精餾典型例題題解學習教案

1、會計學1精餾典型例題精餾典型例題(lt)題解題解第一頁，共77頁。00BApp t 總壓、溫度總壓、溫度(wnd)對相平衡的影響對相平衡的影響蒸餾的壓強增高蒸餾的壓強增高(znggo)，泡點升，泡點升高，高，相對揮發(fā)度減小，分離困難。相對揮發(fā)度減小，分離困難。00000BBAAAAApPppPpPxpy 對于理想溶液對于理想溶液PAyP總之，蒸餾總之，蒸餾(zhngli)宜選用較低的操作壓強，較低的操作溫度（汽相、液相共存溫度）宜選用較低的操作壓強，較低的操作溫度（汽相、液相共存溫度），有利于組分之間的分離。，有利于組分之間的分離。第1頁/共77頁第二頁，共77頁。例：平衡蒸餾與簡單蒸餾的比較

2、例：平衡蒸餾與簡單蒸餾的比較將含苯為將含苯為 0.7 （摩爾分數(shù)，下同），甲苯（摩爾分數(shù)，下同），甲苯 0.3 的溶液加熱汽化，汽化率為的溶液加熱汽化，汽化率為 1/3 。已知物系的相對揮發(fā)度為。已知物系的相對揮發(fā)度為 2.47 ，試計算：，試計算：（1）作平衡蒸餾時，汽相與液相產(chǎn)物的組成）作平衡蒸餾時，汽相與液相產(chǎn)物的組成(z chn)；（2）作簡單蒸餾時，汽相產(chǎn)物的平均組成）作簡單蒸餾時，汽相產(chǎn)物的平均組成(z chn)及殘液組成及殘液組成(z chn)。解：解：（1）平衡）平衡(pnghng)蒸餾蒸餾32311 q13/27 . 013/23/211 xqxxqqyF10. 22 xy

3、xxxxy47. 1147. 211 解得：解得：y=0.816 ; x=0.642第2頁/共77頁第三頁，共77頁。（2）簡單）簡單(jindn)蒸餾蒸餾5 . 132121 WW 12212111lnln11lnxxxxWW 7 . 011ln47. 27 . 0ln47. 115 . 1ln22xx解得：解得：x2=0.633 221121xWxWWWy 834. 0321633. 0327 . 0212211 WWxWxWy（1）平衡）平衡(pnghng)蒸餾蒸餾解得：解得：y=0.816 ; x=0.642et原因是：簡單蒸餾始終在最低（泡點）的溫度下操作，相對揮發(fā)度比較原因是：簡單

4、蒸餾始終在最低（泡點）的溫度下操作，相對揮發(fā)度比較(bjio)大，即在較低的溫度下，重組分不易揮發(fā)，故所汽化的組分中輕組分濃度大。大，即在較低的溫度下，重組分不易揮發(fā)，故所汽化的組分中輕組分濃度大。第3頁/共77頁第四頁，共77頁。例例1:某連續(xù)某連續(xù)(linx)精餾塔，泡點進料，已知操作線方程如下：精餾塔，泡點進料，已知操作線方程如下：精餾段精餾段(rectifying section)：提餾段提餾段(stripping section)：172. 08 . 0 xy018. 03 . 1 xy試求：原料試求：原料(yunlio)液組成、餾出液組成、釜液組成、回流比。液組成、餾出液組成、釜液

5、組成、回流比。解：解：8 . 01 RR4 R172. 01 RxD86. 0 Dx或或xyxy 172. 08 . 0交點交點(jiodin)的橫坐標的橫坐標 x=xD=0.86因為是泡點進料因為是泡點進料018. 03 . 1172. 08 . 0 xyxy交點的橫坐標交點的橫坐標 x=xF=0.38xyxy 018. 03 . 1交點的橫坐標交點的橫坐標 x=xw=0.06或或wwxWLWxWLWWLxVWxVLy wxWLWxWLWy 13 . 0 WLW018. 03 . 0 wx 解得解得 xw=0.06第4頁/共77頁第五頁，共77頁。例例2：雙組分混合液，在一連續(xù)精餾塔中進行：

6、雙組分混合液，在一連續(xù)精餾塔中進行(jnxng)分離，已知料液泡點分離，已知料液泡點ts=367k xF=0.45 xD=0.96 xw=0.05 R=1.50 L/V=1.50 ，料液平均比熱，料液平均比熱 Cp=158kJ/(kmol.k) ，平均汽化潛熱，平均汽化潛熱 r=30400kJ/kmol求：料液進塔時的溫度求：料液進塔時的溫度 tF解解:25. 205. 045. 005. 096. 0 wFwDxxxxDF DFDFqRDFqRDFqFRDqFRDWLLVL1 25. 2125. 250. 125. 250. 150. 1 qq解得解得 q=1.02 rttCrqFsp 30

7、4003671583040002. 1Ft 解得解得 tF=363k第5頁/共77頁第六頁，共77頁。例例3：有如圖的精餾流程：有如圖的精餾流程(lichng)，以回收二元理想混合物中的易揮發(fā)組分，以回收二元理想混合物中的易揮發(fā)組分A ，塔，塔1和塔和塔2的回流比都是的回流比都是3 ，加料、回流均為飽和液體。已知：，加料、回流均為飽和液體。已知：xF=0.6 ,xD=0.9 ,xB=0.3 ,xT=0.5（均為摩爾分數(shù)），（均為摩爾分數(shù)），F(xiàn)=100kmol/h 。整個流程。整個流程(lichng)可使易揮發(fā)組分可使易揮發(fā)組分A的回收率達的回收率達90% 。試求：。試求：1、塔、塔2的塔釜蒸發(fā)

8、量；的塔釜蒸發(fā)量；2、寫出塔、寫出塔1中間段（中間段（FT)的操作線方程。的操作線方程。DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段第6頁/共77頁第七頁，共77頁。解：解：FDFxDx hkmolxFxDDF/609 . 06 . 010090. 0 1#塔物料(w lio)衡算：BDTFBxDxTxFxBDTF 解得：解得：hkmolT/30 hkmolB/70 2#塔物料(w lio)衡算：WTB hkmolTBW/403070 DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段第7頁/共77頁第八頁，共77頁。2#塔：塔

