蒸馏练习 下册 第一章蒸馏 概念
1、精馏原理2、简捷法3、漏液4、板式塔与填料塔 公式
全塔物料衡算【例1－4】、精馏段、提馏段操作线方程、q线方程、相平衡方程、
逐板计算法求理论板层数和进料版位置（完整手算过程）进料热状况对汽液相流量的影响
2．连续精馏塔的塔顶和塔底产品摩尔流量分别为D和W，则精馏段液气比总是小于1，提馏段液气比总是大于1，这种说法是否正确？全回流时，该说法是否成立？为什么？
正确；全回流时该说法不正确；因为，D=W=0，此时是液汽比的极限值，即
L?L??1 ?VV4.简述有哪几种特殊精馏方法？它们的作用是什么？
1.恒沸精馏和萃取精馏。对于形成恒沸物的体系，可通过加入第三组分作为挟带剂，形成新的恒沸体系，使原溶液易于分离。
对于相对挥发度很小的物系，可加入第三组分作为萃取剂，以显著改变原有组分的相对挥发度，使其易于分离。
5．恒沸精馏原理
6．试画出板式塔负荷性能图，并标明各条极限负荷曲线表示的物理意义，指出塔板适宜的操作区在哪个区域是适宜操作区。（5分）
1.漏液线（气体流量下限线）（1分） 2.雾沫夹带线（气体流量上限线）（1分） 3.液相流量下限线（1分） 4.液相流量上限线（1分） 5.液泛线（1分）
最适宜的区域为五条线相交的区域内。
7．进料热状况参数
8、平衡蒸馏原理
9、液泛的定义及其预防措施
10、简述简捷法求解理论板层数的主要步骤。 11、什么是理想物系？ 四 计算题
1、用一精馏塔分离苯-甲苯溶液（=2.5）,进料为气液混合物，气相占50%（摩尔分率,下同），进料混合物中苯占0.60，现要求塔顶、塔底产品组成分别为0.95和0.05,回流比取最小回流比的1.5倍,塔顶分凝器所得冷凝液全部回流，未冷凝的蒸汽经过冷凝冷却器后作为产品，试求：塔顶塔底产品分别为进料量的多少倍？（2）塔顶第一理论板上升的蒸汽组成为多少？
?2、某连续精馏塔的操作线方程分别为：精馏段：
yn?1?0.723xn?0.263
yn?1?1.25xn?0.0187
提馏段：
设进料为泡点液体，试求上述条件下的回流比，以及馏出液、釜液和进料的组成。
3、在连续精馏塔中分离苯和甲苯二元混合溶液，原料液流量为5000kg/h，组成为含苯0.3（质量分率，下同），塔顶馏出液中苯的回收率为88%，要求塔釜含苯不高于0.05，求馏出液及釜残液的摩尔流量及摩尔组成。(苯的相对分子量为78 ，甲苯92)
0.378解：xF??0.336 0.30.7?78920.0578 xw??0.0584 0.050.95?7892MF?MAxFA?MBxFB?78?0.336?92?(1?0.336)?87.3
5000?57.3kmol/h （5分）
87.3D?W?F?57.3 （1） F?由
DxD?WxW?FxF 得
DxD?0.058W?57.3?0.336 （2）
又
??DxD?0.88 （3）
FxF联立（1）、（2）、（3）得： W=39.5 kmol/h D=17.8 kmol/h
XD=0.952 （10分） 4、用连续精馏塔分离某二元混合液，原料液流量为300kmol/h，露点（饱和蒸汽）进料，进料浓度为0.5，塔顶馏出液浓度为0.95，釜残液浓度为0.1，（以上均为易挥发组分的摩尔分率）。操作条件下相对挥发度为2.0，塔顶采用全凝器，泡点回流。已知回流比为最小回流比的1.29倍。试求： （１） 最小回流比Rmin；
（２） 离开第二层理论板的液体浓度（由塔顶往下数）。 5、 用精馏塔分离某二元混合物，已知塔精馏段操作线方程为y=0.75x+0.205；提馏段操作线方程为y=1.415x-0.041，试求：
（1） 此塔的操作回流比R和馏出液组成xD； （2） 饱和液体进料条件下的釜液组成xW； （3） 饱和液体进料，馏出液量D为120kmol/h时所需原料液的量F。
6、在常压连续精馏塔中，分离两组分理想溶液，物系的平均相对挥发度为2，馏出液组成为0.94（易挥发组分的摩尔分率，下同），釜残液组成为0.04，釜残液流量为150 Kmol/h，回流比为最小回流比的1.2倍，且已知q线方程为y=6 x – 1.5, 求： 1 最小回流比；2 精馏段操作线方程；3提馏段操作线方程。
