第9章 化工原理液体精馏
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化⼯原理-第九章-液体精馏化⼯原理-第九章-液体精馏(⼀)测试⼀⼀.选择题1.蒸馏是利⽤各组分()不同的特性实现分离的⽬的。
CA 溶解度;B 等规度;C 挥发度;D 调和度。
2.在⼆元混合液中,沸点低的组分称为()组分。
CA 可挥发;B 不挥发;C 易挥发;D 难挥发。
3.()是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之⼀。
AA 液相回流;B 进料;C 侧线抽出;D 产品提纯。
4.在()中溶液部分⽓化⽽产⽣上升蒸⽓,是精馏得以连续稳定操作的⼀个必不可少条件。
CA 冷凝器;B 蒸发器;C 再沸器;D 换热器。
5.再沸器的作⽤是提供⼀定量的()流。
DA 上升物料;B 上升组分;C 上升产品;D 上升蒸⽓。
6.冷凝器的作⽤是提供()产品及保证有适宜的液相回流。
BA 塔顶⽓相;B 塔顶液相;C 塔底⽓相;D 塔底液相。
7.冷凝器的作⽤是提供塔顶液相产品及保证有适宜的()回流。
BA ⽓相;B 液相;C 固相;D 混合相。
8.在精馏塔中,原料液进⼊的那层板称为()。
CA 浮阀板;B 喷射板;C 加料板;D 分离板。
9.在精馏塔中,加料板以下的塔段(包括加料板)称为()。
BA 精馏段;B 提馏段;C 进料段;D 混合段。
10.某⼆元混合物,进料量为100 kmol/h ,x F = 0.6,要求塔顶x D 不⼩于0.9,则塔顶最⼤产量为()。
(则W=0) BA 60 kmol/h ;B 66.7 kmol/h ;C 90 kmol/h ;D 100 kmol/h 。
11.精馏分离某⼆元混合物,规定分离要求为D x 、w x 。
如进料分别为1F x 、2F x 时,其相应的最⼩回流⽐分别为1min R 、2min R 。
当21F F x x >时,则()。
AA .2min 1min R R <;B .2min 1min R R =;C .2min 1min R R >;D .min R 的⼤⼩⽆法确定12.精馏的操作线为直线,主要是因为()。
第9章 液体精馏(一)习题 相平衡9-1 总压为101.3kPa 下,用苯、甲苯的安托因方程,求:(1)温度为108℃及81℃时,苯对甲苯的相对挥发度;(2)用上述计算的相对挥发度的平均值αm ,计算苯-甲苯的汽液平衡数据,并与书末附录中所列的实验值作比较(列表)。
解:已知:苯(A )-甲苯(B )溶液,,,。
求:(1);(2)表。
(1)t 1=108℃时kPa P P A A 8.222348.28.2201081211031.6lg ==+-=︒︒,kPa P P B B 0.94972.15.2191081345080.6lg ==+-=︒︒,370.20.948.2221===︒︒B A P P αt 2=81℃时018.28.220811211031.6lg =+-=︒A P ,kPa P A 33.104=︒604.15.219811345080.6lg =+-=︒B P ,kPa P B 19.40=︒596.219.4033.1042===︒︒B A P P α(2)相对挥发度的平均值为由求得苯-甲苯的汽液平衡数据及实验值如表9-2-1所示。
表9-2-1最大误差为。
9-2 乙苯、苯乙烯混合物是理想物系,纯组分的蒸气压为:乙苯 t P A +-=︒206.213225.142408240.6lg苯乙烯 tP B +-=︒43.20958.144508232.6lg式中p °的单位是kPa ,t 的单位为℃。
试求:(1)塔顶总压为8kPa 时,组成为0.595(乙苯的摩尔分数)的蒸汽温度;(2)与上述汽相成平衡的液相组成。
解:已知:乙苯(A )-苯乙烯(B )溶液理想物系,P =8kPa ,y A =0.595,t P A +-=︒206.213225.142408240.6lg ,tP B +-=︒43.20958.144508232.6lg 。
求:(1)t ;(2)x A 。
第9章液体精馏知识要点液体精馏是将挥发度不同的组分组成的混合液,在精馏塔中同时进行多次部分气化和部分冷凝,使其实现高纯度分离的过程。
实现精馏需要3个条件:①设备条件:精馏塔;②回流条件:塔底气相回流,塔顶液相回流;③相平衡条件:组分的挥发度有差异。