9、：31 TLRhkmolTL/9030331 hkmolBLL/1607090112 hkmolWLV/1204016022 1#塔：塔：hkmolRDL/1806031 hkmolFLL/280100180112 1#塔虛線所圍范圍塔虛線所圍范圍(fnwi)物料衡算：物料衡算：BVTL 22hkmolBTLV/240703028022 DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段第8頁/共77頁第九頁，共77頁。1#塔虛線所圍范圍易揮發(fā)組分塔虛線所圍范圍易揮發(fā)組分(zfn)物料衡算：物料衡算：BTBxyVTxxL 22FT段操作段操作(cozu)線方程：線

10、方程：222VBxTxxVLyBT 數(shù)值數(shù)值(shz)代入，得：代入，得：025. 0167. 1 xyDxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段第9頁/共77頁第十頁，共77頁。2# 的的1段：段： hkmolTRV/12030131 hkmolRTL/90303 hkmolBLL/1607090 hkmolVV/120 或或hkmolWLV/12040160 DxD,FxF,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段第10頁/共77頁第十一頁，共77頁。例例1：某塔頂蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的氣、液兩相互成平衡。汽相作產(chǎn)品：

11、某塔頂蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的氣、液兩相互成平衡。汽相作產(chǎn)品(chnpn)，液相作回流，見圖，該系統(tǒng)符合恒摩爾流的假定，試推導此時的精餾段操作線方程。，液相作回流，見圖，該系統(tǒng)符合恒摩爾流的假定，試推導此時的精餾段操作線方程。解：解：虛線范圍虛線范圍(fnwi)物物料衡算：料衡算：0DyLxVy VDyxVLy0 再分析再分析(fnx)分凝器與塔頂分凝器與塔頂?shù)谝粔K板之間的關系：第一塊板之間的關系：0yDx1yFDVL01DyLxVyD VDyxVLyD01 VL1VLVVD 0D1yVL1xVLy D010 xyyyVL 0D010D010yxyyy1xxyyyy 結(jié)論：符合操作線關

12、系。結(jié)論：符合操作線關系。將操作線方程中的斜率將操作線方程中的斜率和截距用已知參數(shù)表示和截距用已知參數(shù)表示出來出來第11頁/共77頁第十二頁，共77頁。 例例2：某精餾塔頂采用的是冷回流（即回流液的溫度低于泡點溫度），其回流比為：某精餾塔頂采用的是冷回流（即回流液的溫度低于泡點溫度），其回流比為R=L0/D （摩爾（摩爾(m r)比，下同），而塔頂?shù)谝粔K板下方的回流比即為塔內(nèi)實際回流比為比，下同），而塔頂?shù)谝粔K板下方的回流比即為塔內(nèi)實際回流比為R（內(nèi)回流），（內(nèi)回流），R=L/D ，試證明：，試證明：1、 rTTCrqqRRspm,:參參數(shù)數(shù)，其其中中回回流流液液的的熱熱狀狀態(tài)態(tài)2、冷回流時精

13、餾段的操作線方程、冷回流時精餾段的操作線方程(fngchng)形式不變，即形式不變，即111 RxxRRyDnn解：解：DRL0 DRqLqL00 qRDLR DRqDRLqVV11100 DLR0 Dx1yFDVL0LDx0V第12頁/共77頁第十三頁，共77頁。 DRqDRLqVV11100 DRLDDRqDRDRDV1 11111 RxxRRDRDxxDRRDVDxxVLyDnDnDnnDx1yFDVL0LDx0V結(jié)論：冷回流時精餾結(jié)論：冷回流時精餾(jn li)段的操作線方程形式不變。段的操作線方程形式不變。第13頁/共77頁第十四頁，共77頁。例：例： 有兩股原料，一股有兩股原料，一

14、股(y )為為100kmol/h含苯含苯0.6（摩爾分率，下同）和含甲苯（摩爾分率，下同）和含甲苯0.4的混的混合液。另一股合液。另一股(y )為為100kmol/h含苯含苯0.2（摩爾分率，下同）和含甲苯（摩爾分率，下同）和含甲苯0.8的混合液。擬用的混合液。擬用精餾操作進行分離，要求餾出液含苯精餾操作進行分離，要求餾出液含苯0.9 ，釜液含苯，釜液含苯0.05 。塔頂設全凝器，塔釜為水蒸氣。塔頂設全凝器，塔釜為水蒸氣間接加熱。操作回流比為間接加熱。操作回流比為2 。問下述兩種方案哪種方案所需的理論板數(shù)少？（。問下述兩種方案哪種方案所需的理論板數(shù)少？（1）兩股原料）兩股原料分別在其泡點下進入

15、相應濃度的塔板上；分別在其泡點下進入相應濃度的塔板上；（2）將兩股原料混合后在其泡點下進入相應濃度的塔板上。）將兩股原料混合后在其泡點下進入相應濃度的塔板上。DxD,11,FxFwxW ,1段段2段段3段段22,FxF解：解： （1）兩股原料）兩股原料(yunlio)分別在其泡點下進入相應濃度的分別在其泡點下進入相應濃度的塔板上塔板上111 RxxRRyD段：段：第第全塔物料全塔物料(w lio)衡算衡算WDffWxDxxFxFWDFF 221121hkmolWhkmolD/65.11735.82200,/35.82 hkmolDRVhkmolRDL/05.247)1(,/7 .164 hkm

16、olFqVVhkmolFqLLq/05.247)1( ,/7 .264 , 111111 hkmolFqVVhkmolFqLLq/05.247)1( ,/7 .364 , 122222 第14頁/共77頁第十五頁，共77頁。DxD,11,FxFwxW ,1段段2段段3段段22,FxF第第2段：操作段：操作(cozu)線線方程方程DfDxxLxFyV 11 VFxDxxVLyfD 第第3段：操作段：操作(cozu)線方程線方程VWxxVLywnn 1得：所需理論得：所需理論(lln)板板8塊，自頂數(shù)第塊，自頂數(shù)第3塊為塊為F1進料，第進料，第6塊塊為為F2進料。進料。（2）將兩股原料混合后在其泡