1. q线方程与
y??x交点坐标为（x,y）
1?(??1)xq
q
y?6x?1.5xq?0.333 得 2xyq?0.5y?1?xRmin?2．RyD?yqyq?xq?0.95?0.5?2.64
0.5?0.333?1.2Rmin?3.17
y?xRx?D?0.76x?0.225
R?1R?1精馏段操作线方程为：
1．
q?6q?1.2q?1 得
x?0.3FxF?1.5q?1全塔物料恒算：
F?D?WD?60.9kmol/h 代入数值计算得
FxF?DxD?WxWF?210.9kmol/hL'?L?qF?446kmol/h
V'?V?(q?1)F?(R?1)D?(q?1)F?296kmol/h
提馏段操作线为
y'm?1L'W'?'xm?'xW ，代入数值得提馏段操作线方程为： L?WL?Wy?1.507x?0.0203
7、氯仿和四氯化碳的混合液在一连续精馏塔中进行分离，在精馏塔某一理论板n处，进入该塔板的气相组成为0.91（摩尔分率,
下同），从该塔板流出的液相组成为0.89，物系的相对挥发度为1.6，精馏段内的液气比为2/3（摩尔比），试求： （1）从第n板上升的蒸汽组成？ （2）流入第n板的液相组成？
（3）若为泡点回流，求回流比并写出精馏段操作线方程？ 解：1）精馏操作达平衡时：
yn??x1.6?0.89??0.93
1?(??1)x1?0.6?0.89?yn?1)?L(xn?1?xn)
2）由物料衡算方程： V?(yn2L/V?,yn?1?0.91,xn?0.89,yn?0.93 3 得：
xn?1?0.92
3）
L2?,V?L?D, V3 得 L/D =R=2
xRxn?DR?1R?1 得：xD?0.95yn?1?yn?1?0.667xn?0.317
8、用精馏塔分离某二元混合物，精馏段操作线方程为y=0.75x+0.205，提馏段操作线方程为 y=1.415x - 0.041，求：
1． 回流比R，塔顶组成XD，塔底残液组成XW。
2． XF=0.37，馏出液量D=120 kmol/h时所需进料量F。
3． 由
y?0.75x?0.205 及 y?xRx?D
R?1R?1R?0.75R?3R?1 得
x?0.82xDD?0.205R?1提馏段操作线方程过（xW,xW）点，即xw=1.415xw - 0.041 得xw=0.1
F?D?WF?120?W2. 即 FxF?DxD?Wxw0.37F?120?0.82?0.1W解得
F?320kmol/hW?200kmol/h
9、用板式精馏塔常压下分离苯?甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，相对挥发度?=2.50，进料量为140kmol/h，进料组成xF=0.5（摩尔分数），饱和液体进料，塔顶馏出液中苯的回收率为0.98，塔釜采出液中甲苯回收率为0.95，提馏段液汽比L?/V?=5/4，求：
(1)塔顶馏出液组成xD及釜液组成xW； (2)写出提馏段操作线方程；
(3)该塔的操作回流比及最小回流比
(4)试求出塔底最后一块塔板流出的液体组成。 [解] （1）依题意知：塔顶回收率
?DxD1?Fx?DxD?0.5?0.98
F140塔釜回收率
?W(1?xW)2?Fx?W(1?xW)5)?0.95
(1?F)140(1?0.对全塔进行物料衡算有
F?D?W?140
FxF?DxD?WxW?140?0.5
联立(1)(2)(3)(4)解得
xD?0.951
xW?0.021
D?72.1kmol/h
W?67.9kmol/h （2）提馏段操作线方程为
yL?Wn?1?V?xL?qFWn?V?xW?V?xn?V?xW 已知L?5，又因为V??L??L?qF
4所以有L?qF?5，由于q?1，V??V?(R?1)D，故有
V?4RD?F)D?5
(R?14即 72.1R?1405(R?1)?72.1?
