大连理工大学化工原理2010精馏-答案 (DEMO)

A：

精馏（22分）

用一精馏塔分离苯与甲苯混合物，进料中苯的摩尔分数为0.4，进料量为200kmol/h，进料状态为饱和蒸汽，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔顶产品中苯的摩尔分数为0.95，塔底产品中苯的摩尔分数为0.05。操作条件下，两组分间的平均相对挥发度为2.5，实际回流比为最小回流比的1.2倍，试求：

（1）塔两端产品流量（kmol/h）及塔顶苯的回收率； （2）进入塔顶第1块理论板的气相组成； （3）提馏段操作线方程； （4）测得塔顶第1块实际板的液相默弗里板效率为0.7，求塔顶第2块实际板上升蒸汽的组

成；

（5）该塔经过一段时间操作后，在塔压未变的情况下，塔顶温度升高，塔底温度降低现象，

试定性分析塔两端产品组成有何变化？在塔顶采出量不变的情况下，仍保证两端产品组成不变，在操作上可采取什么措施？此时塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷如何变化？（可不考虑负荷变动对塔及辅助设备操作的影响） 解：

（1）回收率

qnF?qnD?qnWqnFZF?qnDxD?qnWxW200?qnD?qnW

200?0.4?0.95qnD?0.05qnW

解得 qnD=77.78kmol/h qnW=122.22kmol/h

??qnDxD77.78?0.95??92.36%

qnFzF200?0.4(2) 进入塔顶第1块理论板上升蒸汽的组成

饱和蒸汽进料 yq?0.4,

xq?yq??(??1)yq?0.4?0.21

2.5?(2.5?1)*0.4Rmin0.95?0.4??0.743

Rmin?10.95?0.21Rmin?0.743?2.89

1?0.743R=1.2*2.89 =3.47

xR?0.776 D?0.213

R?1R?1精馏段操作线方程 yn?1?0.776xn?0.213

*y1?xD?0.95, x1?0.95?0.884

2.5?1.5*0.95y2?0.776?0.884?0.213?0.899

（3）提馏段操作线方程

qnV'?qnV?(q?1)qnF?(R?1)qnD?qnF?3.47?77.78?200?69.90kmol/h

qnL'?qnL?qqnF?RqnD?3.47?77.78?269.90kmol/h

y?qnL'qx269.90122.22?0.05x?nWW?x??3.86x?0.087 qnV'qnV'69.9069.90

（4）塔顶第2块实际板上升蒸汽的组成

*x1?0.95?0.884

2.5?1.5*0.95El2?xD?x10.95?x1??0.7, x1?0.904 *xD?x10.95?0.884y2?0.776?0.904?0.213?0.915

（5）两端产品组成变化 塔顶 苯含量降低 xD下降 塔底 苯含量升高 xW增加

塔顶采出量不变 增大回流量，进而增大回流比，提高每块塔板分离能力，使xD达到分离要求。此时要求塔底再沸器提供更多热量，塔顶冷凝器提供更多冷量，故两者的热负荷均增加。

C:

1、(20分) 常压下在连续精馏塔中分离苯-甲苯溶液，塔釜间接蒸汽加热，塔顶全凝器，泡点回流。进料中含苯0.35（摩尔分率，下同），进料量为100kmol/h，饱和蒸汽进料。已知塔顶馏出液量为40kmol/h，操作条件下平衡关系如附图所示。精馏段操作线方程为

y?0.8x?0.16，试求：

（1） （2） （3） （4）

塔顶、塔底的产品组成； 提馏段的操作线方程；

图解求取达到分离要求所需要的理论塔板数并指出最佳进料位置；

若将泡点回流改为过冷回流，塔顶液相回流量及采出量不变，试定性分析塔两端产品组成如何变化？此时，塔底再沸器热负荷如何变化？

解：（1）精馏段操作线方程 y?0.8x?0.16?xRx?D R?1R?1R?0.8R?1xD?0.16R?1R?4

xD?0.80

qnW?qnF?qnD?100?40?60kmol/h

qnWxW?qnFxF?qnDxD

xnW?（2）提馏段操作线方程

100?0.35?40?0.8?0.05

60 qnV'?qnV?(q?1)qnF?(R?1)qnD?qnF?5?40?100?100kmol/h

qnL'?qnL?qqnF?RqnD?4?40?160kmol/h

y?qnL'qx16060?0.05x?nWW?x??1.6x?0.03 qnV'qnV'100100（3）第四块理论板液相组成

D(0.8,0.8) F(0.4,0.4) W(0.05,0.05)

精馏段操作线截距y0=0.16 饱和蒸汽进料 q=0

图解计算得到理论塔板数为8块。最佳进料位置第4块理论板。