17、點下進入相應濃）將兩股原料混合后在其泡點下進入相應濃度的塔板上度的塔板上DxD,FxF,wxW ,1段段2段段兩股原料混合后的組成兩股原料混合后的組成xf F、q=1hkmolFFFxFxFxfff/200, 4 . 0212211 hkmolWhkmolD/65.11735.82200,/35.82 111 RxxRRyD段：段：第第第第2段：操作線方程段：操作線方程VWxxVLywnn 1得：所需理論板得：所需理論板10塊，自頂數(shù)第塊，自頂數(shù)第5塊進料。塊進料。第15頁/共77頁第十六頁，共77頁。例：例：2000年華東理工大學碩士入學考試試題年華東理工大學碩士入學考試試題 用連續(xù)精餾塔分

18、離某雙組分混合液，混合液中含易揮發(fā)組分用連續(xù)精餾塔分離某雙組分混合液，混合液中含易揮發(fā)組分xF=0.4（摩爾分率，下同），原料以飽和液體狀態(tài)加入塔中部，塔頂全凝，泡點回流。操作條件下物系的相對揮發(fā)度（摩爾分率，下同），原料以飽和液體狀態(tài)加入塔中部，塔頂全凝，泡點回流。操作條件下物系的相對揮發(fā)度=2 . 5 ，要求塔頂產(chǎn)品，要求塔頂產(chǎn)品(chnpn)濃度濃度xD=0.8 ，塔頂易揮發(fā)組分的回收率，塔頂易揮發(fā)組分的回收率=0. 9 。塔釜間接蒸汽加熱。試求：（。塔釜間接蒸汽加熱。試求：（1）完成上述分離任務的最小回流比；）完成上述分離任務的最小回流比；（2）若）若R=1.5Rmin ,則進入塔頂?shù)?/p>

19、一塊塔板的汽相組成為多少？則進入塔頂?shù)谝粔K塔板的汽相組成為多少？解：解：q線方程線方程(fngchng)4 . 0 Fxx平衡平衡(pnghng)線方程線方程 xxxxy5 . 115 . 211 4 . 0 Fexx625. 04 . 05 . 114 . 05 . 2 ey78. 04 . 0625. 0625. 08 . 0min eeeDxyyxR17. 178. 05 . 1 R117. 18 . 0117. 117. 1 xy8 . 01 Dxy 615. 08 . 05 . 15 . 28 . 01111 yyx 70. 017. 28 . 0615. 017. 217. 12

20、y第16頁/共77頁第十七頁，共77頁。例：華東理工大學例：華東理工大學1999年碩士入學考試試題年碩士入學考試試題 采用連續(xù)精餾塔分離采用連續(xù)精餾塔分離(fnl)某雙組分混合物，進料組成為某雙組分混合物，進料組成為 0.4（易揮發(fā)組分摩爾分率），進料汽液比為（易揮發(fā)組分摩爾分率），進料汽液比為 1：1（摩爾量比）。塔頂泡點回流，塔釜間接蒸汽加熱。要求塔頂易揮發(fā)組分回收率達到（摩爾量比）。塔頂泡點回流，塔釜間接蒸汽加熱。要求塔頂易揮發(fā)組分回收率達到98% ，塔釜難揮發(fā)組分回收率達到，塔釜難揮發(fā)組分回收率達到99% 。已知該物系的相對揮發(fā)度為。已知該物系的相對揮發(fā)度為 3 試求：（試求：（1）塔

21、頂、塔底產(chǎn)品的組成和塔頂采出率；（）塔頂、塔底產(chǎn)品的組成和塔頂采出率；（2）Rmin（3）R=1.5Rmin ,試寫出提餾段的操作線方程。試寫出提餾段的操作線方程。解：（解：（1）FDxxFD %981 FwFwxxFDxFxW 11111%992 wDwFxxxxFD )1()2()3(FDxxFD98. 0 FDxxFw 1199. 01均代入（均代入（3）式）式第17頁/共77頁第十八頁，共77頁。 FDxFDxFDxxFDFFFF1199. 0198. 01199. 01解得：解得：4 . 0398. 0 FD98. 04 . 04 . 098. 098. 0 FDxxFD 01. 0

22、4 . 016 . 099. 011199. 01 FDxxFw（2）5 . 0 q8 . 011 xqxxqqyF xxxxy21311 解交點解交點(jiodin)坐標坐標(xe , ye )第18頁/共77頁第十九頁，共77頁。eeeDxyyxR minmin5 . 1RR qFRDL FqDRV 11 FqDRxDFxFqDRqFRDVWxxVLyww 1111 qFDRxFDxqFDRqFDRyw 11111第19頁/共77頁第二十頁，共77頁。例：華東理工大學例：華東理工大學1998年碩士入學考試試題年碩士入學考試試題 采用一連續(xù)操作的常壓精餾塔，分離某采用一連續(xù)操作的常壓精餾塔，

23、分離某A（輕組分）（輕組分）B（重組分）雙組分混合物，已知進料組成為（重組分）雙組分混合物，已知進料組成為 0.4（易揮發(fā)組分摩爾分率），進料溫度為（易揮發(fā)組分摩爾分率），進料溫度為50oC。塔頂泡點回流，塔釜間接蒸汽加熱。要求。塔頂泡點回流，塔釜間接蒸汽加熱。要求(yoqi)塔頂產(chǎn)品含易揮發(fā)組分塔頂產(chǎn)品含易揮發(fā)組分95% ，塔釜產(chǎn)品含易揮發(fā)組分，塔釜產(chǎn)品含易揮發(fā)組分3% 。已知該物系的相對揮發(fā)度為。已知該物系的相對揮發(fā)度為 2. 5 ，實際操作回流比為，實際操作回流比為1.95 。 試求：（試求：（1）組分）組分A的回收率；（的回收率；（2）Rmin (3) 寫出提餾段的操作線方程。寫出提餾