4解得回流比R=2.77，因此有
V??V?(R?1)D?3.77?72.1?271.8kmol/h
所以提馏段操作线方程为
5分）
（yn?1?567.9xn??0.021?1.25xn?0.00525 4271.82?2.77
（3）已求出回流比R由于进料热状况参数q=1，所以q线与平衡线交点的横坐标为
xq?xF?0.5，交点的纵坐标为
yq?于是有
?xq2.5?0.5??0.714
1?(??1)xq1?1.5?0.5RminRmin?1解得
?xD?yq0.951?0.714??0.5255
xD?xq0.951?0.5Rmin?1.107
2.5?0.021?0.0509
1?1.5?0.021（3）再沸器相当于一个理论级，即釜内产出的气相组成yW与xW为平衡关系，满足相平衡方程
yW?进入再沸器的液相组成xn与yn之间应符合提馏段操作线方程，即有
0.0509?1.25xn?0.00525
解得
xn?0.0449 （5分）
10、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。塔顶采用分凝器和全凝器。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%。若测得塔顶第一层塔板的液相组成为0.79，试求：
（1）、 操作回流比和最小回流比； （2）、若馏出液量为100 kmol/L，则原料液流量为多少？
11、在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。已知进料量为100kmol/h，组成为0.35（易挥发组分的摩尔分率，下同），饱和蒸汽进料，塔顶全凝器，泡点回流，馏出液流量为35kmol/h，物系的平均相对挥发度为2.5。
已知精馏段操作线方程为
y?0.8x?0.188
试求：(1)提馏段操作线方程；（6分）
(2)自塔顶第1层板下降的液相组成为0.90时的汽相默弗里板效率。（6分）
四、计算题：.（12分）
解： （1）（6分）由精馏段操作线方程为
y?xRx?D?0.8x?0.188
R?1R?1R?0.8R?4R?1 得： （2分）
xD?0.94xD?0.188R?1F?D?W100?D?W由物料衡算方程：
FxF?DxD?WxW100*0.35?35*0.94?65*xW
得：
W?65kmol/h （2分）
xW?0.032由L'?L?qF 饱和蒸汽进料q=0，则 L'?L?RD?4*35?140kmol/h （1分）
L'W14065x?x?x?*0.032?1.87x?0.028 提馏段操作线方程y?W''140?65140?65L?WL?W（1分）
（2）（6分）由汽相默弗里板效率Emv?yn?yn?1*yn?yn?1
对于第一块板， Emv?y1?y2*y1?y2
*y1??x12.5*0.9??0.957 （2分）
1?(??1)x11?1.5*0.9y1?xD?0.94
实际上升的y1 （1分）
操作关系y2?????x1 y2?0.8x1?0.188?0.8*0.9?0.188?0.908 （2分）
?Emv?0.94?0.908?0.65 （1分）
0.957?0.908在常压连续精馏塔内分离某理想二元混合物。已知进料量为 100 kmol/h，其组成为0.55（摩尔分率，下同）；釜残液流量为45 kmol/h，其组成为0.05；进料为泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.6倍；物系的平均相对挥发度为2.0。
（1）计算易挥发组分的收率；（5分） （2）求出精馏段操作线方程。（10分） 解:已知F=100 Kmol/h,xF=0.55,W=45Kmol/h, xw=0.05, D=55Kmol/h. (1) 易挥发组分的收率?
