化工原理-精餾操作型問題題解

1、1 一操作中的精餾塔,若保持 f、x、q、d 不變,增大回流比 r,試分析fl、v、l¢、v ¢、w、x 、xdw的變化趨勢。解：據(jù)題 f、x、q、d、n、n 、a 不變,r 增大,共已知 8 個條件,因此可分析 x 、xf1dw等的變化趨勢。<1> l、v、l¢、v ¢、w 的變化趨勢分析ìl = rd ­ïïv = (r + 1)d ­íïl¢ = l + qf ­ïvï¢ = v - (1 - q)f ­&#

2、239;îw = f - d 不變<2> x 、xdw的變化趨勢分析利用m-t 圖解法分析 x 、xdw的變化趨勢可先假設(shè) xd 不變,則 xw = (fxf - dxd ) /w 也不變,結(jié)合 r 增大,作出新工況下的二操作線,如圖 1-1 所示的二虛線<原工況為實(shí)線,下同>,可知要完成新工況下的分別任務(wù)所需的理論板數(shù)比原來的要少<記為 n減小>,不能滿足 n 不變這個限制條件,因此“xd 不變“的假設(shè)并不成立,但已不難推知：若要滿足 n 不變,必有 xd 增大,又從物料衡算關(guān)系得 xw 減小,其結(jié)果如圖 1-2 所示。結(jié)論： x­ 、

3、x¯dw2 某分別二元混合物的精餾塔 ,因操作中的問題,進(jìn)料并未在設(shè)計(jì)的最佳位置 ,而偏下了幾塊板。若f、x、q、r、v ¢ 均同設(shè)計(jì)值,試分析 l、v、l¢、v ¢、w、x 、xnfdw的變化趨勢<同原設(shè)計(jì)時相比>。解：依據(jù)已知條件, f、x、q、r、v ¢、n、a 不變,精餾段理論板數(shù)f1增大,也已知 8 個條件,因此可分析 x 、xdw等的變化趨勢。<1> l、v、l¢、v ¢、w 的變化趨勢分析ìv = v ¢ + (1 - q)f 不變ïïd = v

4、/(r + 1) 不變íw = f - d 不變ïïl = v - d 不變ïîl¢ = l + qf 不變<2> x 、xdw的變化趨勢分析本題易于發(fā)生一種錯覺：加料板下移使 n1 增大、提餾段理論板數(shù) n2 減小,單從二段的分別力量來看,好像1 / 6應(yīng)有 xd 增大、xw 增大,但這個推論明顯不符合物料衡算式xw = (fxf - dxd ) /w ?，F(xiàn)用m-t 圖解法分析： 仍設(shè) xd 不變,則 xw = (fxf - dxd ) /w 也不變,結(jié)合 r 不變,得新工況下的二操作線同原來的重合,由于進(jìn)料位置比最佳位

5、置低,則 m-t 圖解結(jié)果如圖 2-1 虛線所示<為清楚起見,示意圖中給出了加料位置比最佳位置低兩塊板的情形>,可知所需 n 增大。而實(shí)際上 n 不變,從而必需有 xd 減小,結(jié)合物料衡算知 xw 增大, 如圖 2-2 所示。結(jié)論：xd 減小、xw 增大。由于進(jìn)料位置下降,盡管精餾段理論板數(shù) n1 增大,但 xd 反而減小,這一點(diǎn)提請讀者留意。發(fā)生這種結(jié)果的緣由可作如下分析：在最佳進(jìn)料位置時,每一塊板均發(fā)揮了其最佳分別力量,而當(dāng)偏離最佳位置時<其他 條件不變>,如本題加料位置偏低,則原本在提餾段的板變成精餾段的板,起不到原來的分別作用,從而使精餾塔的整體分別力量下降,導(dǎo)

6、致 xd 減小、xw 增大。3 一操作中的精餾塔,保持 f、x、q、v ¢不變。亦增大回流比 r,則 l、v、l¢、d、w、x 、x的變fdw化趨勢又如何？試將結(jié)果與例 1 作比較。解：此題的 8 個已知條件為f、x 、q、v ¢、n、n 、a 不變,r 增大。f1<1> l、v、l¢、d、w 的變化趨勢分析ìv = v ¢ + (1 - q)f 不變ïïïd = v /(r + 1) ¯íw = f - d ­ïïl = v - d 

