精馏计算操作型分析及例题
精馏塔计算例题

精馏塔计算例题————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:【例4-1】 在连续精馏塔中,分离某二元理想溶液。
进料为汽-液混合物进料,进料中气相组成为0.428,液相组成为0.272,进料平均组成x F =0.35,假定进料中汽、液相达到平衡。
要求塔顶组成为0.93(以上均为摩尔分率),料液中易挥发组分的96%进入馏出液中。
取回流比为最小回流比的1.242倍。
试计算:(1)塔底产品组成;(2)写出精馏段方程;(3)写出提馏段方程;(4)假定各板效率为0.5,从塔底数起的第一块板上,上升蒸汽的组成为多少?解题思路:()Wx 1 问要求的,此法不通)(第 3 1WL Wx x W L L y Wx Dx Fx F m m WD F -'--''=+=+ WFD W D F x Fx DxW D F Wx Dx Fx 联立解得只要通过 96.0 , =+=+=()11 21+++=+R x x R Ry D n n ()n n n x a ax y 11-+= ()F F F x x y 11-+=ααqq q D m x y y x R --=11---=q x x q qy F ()F F f Fy q qFx Fx -+=1 (3)提馏段方程可以简化或代入提馏段方程本身求,也可以用两点式方程求得,即点(x w ,x w )和进料线与精馏线交点(4)5.0 1*2122=--=→→y y y y E y MV 逐板计算法解题过程:()0223.0361.0193.0361.035.01361.093.035.096.0, 96.0 1=-⨯-=--=--=-=⎩⎨⎧+=+==⨯=∴=FD x F Dx DF Dx Fx W Dx Fx x Wx Dx Fx WD F F D Fx Dx DF DF D F W W D F FD得:由()()()()()186.08.0 1493.014411 0.422.3242.1242.1 22.3272.0428.0428.093.0 428.0272.0 07.03.27.012 7.0 15.035.015.05.011 5.0 428.01272.035.0 1 1 12 2, 272.011272.0428.0 11 22+=+++=+++=∴=⨯===--=--=∴⎪⎩⎪⎨⎧==∴=-+⇒⎪⎩⎪⎨⎧+-=-=+-=---=---=∴=∴⨯-+⨯=-+=∴-'=-+=∴=∴⨯-+⨯=-+=n n n D n n m q q q D m q q f FF F n n n x y x R x x R R y R R x y y x R y x x x x y x x y x y x q x x q q y q q q y q F Fqx Fx FLL q qq xxy a a a x a ax y 即:精馏段方程为:线的交点联立求解平衡线与进料即,进料线方程为:气相所占分率为分率,则可视为进料中液相所占在汽、液混合进料中,:平衡线方程为Θ()()()0109.049.11361.05.0361.040223.01361.01361.05.0361.045.0361.04111 311-=-++⨯⨯-+-++⨯+⨯=-++⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-++⋅+⋅=-++-+-+++=-+--++=-'--''=++m m m W m W m W m W m m x y x FD q F D R x F D x F D q F D R qF DR FD qF RD x F D x F D qF RD qFRD WqF L Wx x W qF L qF L W L Wx x W L L y ()即提馏段方程由两点式直线方程有:解得:)的交点(又通过精馏线与进料线过点(又一解法:提馏段方程 0107.049.1 285.049.1414.0 285.00223.0285.0414.00223.0414.0 414.0285.0 7.0186.08.0 ,),, 12112111111111-=-=---=----=--⎩⎨⎧==⇒⎩⎨⎧+-=+=x y x y x y x x x x y y y y y x x y x y y x x x W W()0569.0 5.00436.00702.00436.0 0702.00364.010364.0212 0364.049.10107.00436.049.10107.0 0107.049.1 0436.00223.010223.0212 ?4221*21222*22*2122112112=∴=--=--==+⨯=+==+=+=∴-==+⨯=+==y y y y y y E x x y x y y x x y y x x x y x y y MV W W w 根据默弗里板效率公式成平衡关系与。
精馏习题

例7:由正庚烷和正辛烷组成的溶液在常压连续精 馏塔中进行分离。混合液的质量流量为5000kg/h, 其中正庚烷的含量为30%(摩尔百分数,下同), 要求馏出液中能回收原料中88%的正庚烷,釜液中 含正庚烷不高于5%。试求馏出液的流量及组成,分 别以质量流量和质量分率表示。
例8:常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该
例4:用一常压连续精馏塔分离含苯0.4的苯-甲苯 混合液。要求馏出液中含苯0.97,釜液中含苯0.02 (以上均为质量分率),操作回流比为2,进料温 度为25℃,平均相对挥发度为2.5,用简捷计算法 求所需理论板数。并与图解法比较之。
例5:在连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。在全 回流条件下测得相邻板上液体组成分别为0.28, 0.41和0.57,试求三层板中下面两层的单板效率。
在操作条件下苯-甲苯
x 0.26 0.38 0.51
y 0.45 0.60 0.72 例6:有10000kg/h含物质A(摩尔质量为78)0.3 (质量分率,下同)和含物质B(摩尔质量为90)0.7 的混合蒸气自一连续精馏塔底送入。若要求塔顶产品 中物质A的浓度为0.95,釜液中物质A的浓度为0.01, 试求 (1)进入冷凝器的蒸气量为多少?(2)回流比R 为多少?
