冷回流时精馏段的操作线方程形式不变。第13页/共77页例:有两股原料,一股为100kmol/h含苯0.6(摩尔分率,下同)和含甲苯0.4的混合液。另一股为100kmol/h含苯0.2(摩尔分率,下同)和含甲苯0.8的混合液。拟用精馏操作进行分离,要求馏出液含苯0.9,釜液含苯0.05。塔顶设全凝器,塔釜为水
6、蒸气间接加热。操作回流比为2。问下述两种方案哪种方案所需的理论板数少?(1)两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上;(2)将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上。1段2段3段解:(1)两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上全塔物料衡算第14页/共77页1段2段3段第2段:操作线方程第3段:操作线方程得:所需理论板8块,自顶数第3块为F1进料,第6块为F2进料。(2)将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上1段2段两股原料混合后的组成xf F、q=1第2段:操作线方程得:所需理论板10块,自顶数第5块进料。第15页/共77页例:2000年华东理工大学硕士入学考试试题 用连续
7、精馏塔分离某双组分混合液,混合液中含易挥发组分xF=0.4(摩尔分率,下同),原料以饱和液体状态加入塔中部,塔顶全凝,泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度=2.5,要求塔顶产品浓度xD=0.8,塔顶易挥发组分的回收率=0.9。塔釜间接蒸汽加热。试求:(1)完成上述分离任务的最小回流比;(2)若R=1.5Rmin ,则进入塔顶第一块塔板的汽相组成为多少?解:q线方程平衡线方程第16页/共77页例:华东理工大学1999年硕士入学考试试题 采用连续精馏塔分离某双组分混合物,进料组成为 0.4(易挥发组分摩尔分率),进料汽液比为 1:1(摩尔量比)。塔顶泡点回流,塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶易挥发组分回
8、收率达到98%,塔釜难挥发组分回收率达到99%。已知该物系的相对挥发度为 3 试求:(1)塔顶、塔底产品的组成和塔顶采出率;(2)Rmin(3)R=1.5Rmin ,试写出提馏段的操作线方程。解:(1)均代入(3)式第17页/共77页解得:(2)解交点坐标(xe,ye)第18页/共77页第19页/共77页例:华东理工大学1998年硕士入学考试试题 采用一连续操作的常压精馏塔,分离某A(轻组分)B(重组分)双组分混合物,已知进料组成为 0.4(易挥发组分摩尔分率),进料温度为50oC。塔顶泡点回流,塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶产品含易挥发组分95%,塔釜产品含易挥发组分3%。已知该物系的相对挥发度
9、为 2.5 ,实际操作回流比为1.95 。试求:(1)组分A的回收率;(2)Rmin (3)写出提馏段的操作线方程。(4)若塔顶第一块板下降的液相浓度为 0.9,求该塔板以气相组成表示的 Emv(由平衡数据已知,xf=0.4 ,AB混合液的泡点为 95.2oC,定性温度下,原料液的 Cp=39kcal/(kmol.oC),r=8800kcal/kmol )解:第20页/共77页第21页/共77页第22页/共77页例:西北大学1999年硕士入学考试试题 两股组成不同的原料液分别预热至泡点,从塔的不同部位连续加入。已知:xD=0.98,xS=0.56xF=0.35 ,xw=0.02(均为易挥发组分
10、的摩尔分率)。物系的相对挥发度=2.4,S=0.2F试求:(1)塔顶易挥发组分的回收率;(2)为达到上述分离要求所需的 Rmin .第23页/共77页解:物料衡算:解得:第24页/共77页两股进料均为泡点,应根据 哪股加料求 Rmin?可能情况之一:首先根据S确定Rmin如果第2段的操作线到e2点时,如图所示,则可以按照S进料求Rmin第25页/共77页可能情况之二:根据S股:先根据S确定Rmin如果第2段的操作线到e2点时,如图所示,则应该按照S进料求Rmin第26页/共77页可能情况之三:此时应根据第3段操作线的斜率,上推到第2段,再上推到第1段确定Rmin 。先根据S确定Rmin如果第2
