题目
用一常压精馏塔分离含易挥发组分A为0.44(摩尔分率,以下同)的混合溶液,料液流量1000 kmol/h,要求塔顶产品A含量0.96以上,塔底产品A含量小于0.03,采用回流比R=3,泡点进料,求:①塔顶、塔釜产品流量及精馏段、提馏段的汽、液流量;②若进料状态改为20℃冷液,问精馏段、提馏段的汽、液流量变为多少?已知料液的泡点为94℃,混合液的平均比热为158.2 kJ/(kmol·K),汽化潜热为33100kJ/kmol。
用一常压精馏塔分离含易挥发组分A为0.44(摩尔分率,以下同)的混合溶液,料液流量1000 kmol/h,要求塔顶产品A含量0.96以上,塔底产品A含量小于0.03,采用回流比R=3,泡点进料,求:
①塔顶、塔釜产品流量及精馏段、提馏段的汽、液流量;
②若进料状态改为20℃冷液,问精馏段、提馏段的汽、液流量变为多少?
已知料液的泡点为94℃,混合液的平均比热为158.2 kJ/(kmol·K),汽化潜热为33100
kJ/kmol。
题目解答
答案
解:①泡点进料 q=1
由物料衡算式得:1000=D+W 1000×0.44=0.96D+0.03W
两式联立,解得: D=441 kmol/h,W=559 kmol/h
精馏段汽相流量:V=(R+1)D=4×441=1764 kmol/h
精馏段液相流量:L=RD=3×441=1323 kmol/h
提馏段汽相流量:V′=V+(q-1)F=V=1764 kmol/h
提馏段液相流量:L′=L+qF=L+F=1323+1 000=2323kmol/h
②进料状态改为20℃冷液
∵L=RD,V=(R+1)D 而R,D不变,
∴ L,V不变。 L′= L+qF= 1323+1.354 ×1000=2677 kmol/h
V′=V+(q-1)F=1764+(1.354-1) ×1000=2118 kmol/h
解析
步骤 1：泡点进料时的物料衡算
泡点进料意味着进料的热状态参数q=1。根据物料衡算，塔顶产品流量D和塔釜产品流量W满足以下方程：
1. 总物料衡算：F = D + W
2. 组分A的物料衡算：FxF = DxD + WxW
其中，F为进料流量，xF为进料中组分A的摩尔分率，D为塔顶产品流量，xD为塔顶产品中组分A的摩尔分率，W为塔釜产品流量，xW为塔釜产品中组分A的摩尔分率。
步骤 2：计算塔顶和塔釜产品流量
将已知数据代入上述方程，解方程组得到塔顶和塔釜产品流量。
步骤 3：计算精馏段和提馏段的汽、液流量
根据回流比R和塔顶产品流量D，计算精馏段的汽相流量V和液相流量L。再根据进料状态参数q和进料流量F，计算提馏段的汽相流量V'和液相流量L'。
步骤 4：冷液进料时的物料衡算
当进料状态改为20℃冷液时，需要重新计算进料的热状态参数q。根据新的q值，重新计算提馏段的汽、液流量。
泡点进料意味着进料的热状态参数q=1。根据物料衡算，塔顶产品流量D和塔釜产品流量W满足以下方程：
1. 总物料衡算：F = D + W
2. 组分A的物料衡算：FxF = DxD + WxW
其中，F为进料流量，xF为进料中组分A的摩尔分率，D为塔顶产品流量，xD为塔顶产品中组分A的摩尔分率，W为塔釜产品流量，xW为塔釜产品中组分A的摩尔分率。
步骤 2：计算塔顶和塔釜产品流量
将已知数据代入上述方程，解方程组得到塔顶和塔釜产品流量。
步骤 3：计算精馏段和提馏段的汽、液流量
根据回流比R和塔顶产品流量D，计算精馏段的汽相流量V和液相流量L。再根据进料状态参数q和进料流量F，计算提馏段的汽相流量V'和液相流量L'。
步骤 4：冷液进料时的物料衡算
当进料状态改为20℃冷液时，需要重新计算进料的热状态参数q。根据新的q值，重新计算提馏段的汽、液流量。