例1:某连续精馏塔,泡点加料,已知操作线方程如下:
精馏段
y=0.8x+0.172
提馏段
y=1.3x-0.018
试求原料液、馏出液、釜液组成及回流比
例2:要在常压操作的连续精馏塔中把含0.4苯及0.6甲 苯溶液加以分离,以便得到含0.95苯的馏出液和0.04 苯(以上均为摩尔分率)的釜液。回流比为3,泡点 进料,进料摩尔流量为100kmol/h。求从冷凝器回流
入塔顶的回流液的摩尔流量及自釜升入塔底的蒸气的 摩尔流量。
Chapter 3.6 精馏-例题

例3-3
代入数据得 100×0.4=0.976×D+0.012×W 100=D+W 解得:D=40.25kmol h-1, W=59.75kmol h-1
(3)由操作线方程得到他们交点为x=0.315, y=0.559 q线y=qx/(q−1) −xF/(q−1)也过此点,所以有 0.559=0.315q/(q−1) −0.4/(q−1) 解得q=0.652
2.4x L 1 + 1.4xL
例3-7
解得 xL =0.944 所以 xD=1.92−0.944=0.976 (2)对塔顶第一块理论板:
x1
=
y1 α − (α − 1)y1
=
0.96 2.4 − 1.4 × 0.96
= 0.909
因为回流比R=L/D=1,所以
y n+1
=
R R + 1 xn
+
xD R+1
=
1 1 + 1 xn
+
0.976 1+1
=
0.5xn
+
0.488
y 2 = 0.5x1 + 0.488 = 0.5 × 0.909 + 0.488 = 0.9425
例3-2
•解: •溶液的平均相对挥发度α=2.8,所以汽液平衡关系为
y = αx = 2.8x 1 + (α − 1)x 1 + 1.8x
•设精馏段操作线、平衡线及q线的交点d的坐标为 (xq,yq),则有
yq
=
2.8xq 1 + 1.8xq
(1)
例3-2
又有《化学工程基础》中图6-15或式(6-35)可得:
精馏典型例题

第9章 精馏 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馏塔用来分离苯-甲苯混合液,塔顶设有一平衡分凝器,自塔顶逸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下回流于塔,所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。
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2.5 。
试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。
解: 884.095.05.15.295.05.115.20000=⨯-=→=+=x x x x y DR=L/D=2905.03/95.0884.0323/95.032:11=+⨯=+=+y x y n n 精馏段方程845.03/95.0793.032793.0905.05.15.2905.05.15.22111=+⨯==⨯-=-=y y y x例2:板数较少塔的操作型计算拟用一 3 块理论板的(含塔釜)的精馏塔分离含苯50%(摩尔分率,下同)的苯-氯苯混合物。
处理量F=100 Kmol/h ,要求 D=45 Kmol/h 且 x D >84%。
若精馏条件为:回流比R=1 ,泡点进料,加料位置在第二块理论板,α=4.10 ,问能否完成上述分离任务? 解:W=55kmol/h精馏段操作线方程:y n+1=0.5x n +0.42提馏段的操作线方程:Fq D R Wx x F q D R qFRD y w )1()1()1()1(--+---++=将相关数据代入得提馏段操作线方程:134.061.1-=x y 逐板计算:y 1=x D =0.84y 2=0.5×0.56+0.42=0.7057.0134.036.061.13=-⨯=y.22.05584.04550=⨯-=-=WDx Fx x Df w ()56.084.01.31.484.01111=⨯-=--=y y x αα36.07.01.31.470.02=⨯-=x22.024.057.01.31.457.03≥=⨯-=x所以不能完成任务。
精馏典型例题题解

第1段:y R x xD R1 R1
D, xD
全塔物料衡算 F1 F2 D W
F1 , xF 1
1段
F1 x f 1 F2 x f 2 Dx DWxW
D 82.35kmol / h,W 200 82.35 117.65kmol / h
解得:x2=0.633
yW1 W2 W1 x1 W2 x2
2
y
W1 x1
W2 x2
0.7
0.633 3
0.834
W1 W2
1 2
(1)平衡蒸馏
3
原因是:简单蒸馏始终在最低(泡点)的温度下操作,
解得:y=0.816 ; x=0.642