本章讨论重点为双组分精馏过程的计算,主要应掌握的内容包括:相平衡关系的表达和应用;精馏塔的物料衡算和操作关系;回流比的确定;理论板数的求法;影响精馏过程主要因素的分析等。
本章主要知识点间的联系图见下:图9-1 液体精馏一章主要知识点联系图1. 二元物系的气液相平衡关系气液相平衡是蒸馏过程的热力学基础,传质的极限状态。
根据相平衡可以判断过程进行的可能性。
(1) 恒压下二元物系气液相平衡的特点●液相组成与温度一一对应⇔x=f(t)●气相组成与温度一一对应⇔y= f(t)●气液两相组成一一对应⇔y=f(x)(2) 理想物系含义:指由理想气体与理想溶液构成的物系。
它满足理想气体状态方程、道尔顿分压定律和拉乌尔定律。
拉乌尔定律相对挥发度/1/1A A A B B B p x y xp x y xναν-===⋅- (9-1)11y xy xα-=⋅- (气相服从道尔顿分压定律) 相对挥发度α愈是大于1 ,则y 愈是大于x ,物系愈容易分离。
● 泡点方程x -toB ooA Bp p x p p -=- (9-2) ● 露点方程y -to A BA A Bp p p y p p p -=⋅- (9-3) ● 相平衡方程y-x()11xy xαα=+- (9-4)● t -y (x )相图两端点A 与B :端点A 代表纯易挥发组分A(x =1),端点B 代表纯难挥发组分B(x =0)。
两线:t -x 线为泡点线,泡点与组成x 有关;t-y 线为露点线,露点与组成y 有关。
3区:t -x 线以下为过冷液体区;t-y 线以上为过热蒸汽区;在t-x 与t -y 线之间的区域为气液共存区,只有体系落在气液共存区才能实现一定程度的分离。
第9章 精馏 典型例题例1:逐板法求理论板的基本思想有一常压连续操作的精馏塔用来分离苯-甲苯混合液,塔顶设有一平衡分凝器,自塔顶逸出的蒸汽经分凝器后,液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍,所得液相全部在泡点下回流于塔,所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。
已知产品中含苯0.95(摩尔分率),苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5 。
试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。
解: 884.095.05.15.295.05.115.20000=⨯-=→=+=x x x x y DR=L/D=2905.03/95.0884.0323/95.032:11=+⨯=+=+y x y n n 精馏段方程845.03/95.0793.032793.0905.05.15.2905.05.15.22111=+⨯==⨯-=-=y y y x例2:板数较少塔的操作型计算拟用一 3 块理论板的(含塔釜)的精馏塔分离含苯50%(摩尔分率,下同)的苯-氯苯混合物。
处理量F=100 Kmol/h ,要求 D=45 Kmol/h 且 x D >84%。
若精馏条件为:回流比R=1 ,泡点进料,加料位置在第二块理论板,α=4.10 ,问能否完成上述分离任务? 解:W=55kmol/h精馏段操作线方程:y n+1=0.5x n +0.42提馏段的操作线方程:Fq D R Wx x F q D R qFRD y w )1()1()1()1(--+---++=将相关数据代入得提馏段操作线方程:134.061.1-=x y 逐板计算:y 1=x D =0.84y 2=0.5×0.56+0.42=0.7057.0134.036.061.13=-⨯=y.22.05584.04550=⨯-=-=WDx Fx x Df w ()56.084.01.31.484.01111=⨯-=--=y y x αα36.07.01.31.470.02=⨯-=x22.024.057.01.31.457.03≥=⨯-=x所以不能完成任务。
第九章液体精馏1 .精馏操作时,若F,x ,q,R均不变,而将塔顶产品量D增加,其结果是:()。
(A)x 下降,x 下降;(B)x 下降,x 上升;(C)x 下降,x 不变;(D)x 不变,x 下降。
2 .某真空操作情馏塔,因故真空度减小,而F,D,x ,q,加料位置,回流比R都不变。