24、段的操作線方程。（4）若塔頂?shù)谝粔K板下降的液相濃度為）若塔頂?shù)谝粔K板下降的液相濃度為 0. 9 ，求該塔板以氣相組成表示的，求該塔板以氣相組成表示的 Emv（由平衡數(shù)據(jù)已知，（由平衡數(shù)據(jù)已知，xf=0.4 , AB混合液的泡點為混合液的泡點為 95. 2oC ,定性溫度下，原料液的定性溫度下，原料液的 Cp=39kcal/(kmol.oC) , r=8800kcal/kmol )解：解：40. 003. 095. 003. 04 . 0 wDwfxxxxFD95. 04 . 095. 040. 01 FDxxFD 2 . 18800502 .953988000 rttCrqsp第20頁/共77

25、頁第二十一頁，共77頁。262 . 04 . 02 . 02 . 111 xxqxxqqyF xxxxy5 . 115 . 211 44. 0 ex66. 0 ey32. 144. 066. 066. 095. 0min eeeDxyyxR qFDRxFDxqFDRqFDRyw 11111 013. 043. 12 . 114 . 0195. 103. 04 . 012 . 114 . 0195. 12 . 14 . 095. 1 xxy第21頁/共77頁第二十二頁，共77頁。2*121yyyyEmv 95. 01 Dxy1112 RxxRRyD92. 0195. 195. 09 . 0195

26、. 195. 12 y 96. 09 . 05 . 119 . 05 . 21111*1 xxy 75. 092. 096. 092. 095. 02*121 yyyyEmv第22頁/共77頁第二十三頁，共77頁。例：例： 西北大學西北大學1999年碩士年碩士(shush)入學考試試題入學考試試題 兩股組成不同的原料液分別兩股組成不同的原料液分別(fnbi)預熱至泡點，從塔的不同部位連續(xù)加入。已知：預熱至泡點，從塔的不同部位連續(xù)加入。已知：xD=0.98 , xS=0.56xF=0.35 , xw=0.02 （均為易揮發(fā)組分的摩爾分率）。物系的相對揮發(fā)度（均為易揮發(fā)組分的摩爾分率）。物系的相對

27、揮發(fā)度=2.4 ，S=0.2F試求：（試求：（1）塔頂易揮發(fā)組分的回收率；）塔頂易揮發(fā)組分的回收率；（2）為達到上述分離要求所需的）為達到上述分離要求所需的 Rmin .56. 0, sxS35. 0, FxF98. 0, DxD02. 0, wxW123第23頁/共77頁第二十四頁，共77頁。解解:物料物料(w lio)衡算：衡算：WDFF 2 . 0WDFF02. 098. 02 . 056. 035. 0 46. 0 FD98. 056. 02 . 035. 098. 046. 02 . 02 . 0 SFDSFDxxxFDxFFxDx 11221212:, 1VLVLLLVVq有有 解

28、得：解得：56. 0, sxS35. 0, FxF98. 0, DxD02. 0, wxW123第24頁/共77頁第二十五頁，共77頁。fx1e2e1ey2ey兩股進料均為泡點，應根據(jù)兩股進料均為泡點，應根據(jù)(gnj) 哪股加料求哪股加料求 Rmin ？可能可能(knng)情況之一情況之一:首先根據(jù)首先根據(jù)(gnj)S確定確定Rmin11221212:, 1VLVLLLVVq有有 如果第如果第2段的操作線到段的操作線到e2點時，如圖所示，則可以按照點時，如圖所示，則可以按照S進料求進料求Rmin75. 056. 04 . 1156. 04 . 2ye 21. 156. 075. 075. 09

29、8. 0Rmin 第25頁/共77頁第二十六頁，共77頁。fx1e1ey2ey可能可能(knng)情況之二：情況之二：根據(jù)根據(jù)(gnj)S股：股：75. 056. 04 . 1156. 04 . 2ye 21. 156. 075. 075. 098. 0Rmin 先根據(jù)先根據(jù)S確定確定(qudng)Rmin如果第如果第2段的操作線到段的操作線到e2點時，如圖所示，則應該按照點時，如圖所示，則應該按照S進料求進料求Rmin第26頁/共77頁第二十七頁，共77頁。可能可能(knng)情況之三：情況之三：此時應根據(jù)第此時應根據(jù)第3段操作線的斜率段操作線的斜率(xil),上推到第上推到第2段，再上推到

30、第段，再上推到第1段確定段確定Rmin 。先根據(jù)先根據(jù)S確定確定Rmin如果第如果第2段的操作線到段的操作線到e2點時，出現(xiàn)點時，出現(xiàn)(chxin)了如圖所示的情況，則不能按照了如圖所示的情況，則不能按照S進料求進料求Rminfx2esy2ey1e第27頁/共77頁第二十八頁，共77頁。FDRFDRDRFFDRVL )1(2 . 1)1(2 . 0minminminmin3346. 0 FDfx2esy2eywfwexxxyVL 23356. 0)1(12 ffexxy 此時應根據(jù)此時應根據(jù)(gnj)第第3段操作線的斜率段操作線的斜率,上推到第上推到第2段，再上推到第段，再上推到第1段確定段確

31、定Rmin 。第28頁/共77頁第二十九頁，共77頁。46. 0 FD56. 0)1(12 ffexxy wfwexxxyFDRFDRVL 2minmin33)1(2 . 1636. 102. 035. 002. 056. 0)1(46. 02 . 146. 0minmin RR53. 1min R如果考慮不周全，僅根據(jù)如果考慮不周全，僅根據(jù)S股進料，得出股進料，得出(d ch)Rmin=1.21的錯誤結(jié)論。的錯誤結(jié)論。53. 1min Rfx2esy2ey第29頁/共77頁第三十頁，共77頁。例例某二組分混合物用連續(xù)精餾分離，進料的摩爾分數(shù)為某二組分混合物用連續(xù)精餾分離，進料的摩爾分數(shù)為0.

