第十一讲精馏总结及习题课
化工原理-精馏课件
6.3 双组分连续精馏塔的计算
xD
xq
xF
e
d
xW
yq
a
e
d
a
f
c
yq
非理想溶液
理想溶液
xD
xq
xF
xW
c
吸收
6.3 双组分连续精馏塔的计算
NT，min 当操作线远离平衡线 NT减少，与对角线重合时达到 NT，min，一般由图解法求取。若体系为双组分理想溶液，则可通过解析法计算 （Fenske方程）：
L
V
L’
V’
F
L
V
L’
V’
F
L
F
F
冷液进料
饱和液体进料
气液混合物进料
饱和蒸气进料
过热蒸气进料
吸收
6.3 双组分连续精馏塔的计算
不同 q值对应的 q线方程
进料状况
进料的焓 IF
q值
q线斜率 q/q-1
冷液体
IF<IL
q>1
+
饱和液体
IF=IL
q=1
无穷大
气液混合物
IL<IF<IV
0 < q <1
–
吸收
6.1 理想溶液的气液相平衡
6.1.2 相平衡——相平衡方程 纯液体的挥发度：该液体在一定温度下的饱和蒸气压。 溶液中各组分的挥发度：该组分在蒸气中的分压和与之相平衡的液相中的摩尔分率之比。 相对挥发度：是指溶液中两组分挥发度之比，常以易挥发组分的挥发度为分子。
吸收
6.1 理想溶液的气液相平衡
吸收
6.3 双组分连续精馏塔的计算
对加料板作物料衡算 V’－V＝L’－L－F 令 则有： q 线方程，精馏段操作线和提馏段操作线的交点，但经过 点。
化工原理-精馏习题课
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，①子量②③子量④问题了。
习题2其中x q，y qx q=x F；q线方程，习题3液平衡方程，而全凝器没有这个性质。
所以根据题目首先还是列出已知条件（提醒：大家在读题的时候一定要注意题目给出的是质量分数还是摩尔分数，本题是摩尔分数相对比较简单，如果是质量分数的话一定要先转换成摩尔分数）这里大家要注意，因为我们分析知道分凝器相当于一块塔板，但是题目中已经告诉我们精馏塔塔顶第一层板的液相组成，所以分凝器的塔板编号就不能是第一块，而一般我们对塔板编号是从塔顶往塔底编号，所以这里我们就假设分凝器是第零块塔板，下标用“0”代替，所以根据题目来说我们就知道分凝器向塔内提供的回流液就是分凝器上的液相组成，而分凝器上的气相则进入了全凝器，也就是说进一步分析题目，已知是泡点进料，根据上面几题分析，可知q=1，q线方程式x=x F，所以由此我们还可以知道以上就是我们根据题目所知道的条件②但是根据最小回流比的求算公式min D qq q x x R y x -=-我们可以知道要求最小回流比还缺少y q ，而要求它则必须知道气液平衡方程，然后代入x q 来求解，因此此处最重要的就是求出气液平衡方程，即：这样实际上就是要求相对挥发度α，因此必须找到某一块塔板上符合气液平衡的气液相组成数据代进这个方程就可以，而从上面分析我们就知道，分凝器上的数据恰好符合这一要求，所以把分凝器的数据（x 0，y 0）代入就可以求出α，也就是然后把0.5q x =代入上面气液平衡方程求出y q ，再代入最小回流比方程就可以求出最小回流比了。
精馏习题及答案
精馏习题课例题1.一分离苯、甲苯的常压精馏塔，按以下三种方式冷凝(图1，图2，图3)，塔顶第一板上升蒸汽浓度为含苯(摩尔分率)，回流比均为2。
(1)采用全凝器冷凝，在塔顶及回流处插二支温度计，测得温度分别为0t 、1t ，问0t 、1t 是否相等为什么并求0t 、1t 的值。
(2)在图1，图2，图3三种冷凝情况下，第一板浓度为1y 含苯(摩尔分率)。
①比较温度1t 、2t 、3t 的大小；②比较回流液浓度1L x 、2L x 、3L x 的大小；③比较塔顶产品浓度1D x 、2D x 、3D x 的大小。
将以上参数分别按顺序排列，并说明理由。
(3)三种情况下精馏段操作线是否相同在同一x y -图上表示出来，并将三种情况下D x 、L x 、V x 的值在x y -图上表示出来。
已知阿托因常数如下(阿托因方程为)/(lg 0T C B A p +-=，其中P 单位为mmHg ，T 单位为℃)：A B C 苯 甲苯例题2.用一连续精馏塔分离苯—甲苯混合液。
进料为含苯(质量分率，下同)的饱和液体，质量流率为1000kg/h 。
要求苯在塔顶产品中的回收率为98%，塔底产品中含苯不超过。