?F?D?W??FxF?DxD?WxwD?55Kmol/h. 所以：
xD?0.959 (2分)
?W?DxD55*0.959*100%??0.959 （3分）
FxF100*0.55?1 ?2.0
(2)泡点进料q相对挥发度?平衡线方程： y??x2x?1?(??1)x1?x （2分）
对于进料xF=0.55时，yF?2*0.55?0.71 （2分）
1?0.55最小回流比时，
Rminx?yF0.959?0.71?D??0.61 （2分）
1?RminxD?xF0.959?0.55所以：Rmin?1.56 实际回流比：R?1.6Rmin?1.6*1.56?2.50 （2分）
精馏段操作线方程：y?xR2.50.959x?D?x??0.71x?0.274 （2分）
R?1R?12.5?12.5?1四、（20分08考研）在一连续精馏塔中分离苯-甲苯溶液。塔釜为间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。进料中含苯35%
（摩尔分数，下同），进料量为100kmol/h，以饱和蒸气状态进入塔中部。塔顶馏出液量为40kmol/h，要求塔釜液含苯浓度不高于5%，采用的回流比R=1.54Rmin，系统的相对挥发度为2.5。 试求：（1）回流比R；（2）精馏段和提馏段的操作线方程；（3）已知塔顶第一块实际板以液相组成表示的默弗里板效率为0.54，求离开塔顶第二块实际板进入第一块实际板的气相组成；（4）若该塔再沸器可看作是一块理论板，求进入再沸器的液体的组成。 四、(20分05考研)用连续精馏塔分离某双组分物系，原料液组成为0.20（摩尔分率，下同），流量为150kmol/h。根据工艺要求，
塔顶设分凝器，冷凝液部分入塔作回流L,部分作为产品D2,由分凝器出来的气相经全凝器冷凝后作为产品 D1。要求产品D1的组成不小于0.9，塔釜残液组成不大于分凝器0.05。操作中取 L/D1=1.5,D2/D1=1/4,物系相对挥发度为2.47,流程如图所示。试求：（1）馏出液流量D1、D2及塔顶第一块理论板上升蒸汽流量V1? （2）精馏段操作
L线方程及塔顶第一块理论板上升蒸汽的组成？（3）若塔顶只设全凝器，全回流操作VyDx时，测得相邻两板下降液体的组成分别为0.82,0.75，求下一板的气相默弗里板效率？ 四、(20分，06考研）在一具有N块理论板的精馏塔中分离苯-甲苯混合液。进料量
F=100kmol/h，进料中苯的摩尔分率xF=0.45，泡点进料，加料板为第四块理论板（从上往下数），塔釜上升蒸气量V'=140kmol/h，回流比R=2.11。已测得塔顶出料中苯的摩尔分率为xD=0.901。已知苯-甲苯体系的相对挥发度α=2.47。试求：(1) 精馏段、
Fx提馏段的操作线方程；（2）离开第1~4 块理论板的苯的液相组成；（3）此时加料位置是否合适？
五、（20分，07考研）如图所示，分离某二元体系的精馏塔共有一块塔板，一个再沸器和一
个全凝器，料液以饱和液体状态连续向塔釜进料，进料流率为80 kmol/h，组成为0.45（摩尔分率，下同），二元体系相对挥发度α＝4，塔顶、底产品组成分别为0.65和0.2，回流比为1。求（1）该块塔板上的气相单板效率Emv和液相单板效率Eml 各是多少？（2）冷凝器冷凝液流率和再沸器气化流率分别是多少kmol/h？
11全凝器D1xD12D2FWxW