则塔底残液x 变化为:()(A)变小(B)变大(C)不变(D)不确定3 .精馏操作时,若F,D,x ,q,加料板位置,R都不变,而将塔顶泡点回流改为冷回流,则塔顶产品组成x 变化为:()(A)变小(B)变大(C)不变(D)不确定4 .精馏的操作线是直线,主要基于如下原因:()(A)理论板假定(B)理想物系(C)塔顶泡点回流(D)恒摩尔流假定。
5 .操作中连续精馏塔,如采用回流比小于最小回流比,则()(A)x,x均增加(B)x,x均不变(C)不能操作(D)x减小,x增加6 .两组份的相对挥发度越接近于 1 ,则表示分离该物系越____________( A )容易;(B )困难;( C )完全;( D )不完全。
7 .精馏设计时,若回流比 R 增加并不意味产品 D 减小,精馏操作时也可能有类似情况。
此话 ___________ 。
( A )对( B )错8 .精馏设计时,采用相同的塔釜蒸发量,则冷液进料比热加料需要较少理论板数。
此话 _______( 1 )对( 2 )错9 .某精馏塔的设计任务为:原料为 F 、 x f ,塔顶为 x D ,塔底为 x W ,若塔釜上升蒸汽量不变,加料热状态由原来的饱和蒸汽改为饱和液体,则所需理论板 N T _____。
( A )增加(B )减少( C )不变( D )不确定10 .精馏中引入回流,下降的液相与上升的汽相发生传质,使上升汽相中的易挥发组分浓度提高,最恰当的说法是由于 ________ 。
(A) 液相中易挥发组分进入汽相; (B) 汽相中难挥发组分进入液相;(C) 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相,但其中易挥发组分较多;(D) 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。
思考题•精馏过程设计时,P增大,泡点,α,对分离。
P增大塔顶温度上升,塔釜温度上升。
若要降低塔釜温度,则可降低塔釜。
•精馏与蒸馏的区别——精馏有,蒸馏无。
平衡蒸馏与简单蒸馏的区别——前者,后者。
•摩尔流假定,主要依据各组分的。
但精馏段与提馏段的摩尔流量由于由于的不同而不一定相等。
•精馏过程设计时,P增大,泡点升高,α减小,对分离不利。
P增大塔顶温度上升,塔釜温度上升。
若要降低塔釜温度,则可降低塔釜压力。
•精馏与蒸馏的区别——精馏有回流,蒸——前者是连续过程,后者是间歇过程馏无回流。
平衡蒸馏与简单蒸馏的区别。
•摩尔流假定,主要依据各组分的摩尔潜热相等。
但精馏段与提馏段的摩尔流量由于由于进料状态q的不同而不一定相等。
9.5.4.2 多股加料浓度不同的料液在同一塔内分离。
回流比减小时,三操作线均向平衡线靠拢。
挟点位置有多种可能。
混合加料不利,能耗增加。
线与平衡线交点处。
例:图示为双组分混合液精馏塔。
塔顶采用全凝器, 泡点回流, 回流比为8。
系统相对挥发度α=2.5。
由塔上部抽出的侧线液相产品量为θ kmol/s, 其组成x θ= 0.9 。
进料F=10kmol/s, x f =0.5, 进料状态系饱和液体。
塔顶馏出液D=2kmol/s, x D =0.98,塔底残液组=0.05。
试求:成x w =0.05。
试求:(1)抽出液量θ;(2)由第三块理论板下降液体组成。
解:(1) F =D +θ+WF x f =Dx D +θx θ+W x w代入数据: 10=2+θ+W……(1)10×0.5=2×0.98+θ×0.9+W ×0.053.04=0.9θ+0.05W ……(2)联解(1)、(2), θ=3.106 kmol/s无回流的回收塔操作线x D 为max例如图所示的回收塔。
F=100kmol/h ,x f =0.4 (摩尔分率,下同),泡点进料,要求塔顶轻组分回收率为0.955,x W =0.05,系统的α=3。
第9章 精馏 典型例题例1:逐板法求理论板的基本思想有一常压连续操作的精馏塔用来分离苯-甲苯混合液,塔顶设有一平衡分凝器,自塔顶逸出的蒸汽经分凝器后,液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍,所得液相全部在泡点下回流于塔,所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。
