第三章 多组分精馏
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第三章多组分精馏⼀、填空题1、仅在塔顶或塔釜出现的组分为()。
2、在多组分精馏过程中,全回流时所需理论板数(),在最⼩回流⽐下所需理论板数()。
3、萃取精馏塔在萃取剂加⼊⼝以上需设()。
4、恒沸精馏过程恒沸剂的加⼊不仅影响原溶液组分( ),同时与原溶液中的⼀个或⼏个组分形成恒沸物,当形成最低温度的恒沸物时恒沸剂从塔()出来。
5、关键组分中,挥发度⼤的组分为();挥发度⼩的组分为()。
6、清晰分隔法的假设为(),()。
7、在多组分精馏过程中,由芬斯克公式计算的最少理论板数决定于两组分的分离要求和(),与进料组成()。
8、萃取精馏是指原溶液加⼊新组分后不形成共沸物且S 沸点(),从()采出。
9、多组分精馏中,关键组分是指()的组分。
10、常⽤吸附剂有(),(),(),()。
⼆、单项选择题1、多组分精馏中,若轻重组分均为⾮分配组分,则恒浓区出现在:( )(A) 精馏段和提馏段中部 (B) 精馏段中部和板下紧靠进料板处(C) 板上仅紧进料板处和提馏段中部 (D) 板上、下紧靠进料板处2、对⼆元均相共沸物,s i P 相差增⼤,最低共沸物向哪个区移动:( )(A) ⾼沸点组分多浓度区 (B) 低沸点组分多浓度区(C) ⾼沸点组分低浓度区 (D) 低沸点组分低浓度区3、在均相恒沸物条件下,活度系数和压⼒关系为:( ) (A) 1221γγ=s s p p (B) 2121γγ=s s p p (C) 1221γγ≥s s p p (D) 2 121γγ≤s s p p4、多组分精馏中,若轻重组分均为分配组分,则恒浓区出现在:( )(A) 精馏段和提馏段中部 (B) 精馏段中部和板下紧靠进料板处(C) 板上仅紧进料板处和提馏段中部 (D) 板上、下紧靠进料板处5、萃取精馏塔内⽓液相流率的分布规律为:( )(A) 从上到下⽓液相流率逐渐增⼤,液相流率远⼤于⽓相流率(B) 从上到下⽓液相流率逐渐减⼩,液相流率远⼤于⽓相流率(C) 从上到下液相流率增⼤,⽓相流率减⼩,液相流率⼩于⽓相流率(D) 不确定6、下列不属于以压⼒差为推动⼒的膜分离技术为:( )(A) 微滤 (B) 超滤 (C) 反渗透 (D) 渗析7、液相进料的萃取精馏过程,应该从何处加萃取剂:( )(A) 精馏段 (B) 提馏段 (C) 精馏段和进料处 (D) 提馏段和进料板8、当萃取塔塔顶产品不合格时,可采⽤下列⽅法来调节:( )(A) 加⼤回流⽐ (B) 加⼤萃取剂⽤量(C) 增加进料量 (D) 减⼩萃取剂⽤量9. 吉利兰关联图,关联了四个物理量之间的关系,下列哪个不是其中之⼀:( )(A) 最少理论板书 (B) 最⼩回流⽐(C) 压⼒ (D) 理论板书三、简答题1、试分析多组分精馏在最⼩回流情况下,恒浓区出现的位置。
第三章 多组分精馏在化工原理课程中,对双组分精馏和单组分吸收等简单传质过程进行过较详尽的讨论。
然而,在化工生产实际中,遇到更多的是含有较多组分或复杂物系的分离与提纯问题。
在设计多组分多级分离问题时,必须用联立或迭代法严格地解数目较多的方程,这就是说必须规定足够多的设计变量,使得未知变量的数目正好等于独立方程数,因此在各种设计的分离过程中,首先就涉及过程条件或独立变量的规定问题。
多组分多级分离问题,由于组分数增多而增加了过程的复杂性。
解这类问题,严格的该用精确的计算机算法,但简捷计算常用于过程设计的初始阶段,是对操作进行粗略分析的常用算法。
§3-1分离系统的变量分析设计分离装置就是要求确定各个物理量的数值,但设计的第一步还不是选择变量的具体数值,而是要知道在设计时所需要指定的独立变量的数目,即设计变量。
一、设计变量1.设计变量⎩⎨⎧-=:可调设计变量固定设计变量a x c v i N N N N N :v N :描述系统所需的独立变量总数。
c N :各独立变量之间可以列出的方程式数和给定的条件,为约束关系数。
要确定i N ,需正确确定v N 和c N ,一般采用郭慕孙发表在AIchE J (美国化学工程师学会),1956(2):240-248的方法,该法的特点是简单、方便,不易出错,因而一直沿用至今。
郭氏法的基本原则是将一个装置分解为若干进行简单过程的单元,由每一单元的独立变量数e v N 和约束数e c N 求出每一单元的设计变量数e i N ,然后再由单元的设计变量数计算出装置的设计变量数E i N 。
在设计变量i N 中,又被分为固定设计变量x N 和可调设计变量a N ,x N 是指确定进料物流的那些变量(进料组成和流量)以及系统的压力,这些变量常常是由单元在整个装置中的地位,或装置在整个流程中的地位所决定,也就是说,实际上不要由设计者来指定,而a N 才是真正要由设计者来确定的,因此郭氏法的目的是确定正确的a N 值。
一、填空题
1、 仅在塔顶或塔釜出现的组分为( )。
2、 在多组分精馏过程中,全回流时所需理论板数( ),在最小回流比下所需理论板数
