题目
某二元混合物要求用连续精馏方法分离,规定产品浓度为x_D, x_W,若回流比不变,进料热状态参数减小;则所需理论板数____。A. 增多B. 减少C. 不变D. 无法确定
某二元混合物要求用连续精馏方法分离,规定产品浓度为$x_D, x_W$,若回流比不变,进料热状态参数减小;则所需理论板数____。
A. 增多
B. 减少
C. 不变
D. 无法确定
题目解答
答案
A. 增多
解析
本题考查连续精馏过程中进料热状态参数对理论板数的影响,解题思路是依据精馏塔的操作线方程和进料热状态参数的变化,分析精馏段和提馏段操作线的变化,进而确定理论板数的变化情况。
- 首先明确进料热状态参数$q$的定义:
- $q=\frac{I_V - I_F}{I_V - I_L}$,其中$I_V$为进料板上气相的焓,$I_F$为进料的焓,$I_L$为进料板上液相的焓。
- 进料热状态不同,$q$值不同,常见的进料热状态及$q$值范围如下:
- 冷液进料:$q>1$;
- 饱和液体进料:$q = 1$;
- 气 - 液混合进料:$0<q<1$;
- 饱和蒸汽进料:$q = 0$;
- 过热蒸汽进料:$q<0$。
- 然后分析精馏段和提馏段操作线方程:
- 精馏段操作线方程为$y_{n + 1}=\frac{R}{R + 1}x_n+\frac{x_D}{R + 1}$,其中$R$为回流比,$x_D$为塔顶馏出液组成。由于回流比$R$不变,所以精馏段操作线的斜率$\frac{R}{R + 1}$和截距$\frac{x_D}{R + 1}$都不变,即精馏段操作线位置不变。
- 提馏段操作线方程为$y_{m}=\frac{L'}{L'-W}x_{m - 1}-\frac{W}{L'-W}x_W$,其中$L'=L + qF$($L$为精馏段下降液体流量,$F$为进料流量),$W$为塔底釜残液流量。
- 当进料热状态参数$q$减小时,$L'$减小。在$y - x$图上,提馏段操作线的斜率$\frac{L'}{L'-W}$会发生变化,截距$-\frac{W}{L'-W}x_W$也会变化。
- 进料热状态参数$q$减小,意味着进料中液相所占比例减小,气相所占比例增大。在$y - x$图上,进料线与精馏段操作线和提馏段操作线的交点会发生变化,提馏段操作线会变得更陡。
- 最后确定理论板数的变化:
- 理论板数的确定通常采用逐板计算法或图解法。在$y - x$图上,从塔顶开始,在精馏段操作线和平衡线之间作阶梯,到进料板;再在提馏段操作线和平衡线之间作阶梯,到塔底。
- 由于提馏段操作线变陡,为了达到规定的产品浓度$x_D$和$x_W$,需要更多的阶梯(即理论板数)来完成分离任务。所以所需理论板数增多。