32、5，泡點進料。系統(tǒng)的相對揮發(fā)度為，泡點進料。系統(tǒng)的相對揮發(fā)度為2 ，塔頂出料量是進料的，塔頂出料量是進料的60%（摩爾比）。如果所用精餾塔的理論板數(shù)為無窮多，試分析（摩爾比）。如果所用精餾塔的理論板數(shù)為無窮多，試分析(fnx)并計算：并計算：（1）R=0.8時，塔頂和塔底的組成各為多少？時，塔頂和塔底的組成各為多少？（2）R=1.5時，塔頂和塔底的組成各為多少？并繪出操作線示意圖。時，塔頂和塔底的組成各為多少？并繪出操作線示意圖。解：所用精餾塔的理論板數(shù)為無窮多，操作線與平衡線可以解：所用精餾塔的理論板數(shù)為無窮多，操作線與平衡線可以(ky)出現(xiàn)交點，在三處有可能出現(xiàn)：出現(xiàn)交點，在三處有可能出現(xiàn)

33、：（1）在進料處操作線與平衡線的夾點）在進料處操作線與平衡線的夾點e ，（2）xD=1.0處，處，（3）xw=0處。處。物料平衡對于物料平衡對于(duy)精餾分離極限的制約精餾分離極限的制約第30頁/共77頁第三十一頁，共77頁。（1）R=0.8 先設在進料處出現(xiàn)先設在進料處出現(xiàn)(chxin)挾點，則挾點，則R=0.8為為Rmin1 q5 . 0 efxx667. 0)1(1 eeexxy eDeDxxyxRR 1minmin8 . 0 Dx解得解得通過物料衡算計算通過物料衡算計算xw ，并判斷，并判斷(pndun)是否合理。是否合理。005. 06 . 018 . 06 . 05 . 01

34、FDxFDxxDfw故假設在進料處出現(xiàn)故假設在進料處出現(xiàn)(chxin)夾點合理。夾點合理。第31頁/共77頁第三十二頁，共77頁。（2）R=1.5時，仍然時，仍然(rngrn)假設在進料處出現(xiàn)挾點，假設在進料處出現(xiàn)挾點，5 . 0667. 015 . 15 . 1 DDxx917. 0 Dx解得解得通過物料衡算計算通過物料衡算計算(j sun)xw ，并判斷是否合理。，并判斷是否合理。故假設故假設(jish)在進料處出現(xiàn)夾點不合理，至大只能是在進料處出現(xiàn)夾點不合理，至大只能是xw=0 。005. 06 . 01917. 06 . 05 . 01 FDxFDxxDfw設在設在xw=0處出現(xiàn)交點，

35、處出現(xiàn)交點，0 wx物料衡算計算物料衡算計算xD833. 06 . 05 . 0 FDxDFxxffD故，合理。故，合理。第32頁/共77頁第三十三頁，共77頁。 連續(xù)連續(xù)(linx) 精餾裝置的熱量平衡精餾裝置的熱量平衡lwDCfBQQQQQQ BBBrFqDRrVQ 11FiQff CCCrDRVrQ 1DiQDD WiQww bwlttAQ 如果如果F、D、W保持保持(boch)不變，若回流比不變，若回流比R已定，已定，QB+Qf 則總量已定。則總量已定。CQDQlQfQBQwQ第33頁/共77頁第三十四頁，共77頁。FxDxwx為什么為什么 q 值增大（冷態(tài)，值增大（冷態(tài)，Qf數(shù)值減小

36、），數(shù)值減?。?，所需要所需要(xyo)的的NT減少呢？減少呢？lwDCfBQQQQQQ （1）回流）回流(hu li)比比R一定一定精餾精餾(jn li)操作所需要的總熱流操作所需要的總熱流量一定。量一定。若若q值增加，值增加，Qf減小，則意味著減小，則意味著QB增加了增加了，這樣達到預定分離程度所需要的，這樣達到預定分離程度所需要的NT數(shù)數(shù)量減少。量減少。QB值大，使值大，使NT減小的原因：減小的原因： QB值大，意味著值大，意味著 數(shù)值大，數(shù)值大，V數(shù)值小，數(shù)值小，VL使得提餾段操作線與平衡線距離增大，使得提餾段操作線與平衡線距離增大，傳質(zhì)推動力增大，故所需傳質(zhì)推動力增大，故所需NT減少。

37、減少。根據(jù)熱量平衡原理根據(jù)熱量平衡原理 和和 理論塔板數(shù)的求解，分析進料熱狀態(tài)的選擇，分為理論塔板數(shù)的求解，分析進料熱狀態(tài)的選擇，分為2種情況種情況結(jié)論：結(jié)論：在需要總熱量一定的情況下，熱量應從塔釜（再沸器）加入，而不在需要總熱量一定的情況下，熱量應從塔釜（再沸器）加入，而不應該是從原料帶入。即：熱量應從塔底（塔釜）加入。應該是從原料帶入。即：熱量應從塔底（塔釜）加入。為什么為什么 當當Qt一定時，一定時，QB增加，可以使得增加，可以使得N減少減少？第34頁/共77頁第三十五頁，共77頁。（2）如果塔釜加熱能力一定（即）如果塔釜加熱能力一定（即 一定，一定，QB一定）時，加料熱狀態(tài)變化，對于一

38、定）時，加料熱狀態(tài)變化，對于NT的影響的影響 VlwDCfBQQQQQQ CCCrDRVrQ 1若若Qf增加，則提供給精餾操作的總熱量增加，意味著增加，則提供給精餾操作的總熱量增加，意味著Qc增加了（消耗更多的冷量），回流增加了（消耗更多的冷量），回流(hu li)比比 R 增加了，傳質(zhì)推動力增加了，故所需要的增加了，傳質(zhì)推動力增加了，故所需要的NT可以減少?？梢詼p少。結(jié)論：結(jié)論： 精餾精餾(jn li)操作，熱量盡量加在塔底；冷量盡量加在塔操作，熱量盡量加在塔底；冷量盡量加在塔頂。頂。第35頁/共77頁第三十六頁，共77頁。如果如果(rgu)是飽和水蒸氣，是飽和水蒸氣，q=0 ,水蒸氣的流率

