在常压连续精馏塔中分离某两组分理想溶液,原料液流量为300kmol/h,组成为0.35(易挥发组分的摩尔分率,下同),泡点进料。馏出液组成为0.90釜残液组成为0.05,操作回流比为3.0,试求:(1)塔顶和塔底产品流量,kmol/h;(2)精馏段与提馏段的上升蒸气流量和下降液体流量,kmol/h。

考查要点：本题主要考查连续精馏塔的全塔物料平衡及操作条件下各段流量的计算，涉及全塔物料平衡方程、操作回流比的应用以及泡点进料的处理。

解题核心思路：

1. 全塔物料平衡：通过总物料平衡和易挥发组分的平衡，联立方程求解塔顶（D）和塔底（W）产品流量。
2. 操作回流比：利用回流比定义计算精馏段的回流液流量（L），结合泡点进料特性（进料全部为液体），确定提馏段的下降液体流量（L'）。
3. 气液流量关系：根据精馏段和提馏段的气液平衡关系，计算上升蒸气流量（V, V'）。

破题关键点：

• 泡点进料意味着进料热状态参数$q=1$，进料全部为液体，简化了提馏段的流量计算。
• 操作回流比$R = \frac{L}{D}$，需注意$L$仅作用于精馏段，而提馏段的$L'$需叠加进料流量。

第（1）题：塔顶和塔底产品流量

全塔物料平衡方程

1. 总物料平衡：
   $F = D + W$
   代入$F=300$，得：
   $300 = D + W \quad \text{(1)}$

2. 易挥发组分平衡：
   $Fx_F = D x_D + W x_W$
   代入$F=300$，$x_F=0.35$，$x_D=0.9$，$x_W=0.05$，得：
   $300 \times 0.35 = D \times 0.9 + W \times 0.05 \quad \text{(2)}$

联立方程求解

联立方程（1）和（2）：
$105 = 0.9D + 0.05(300 - D)$
化简得：
$0.85D = 105 - 15 = 90 \implies D = 106 \, \text{kmol/h}$
代入$W = 300 - D$，得：
$W = 194 \, \text{kmol/h}$

第（2）题：精馏段与提馏段的流量

精馏段流量

1. 操作回流比：
   $R = \frac{L}{D} \implies L = R \cdot D = 3 \times 106 = 318 \, \text{kmol/h}$

2. 上升蒸气流量：
   精馏段的上升蒸气流量$V$等于回流液流量$L$与馏出液流量$D$之和：
   $V = L + D = 318 + 106 = 424 \, \text{kmol/h}$

提馏段流量

1. 下降液体流量：
   泡点进料时，进料全部为液体，提馏段的下降液体流量$L'$为：
   $L' = L + F = 318 + 300 = 618 \, \text{kmol/h}$

2. 上升蒸气流量：
   提馏段的上升蒸气流量$V'$与精馏段的$V$相等（全塔气相连续）：
   $V' = V = 424 \, \text{kmol/h}$