题目

某一分离乙烷和丙烯的连续精馏塔，其进料流量如下：组分甲烷乙烷丙烯丙烷异丁烷正丁烷编号123456流量/(kmol/h)53515201016 要求塔顶馏出液中丙烯摩尔分数低于2.5%，塔釜中乙烷摩尔分数低于5.0%，试用清晰分割法来计算塔顶、塔釜产物的组成和流量。

某一分离乙烷和丙烯的连续精馏塔，其进料流量如下：

组分

甲烷

乙烷

丙烯

丙烷

异丁烷

正丁烷

编号

流量/(kmol/h)

要求塔顶馏出液中丙烯摩尔分数低于2.5%，塔釜中乙烷摩尔分数低于5.0%，试用清晰分割法来计算塔顶、塔釜产物的组成和流量。

题目解答

答案

由题意知轻关键组分为乙烷(2)，重关键组分为丙烯(3)，并规定了塔釜x_2，W=0.05，塔顶x_3，D=0.025，现以每小时100kmol进料为计算基准。因为甲烷全部在塔顶，所以塔顶甲烷的组成可得到，
塔顶乙烷(2)的组成
Fz₂=Dx_2，D+Wx_2，W
因为 x_2，W=0.05 F=D+W=100
100×0.35=D×x_2，D+(100-D)×0.05
塔顶丙烯组成 x_3，D=0.025
由于清晰分割，比丙烯重的组分塔顶没有。因∑x_i，D=1，
解得 D=37.84kmol/h；W=62.16kmol/h
由D，W值可计算出塔顶、塔釜各物料的分布情况，结果列表如下：

组分	进料		塔顶出料		塔釜出料
组分	kmol/h	z_i	kmol/h	x_iD	kmol/h	x_iW
甲烷	5	0.05	5	0.132	—	—
乙烷	35	0.35	31.89	0.815	3.11	0.03
丙烯	15	0.15	0.95	0.025	14.05	0.226
丙烷	20	0.20	—	—	20	0.3218
异丁烷	10	0.10	—	—	10	0.1609
正丁烷	15	0.15	—	—	15	0.2413
∑	100	1.OO	37.84	1.000	62.16	1.000

解析

步骤 1：确定轻关键组分和重关键组分
根据题目要求，轻关键组分为乙烷(2)，重关键组分为丙烯(3)。塔顶馏出液中丙烯摩尔分数低于2.5%，塔釜中乙烷摩尔分数低于5.0%。

步骤 2：计算塔顶和塔釜的流量
以每小时100kmol进料为计算基准。因为甲烷全部在塔顶，所以塔顶甲烷的组成可得到。塔顶乙烷(2)的组成由Fz_2=Dx_2，D+Wx_2，W计算得到。因为 x_2，W=0.05，F=D+W=100，所以100×0.35=D×x_2，D+(100-D)×0.05。塔顶丙烯组成 x_3，D=0.025。由于清晰分割，比丙烯重的组分塔顶没有。因∑x_i，D=1，解得 D=37.84kmol/h；W=62.16kmol/h。

步骤 3：计算塔顶和塔釜各物料的分布情况
由D，W值可计算出塔顶、塔釜各物料的分布情况，结果列表如下：
组分
进料
塔顶出料
塔釜出料
kmol/h
z_i
kmol/h
x_iD
kmol/h
x_iW
甲烷
5
0.05
5
0.132
—
—
乙烷
35
0.35
31.89
0.815
3.11
0.03
丙烯
15
0.15
0.95
0.025
14.05
0.226
丙烷
20
0.20
—
—
20
0.3218
异丁烷
10
0.10
—
—
10
0.1609
正丁烷
15
0.15
—
—
15
0.2413
∑
100
1.OO
37.84
1.000
62.16
1.000