( )。
3、 萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设( )。
4、 恒沸精馏过程恒沸剂的加入不仅影响原溶液组分( ),同时与原溶液中的一个或几
个组分形成恒沸物,当形成最低温度的恒沸物时恒沸剂从塔( )出来。
5、 关键组分中,挥发度大的组分为( );挥发度小的组分为( )。
6、 清晰分隔法的假设为( ),( )。
7、 在多组分精馏过程中,由芬斯克公式计算的最少理论板数决定于两组分的分离要求和
( ),与进料组成( )。
8、 萃取精馏是指原溶液加入新组分后不形成共沸物且S 沸点( ),从( )
采出。
9、 多组分精馏中,关键组分是指( )的组分。
10、 常用吸附剂有( ),( ),( ),( )。
二、单项选择题
1、 多组分精馏中,若轻重组分均为非分配组分,则恒浓区出现在:( )
(A) 精馏段和提馏段中部 (B) 精馏段中部和板下紧靠进料板处
(C) 板上仅紧进料板处和提馏段中部 (D) 板上、下紧靠进料板处
2、 对二元均相共沸物,s i P 相差增大,最低共沸物向哪个区移动:( )
(A) 高沸点组分多浓度区 (B) 低沸点组分多浓度区
(C) 高沸点组分低浓度区 (D) 低沸点组分低浓度区
3、 在均相恒沸物条件下,活度系数和压力关系为:( ) (A) 1221γγ=s s p p (B) 2121γγ=s s p p (C) 1221γγ≥s s p p (D) 2
121γγ≤s s p p 4、 多组分精馏中,若轻重组分均为分配组分,则恒浓区出现在:( )
(A) 精馏段和提馏段中部 (B) 精馏段中部和板下紧靠进料板处
(C) 板上仅紧进料板处和提馏段中部 (D) 板上、下紧靠进料板处
5、 萃取精馏塔内气液相流率的分布规律为:( )
(A) 从上到下气液相流率逐渐增大,液相流率远大于气相流率
(B) 从上到下气液相流率逐渐减小,液相流率远大于气相流率
(C) 从上到下液相流率增大,气相流率减小,液相流率小于气相流率
(D) 不确定
6、 下列不属于以压力差为推动力的膜分离技术为:( )
(A) 微滤 (B) 超滤 (C) 反渗透 (D) 渗析
7、 液相进料的萃取精馏过程,应该从何处加萃取剂:( )
(A) 精馏段 (B) 提馏段 (C) 精馏段和进料处 (D) 提馏段和进料板
8、 当萃取塔塔顶产品不合格时,可采用下列方法来调节:( )
(A) 加大回流比 (B) 加大萃取剂用量
(C) 增加进料量 (D) 减小萃取剂用量
9. 吉利兰关联图,关联了四个物理量之间的关系,下列哪个不是其中之一:( )
(A) 最少理论板书 (B) 最小回流比
(C) 压力 (D) 理论板书
三、简答题
1、 试分析多组分精馏在最小回流情况下,恒浓区出现的位置。
2、描述萃取精馏的原理及萃取剂的作用。
3、描述恒沸精馏的原理。
在 的溶液中加入一个新组分S ,使它对原溶液中各组分产生不同作用,从而改变原溶液组分之间相对挥发度,使系统变的易于分离。
(4分)。
原溶液加新组分后形成最低共沸物从塔顶采出,为共沸精馏(4分)。
4、叙述萃取剂的选取原则。
5、请指出共沸精馏与萃取精馏的主要异同。
共同点:分离原理相同,即通过加入第三组分,改变原溶液待分离组分间的相对挥发度。
(2分)
区别:1. 萃取剂比共沸剂易选择,限制小。
(1.5分)
2. 萃取剂在精馏过程中基本不汽化,耗能低,共沸精馏的能耗一般比萃取精馏大。
(1.5
分)
3. 共沸精馏的操作温度较低,适于分离热敏性物质。
(1.5分)
4. 萃取精馏不易采用间歇操作,共沸精馏可以。
(1.5分)
四、计算题
试求氨仿(1)—乙醇(2)在共沸温度为55℃时的共沸组成和总压力。
(下式中t 的单位是℃;P 的单位是kPa )(10分)
已知:
)66.159.0(ln 1221x x +=γ )66.142.1(ln 2212x x -=γ
t P s +-=2270.116302818.6lg 1 t
P s +-=48.23105.165233827.7lg 2 五、计算题(10分)
1,11212≈=α
α
用图中所示系统冷却反应器出来的物料,并从较重烃中分离轻质气体。
计算离开闪蒸罐的蒸汽组成。
从反应器出来的物料温度811K ,Ψ=0.87。
组成如下表。
闪蒸罐操作条件下各组分的K 值:氢-80;甲烷-10;苯-0.01;甲苯-0.004
以氢为1,甲烷为2,苯为3,甲苯为4。
总进料量为F=460kmol/h
4348.01=z (1分)
,4348.02=z (1分),1087.03=z (1分),0217.04=z (1分)
又K 1=80,K 2=10,K 3=0.01,K 4=0.004 Ψ=0.87,
由式
(2分)
计算得:y 1=0.4988 (1分),y 2=0.4924 (1分),y 3=0.008 (1分),y 4=0.0008 (1分) ⎩⎨⎧-+=)1(1i i i i K Z K y ψ。