若塔顶采用全凝器，饱和液体回流，回流比取为最小回流比的倍，塔底采用再沸器。
全塔操作条件下，苯对甲苯的平均相对挥发度为，塔板的液相莫弗里(Murphree)板效率为70%,并假设塔内恒摩尔溢流和恒摩尔汽化成立。
试求：①塔顶、塔底产品的流率D 、W 及塔顶产品的组成x D ； ②从塔顶数起第二块板上汽、液相的摩尔流率各为多少；③精馏段及提馏段的操作线方程；④从塔顶数起第二块实际板上升气相的组成为多少例题3.如图所示，对某双组分混合液，分别采用简单蒸馏和平衡蒸馏方法进行分离，操作压力、原料液的量F 、组成x F 均相同。
①若气相馏出物浓度（或平均浓度）相同，即平D 简D ＝x x ,,，试比较残液（或液相产品）浓度x W ，简、x W ，平，气相馏出物量V 简、V 平；②若气相馏出物量相同，即V 简=V 平，试比较残液（或液相产品）浓度x W ，简、x W ，平，气相馏出物浓度（或平均浓度）平D 简D 、xx ,,及残液（或液相产品）量。
精馏(含答案)
精馏(含答案)1、什么是蒸馏操作？2、蒸馏和精馏有何区别？3、如何选定蒸馏操作压强？4、何谓挥发度与相对挥发度？5、何谓非理想溶液？它们的特点是什么？6、溶液的气液相平衡的条件是什么？7、什么是回流？精馏操作过程中回流有什么作用？ 8、什么是全回流操作？主要应用？ 9、从t-x-y 图上简述精馏的理论基础？ 10、何谓理论板？理论塔板数是如何求取的？ 11、精馏塔为什么要设蒸馏釜或再沸器？ 12、什么位置为适宜的进料位置？为什么？13、q 值的物理意义是什么？不同进料状态下的q 值怎样？14、用图解法求理论塔板数时，为什么说一个三角形梯级代表一块理论块？ 15、恒縻尔流假设的内容？16、为使恒摩尔流假设成立，精馏过程须满足什么条件？ 17、化工生产中，对精馏塔板有哪些要求？ 18、何谓液泛、夹带、漏液现象？19、一正在运行的精馏塔，由于前段工序的原因，使料液组成F x 下降，而F 、q 、R 、'V 仍不变，试分析L 、V 、'L 、D 、W 及D x 、W x 将如何变化？19、解： ()F q V V -+=1' 分析，因为'V 、q 、F 不变，则：V 不变；D RD D L V +=+= 分析 1+=R V D 因R 不变，V 不变，则D 不变；W D F += 分析F 不变，D 不变，则W 不变； RD L = 分析R 不变，D 不变，则L 不变； W V L +='' 分析'V 不变，W 不变，则L ｝不变；因为R 不变，所以L/V 不变；因为'V 、W 不变，所以'L /'V 不变；而精馏段和提馏段的理论塔板数也不变，由 F x 下降，可得：D x 减少、W x 也减少。
从物料衡算的角度来分析，因为F 、D 、W 都不变，W D F Wx Dx Fx +=，所以F x 下降，可得：D x 减少、W x 也减少。
精馏小结
结语
精馏技术因其独特的优势在 化学工业中日益受到重视， 化学工业中日益受到重视 ， 已在 多个领域实现了产业化， 多个领域实现了产业化 ， 对某些 新领域的开发也取得了一定的进 展 。 其发展方向已经从常规精馏 转向解决普通精馏过程无法分离 的问题， 的问题 ， 通过物理或化学的手段 改变物系的性质， 改变物系的性质 ， 使组分得以分 离 ， 或通过耦合技术促进分离过 并且要求低能耗、 低成本， 程 ， 并且要求低能耗 、 低成本 ， 清洁分离是解决能源危机和缓解 三废污染的有效途径。 三废污染的有效途径。
精馏分类
• 根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏； 根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏； • 根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精 根据混合物的组分数， 馏； • 根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂， 根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂， 可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、 可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒 沸精馏和加盐精馏） 沸精馏和加盐精馏）。 • 若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。 若精馏过程伴有化学反应 则称为反应精馏。 化学反应，