7、3;ïîl¢ = l + qf ­<2> x 、xdw的變化趨勢分析用 m-t 圖解法。d先假設(shè)x 不變,依據(jù)r 增大,新工況下的精餾段操作線ad ¢ 將向?qū)蔷€靠近<如圖3-1>,接下來要畫的是提餾段操作線。x若僅從物料衡算 x= (fx- dx) /w 看, 并不能確定的變化趨勢, 提餾段操作線可能為wfdwd ¢b¢、d ¢b、d ¢b ¢ 。換句話說,上述提餾段操作線的作法有問題,應(yīng)換成利用點(diǎn)d ¢及提餾段斜率l¢/v ¢ 來畫。l&

8、#162;/v ¢ = 1 + w /v ¢ ­2 / 6dd從而新工況下提餾段的操作線如圖3-2 虛線d¢b¢ 所示,可知所需n 減小,進(jìn)一步可推知在現(xiàn)n 不變狀況下,將有 x 增大。再依據(jù) x 增大、r<或 l /v >增大、 l¢/v ¢ 增大畫出新工況下的二操作線,如圖 3-3 所示, 可知 x 增大。wn1現(xiàn)再來分析一下圖 3-3 是否能滿足 n 、 2 不變。明顯對精餾段,新、舊二操作線相交,因此能滿足 n1不變,但對提餾段,若僅分別從點(diǎn) d 或d ¢動身畫梯級,則新工況下的梯級數(shù)要少,但這

9、并不意味著新 工況下滿足不了 n2 不變這個要求。由于轉(zhuǎn)變工況后,原來的最佳加料位置,新工況下已不是最佳,因此作提餾段梯級時不應(yīng)從點(diǎn)d ¢動身,而應(yīng)在點(diǎn)d ¢前就開頭,較具體的示意結(jié)果如圖 3-4 所示,圖 n=8,n =3,n =5,可見新、1212舊工況下n、n 、n 不變。增加而下降。物料衡算考核：d 減小、w 增大、x增大、x增大能滿足dwx= (fx- dx) /wwfd結(jié)論：x增大、x增大。dw從本題的分析狀況看,上述反證法的主要缺點(diǎn)是繁瑣。若結(jié)合塔板分別力量進(jìn)行分析,則較為簡潔,分析方法如下；12由于 l /v 增大、l¢/v ¢ 增大、n

10、 不變、n 不變,所以精餾段的分,離力量提高、提餾段的分別力量下降 結(jié)合 x 不變 x增大、x增大。fdw物料衡算考核同上。結(jié)論：x增大、x增大。dw爭辯：將本題結(jié)果與例 1 作一下比較,可見同樣是r 增大,但由于使 r 增大的手段不一樣,操作結(jié)果也不一樣<請參見例 1>。其緣由是例 1 中提餾段的分別力量因l¢/v ¢ 下降而提高,本題中它卻因l¢/v ¢說明：題 1、2 同樣可用考察塔板分別力量的方法進(jìn)行分析,如下。對題 1lrv = r + 1 ­(r ­)l¢w= 1 +¯(v ¢ &

11、#173; ，w 不變)v ¢v ¢f,由于 l /v 增大、 l¢/v ¢ 減小、n,不變、n。不變,所以精餾段、提餾段的分別力量均提高。結(jié)合 x 不變 可得 x增大、x減小。dw物料衡算考察：由于 d、w 不變,所以 x增大、x能滿足 fx= dx+ wx。dwfdw結(jié)論；x增大、x減小。dw3 / 6對題 2l =r不變 (r 不變)vr + 1l¢ = 1 + w v ¢v ¢不變 (v ¢不變，w 不變)fw由于 l¢/v ¢ 不變,而提餾段板數(shù)削減,故提餾段的分別力量下降,結(jié)合 x

12、不變,可得 x增大。而x= (fx- wx) / d ¯(f、d、w 不變) ,dfw結(jié)論：xd 減小、xw 增大。4 一精餾塔 , 冷液進(jìn)料。由于前段工序的緣由, 使進(jìn)料量 f 增加, 但 x、q、r、v ¢ 仍不變 , 試分析fl、v、l¢、d、w、x 、xdw的變化趨勢。解：此題給定的 8 個條件為 x 、q、r、v ¢、n、n 、a 不變,f 增大。f1<1> l、v、l¢、d、w 的分析ìv = v ¢ + (1 - q)f ¯ （q > 1）ïïïd =