39、為水蒸氣的流率為S Sq10V qSLW OHOHCH,OHNH2323 精餾精餾(jn li)段操作線、進料線不變，提段操作線、進料線不變，提餾段操作線有了變化。餾段操作線有了變化。水蒸氣直接水蒸氣直接(zhji)加熱的精餾加熱的精餾水蒸氣的熱狀態(tài)參數(shù)為水蒸氣的熱狀態(tài)參數(shù)為q WLSV ,提餾段輕組分衡算提餾段輕組分衡算WWxyVxL VWxxVLywnn 1SWxxSWywnn 1過點（過點（xw , 0）第36頁/共77頁第三十七頁，共77頁。全塔物料全塔物料(w lio)衡算衡算wDfWxDxFxWDSF WDwfxxFSxxFD )1(FDFSFW 1塔釜間接加熱時的物料衡算塔釜間接

40、加熱時的物料衡算WDF wDFWxDxFx FDFWxxxxFDwDwf 1,水蒸氣直接水蒸氣直接(zhji)加熱精餾的物料加熱精餾的物料衡算衡算第37頁/共77頁第三十八頁，共77頁。分析直接分析直接(zhji)蒸汽加熱提餾段方程式的特點：蒸汽加熱提餾段方程式的特點：wnnxSWxSWy 1過點（過點（xw , 0）wxfxDx1Rxx1RRyD 11 qxxqqyf第38頁/共77頁第三十九頁，共77頁。直接蒸汽加熱與間接直接蒸汽加熱與間接(jin ji)釜式加熱相比較：分釜式加熱相比較：分2種情況種情況第一種情況：第一種情況：F、xf 、q 、R 、xD 、xW 相同，比較相同，比較(b

41、jio)熱能消耗、輕組分的回收率和熱能消耗、輕組分的回收率和N由于由于(yuy)S直接進入塔釜，出塔的物料總量（直接進入塔釜，出塔的物料總量（D+W）必然增加。）必然增加。D? W?WDwfxxFSxxFD )1(FDFSFW 1塔釜間接加熱時的物料衡算塔釜間接加熱時的物料衡算WDF wDFWxDxFx FDFWxxxxFDwDwf 1,wDfWxDxFxWDSF 間接間接直接直接 FDFD。水水蒸蒸氣氣直直接接加加熱熱能能耗耗小小間間接接直直接接 VFqDRV)1()1( WD, fDFxDx 第39頁/共77頁第四十頁，共77頁。wxfxDxwxfxDx間間接接直直接接TTNN第一種情況：

42、第一種情況：F、xf 、q 、R 、xD 、xW 相同，比較熱能相同，比較熱能(rnng)消耗、輕組分的回收率和消耗、輕組分的回收率和N直接直接(zhji)間接間接(jin ji)第40頁/共77頁第四十一頁，共77頁。wxfxDxwxfxDx第二種情況：第二種情況：F、xf 、q 、R 、xD 相同相同(xin tn)，要求輕組分的回收率，要求輕組分的回收率相同相同(xin tn)，比較熱能消耗、和理論塔板數(shù)，比較熱能消耗、和理論塔板數(shù)N間接間接直接直接wwxx間接間接直接直接WW間接間接直接直接TTNNVLWLW 間接間接直接直接,由于由于D、xD相同，則相同，則(R+1)D相同，則能耗相

43、同。精餾段方程、相同，則能耗相同。精餾段方程、q線方程相同，提線方程相同，提餾段的液汽流量和液汽比沒有變化餾段的液汽流量和液汽比沒有變化(binhu)，直接蒸汽加熱時的提餾段操作線，直接蒸汽加熱時的提餾段操作線只是將間接加熱的操作線延長到橫坐標上。只是將間接加熱的操作線延長到橫坐標上。直接直接(zhji)間接間接第41頁/共77頁第四十二頁，共77頁。例：含甲醇例：含甲醇0.45（摩爾（摩爾(m r)分率，下同）的甲醇水溶液在一常壓連續(xù)精餾塔分率，下同）的甲醇水溶液在一常壓連續(xù)精餾塔中進行分離。原料流量為中進行分離。原料流量為100kmol/h ，泡點進料。要求餾出液中含甲醇，泡點進料。要求餾

44、出液中含甲醇0.95 ，釜液含甲醇釜液含甲醇0.05 。塔釜用飽和水蒸氣直接加熱?；亓鞅葹?。塔釜用飽和水蒸氣直接加熱?；亓鞅葹?.8 。甲醇水溶液在操。甲醇水溶液在操作條件下的汽、液相平衡數(shù)據(jù)見表。圖解法確定理論塔板數(shù)。作條件下的汽、液相平衡數(shù)據(jù)見表。圖解法確定理論塔板數(shù)。是飽和是飽和(boh)水蒸氣，水蒸氣，q=0 ,水蒸氣的流率水蒸氣的流率為為SWLSV ,解：解：1Rxx1RRyD 11 qxxqqyfwnnxSWxSWy 1wxfxDx第42頁/共77頁第四十三頁，共77頁。RRVL 111 111111221FqVFqLVL 22111221113311FqFqVFqFqLVL 11

45、2212211212:10, 0, 1VLVLqLLVVqLLVVq均有均有的范圍內(nèi)，的范圍內(nèi)，在在若若若若 對對q0或或q1 的情況的情況(qngkung)應具體計算。應具體計算。多股加料多股加料(ji lio)的精餾的精餾當回流比當回流比R變化時，各段操作線的斜率均發(fā)生變化。挾點位置變化時，各段操作線的斜率均發(fā)生變化。挾點位置(wi zhi)有多種可能。有多種可能。第43頁/共77頁第四十四頁，共77頁。若液相側(cè)線若液相側(cè)線(cxin)，則引出下降的液相物，則引出下降的液相物。12VV 12LL 側(cè)線側(cè)線(cxin)出料的精餾出料的精餾挾點一般出現(xiàn)挾點一般出現(xiàn)(chxin)在在q線線與平衡

46、線的交點處。與平衡線的交點處。若汽相側(cè)線，則引出上升的汽相物。若汽相側(cè)線，則引出上升的汽相物。第44頁/共77頁第四十五頁，共77頁。0 V FqV 10qFLW 只有只有(zhyu)精餾段的塔精餾段的塔F塔釜即為理論塔釜即為理論(lln)進料板進料板若飽和若飽和(boh)蒸汽進料：蒸汽進料：q=0WLFV ,fxDx精餾段操作線方程精餾段操作線方程q線方程線方程第45頁/共77頁第四十六頁，共77頁。只有只有(zhyu)提餾段的塔提餾段的塔-提餾塔（回收塔）提餾塔（回收塔） 餾出液濃度要求不高，目的是回收餾出液濃度要求不高，目的是回收(hushu)輕組輕組分。分。如果如果(rgu)是泡點進是