y3 y2 x3 y1 x2
TA
Y/2
x1
T3
x/2
精馏相图解释
将第一级 溶液部分汽化所得 气相产品在冷凝后再在第二级 中进行部分汽化所得气相组成y 中进行部分汽化所得气相组成 2， 必大于y 可见这种部分汽 且 y 2 必大于 1 .可见这种部分汽 化的次数 （ 即级数） 愈多， 所 即级数 ） 愈多 ， 得到的蒸汽浓度也愈高， 得到的蒸汽浓度也愈高 ， 最后 可得到几乎为纯态的易挥发组 分。 同理 ， 若 将从各分离器得到 的液相产品分别进行多次部分 汽化和分离， 汽化和分离 ， 那么这种级数愈 得到液相产品的组分愈低， 多 ， 得到液相产品的组分愈低 ， 最后可得到几乎纯态的难挥发 组分。 组分。
精馏习题课附标准答案
第十章精馏［一］填空题1精馏过程是利用部分汽化和部分冷凝的原理而进行的。
精馏设计中，回流比越大，所需理论板越少，操作能耗高，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先变小再变大_的变化过程。
矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
2、分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中，过冷液体进料的q值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离越_________ ,分离所需的总理论板数越少。
聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
3、相对挥发度a =1 ,表示不能用普通精馏方式分离，但能用（萃取和恒沸）分离。
4、某二元混合物，进料量为100kmol/h , xF=0.6，要求得到塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为FXf》DXd。
残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
5、精馏操作的依据是各组分挥发度不同，实现精馏操作的必要条件包括液相回流和气相回流。
6、写出相对挥发度的几种表达式:•书上。
7、等板高度是指书上。
二、选择1、已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为C。
A 1.1:1B 1:1.1C 1:1D 0.1:1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
2、精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是D oA 液相中易挥发组分进入汽相；B 汽相中难挥发组分进入液相；C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多；D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。
3、某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA=0.6，相应的泡点为t1,与之相平衡的汽相组成yA=0.7，相应的露点为t2,则_A ________________ 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
A t1=t2B t1<t2C t1>t2D 不确定謀养抟箧飆鐸怼类蒋薔。
4、精馏操作时，若F、D、xF、q、R、加料板位置都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成xD变化为__B ___________ 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。
精馏习题及答案
精馏习题课例题1.一分离苯、甲苯的常压精馏塔，按以下三种方式冷凝(图1，图2，图3)，塔顶第一板上升蒸汽浓度为含苯0.8(摩尔分率)，回流比均为2。