已知产品中含苯0.95(摩尔分率),苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5 。
试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。
解: 884.095.05.15.295.05.115.20000=⨯-=→=+=x x x x y DR=L/D=2905.03/95.0884.0323/95.032:11=+⨯=+=+y x y n n 精馏段方程845.03/95.0793.032793.0905.05.15.2905.05.15.22111=+⨯==⨯-=-=y y y x例2:板数较少塔的操作型计算拟用一 3 块理论板的(含塔釜)的精馏塔分离含苯50%(摩尔分率,下同)的苯-氯苯混合物。
处理量F=100 Kmol/h ,要求 D=45 Kmol/h 且 x D >84%。
若精馏条件为:回流比R=1 ,泡点进料,加料位置在第二块理论板,α=4.10 ,问能否完成上述分离任务? 解:W=55kmol/h精馏段操作线方程:y n+1=0.5x n +0.42提馏段的操作线方程:Fq D R Wx x F q D R qFRD y w )1()1()1()1(--+---++=将相关数据代入得提馏段操作线方程:134.061.1-=x y 逐板计算:y 1=x D =0.84y 2=0.5×0.56+0.42=0.7057.0134.036.061.13=-⨯=y.22.05584.04550=⨯-=-=WDx Fx x Df w ()56.084.01.31.484.01111=⨯-=--=y y x αα36.07.01.31.470.02=⨯-=x22.024.057.01.31.457.03≥=⨯-=x所以不能完成任务。
第9章 液体精馏一、填空1精馏过程是利用 部分冷凝 和 部分汽化 的原理而进行的。
精馏设计中,回流比越 大 ,所需理论板越少,操作能耗 增加 ,随着回流比的逐渐增大,操作费和设备费的总和将呈现 先降后升 的变化过程。
2精馏设计中,当回流比增大时所需理论板数 减小 (增大、减小),同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量 增大 (增大、减小),塔顶冷凝器中冷却介质消耗量 减小 (增大、减小),所需塔径 增大 (增大、减小)。
3分离任务要求一定,当回流比一定时,在5种进料状况中, 冷液体 进料的q 值最大,提馏段操作线与平衡线之间的距离 最远 , 分离所需的总理论板数 最少 。
4相对挥发度α=1,表示不能用 普通精馏分离 分离,但能用 萃取精馏或恒沸精馏分离 分离。
5某二元混合物,进料量为100kmol/h ,x F =0.6,要求得到塔顶x D 不小于0.9,则塔顶最大产量为 66.7 kmol/h 。
6精馏操作的依据是 混合液中各组分的挥发度差异 ,实现精馏操作的必要条件包括 塔顶液相回流 和 塔底上升蒸气 。
7负荷性能图有 五 条线,分别是 液相上限线 、 液相上限线 、 雾沫夹带线 、 漏液线 和 液泛线 。
8写出相对挥发度的几种表达式 =B A v v /=BB A A x p x p //=BA B A x x y y //=oB o A p p /。
二、选择1 已知q=1.1,则加料中液体量与总加料量之比为 C 。
A 1.1:1B 1:1.1C 1:1D 0.1:1 2 精馏中引入回流,下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高,最恰当的说法是 D 。
A 液相中易挥发组分进入汽相; B 汽相中难挥发组分进入液相;C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相,但其中易挥发组分较多;D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。
3 某二元混合物,其中A为易挥发组分,液相组成x A=0.6,相应的泡点为t1,与之相平衡的汽相组成y A=0.7,相应的露点为t2,则⎽⎽⎽A⎽⎽⎽A t1=t2B t1<t2C t1>t2D 不确定4某二元混合物,进料量为100kmol/h,x F=0.6,要求得到塔顶x D不小于0.9,则塔顶最大产量为⎽⎽⎽B⎽⎽⎽。