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1、习题课例 1 设计型问题组成为 xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中汽液摩尔比为 1:2，塔顶 xD=0.95（以上均为摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比 R=1.5Rmin，塔釜间接蒸汽加热，相对挥发度 =2.5 。试求：（ 1）原料中汽相和液相组成；（ 2）列出提馏段操作线方程。DxD=0.95W, xWFxF=0.4595.0=DR=1.5Rmin=2.5+=+eeeeexxyxy5.115.245.03231xe=0.375ye=0.6设计型问题举例汽液摩尔比为1:2DxD=0.95W, xWFxF=0.4595.0=DR=1.5Rmin=2.5t B Ax
2、exF ye解：（ 1）原料中汽相和液相组成设原料中汽相组成为 ye，液相组成为 xe，则()+=+eeeFeexxyxxy11323111 =qxxqqyF()()FqDRqFRDVL11 +=32=q95.0=FDFxDxQ45.095.045.095.0 =FDeeeDxyyxR=min334.25.1min= RR()()47.113245.0334.33245.0334.211=+=+=qFDRqFDR设计型问题举例VWxxVLyw=（ 2）列出提馏段操作线方程DxD=0.95W, xWFxF=0.4595.0=DR=1.5Rmin=2.5()+=+=FqDRVqFRDL)1(1最小
3、回流比操作情况的分析 xea yexDxW xFe d f b 556.1375.06.06.095.0=VWxxVLyw=0193.047.1 = x1=+FwFDFxWxFxDx05.0=FwFxWx()()()0193.013245.0334.345.005.01105.01105.0=+=+=+=qFDRxFqDRFxVWxFFw设计型问题举例VLVLFqVV )1( +=， F、 q不变 V而 L 不变qFLL +=， F、 q、 L不变， L不变，而 V y故 xD只能变大解法二：作图+ 排除法解法一：快速分析N，与 N不变这个前提相矛盾。故假设不成立。例 2 一操作中的常压连续精
4、馏塔分离某混合液。现保持回流液量和进料状况（F 、 xF、 q）不变，而减小塔釜加热蒸汽量，试分析 xD、 xW如何变化？操作型定性分析举例xD变大xW变大假设 xD不变 、假设 xD变小yVLVL至于 xW，也用排除法推知，只能变大。操作型定性分析举例 xyR 不变，1+=RRVL不变，D、 R、 q 和 F 不变， FqDRqFRDVL)1()1( +=不变， P 练习 一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量 D、回流比R、进料状况（ F、 xF、 q）不变，而减小操作压力，试分析 xD、 xW如何变化？解：xy假设 xD不变N，与 N 不变这个前提相矛盾。故假设不成立。
5、由物料衡算式可知， xW也不变假设 xD，由物料衡算式可知， xW，故 xD只能变大， xW变小。 F,xFD,xD1 W, xW例 3 操作型计算如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板组成。料液由塔顶加入，进料热状况参数q=1 ， xF=0.20（摩尔分率，下同）。今测得塔顶易挥发组分的回收率为 80%，且 xD=0.30，系统相对挥发度为 3.0。试求：（ 1）残液组成 xw；（ 2）该层塔板的液相默弗里板效EmL。设蒸馏釜可视为一个理论板。操作型问题举例q=1， xF=0.20xD=0.30 80=3.0=%80FDDFWFxDxDFDxFxx533.0=FD0859.0533.013
6、.0533.020.01=FDxFDxxDFW操作型问题举例解：（ 1）残液组成 xwq=1， xF=0.20xD=0.30 80=3.0F,xFD,xD1 W, xW*11xxxxEFFmL=()125.03.00.20.33.0111*1=yyx533.0=FDD W, xWy1xFx1yw()22.00859.00.210859.00.311=+=+=wwwxxyFqFLL =+=( ) DVFqVV =+= 1操作型问题举例（ 2）该层塔板的液相默弗里板效EmLq=1， xF=0.20xD=0.300752.0876.11= xVWxxVLyww=1DDxFxxDFDF=1157.08
7、76.10752.022.0876.10752.01=+=+=wyx=0.0859=3.0%3.57125.02.0157.02.0*11=xxxxEFFmLF,xFD,xDW, xWy1xFx1yw操作型问题举例 D,xD1 F,xFW, xW例 4 某连续操作精馏塔如图所示，已知料液摩尔组成xF=0.2，料液以饱和液体状态直接加入塔釜，塔顶设全凝器，全塔共两块理论板（包括塔釜），塔顶摩尔采出率D/F=1/3，回流比 R=1，泡点回流，此条件下物系的相平衡关系可表示为 y=4x，试计算 xW=?操作型问题举例xF=0.2D/F=1/3R=1y=4x饱和液体()313112.01WWFWFWF