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):
y 0.8x 0.172
y 1.3x 0.018
试求:原料液组成、馏出液组成、釜液组成、回流比。
解: R 0.8 R 4
R1
V2 L2 T B 280 30 70 240kmol / h
D, xD
F, xF
1#
1段 2段
3段 T , xT
1段 2#
2段
B, xB
第8页/共77页
W , xw
1#塔虚线所围范围易挥发组分物料衡算:
L2 x TxT V2 y BxB
F~T段操作线方程:
y L2 x TxT Bx B
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
化工原理 第9章 液体精馏 典型例题题解(2)

yn1
R x x D 第2段:操作线方程 R1 R1 Wxw L xn 得:所需理论板10块,自顶数第5块进料。 V V
2段
W , xw
例:2000年华东理工大学硕士入学考试试题
用连续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α=2 . 5 ,要求 塔顶产品浓度xD=0.8 ,塔顶易挥发组分的回收率η=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;
W , xw
第2段:操作线方程
V ' ' y F1 x f 1 L' ' x Dx D
Dx D Fx f L' ' y x V '' V ''
Wxw L 第3段:操作线方程 yn1 xn V V 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 两股原料混合后的组成xf F、q=1
y1
V0
L0
D
xD
xD
V
L
F
结论:冷回流时精馏段的操作线方程形式不变。
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。 解: (1)两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上
化工原理 第9章 液体精馏 典型例题题解(1)

第9章 精馏 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馏塔用来分离苯-甲苯混合液,塔顶设有一平衡分凝器,自塔顶逸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下回流于塔,所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。
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2.5 。
试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。
解: 884.095.05.15.295.05.115.20000=⨯-=→=+=x x x x y DR=L/D=2905.03/95.0884.0323/95.032:11=+⨯=+=+y x y n n 精馏段方程845.03/95.0793.032793.0905.05.15.2905.05.15.22111=+⨯==⨯-=-=y y y x例2:板数较少塔的操作型计算拟用一 3 块理论板的(含塔釜)的精馏塔分离含苯50%(摩尔分率,下同)的苯-氯苯混合物。
处理量F=100 Kmol/h ,要求 D=45 Kmol/h 且 x D >84%。
若精馏条件为:回流比R=1 ,泡点进料,加料位置在第二块理论板,α=4.10 ,问能否完成上述分离任务? 解:W=55kmol/h精馏段操作线方程:y n+1=0.5x n +0.42提馏段的操作线方程:Fq D R Wx x F q D R qFRD y w )1()1()1()1(--+---++=将相关数据代入得提馏段操作线方程:134.061.1-=x y 逐板计算:y 1=x D =0.84y 2=0.5×0.56+0.42=0.7057.0134.036.061.13=-⨯=y.22.05584.04550=⨯-=-=WDx Fx x Df w ()56.084.01.31.484.01111=⨯-=--=y y x αα36.07.01.31.470.02=⨯-=x22.024.057.01.31.457.03≥=⨯-=x所以不能完成任务。
精馏经典例题

精馏典型计算例题1. 某连续精馏操作中,已知精馏段操作线方程为:y =0.723x +0.263,提馏段操作线方程为:y =1.25x -0.0187,若原料液于露点温度下进入精馏塔中,求原料液、馏出液和釜残液的组成及回流比。