(1)采用全凝器冷凝，在塔顶及回流处插二支温度计，测得温度分别为0t 、1t ，问0t 、1t 是否相等?为什么?并求0t 、1t 的值。
(2)在图1，图2，图3三种冷凝情况下，第一板浓度为1y 含苯0.8(摩尔分率)。
①比较温度1t 、2t 、3t 的大小；②比较回流液浓度1L x 、2L x 、3L x 的大小；③比较塔顶产品浓度1D x 、2D x 、3D x 的大小。
将以上参数分别按顺序排列，并说明理由。
(3)三种情况下精馏段操作线是否相同?在同一x y -图上表示出来，并将三种情况下D x 、L x 、V x 的值在x y -图上表示出来。
已知阿托因常数如下(阿托因方程为)/(lg 0T C B A p +-=，其中P 单位为mmHg ，T 单位为℃)：例题2.用一连续精馏塔分离苯—甲苯混合液。
进料为含苯0.4(质量分率，下同)的饱和液体，质量流率为1000kg/h 。
要求苯在塔顶产品中的回收率为98%，塔底产品中含苯不超过0.014。
若塔顶采用全凝器，饱和液体回流，回流比取为最小回流比的1.25倍，塔底采用再沸器。
全塔操作条件下，苯对甲苯的平均相对挥发度为2.46，塔板的液相莫弗里(Murphree)板效率为70%,并假设塔内恒摩尔溢流和恒摩尔汽化成立。
试求：①塔顶、塔底产品的流率D 、W 及塔顶产品的组成x D ；②从塔顶数起第二块板上汽、液相的摩尔流率各为多少； ③精馏段及提馏段的操作线方程；④从塔顶数起第二块实际板上升气相的组成为多少？例题3.如图所示，对某双组分混合液，分别采用简单蒸馏和平衡蒸馏方法进行分离，操作压力、原料液的量F 、组成x F 均相同。
①若气相馏出物浓度（或平均浓度）相同，即平D 简D ＝x x ,,，试比较残液（或液相产品）浓度x W ，简、x W ，平，气相馏出物量V 简、V 平；②若气相馏出物量相同，即V 简=V 平，试比较残液（或液相产品）浓度x W ，简、x W ，平，气相馏出物浓度（或平均浓度）平D 简D 、xx ,,及残液（或液相产品）量。
精馏习题及答案
精馏习题课例题1.一分离苯、甲苯的常压精馏塔，按以下三种方式冷凝(图1，图2，图3)，塔顶第一板上升蒸汽浓度为含苯(摩尔分率)，回流比均为2。
(1)采用全凝器冷凝，在塔顶及回流处插二支温度计，测得温度分别为0t 、1t ，问0t 、1t 是否相等?为什么?并求0t 、1t 的值。
(2)在图1，图2，图3三种冷凝情况下，第一板浓度为1y 含苯(摩尔分率)。
①比较温度1t 、2t 、3t 的大小；②比较回流液浓度1L x 、2L x 、3L x 的大小；③比较塔顶产品浓度1D x 、2D x 、3D x 的大小。
将以上参数分别按顺序排列，并说明理由。
(3)三种情况下精馏段操作线是否相同?在同一x y -图上表示出来，并将三种情况下D x 、L x 、V x 的值在x y -图上表示出来。
已知阿托因常数如下(阿托因方程为)/(lg 0T C B A p +-=，其中P 单位为mmHg ，T 单位为℃)：A B C 苯 甲苯例题2.用一连续精馏塔分离苯—甲苯混合液。
进料为含苯(质量分率，下同)的饱和液体，质量流率为1000kg/h 。
要求苯在塔顶产品中的回收率为98%，塔底产品中含苯不超过。
若塔顶采用全凝器，饱和液体回流，回流比取为最小回流比的倍，塔底采用再沸器。
全塔操作条件下，苯对甲苯的平均相对挥发度为，塔板的液相莫弗里(Murphree)板效率为70%,并假设塔内恒摩尔溢流和恒摩尔汽化成立。
试求：①塔顶、塔底产品的流率D 、W 及塔顶产品的组成x D ； ②从塔顶数起第二块板上汽、液相的摩尔流率各为多少；③精馏段及提馏段的操作线方程；④从塔顶数起第二块实际板上升气相的组成为多少？例题3.如图所示，对某双组分混合液，分别采用简单蒸馏和平衡蒸馏方法进行分离，操作压力、原料液的量F 、组成x F 均相同。
①若气相馏出物浓度（或平均浓度）相同，即平D 简D ＝x x ,,，试比较残液（或液相产品）浓度x W ，简、x W ，平，气相馏出物量V 简、V 平；②若气相馏出物量相同，即V 简=V 平，试比较残液（或液相产品）浓度x W ，简、x W ，平，气相馏出物浓度（或平均浓度）平D 简D 、xx ,,及残液（或液相产品）量。