8、DxFDxFDxDxDFFxDWxFxx=Wx26.0 =R=1 D/F=1/3 1 y1q=1 x1 y2xF=0.2 2 W, xWWxy 42=DnDnnxxRxxRRy 5.05.0111+=+=+DDDDxxxyxyxxy625.05.05.025.0412111=+=WDxx 4625.0 =-（ 1）-（ 2） 解式 1、 2 得： 0714.0=Wx操作型问题举例y=4x+=+=WDFWxDxFxWDF塔高是塔体设计的重要内容。H = Hd+ (n 2)HT+Hb+ Hf式中：Hd 塔顶空间高度，m ；Hb 塔底空间高度，m ；Hf 进料段高度， m；HT 塔板间距，m ；n
9、实际塔板数。1.塔高的计算十、塔高、塔径和塔板压降的计算F， xFD， xDW， xWLL 2. 塔径计算塔径计算是工艺设计的一部分，最后还需在塔板设计中进行校核。d = 式中： d 塔径 ,m; qn,V 气相负荷 ,m3/s； u 空塔线速 ,m/s。空塔线速 ：气相通过塔的整个截面积时的线速度。【讨论】 d一定， u qn,V（即处理量）。 但 u受两方面限制：u 板效率ETu e 液泛（当 u到一定程度时，气体把塔板上液体都带起来的现象）雾沫夹带：上升蒸气离开塔板上的液相时，夹带液滴的现象。液泛速度 uF：开始发生液泛时的空塔速度。一般取实际操作气速 u = 0.50.8uF。液泛速度
10、 uF的计算方法，可查有关文献资料。uqv43.气体通过塔板的压力降气量 Ht液量 Ht板结构：开孔率 u0 Ht Ht影响因素压降增大接触时间 板效率 板数 设备费塔釜温度 能耗操作费工作区泡沫Hthowhl干板压降 h0塔板压降液层阻力 he克服板上泡沫层的静压形成气液界面的能量消耗通过液层的摩擦阻力损失保证较高效率，减小塔板压降，降低能耗和改善操作。或 Ht=hd hlldPPP +=干板压降干板压降hd气体通过板孔的阻力损失气体通过板孔的阻力损失(筛孔筛孔) LVoodCugh221=m液柱Co孔流系数由实验确定筛板的孔流系数如图在阻力平方区在阻力平方区 c0与与 u0无关无关一般情况
11、：一般情况： c0与与 u0有关有关有些实验报道有些实验报道 : ho=cu0A 其中其中 A=1 2hwhowD气体通过液层压降气体通过液层压降hl不同的塔板有各自的内涵，对于筛板有：不同的塔板有各自的内涵，对于筛板有：hl u02、hw、how(L)、 hl=(hw+how)hwhowD克服板上液层静压；克服板上液层静压； 液层摩擦的动量损失；液层摩擦的动量损失； 形成泡沫的动量损失形成泡沫的动量损失（ 2）板间距HT取决于两个因素：上升蒸气雾沫夹带的程度（e 板效率 ET，一般e 10%）降液管中的液层高度 hL（液封作用；HT 淹塔）淹塔 降液管中液体如不能及时流走，而积存于塔板上的现
12、象。1. 过程及其特点流程如图，与前述常规蒸馏过程相比有以下特点：十一、其它精馏简介物料一次加入，分批操作，塔釜浓度随时间而变，非稳态操作。类似于简单蒸馏，区别于精馏。操作灵活，适应小批量、多用途分离。多平衡级操作，塔顶有回流。 类似于精馏，区别于简单蒸馏和平衡蒸馏。只有精馏段，无提馏段。达到相同分离要求时，所需 R大，能耗较大。（一）间歇精馏（一）间歇精馏2. 间歇精馏过程的操作恒 xD操作R改变，保持 xD不变；恒R操作 R不变， xD变化。实际生产中，采用两种方式联合操作，根据实际情况决定。3. 保持回流比恒定的操作分析： 与 不变 xW、 xD均随时降低；xD初期较高，最终较低平均馏出
13、浓度符合要求。xWxFxD终xD1回流比不变的间歇精馏4. 恒馏出液组成操作计算间歇精馏时， xW，为保持 xD不变，必须使R 。分析：过程中 xD不变 xW不断 分离要求逐渐提高R需逐渐提高实际上，以上两种操作方式常结合使用，即采用分段保持恒定馏出液组成，而使回流比逐级跃升的办法进行操作。在每批精馏后期，R很大，D很少，不经济，终止收集原组成的D，在较小的R下，蒸出一部分中间馏分，将其加入下一批料液中。WeWeWeDminx-yy-xR =馏出液组成恒定的间歇精馏（二）恒沸精馏与萃取精馏（二）恒沸精馏与萃取精馏特殊物系萃取精馏恒沸精馏恒沸物( =1)乙醇 -水： x=0.894 , 78.1
14、5糠醛 -水： x=0.0919 , 97.9 1二甲苯 (邻、间、对位 )： =1.01苯 -环己烷： =1.02特殊精馏为实现分离，需加入第三组分能与混合物中的一个或几个组分形成最低恒沸物，新恒沸物从塔顶蒸出。不形成恒沸物，而只改变原组分间的 ，第三组分随高沸点液从塔底排出。多塔1. 恒沸精馏采用恒沸精馏分离乙醇 -水溶液流程乙醇 -水溶液： x=0.894 , 78.15 (恒沸物 )第三组分苯（称夹带剂）形成的三组分恒沸物 (非均相 )：x苯=0.539，x醇=0.228，x水=0.233 ， 64.9上层苯相 : 下层水相 :苯 74.5%乙醇 21.7%水 3.8%苯 4.28%乙醇 35%水 60.72%操作流程如图所示（三塔）， .无水酒精水恒沸精馏塔分层器乙醇回收塔苯回收塔冷凝器冷凝器三元非均相恒沸物三元非均相恒沸物稀乙醇水溶液二元恒沸物二元恒沸物乙醇水恒沸物x醇:0.228,x苯:0.539,x水:0.233x醇:0.894,x水:0.106x醇:0.894,x水:0.106x醇:0.22,x苯:0.74,x水:0.04x醇