解:由精馏段操作线方程 1111n n D Ry x x R R +=+++0.7231RR =+,得 R = 2.61;10.2631D x R =+,得 x D = 0.95 将提馏段操作线方程与对角线方程 y = x 联立1.250.0187y x y x =-⎧⎨=⎩解得 x = 0.07,即 x w = 0.07将两操作线方程联立0.7230.2631.250.0187y x y x =+⎧⎨=-⎩解得 x = 0.535,y = 0.65因是露点进料,q = 0,q 线水平,两操作线交点的纵坐标即是进料浓度, ∴ x F = 0.652. 有苯和甲苯混合物,含苯0.4,流量1000 kmol/h ,在一常压精馏塔内进行分离,要求塔顶馏出液中含苯0.9(以上均为摩尔分率),苯的回收率不低于90%,泡点进料,泡点回流,取回流比为最小回流比的1.5倍,已知相对挥发度α=2.5。
试求。
(1)塔顶产品量D ;塔底残液量W 及组成x W ; (2)回流比R 及精馏段操作线方程;(3)由第二块理论板(从上往下数)上升蒸汽的组成。
解:(1)kmol/h 600kmol/h 400%904.010009.0===⨯W D D10000.44000.910000.44000.96000.0667600W W x x ⨯-⨯⨯=⨯+==(2)111F x qq y x q q ==---q 线方程:0.4F x =平衡线方程:()x xy x x y 5.115.2115.2+=-+==ααα 联立求得:625.04.0==e e y x8333.15.1222.14.0625.0625.09.0min min ===--=--=R R x y y x R dd D精馏段操作线:317.0647.011+=+++=x R x x R R y D(3)9.01==D x y 由平衡线方程可得:7826.05.115.29.0111=+=x x x由精馏段操作线:8234.0317.0647.012=+=x y3. 一连续精馏塔分离二元理想混合溶液,已知精馏段某塔板的气、液相组成分别为0.83和0.70,相邻上层塔板的液相组成为0.77,而相邻下层塔板的汽相组成为0.78(以上均为轻组分A 的摩尔分数,下同)。
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1. 用一精馏塔分离二元理想混合物,塔顶为全凝器冷凝,
泡点温度下回流,原料液中含轻组分0.5(摩尔分数,下同),
操作回流比取最小回流比的1.4倍,所得塔顶产品组成为
0.95,釜液组成为0.05.料液的处理量为100kmol/.料液的平均相对挥发度为3,若进料时蒸气量占h
一半,试求:
(1)提馏段上升蒸气量;(86.1kmol/h)
(2)自塔顶第2层板上升的蒸气组成。
0.88
分析:欲解提馏段的蒸气量v',须先知与之有关的精馏段
的蒸气量V。
而V又须通过D
=才可确定。
可见,先
(+
V)1
R
确定最小回流比
R,进而确定R是解题的思路。
min
理想体系以最小回流比操作时,两操作线与进料方程的
交点恰好落在平衡线上,所以只须用任一操作线方程或进
料方程与相平衡方程联立求解即可。
某二元混合液的精馏操作过程如图4—9。
已知组成为52.0的原料液在泡点温度下直接加入塔釜,工艺要求塔顶产品的组成为0.75,(以上均为轻组分A 的摩尔分数),塔顶产品采出率D/F 为1:2,塔顶设全凝器,泡点回流。
若操作条件下,该物系的a 为2.5,回流比R 为2.5,求完成上述分离要求所需的理论板数(操作满足恒摩尔流假设)。
包括塔釜在共需3块理论塔板。
分析:因题中未给平衡相图,只可考虑逐板计算法求理
论板数。
当料液直接加入塔釜时,应将塔釜视作提馏段,然后分段利用不同的操作线方程与相平衡方程交替使用计算各板的气液相组成,直至W x x 时止。
图4-9
4在一连续精馏塔中分离二元理想混合液。
原料液为饱和液体,其组成为0.5,要求塔顶馏出液组成不小于0.95,釜残液组成不大于0.05(以上均为轻组分A 的摩尔分数)。
塔顶蒸汽先进入一分凝器,所得冷凝液全部作为塔顶回流,而未凝的蒸气进入全凝器,全部冷凝后作为塔顶产品。
全塔平均相对挥发度为2.5,操作回流比min 5.1R R 。
当馏出液
流量为100h kmol /时,试求:
(1) 塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成;0.909
(2) 提馏段上升的气体量。
265kmol/h
分析:因为出分凝器的冷凝液L 与未液化的蒸气0V 成相平衡
关系,故分凝器相当一层理论塔板。
应注意,自分凝器回流塔的液相组成0x 与自全凝器出来的产品组成D x 不同。
5在常压精馏干塔分离双组分理想溶液。
组成为0.5(轻
组分A的摩尔分数,下同)的料液在泡点温度下加入塔。
塔顶蒸气先在分凝器中部分冷凝至泡点回流,其组成为
0.88,余下末冷凝部分经全凝器后作为产品,组成为
0.95.已测得离开塔顶第1层理论板的液相组成为
