采用常压精馏塔分离某理想混合液。进料中含轻组分 0.815(摩尔分数,下同),饱和液体进料, 塔顶为全凝器,塔釜间接蒸气加热。要求塔顶产品含轻组分 0.95,塔釜产品含轻组分 0.05,此物系 的相对挥发度为 2.0,回流比为 4.0。试用:(1)逐板计算法;(2)图解法分别求出所需的理论塔板 数和加料板位置。
采用常压精馏塔分离某理想混合液。进料中含轻组分 0.815(摩尔分数,下同),饱和液体进料, 塔顶为全凝器,塔釜间接蒸气加热。要求塔顶产品含轻组分 0.95,塔釜产品含轻组分 0.05,此物系 的相对挥发度为 2.0,回流比为 4.0。试用:(1)逐板计算法;(2)图解法分别求出所需的理论塔板 数和加料板位置。
题目解答
答案
解:物料衡算:
F = D + W FxF = DxD + WxW
则： | F = D + W F0.815= D 0.95 + W 0.05 |
联立求解得： | D= F(xF -xW) = F (0.815 - 0.05) = 0.85F kmol/h xD - xW 0.95 - 0.05 W=F-D=0.15F kmol/h |
提馏段下降液体组成:L=L+F=RD+F=40.85F+F =4.4F 自塔釜上生成蒸汽的摩尔流量:V = V =(R+1)D=(4+1)0.85F=4.25F
R x 4 0.95
精馏段操作线方程:yn+1 = R xn + xD = 4 xn + 0.95 =0.8xn +0.19
n+1 R +1 n R +1 4+1 n 4+1 n
L' W 4.4F 0.15F 0.05
提馏段操作线方程:ym+1 = L'xm -W xw = 4.4F xm - 0.15F 0.05 =1.04xm - 0.0018
m+1 V' m V' w 4.25F m 4.25F m
相平衡方程: y = 2.0x x= y
1+x 2- y
(1)逐板计算法
因为:y1=xD=0.95
由相平衡方程得: x1 = y1 = 0.95 = 0.905
2- y 2-0.95
由精馏段操作线方程: y =0.8x + 0.19 = 0.8 0.905 + 0.19 = 0.914 交替使用相平衡方程和精馏段操作线方程至 x<xF后,交替使用相平衡方程和提馏段操作线方程 至 x<xW 。
各板上的汽液相组成
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
y | 0.95 | 0.914 | 0.863 | 0.788 | 0.674 | 0.527 | 0.370 | 0.234 | 0.136 | 0.074 |
x | 0.905 | 0.841 | 0.759 | 0.650 | 0.508 | 0.357 | 0.227 | 0.133 | 0.073 | 0.039 |
第三块板为进料板,理论板数为 10块。
(2)图解法
交替在相平衡方程和精馏段操作线方程之间作梯级,至 x<xF后,交替在相平衡方程和提馏段操作线 方程作梯级至 x<xW。⏺
解析
根据物料衡算，可以得到进料量F、塔顶产品量D和塔釜产品量W之间的关系。同时，根据进料中轻组分的摩尔分数和塔顶、塔釜产品中轻组分的摩尔分数，可以求出D和W的值。
步骤 2：计算提馏段和精馏段的操作线方程
根据回流比和塔顶、塔釜产品中轻组分的摩尔分数，可以计算出提馏段和精馏段的操作线方程。
步骤 3：计算相平衡方程
根据相对挥发度，可以计算出相平衡方程。
步骤 4：逐板计算法
使用相平衡方程和操作线方程交替计算，直到计算出的轻组分摩尔分数小于进料中轻组分的摩尔分数，然后继续使用相平衡方程和提馏段操作线方程交替计算，直到计算出的轻组分摩尔分数小于塔釜产品中轻组分的摩尔分数。
步骤 5：图解法
在相平衡方程和操作线方程之间作梯级，直到计算出的轻组分摩尔分数小于进料中轻组分的摩尔分数，然后继续在相平衡方程和提馏段操作线方程之间作梯级，直到计算出的轻组分摩尔分数小于塔釜产品中轻组分的摩尔分数。