蒸馏2

9.在常压连续精馏塔中，分离苯-甲苯混合液。若原料为饱和液体，其中含苯0.5（摩尔分数，下同）。塔顶馏出液组成为0.9，塔底釜残液组成为0.1，回流比为2.0，试求理论板层数和加料板位置。苯-甲苯混合液的平衡常数数据见教材下册例1-1。 【解】可以按图解法计算理论板数 其中xD=0.9，xF=0.5，xW=0.1，R=2

由教材下册例1-1所给x-y气液数据作图6-3。

计算得

xD0.9==0.3 R+12+1点a（0.9，0.9），点b（0，0.3），直线ab为精馏段操作线。 点e（0.5，0.5），因为饱和液体进料，所以q=1，进料线为垂直于x轴的直线ef， 直线ab与ef相交于点d。 点c坐标为（0.1，0.1），连接cd，即为提馏段操作线方程。

自点a开始在操作线和平衡线之间绘梯级，图解的理论板数为8（包括再沸器），且自塔顶往下数第四层为加料板，如图所示。

11.用一连续精馏塔分离由组分A、B所组成的理想混合液。原料液中含A0.44，馏出液中含A0.957（以上均为摩尔分数）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为1.63，试说明原料液的热状况，并求出q值。 【解】最小回流比 Rmin =

xD-yqyq-xq

?xq气液平衡曲线 yq =

1+（?-1）xq将题中所给数据xD=0.957，Rmin =1.63和?=2.5代入上两式最后得

0.957-2.5xq1+1.5xq=1.63

2.5xq-xq1+1.5xq解得xq=0.366，亦yq =0.591 而已知xF=0.44，亦yF=0.44 所以

yF?yq0.44?0.591q===-2.04 q?1xF?xq044?0.366则q=0.671

原进料热状况为气液混合进料。

12.在连续精馏塔中分离某组成为0.5（易挥发组分的摩尔分数，下同）的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和分凝器。分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为96%。若侧得塔顶第一层板的液相组成为0.79，试求：（1）操作回流比和最小回流比；（2）若馏出液量为100kmol/h，则原料液流量为多少？ 【解】（1）操作回流比和最小回流比 以分凝器为第零块板，则有

yo=xD=0.95，xo=0.88

由相平衡方程知

yo=

?xo

1+（?-1）xo即0.95=

0.88?

1+0.88（?-1）解得?=2.59

由x1用相平衡方程求得 y1，即

y1=

2.59?0.5?x1==0.907

1+（?-1）x11+1.59?0.5由精馏段操作线方程求操作回流比R，即

R1 xo+ xD

R?1R+1R10.907=×0.88+×0.95

R?1R+1y1=

解得R=1.593

最小回流比由下式求得，即

Rmin=

因q=1，故xq= xF=0.5

yq =yF=

xD-yqyq-xq

2.59?0.5?xF==0.721 1+1.59?0.51+（?-1）xF故Rmin=

0.95-0.721=1.036

0.721-0.5（2）原料液流量F 由回收率知

DxD100?0.95==0.96 F?0.5FxF解得F=198kmol/h。

在全回流条件下测得相邻板上的液相组 15.在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯混合液。

成分别为0.28、0.41和0.57，试求三层板中较低的两层的单板效率EmV。

操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下： X 0.26 0.38 0.51 Y 0.45 0.60 0.72

【解】对于苯-甲苯混合液，由相平衡数据可得不同的相对挥发度

0.26?1=0.45

1+（?1-1）?0.260.38?2=0.60

1+（?2-1）?0.380.51?3=0.72

1+（?3-1）?0.51分别得到?1=2.33，?2=2.45，?3=2.47 求得?=1/3（2.33+2.45+2.47）=2.41 所以

2.41?0.41=0.626

1+（2.41-1）?0.412.41?0.28﹡

y3==0.484

1+（2.41-1）?0.28y2=

﹡

又在全回流条件下

y2=x1，y3 =x2，y4=x3

最后得下两层，即第二和第三层的单板效率

EMV2=

y2-y30.57-0.41==73% ﹡y2-y30.626-0.41y3-y40.41-0.28==67%

y3﹡-y40.484-0.28EMV3=

17.在连续精馏塔中分离二硫化碳-四氯化碳混合液。原料液在泡点下进入塔内，其流量为4000kg/h、组成为0.3（摩尔分数，下同）。馏出液组成为0.95，釜液组成为0.025.操作回流比取为最小回流比的1.5倍，操作压强为常压，全塔操作平均温度为610C，空塔速度为0.8m/s，塔板间距为0.4m，全塔效率为50%。试求：（1）实际塔板层数；（2）两产品的质量流量；（3）塔径；（4）塔的有效高度。

常压二硫化碳-四氯化碳溶液的平衡数据见教材例下册1-14 【解】原料液的平均摩尔质量

M =MCS2XF+Mccl4（1-xF）=76×0.3+154×0.7=130.6

F=

4000=30.63kmol/h 130.6对全塔物料衡算

F=D+W

FxF=DxD+WxW

代入题中数据即

30.63=W+D

30.63×0.3=0.95D+0.025W

解得 D=9.11kmol/h

W=21.52kmol/h

又因为泡点进料，所以q=1，xq=xF。

对于二硫化碳-四氯化碳混合液，教材下册例1-14相平衡数据可得不同的相对挥发度

0.0296?1 =0.0823

1+（?1 -1）?0.02960.8604?2=0.932

1+（?2-1）?0.8604分别得到?1=2.93，?2=2.23 求得?=

1（2.93+2.23）=2.58 22.58?0.3=0.525

1+（2.58-1）?0.3故 yq =

Rmin=

xD-yq0.95-0.525==1.889 0.525-0.3yq-xqR=1.5Rmin=1.5×1.889=2.833

所以精馏段操作线方程的截距

xD0.95==0.248 R+12.833+1如图6-6所示，点a(0.95，0.95)，点b(0,0.248)，直线ab为精馏段操作线点c（0.3,0.3），因为饱和液体进料，所以q=1，进料线为垂直于x轴的直线cd直线ab与cd相交于点e。 点f坐标为（0.025,0.025），连接ef，即为提馏段操作线方程。

自点a开始在操作线和平衡线之间绘梯级，图解的理论板数为11（包括再沸器）。 （1） 实际塔板数 Np=

11-1=20 0.5

图6-6

（2） 两产品的产量流量 馏出液的平均摩尔质量

MD=MCS2XD+Mccl4(1-xD)=76×0.95+154×0.05=79.9kg/kmol 馏出液的质量流量

D′=DMD=9.11×79.9=727.89kg/h

釜液的质量流量

W′=WMW=21.52×（76×0.025+154×0.975）=3272.11kg/h (3)塔经

V′=V+(q-1)F=V=(R+1)D=(2.833+1)×9.11=34.92kmol/h 200C气体流量

34.92?22.4?1000V0′==0.217m3/s

3600?10000

61C气体流量

273+61V0=×0.217=0.247 m3/s 273+20D（塔径）=(3)塔的有效高度

H=0.4×（20-1）=7.6m

4?0.2474V0==0.627m

??0.8??