13、v /(r + 1) ¯íw = f - d ­ïïl = rd ¯ïîl¢ = v ¢ + w ­<2> l /v 、 l¢/v ¢ 的分析l =r不變 (r 不變)vr + 1l¢ = 1 + w­(v ¢不變，w ­)v ¢v ¢<3> x 、xdw的分析用 m-t 圖解法d設(shè) x不變,利用 l /v 不變、 l¢/v ¢ 增大作出新工況下的二操作線,如圖

14、4-1 所示<虛線,下同>,可知所需n 減小,從而推知在n 不變狀況下,將有 xd 增大。據(jù)此,再重畫新工況下的二操作線<保持 n 不變>,如圖 4-2 所示,即 xw 增大。4 / 62fw物料衡算考察：f 增大、d 減小、w 增大、xd 增大、xw 增大能滿足fxf = dxd + wxw 。如從塔板分別力量考察：由于l¢/v ¢ 增大、n 不變、x 不變,所以 x增大。由于 f 增大、d 減小、w 增大,故暫無法從物料衡算確定 xd 的變化趨勢,而須依據(jù) n 不變畫出新工況下的二操作線才能定。結(jié)合xw 增大、l¢/v ¢ 增

15、大、l /v 不變、n 不變,畫出新工況下的二操作線,如圖 4-2所示,xd 增大。留意：不能僅從l /v 不變、n1 不變、xf 不變就得出 xd 不變的結(jié)論。由于提餾段塔板分別力量下降, 致使加料板上升蒸汽組成增大,而精餾段分別力量不變,因此 xd 增大。一般狀況下,若 l /v 有變化,則加料板上升蒸汽組成的轉(zhuǎn)變對塔分別結(jié)果的影響比不上l /v 的影響大<如題 1>,從而可從 l /v 增大、xf 不變得出xd 增大的結(jié)論。本題l /v 不變,則加料板上升蒸汽組成的變化對塔頂 xd 的影響就要考慮。結(jié)果：xd 增大、xw 增大。從上述 4 例的分析可知,不論用m-t 圖解法還

16、是用考察塔板分別力量的方法,二者所得的結(jié)果相同。實(shí)際上分別力量的變化也可從m-t 圖解法中分析得到<通過考察 xd 不變時的情形>,因此與m-t 圖解法相比, 考察塔板分別力量的方法相當(dāng)于免去了考察xd 不變時的步驟,較簡潔,但二者的實(shí)質(zhì)是全都的。因此以后的例題中,如無必要,均接受基于塔板分別力量的方法。5 一正在運(yùn)行中的精餾塔,因進(jìn)料預(yù)熱器內(nèi)加熱蒸汽壓力降低致使進(jìn)料q 值增大。若 f、x、r、d 不f變,則 l、v、l¢、v ¢、w、x 、xdw將如何變化?解：<1> l、v、l¢、v ¢、w 分析ïìl =

17、 rd(不變)ïv = (r + 1)d(不變)íïl¢ = l + qf ­ïvï¢ = v - (1 - q)f ­ïîw = f - d(不變)<2> l /v 、 l¢/v ¢ 的分析l =r不變 (r 不變)vr + 1l¢ = 1 + w¯(v ¢不變，w 不變)v ¢v ¢<3> x 、xdw的分析2fw由于 l¢/v ¢ ¯ 、n 不變,所以提餾段

18、分別力量增大,結(jié)合 x 不變,可得 x減小。x= (fx- wx) / ddfw由于 f、d、w 不變,所以 xd 增大。結(jié)果：xd 增大、xw 減小。說明：xd、xw 也可如下分析,由于 q 增大、xf 不變,所以加料板上升蒸汽的濃度增加,而精餾段分別力量不變,由于 xd 增大,又從物料衡算知 xw 減小。6 一正在運(yùn)行中的精餾塔,由于前段工序的緣由,使料液組成 xf 下降,而 f、q、r、v ¢仍不變。試分析l、v、l¢、d、w、x 、xdw將如何變化?解：<1> l、v、l¢、d、w 分析5 / 6ìv = v ¢ + (1 - q)f(不變)ïïd = v / (r + 1)(不變)íl = rd(不變)&