47、泡點進料料 q=1DVVFL 若一般進料：若一般進料：qF0L FqVVD 1VWxxVLywnn 1DWxxDFywnn 1第46頁/共77頁第四十七頁，共77頁。冷液進料冷液進料泡點進料泡點進料首先規(guī)定首先規(guī)定xw ，則操作線的下端點，則操作線的下端點(dun din)確定確定。 DxyDFVD1確定確定(qudng)理論理論塔板數(shù)：塔板數(shù)：如果如果(rgu)是泡點進料是泡點進料 q=1DWxxDFywnn 1 NDFVD第47頁/共77頁第四十八頁，共77頁。q線位置線位置(wi zhi)已定已定,使得精餾段操作線、提餾段操作線均向?qū)蔷€靠近，與平衡線的距離增加。使得精餾段操作線、提餾段

48、操作線均向?qū)蔷€靠近，與平衡線的距離增加。數(shù)數(shù)已已定定。、nm wDxxRR值增加，使傳質(zhì)推動力值增加，使傳質(zhì)推動力(ye-y)增加，達到原增加，達到原分離要求時所需的分離要求時所需的 NT 減少。但是塔中的塔減少。但是塔中的塔板數(shù)已定（比所需的板數(shù)已定（比所需的 NT 數(shù)值大），這說明數(shù)值大），這說明塔的分離能力提高了，所以塔的分離能力提高了，所以(suy)分離效果分離效果會更好。會更好。m 指精餾指精餾(jn li)段塔段塔板數(shù)。板數(shù)。1、回流比、回流比R對于精餾結(jié)果的影響對于精餾結(jié)果的影響第48頁/共77頁第四十九頁，共77頁。2、塔頂產(chǎn)品采出率、塔頂產(chǎn)品采出率D/F的合理的合理(hl)

49、規(guī)定規(guī)定-物料衡算的約束物料衡算的約束FDFxDx一般情況下：一般情況下：若塔的分離能力若塔的分離能力(nngl)很大，達到很大，達到0 xw FDFxDx FDxxFD （1）若規(guī)定）若規(guī)定(gudng)的的 D/F 值太小，出現(xiàn)值太小，出現(xiàn)：0.1FDxxfD 顯然，實際上至大只可能出現(xiàn)顯然，實際上至大只可能出現(xiàn)xD=1.0 。當。當xD=1.0，則相應，則相應 xw0 ，則未充分發(fā)揮好塔，則未充分發(fā)揮好塔的分離能力。的分離能力。（2）若規(guī)定的）若規(guī)定的 D/F 過大過大：顯然：顯然 xD 小，未充分發(fā)揮好塔的分離能力。小，未充分發(fā)揮好塔的分離能力。合理的合理的 D/F 值應該是：值應該是

50、：FxFD 若塔的分離能力充足，可以獲得最好的若塔的分離能力充足，可以獲得最好的分離效果，即同時出現(xiàn)：分離效果，即同時出現(xiàn)： xD =1 ; xw=0 則充分發(fā)揮了塔的分離能力。則充分發(fā)揮了塔的分離能力。如果塔的分離能力很大，例如塔板數(shù)無限多，能否充分發(fā)揮塔的分離能力，與生產(chǎn)中人如果塔的分離能力很大，例如塔板數(shù)無限多，能否充分發(fā)揮塔的分離能力，與生產(chǎn)中人為規(guī)定的塔頂產(chǎn)品采出率為規(guī)定的塔頂產(chǎn)品采出率D/F有著直接的關系。有著直接的關系。第49頁/共77頁第五十頁，共77頁。DFW wDwFxxxxFD 可以利用物料可以利用物料(w lio)衡算做近似分衡算做近似分析：析：進料位置不變，提餾段的塔

51、板數(shù)不變?？梢娺M料位置不變，提餾段的塔板數(shù)不變?？梢妜W減小了，同時減小了，同時xD也降低也降低(jingd)了。了。D、W、xW均變化后，僅根據(jù)物料衡算不容易確定均變化后，僅根據(jù)物料衡算不容易確定xD的變化趨勢。只能根據(jù)作圖法顯的變化趨勢。只能根據(jù)作圖法顯示出。示出。m 指精餾指精餾(jn li)段塔板數(shù)，段塔板數(shù)，m、n已定。已定。3、塔頂產(chǎn)品采出率、塔頂產(chǎn)品采出率D/F對于精餾結(jié)果的影響對于精餾結(jié)果的影響 DWxxFD,第50頁/共77頁第五十一頁，共77頁。xF 減小，在精餾減小，在精餾(jn li)段達到原段達到原 xD 所需的理論板數(shù)增加，而精餾所需的理論板數(shù)增加，而精餾(jn l

52、i)段板數(shù)段板數(shù)已固定。則已固定。則xD 減小；減小；xF 減小，在提餾段達到原減小，在提餾段達到原 xw 所需的理論板數(shù)減少，而提餾段板數(shù)已固定。則所需的理論板數(shù)減少，而提餾段板數(shù)已固定。則xw減減小。小。4、進料組成、進料組成xf變化對于精餾結(jié)果變化對于精餾結(jié)果(ji gu)的的影響影響Fx如果做設計如果做設計(shj)，xf減小時，進料板位減小時，進料板位置相應下降。但是，現(xiàn)在的操作中，置相應下降。但是，現(xiàn)在的操作中， xf減減小了，沒有改變進料位置，所以，現(xiàn)在的小了，沒有改變進料位置，所以，現(xiàn)在的操作中不是最適宜的進料位置。操作中不是最適宜的進料位置。第51頁/共77頁第五十二頁，共7