0.796,塔顶轻组分回收率为96%,塔釜间热蒸气加热。
试求算:
(1) 该操作条件下的回流比和釜液组成;R=1.11
x w=0.041
(2) 若用图解法求得理论板数为9,又知全塔效率为70%,塔实际塔板数为多少?10
分析:前已述及,分凝器相当于1块理论板,利用分凝
器气液相平衡关系即可确定上升的蒸气组成
y,而1y与回流
1
液组成
x恰好又是操作线关系,利用此操作线方程即可顺
利解出回流比。
另外确定塔实际板数时,应注意用图解法求出的理论板数中是包括了起理论板作用的分凝器和塔釜两块“虚拟板”
的。
6在一常压连续精馏塔中分离二元理想混合物。
塔顶上升的蒸气通过分凝器后,3/5的蒸气冷凝成液体作为回流液,其浓度为0.86。
其余未凝的蒸气经全凝器后全部冷凝为塔顶产品,其浓度为0.9(以上均为轻组分A的摩尔分数)。
若已知回流比为最小回流比的1.2倍,当泡点进料时,试求:
(1)第1块板下降的液体组成;0.828
(2)料液的组成。
分析:抓住分凝器中气液相组成为平衡关系,而回流
液组成与第1块板上升蒸气为物料平衡(即精馏段操作线)关系,此题可顺利求解。
(2) 料液的组成
由 min 2.1R R = 解得 25.1min =R
当泡点进料时 1=q ,即F q x x =
25.1min =--=q
q q
D x y y
x R (a )
q
q
q q q x x x x y 465.01465.1)1(1+=-+=αα (b )
联立解(a )及(b )得方程
581
.029
.0581.04627.1627.10
9.0627.1581.022
⨯⨯⨯-±==+-q q x x x 取 759.0=q x 故料液组成 759.0==q F x x
7 一连续精馏塔分离二元理想混合溶液,已知某塔板
的气、液相组成分别为0.83和0.70,相邻上层塔板的液相组成为0.77,而相邻下层塔板的气相组成为0.78(以上均为轻组分A 的摩尔分数,下同)。
塔顶为泡点回流。
进料为饱和液体,其组成为0.46。
若已知塔顶与塔底产量比为2/3,试求:
(1) 精馏段操作线方程;1295
.0
122+++=x y
(2) 提馏段操作线方程。
13.0122
3122
312⨯+-+++=x y
分析:将精馏段操作线方程中的回流比R 和塔顶产品组
成D x 确定后,方程的形成就一定。
而这两个参数可由题中
所给出的相邻3层板的气液相组成建立的两个操作线方程 联立解出。
同理,将提馏段操作线方程中的参数由题中已给的条件
变换代入,方程即可建立。
难度:最难
某精馏塔在操作时,加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料,且保持F,x F,回流比R和提馏段上升蒸汽量V'不变,则此时D____,x D____,W____,x W______。
(增加,不变,减少,无法确定)
*****答案*****
减少,增加,增加,增加。
难度:最难
某精馏塔在操作时,加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料,且保持F,x F,V,D不变,则此时x D____,x W____R____,L/V____。
(增加,不变,减少)
*****答案*****
增加,减少,不变,不变。
难度:最难
某精馏塔在操作时,加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料,且保持F,x F,R,D不变,则此时x D___x W____V____L/V____。
(增加,不变,减少)增加,减少,不变,不变。
难度:最难
某精馏塔操作时,F,x F,q,D保持不变,增加回流比R,则此时x D___,x W ____V____,L/V____。
(增加,不变,减少)
增加,减少,增加,增加。
难度:最难
某连续精馏塔,进料状态q=1,D/F=0.5(摩尔比),x F=0.4(摩尔分率),回流比R =2,且知提馏段操作线方程的截距为零。
则:提馏段操作线方程的斜率(L/V)=____,馏出液x D=____。
y=(L/V)x-W.x/v,
∵D/F=0.5 x=0,又q=1
∴L/V=(R×(D/F)+1)/((R+1)×D/F)
=(2×0.5+1)/(3×0.5)=4/3
x=x/(D/F)=0.4/0.5=0.8
难度:最难
若维持操作中精馏塔的F、x F、q,D不变,而减少塔釜蒸发量V。
则:x D____,x W____,L/V____。
(变大,变小,不变,不确定)
变小,变大,变小。
难度:最难
操作中精馏塔,保持F,q,x F,D不变。
(1)若采用回流比R小于最小回流比Rmin,则x D____,x W____;
(2)若R增大,则x D____,x W____,L/V____。
(增加,减小,不变,不确定)
(1)减少,增加。
(2)增加,减少,增加。