化工原理 第9章 液体精馏 典型例题题解.docx

第9精慎典型例题例1.逐板法求理论板的基本思想有一常压连续操作的精播塔用来分别第-甲素混合液，塔顶设有一平衡分凝器，自塔顶选出的蒸汽经分凝器后，液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍，所得液相全部在泡点卜.回流于塔，所得汽相经全瞅器冷凝后作为产品。已知产品中含苯0.95（摩尔分率），苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5o试计算从塔顶向下数其次块理论板的上升蒸汽组成.解:25X”1+1.5x00.952.5-1.5x0.950.884R=1.'D=2精情段方程.V川=+0.95/3,y,-×0.884+0.95/3-0.9053-0.793j1.0.9052.5-1.5J1-2.5-1.5x0.905y,=-X0.793+0.95/3=0.84523例2,板数较少塔的操作型计算5045×0.8455拟用一3块理论板的（含塔釜）的精懒塔分别含笨50%（摩尔分率，下同）的紫-筑米混合物。处理量F=100KmOuh.要求D=45KmoHi且xd>84%,若精储条件为：回流比R=I，泡点进料，加科位置在其次块理论板，-4.10,问能否完成上述分别任务？解：W=55kmo1.=0.22精储段操作线方程:y.=0.5xn+O.42提值段的操作线方程:RI)+qFWx,(R+1.)D-(1.-q)F-(+1)D-(1-¢)F聘相关数据代入得提情段悚作线方程：j-1.61.x-0.134逐板计算：y1.=1=O.84y1.03MM=7-j-=0.56-(-1.)y1.4.1-3.Ix0.84y>=0.5X0.56+0.42=0.70.V5=1.61x0.36-0.134=0.570.704.1-3.1×0.70.360.574.1-3.1x0.57三0.240.22所以不他完成任务.例3,一块板的塔计算在一块理论板和再沸淞组成的精馅塔中，对苯一甲苯混合物进行分别.已知。=2,5.F=K)OKmOIh,f=0.15(摩尔分率,下同)，饱和液体加料在第一块板上,分别要求为xt.-0.25.x,-0.06。试求:(1)塔顶，塔底的产量D,W(2)回流比R解：F=D+*(1)Fxf=Dx0+fx.联立(1)(2)得D=47kmo1.hW=53kmo1.hDXf-X.0.15-0.06.=-=0.47Fx1.,-xm0.25-0.06(2K=y.=-1.+(a-1.>1V10.25,C>X1=1.r=0.12-(-1.)y1.2.5-1.5×0.25axu2.5X().(>6,yu.=7s-r=0.14I+(af-1.).vM1+1.5×0.06在再沸器上升汽桶组成y.与塔板下降液相组成x之间符合操作线关系：RD+qFW,J.(+1.)D-(I-)FX(+I)D-(1-0F47f÷10053x0.06八-47(/?+I)孙47(/?+1)解上式得到：R=2.38例击板效率的计算某精懒塔具有一块实际板和一只蒸饲釜(可视为一块理论板)。原料预热到泡点，由塔顶连续加入，F=100Kmo"h,x,=0.2(摩尔分率，卜同)。泡点回流,回流比R=2.0系统相对挥发度=2.5.今测得塔顶慵出fitD=57.2Kmo1.h.且xt1.=0.28,试求：(1)塔底出料量M及浓度X.该塔板的莫弗里效率EK和1.解：”型包卫=0.0941-0.572V=«-25×0094-0.2061.+(-1.)xw1+1.5x0.0941.=1.+F=RD+F=2×57.2+100=214.4kmo1.hY=(R+1)D=3X57.2=171.6kno1/hW.方25023x1.-(jw+0.023)/1.25.(0.206+0.023)/1.25-0.18=25x0.18.(us1+15x0.182.5-1.5x0.280.28-0.130.28=0.13例5平衡蒸馆和倚洁蒸馆在常压下聘组成为0.6(易挥发组分的摩尔分率)的某志向二元混合物分别进行平衡蒸窗和简洁蒸储，若规定汽化率为1/3,试计算：(1)平衡蒸储的汽液相组成:(2)简洁蒸储的易挥发组分平均组成及收率。假设在操作范围内汽液平衡关系为：J046r+0549.解：(1)平衡蒸储依题意，液化率为及j三046+0549联立以上两式，求得平衡的汽液相组成分别为XS烦5八07830(2)简洁蒸储依题意，得D=3FW=2/39由岁j"7尸=J6&=IJ054S>-OMrj23PJr,05®-0J4x03409-O×0.6解得，2=0琬慵出液的平均组成为即2?Pj三1.-(1.-a)s06*-(06-0<8),rDKrv1.3FJOaM易挥发组分的收率为弃i萼00%，121ffxrAf06分析：求解本题的关键是娴熟应用物料衡算式和汽液平衡关系式进行平衡蒸储和简洁蒸储的计算，理解易挥发组分收率的概念。例6在一连续精饰塔内分别某志向二元混合物。