11、段的操作线到e2点时,出现了如图所示的情况,则不能按照S进料求Rmin第27页/共77页此时应根据第3段操作线的斜率,上推到第2段,再上推到第1段确定Rmin 。第28页/共77页如果考虑不周全,仅根据S股进料,得出Rmin=1.21的错误结论。第29页/共77页例某二组分混合物用连续精馏分离,进料的摩尔分数为0.5,泡点进料。系统的相对挥发度为2,塔顶出料量是进料的60%(摩尔比)。如果所用精馏塔的理论板数为无穷多,试分析并计算:(1)R=0.8时,塔顶和塔底的组成各为多少?(2)R=1.5时,塔顶和塔底的组成各为多少?并绘出操作线示意图。解:所用精馏塔的理论板数为无穷多,操作线与平衡线可以
12、出现交点,在三处有可能出现:(1)在进料处操作线与平衡线的夹点e,(2)xD=1.0处,(3)xw=0处。物料平衡对于精馏分离极限的制约第30页/共77页(1)R=0.8 先设在进料处出现挟点,则R=0.8为Rmin通过物料衡算计算xw,并判断是否合理。故假设在进料处出现夹点合理。第31页/共77页(2)R=1.5时,仍然假设在进料处出现挟点,通过物料衡算计算xw,并判断是否合理。故假设在进料处出现夹点不合理,至大只能是xw=0。设在xw=0处出现交点,物料衡算计算xD故,合理。第32页/共77页 连续 精馏装置的热量平衡如果F、D、W保持不变,若回流比R已定,QB+Qf 则总量已定。第33页
13、/共77页为什么 q 值增大(冷态,Qf数值减小),所需要的NT减少呢?(1)回流比R一定精馏操作所需要的总热流量一定。若q值增加,Qf减小,则意味着QB增加了,这样达到预定分离程度所需要的NT数量减少。QB值大,使NT减小的原因:QB值大,意味着 数值大,使得提馏段操作线与平衡线距离增大,传质推动力增大,故所需NT减少。根据热量平衡原理 和 理论塔板数的求解,分析进料热状态的选择,分为2种情况结论:在需要总热量一定的情况下,热量应从塔釜(再沸器)加入,而不应该是从原料带入。即:热量应从塔底(塔釜)加入。为什么 当Qt一定时,QB增加,可以使得N减少?第34页/共77页(2)如果塔釜加热能力一
14、定(即 一定,QB一定)时,加料热状态变化,对于NT的影响 若Qf增加,则提供给精馏操作的总热量增加,意味着Qc增加了(消耗更多的冷量),回流比 R 增加了,传质推动力增加了,故所需要的NT可以减少。结论:精馏操作,热量尽量加在塔底;冷量尽量加在塔顶。第35页/共77页如果是饱和水蒸气,q=0,水蒸气的流率为S精馏段操作线、进料线不变,提馏段操作线有了变化。水蒸气直接加热的精馏水蒸气的热状态参数为q 提馏段轻组分衡算过点(xw,0)第36页/共77页全塔物料衡算塔釜间接加热时的物料衡算水蒸气直接加热精馏的物料衡算第37页/共77页分析直接蒸汽加热提馏段方程式的特点:过点(xw,0)第38页/共
15、77页直接蒸汽加热与间接釜式加热相比较:分2种情况第一种情况:F、xf、q、R、xD、xW 相同,比较热能消耗、轻组分的回收率和N由于S直接进入塔釜,出塔的物料总量(D+W)必然增加。D?W?塔釜间接加热时的物料衡算第39页/共77页第一种情况:F、xf、q、R、xD、xW 相同,比较热能消耗、轻组分的回收率和N直接间接第40页/共77页第二种情况:F、xf、q、R、xD 相同,要求轻组分的回收率相同,比较热能消耗、和理论塔板数N由于D、xD相同,则(R+1)D相同,则能耗相同。精馏段方程、q线方程相同,提馏段的液汽流量和液汽比没有变化,直接蒸汽加热时的提馏段操作线只是将间接加热的操作线延长到
16、横坐标上。直接间接第41页/共77页例:含甲醇0.45(摩尔分率,下同)的甲醇水溶液在一常压连续精馏塔中进行分离。原料流量为100kmol/h,泡点进料。要求馏出液中含甲醇0.95,釜液含甲醇0.05。塔釜用饱和水蒸气直接加热。回流比为1.8。甲醇水溶液在操作条件下的汽、液相平衡数据见表。图解法确定理论塔板数。是饱和水蒸气,q=0,水蒸气的流率为S解:第42页/共77页对q0或q1 的情况应具体计算。多股加料的精馏当回流比R变化时,各段操作线的斜率均发生变化。挟点位置有多种可能。第43页/共77页若液相侧线,则引出下降的液相物。侧线出料的精馏挟点一般出现在q线与平衡线的交点处。若汽相侧线,则引
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