题目
(15分)在常压连续精馏塔内分离苯和甲苯混合液,混合液的流量为1000kmol/h,其中含苯40%,要求塔顶馏出液中含苯90%,塔釜残液中含苯2%(均为摩尔分率)。泡点进料,塔顶冷凝器为全凝器,塔釜间接蒸汽加热,取回流比为最小回流比的1.5倍。全塔平均相对挥发度为2.5。试求:(1)塔顶与塔底产品量D、W;(2)回流比R;(3)从上往下数的塔内第二块理论板上升气体组成;(4)若在塔操作中,将进料状态改为饱和蒸汽进料,而保持F、R、D、xF不变,此时能否完成分离任务为什么
(15分)
在常压连续精馏塔内分离苯和甲苯混合液,混合液的流量为1000kmol/h,其中含苯40%,要求塔顶馏出液中含苯90%,塔釜残液中含苯2%(均为摩尔分率)。泡点进料,塔顶冷凝器为全凝器,塔釜间接蒸汽加热,取回流比为最小回流比的1.5倍。全塔平均相对挥发度为2.5。试求:
(1)塔顶与塔底产品量D、W;
(2)回流比R;
(3)从上往下数的塔内第二块理论板上升气体组成;
(4)若在塔操作中,将进料状态改为饱和蒸汽进料,而保持F、R、D、xF不变,此时能否完成分离任务为什么
题目解答
答案
解:(1) 
即 
解之得:
(3分)
{2}泡点进料,
(3分)
(3)精馏段操作线方程: 
(4分)
(4)F、R、D不变,而进料状态由饱和液体改为饱和蒸汽时,q,故
随q而,
,提馏段塔板分离能力,
必,又由全塔物料衡算可知,
。可见不能完成分离任务。 (5分)
解析
步骤 1：计算塔顶与塔底产品量D、W
根据物料平衡方程，可以得到以下方程组：
$$
\left \{ \begin{matrix} F=D+W\\ F{x}_{F}=D{x}_{D}+W{x}_{N}\end{matrix} \right.
$$
代入已知数据，得到：
$$
\left \{ \begin{matrix} 100=D+W\\ 100\times 0.4=D\times 0.9+W\times 0.02\end{matrix} \right.
$$
解之得：D=43.2kmol/h W=56.8kmol/h
步骤 2：计算回流比R
泡点进料，${e}_{e}={x}_{F}=0.4$ ${z}_{e}=\dfrac {d{x}_{e}}{1+(a-1){x}_{e}}=\dfrac {2.5\times 0.4}{1+1.5\times 0.4}=0.625$
${R}_{min}=\dfrac {{x}_{D}-{y}_{e}}{{y}_{e}-{x}_{e}}=\dfrac {0.9-0.625}{0.625-0.4}=1.22$ $R=1.5\times {R}_{min}=1.5\times 1.22=1.83$
步骤 3：计算从上往下数的塔内第二块理论板上升气体组成
精馏段操作线方程：${l}_{n+1}=\dfrac {R}{R+1}{x}_{n}+\dfrac {{x}_{0}}{R+1}=\dfrac {1.83}{2.83}{x}_{n}+\dfrac {0.9}{2.83}=0.65{x}_{n}+0.318$
${I}_{1}={X}_{D}=0.9$ ${l}_{1}=\dfrac {{y}_{2}}{a-(a-1){y}_{1}}=\dfrac {0.9}{2.5-1.5\times 0.9}=0.783$
$=0.65{x}_{1}+0.318=0.65\times 0.783+0.318=0.827$
步骤 4：分析进料状态改为饱和蒸汽进料时能否完成分离任务
F、R、D不变，而进料状态由饱和液体改为饱和蒸汽时，q值发生变化，导致V'=(R+1)D+(q-1)F随q而变化，L $\dfrac {A}{M}+I=\dfrac {A}{M+A}=\dfrac {A}{T}$，提馏段塔板分离能力Mx必，又由全塔物料衡算可知，。可见不能完成分离任务。
根据物料平衡方程，可以得到以下方程组：
$$
\left \{ \begin{matrix} F=D+W\\ F{x}_{F}=D{x}_{D}+W{x}_{N}\end{matrix} \right.
$$
代入已知数据，得到：
$$
\left \{ \begin{matrix} 100=D+W\\ 100\times 0.4=D\times 0.9+W\times 0.02\end{matrix} \right.
$$
解之得：D=43.2kmol/h W=56.8kmol/h
步骤 2：计算回流比R
泡点进料，${e}_{e}={x}_{F}=0.4$ ${z}_{e}=\dfrac {d{x}_{e}}{1+(a-1){x}_{e}}=\dfrac {2.5\times 0.4}{1+1.5\times 0.4}=0.625$
${R}_{min}=\dfrac {{x}_{D}-{y}_{e}}{{y}_{e}-{x}_{e}}=\dfrac {0.9-0.625}{0.625-0.4}=1.22$ $R=1.5\times {R}_{min}=1.5\times 1.22=1.83$
步骤 3：计算从上往下数的塔内第二块理论板上升气体组成
精馏段操作线方程：${l}_{n+1}=\dfrac {R}{R+1}{x}_{n}+\dfrac {{x}_{0}}{R+1}=\dfrac {1.83}{2.83}{x}_{n}+\dfrac {0.9}{2.83}=0.65{x}_{n}+0.318$
${I}_{1}={X}_{D}=0.9$ ${l}_{1}=\dfrac {{y}_{2}}{a-(a-1){y}_{1}}=\dfrac {0.9}{2.5-1.5\times 0.9}=0.783$
$=0.65{x}_{1}+0.318=0.65\times 0.783+0.318=0.827$
步骤 4：分析进料状态改为饱和蒸汽进料时能否完成分离任务
F、R、D不变，而进料状态由饱和液体改为饱和蒸汽时，q值发生变化，导致V'=(R+1)D+(q-1)F随q而变化，L $\dfrac {A}{M}+I=\dfrac {A}{M+A}=\dfrac {A}{T}$，提馏段塔板分离能力Mx必，又由全塔物料衡算可知，。可见不能完成分离任务。