53、7頁。例例1 如圖，精餾塔具有一塊實際板及一只蒸餾釜，原料預熱至泡點，由塔頂連續(xù)加入，如圖，精餾塔具有一塊實際板及一只蒸餾釜，原料預熱至泡點，由塔頂連續(xù)加入，xF=0.20（摩爾分率，下同），測得塔頂產(chǎn)品能回收原料液中易揮發(fā)組分的（摩爾分率，下同），測得塔頂產(chǎn)品能回收原料液中易揮發(fā)組分的80% ，且，且xD=0.28 ,系統(tǒng)的相對揮發(fā)度系統(tǒng)的相對揮發(fā)度=2.5 ，試求殘液組成，試求殘液組成(z chn)xw及該塔板的板效率。蒸餾釜可視為一塊理論板。及該塔板的板效率。蒸餾釜可視為一塊理論板。解：解：FDxxFD wDwFxxxxFD 20. 028. 028. 020. 0%80 wwxx得：得

54、：09. 0 wxFxDxwxwyyx第52頁/共77頁第五十三頁，共77頁。wwmvyyyyE *28. 0 Dxy 20. 009. 015 . 2109. 05 . 211 wwwxxy y*是與是與x成平衡的濃度成平衡的濃度(nngd),故需求故需求x ,列出操作線方程。列出操作線方程。泡點進料：泡點進料：FL DV DxDFxDFVWxxVLywnwnn 173. 109. 020. 009. 028. 0 wFwDxxxxDFwwxDFxDFy 1 09. 0173. 173. 120. 0 x15. 0 xFxDxwxwyyx第53頁/共77頁第五十四頁，共77頁。FxDxwxw

55、yyxwwmvyyyyE * 31. 015. 015 . 2115. 05 . 211* xxy 73. 020. 031. 020. 028. 0 mvE第54頁/共77頁第五十五頁，共77頁。例例2： 某精餾塔共有某精餾塔共有3塊理論塊理論(lln)板，板，xF=0.002 ,預熱至飽和蒸汽連續(xù)送入精餾塔的塔釜，預熱至飽和蒸汽連續(xù)送入精餾塔的塔釜，R=4.0 ，物系的平衡關系為，物系的平衡關系為:y=6.4x ,求：求：xD , xw Dx ,Dwx ,WFy,F解：解：DDx2 . 0 x8 . 014xx144y D1xy 4 . 6x4 . 6yxD11 DDD2x325. 0 x

56、2 . 04 . 6x8 . 0y DD2x0508. 04 . 6x325. 0 x DDD3x2406. 0 x2 . 0 x0508. 08 . 0y DDw3x0376. 04 . 6x2406. 0 xx 需要需要(xyo)建立建立2個關個關系式系式Dwx0376. 0 x 第55頁/共77頁第五十六頁，共77頁。Dx ,Dwx ,WFy,F飽和飽和(boh)蒸汽進料：蒸汽進料：q=0 FFq10V LqFLW 8 . 010 . 40 . 4FWVL 物料物料(w lio)衡算：衡算：wDwxxx002. 08 . 01FW1FD wDwxxx002. 02 . 0 Dwx0376

57、. 0 x 第56頁/共77頁第五十七頁，共77頁。例例3：某雙組分混合液在連續(xù)精餾塔中進行分離，泡點進料，泡點回流，：某雙組分混合液在連續(xù)精餾塔中進行分離，泡點進料，泡點回流，xF=0.50 , xw=0.10 , =4 , NT=4(包括釜），料液自第二層板（自上數(shù)起）加入，提餾段下降液體摩爾包括釜），料液自第二層板（自上數(shù)起）加入，提餾段下降液體摩爾(m r)流率是塔底產(chǎn)品流率的流率是塔底產(chǎn)品流率的2倍。試求：倍。試求：1、第三層理論板上升蒸汽的組成；、第三層理論板上升蒸汽的組成；2、若改為全回流，塔底仍連續(xù)出料，此時塔頂汽相、塔底溶液的組成各為多少？、若改為全回流，塔底仍連續(xù)出料，此時

58、塔頂汽相、塔底溶液的組成各為多少？解：解：1、因因 xw 已知，應考慮已知，應考慮(kol)自塔底向上推算，需要寫出提餾段操作線方程自塔底向上推算，需要寫出提餾段操作線方程WWWxxWWWVWxxVLyww 2221 . 02 xy 39. 01 . 01411 . 04114 wwwxxyy 1 . 0234 xy24.03 x 56. 024. 014124. 0411333 xxy 第57頁/共77頁第五十八頁，共77頁。2、全回流、全回流(hu li) D=0 F=W xw=xF=0.5050. 0432 Fwxxxxx 說明了第說明了第2、第、第3、第、第4塊理論板上無傳質(zhì)的推動力，

59、這樣的板數(shù)無論塊理論板上無傳質(zhì)的推動力，這樣的板數(shù)無論(wln)有多少塊只等價于一塊理論板。有多少塊只等價于一塊理論板。 8 . 05 . 01415 . 0411222 xxy 8 . 0234 yyy全回流全回流(hu li)8 . 021 yx 94. 08 . 01418 . 0411111 xxy 第58頁/共77頁第五十九頁，共77頁。例例4：某分離二元混合物的精餾塔，因操作中的問題：某分離二元混合物的精餾塔，因操作中的問題(wnt)，進料并未在設計的最佳位置，而是偏下了幾塊板。若，進料并未在設計的最佳位置，而是偏下了幾塊板。若 F xF q R V 均同設計值，試分析均同設計值，

60、試分析 L V L D W xD xw 的變化趨勢（同原設計時相比）。的變化趨勢（同原設計時相比）。F xF q R V N 不變，不變，1N FqVV 1不不變變V1 RVD不不變變DDFW 不不變變WDVL 不不變變LqFLL 不不變變LxD xw 的分析：的分析：避免錯覺：加料板下移，使避免錯覺：加料板下移，使 N1 增大，增大，N2 減小，單從二段的分離能力看，似乎應有減小，單從二段的分離能力看，似乎應有 xD 增大，增大，xw 增大。但這個結(jié)論不符合增大。但這個結(jié)論不符合(fh)物料衡算式。物料衡算式。wDFWxDxFx 1N2N原設計原設計實際實際解：解：實際上是未在適宜的位置進料