已知进料组成为0.4(易挥发组分的摩尔分率，下同)，泡点进料：馀出液组成为0.9：塔顶易挥发组分的收率为90%：塔顶采纳全凝器，操作回流比为最小回流比的1.5倍：操作条件卜物系的平均相对挥发度为2.5。试计算：(1)釜残液组成：(2)精储段操作线方程。解：(1)釜残液组成“设进料量为100kmo1.h,由物料衡算可得其中D-*40XD09ko1.hr=P-D=100-4)=60kmo1./h.100*04-0*09=Oo«7(2)栉幡段操作线方程先求最小回流比，由对于泡点进料，有由汽液平衡方程!*(-041.*(2J-1.)×04故.短绊力依题意=i=1522=183精耀段操作线方程为导检品，赢Mi分析：求解本题的关键是理解所求的问题与进料量无关，故可设进料域为100kmo1.h0例7在一连续精馆塔内分别某志向二元混合物。已知进料地为100kmo"h,进料组成为0.5(易挥发组分的摩尔分率，下同)，泡点进料：釜残液组成为0.05；塔顶采纳全凝器；操作条件下物系的平均相对挥发度为2.303；精德段操作线方程为了=072+0275.试计算:(1)塔顶轻组分的收率:(2)所需的理论板层数。解:(1)塔顶轻组分的收率归Tjjf三*100%由f其中，。可由精慵段操作线方程求出,即Fh:072三257ia0j75三o再计算储出液流星D,由总物料衡算方程可得5竺±二为'型弟二晦，。7，0982-Oakmo1./h=gqoo%:"妻臂2"I00%=乂幻%故Pxf100*05（2）所需的理论板整数Nr汽液平衡方程为.6.2X3X,1.*（-1.）'1.1.X3x给定一系列X值，依上式可计算出与之平衡的J值,计算结果如下表:X00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0y00.2040.3650.4970.6060.6970.7760.8430.9020.9541.0招以上数据绘成x-y图，用图解法求理论板层数，图解过程见本例附图。图解结果为理论板层数Nr=I5（包括再沸器）进料板位置Nf=9分析：求解本题的关键是由己知的精情段操作线方程求出R及1D.例8在常压连续提储塔中分别含乙醇0036(摩尔分率)的乙醇一水混合液。饱和液体进料,干脆蒸汽加热。若要求塔顶产品中乙醇回收率为98%,试求:(1)在理论板层数为无限多时，每k11X)1.进料所需蒸汽量，(2)若蒸汽量取为最小蒸汽量的2倍时，所需理论板层数及两产品的组成。假设塔内汽液相为恒摩尔流淌。常压下气液平衡数据列于本题附表中。例8附表X00.00800.0200.02960.0330.036y00.07500.1750.2500.2700.288解：木例为干脆蒸汽加热的提馈塔。由于泡点进料，依据恒摩尔流假定，则八八卬全塔物料衡算八%=DW（八）乙静组分衡算r=Dxp*JTr(b)将以=S/用F=0%代入式b,得用f=0%用尸犷”以IfaMI进料为基准,则有0036=r»098x0036得vsO00072（1）Imo1.进料所需最少蒸汽量当理论板为无穷多时，操作线的上端在二0微的平衡线上（对应的=7=00¾）,操作线的斜率为即-0288%06-000072ZC1.Foafc=01225fanoVfano1.JM得a816816（2）蒸汽量为最小用量两倍时所需理论板层数及两产品组成F0三"0BfcI三2*01225三0245fano!*o1送和吼竺也;0%由丁.”FIXOo36解得,r三0144釜残液组成仍为V=。丽2。>t-：408操作线斜率为»00245过点旭丽小）作斜率为4.08的直线交q线F点&联点C"即为操作纵自点d起先在平衡线与操作线之间绘阶梯，至跨过点C为止，需理论板层数为4.6。图解过程（略）。分析：求解本题的关键是驾驭提储塔、干脆蒸汽加热的物料衡算关系.例9在常压精馄塔内分别某两组分志向溶液。已知进料量为100knK>1.h,进料组成为05（摩尔分率，下同），储出液组成为0.98,进料为泡点进料：塔顶采纳全凝器，泡点回流，操作PI流比为最小网流比的1.8倍.在本题范围内，汽液平衡方程为：J-58r+043,汽相默弗里板效率为0.5。若要求轻组分收率为98%,试计算:(1)釜残液组成:(2)精锚段操作线方程:(3)从塔顶向下第一U实际板下降的液相组成.解:（1）由题给条件三磬X1.oO%=98%由全塔物料衡算方程:F=D*JFf=DrQ。泌CWr.1.1.x,JOO95-5005Wn(W联立得WP-D100-50（2）先计算由泡点进料。5由气液平衡方程j,-058r,+043-05805+043-072=1.8ite=18"11«=2128精储段操作线方程为A*1.R】2128*12I2S*1j-068x+0313(3)由汽相默弗里板效率定义，第一层实际板的汽相默弗里板效率为塔顶为全凝器力=XD=O98由气液平衡方程，得7,"»OSxt*043(2)由精储段操作线方程，得3=01*031.3(3)将(2)、(3)式代入(1)式，得0贝一(068*1*0.313)(pxj043)-(068x1.*0313)0解得，1=0蜗分析：求解本题的关键是娴熟运用操作线方程、汽液平衡方程和板效率定义式进行有关计算。