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【填空题】
某操作中的双组分精馏塔，因进料中轻组 分组成减小，导致塔顶产品质量下降，可采取 如下方法以提高塔顶产品质量： ； 。 ；
【选择题】
当多元物系处于汽液两相区时:
∑ K i zi ____1
A. > B. <
∑ zi / K i ____1
C. =
本次课内容及要求
本章总结 习题课
t
B
p=const 过热汽相区
汽液
两相
区
过冷液相区 0
x(y)
1.0
基本概念
设
操
蒸馏基本原理
计 作
扩
展
基本概念
设
计
ห้องสมุดไป่ตู้
蒸馏基本原理 相 平 衡 物料衡算 能量衡算
操
作
扩
展
熟练掌握 ——相图：t ∼ x ( y )
x∼ y
泡点方程 露点方程
αx ——相平衡方程：y = 1 + (α − 1) x
x= y
α − (α − 1) y
熟练掌握
⎧ F = D +W ⎨ ——全塔物料衡算： ⎩ FxF = DxD + WxW
——塔段物料衡算：
L DxD R xD 精馏段操作线方程： y = x + = x+ V V R +1 R +1
WxW WxW L′ L + qF = x− x− 提馏段操作线方程： y = V′ V′ L + qF − W L + qF − W q线方程： y = q x x− F q −1 q −1
掌握 ——全塔热平衡：
QF + QB − QC = QD + QW
了解 ——再沸器热平衡 ——冷凝器热平衡
基本概念
设
回流比
蒸馏基本原理
作
理论板
操
计
进料热状态 板效率
扩
塔效率
展
回流比
R适
物理意义
运用场合
正常生产 开工、调试、科研实验
经过经济权衡，使操作费与设备费 （适宜回流比） 总和最低时的回流比 R=∞ （全回流） Rmin 不加料、不出料，塔顶冷凝器中冷 凝液全部回流到塔内
基本概念 计算理论板数的方法： 设 逐板计算法——精确 图解阶梯法——直观 简 捷 法——简明 操
蒸馏基本原理
计
作
扩
展
基本概念 各参数之间必须满足物料 平衡、热量平衡及理论板数的约束 设
特点：1.进料不一定是适宜位置； 2.要反复试算。
操
蒸馏基本原理
计 作
扩
展
设
1.水蒸气直接加热 2.提馏塔 基本概念 3.多股进料 4.多侧线采出 5.水蒸汽蒸馏 6.间歇精馏 7.恒沸精馏 8.萃取精馏 蒸馏基本原理 9.多元精馏
操
计
作
扩
展
【分析题】
V/2 t1 xL1 xD1 t2 xL2 xD2 t3 xL3 xD3 V/3
y1
y1
y1
试比较： 1. 回流温度t1、t2、t3； 2. 回流液浓度xL1、xL2、xL3； 3. 塔顶产品浓度xD1、xD2、xD3。
【填空题】
已知q＝－0.1，则进料中液体量与总进料量之比 为______。
自学：【例9-21】 复习：本章全部内容
为了达到指定的分离要求，需要无 穷多块塔板时的回流比，它是技术 （最小回流比） 上选择回流比时所加的限制 0<R<Rmin R=0 当回流管被堵塞，回流比降至Rmin 以下，此时是生产中不正常操作 回流中止，此时精馏段塔板不起作 用，相当于只有提馏段的精馏塔
设计适宜回流比的基准 能操作，但不能得到合 格产品 提馏段只提浓重组分， 塔顶产品质量要求不高
精馏塔顶某理论板汽相露点为t1 ，该板的液相 泡点为t2，塔底某板汽相露点为t3，液相泡点为t4，则 _________。
【判断题】
下列关于最小回流比的说明哪条对？ 甲：它是经济效果最好的回流比； 乙：它是理论板数最少时的回流比； 丙：它是保证精馏分离效率最高时的回流比。 A. 甲对 D. 都不对 B. 乙对 C. 丙对
【选择题】
某精馏塔的精馏段理论板数为N1块，提馏段 的理论板数为N2块。现因设备改造，使提馏段的理论 板数增加，精馏段的理论板数不变，且F，xF，q，R
，V等条件均不变，则此时塔顶产品的组成xD
塔釜产品的组成xW A. 增大 小 C. 不变 。
，
B. 减
D. 不
【填空题】
精馏操作中，若 V′ 下降，而回流量和进料状态 （ F 、 xF 、 q ） 仍 保 持 不 变 ， 则 R______ ， xD______ ， xW______，L′/V′______。 某真空操作精馏塔，因故真空度减小，若保持 F 、 xF、q、R、V′不变，则塔釜残液 xW的变化为______。 ①变大 ②变小 ③不变 ④不确定