发布时间 : 星期一 文章精馏习题更新完毕开始阅读748b5abfa0116c175f0e4881
4．当q?1.4的冷液进料时的理论板数、加热蒸汽及冷却水用量。 已知：
（1）常压下苯-甲苯的平衡数据列于本例附表1中；
例10—3 附表1
x 1。00 0。90 0。80 0。70 0。60 0。50 0。40 0。30 0。20 0。10 0。05 0。00 1。000 0。959 0。912 0。857 0。791 0。713 0。619 0。507 0。372 0。218 0。112 0。000 y (2)加热蒸汽的绝对压强为200kPa，冷凝液在饱和温度下排出； （3）冷却水进、出冷凝器中的温度分别为25℃和35℃； （4）回流液为泡点液体。精馏塔系统的热损失均可忽略。
解：本题主要练习用图解法计算理论塔板数的方法，并讨论不同进料热状况对理论板数及全塔热量衡算的影响。
1．实际塔板数及加料板位置 下面按M?T图解法求理论板层数。
依题给的平衡数据在本题附图1中标绘苯-甲苯的x~y平衡曲线及对角线。 精馏段操作线的截矩=
xD0.9??0.3 R?12?1 泡点进料，根据xD、q线为x?xF的垂直直线。
xF、xW及精馏段操作线截矩，画出精馏段操作
线和提馏段操作线。在操作线和平衡线间画阶梯，得理论板数NT为8（包括再沸器）。
再沸器相当一层理论板，求实际塔板数时应除去。 实际塔板层数NP?NT?18?1??14 ET0.5加料板位置为第4层理论板。因精馏段的实际板数为3/0.5=6，则实际加料板位置为第7层。
2．再沸器热负荷及加热蒸汽消耗量 首先由精馏塔的物料衡算求D和W。
F?D?W
FxF?DxD?Wxw
即 150=D?W
150×0.5=0.9D?0.1W
解出 D?75kmo1/h，W?75kmo1/h 精馏段上升蒸气量为：
V?(R?1)D?(2?1)75
=225 kmo1/h
因是泡点进料，故提馏段上升蒸气量为：
V??V?225 kmo1/h
再沸器的热负荷：（热损失忽略）
? QB?V?(IVW?ILW)?Vrw由物性常数表查出：
苯的气化热rA?394kJ/kg，分子量MA?78 甲苯的气化热rB?363kJ/kg 则 rw?rAMAxwA?rB?MBxwB
=394×78×0。1+363×92×0。9=33130KJ/kmo1
??225?33130?7.454?106KJ/h QB?Vrw由水蒸气表查得p?200kPa时，水的气化热为r=220KJ/㎏。 加热蒸汽消耗量为:
QB7.454?106Wh???3380㎏/h
r22053。冷凝器热负荷及冷却水用量 冷凝器的热负荷为:
QC?V(IVD?ILD)
因回流液在泡点下进入塔内，故IVD?ILD?rD 则: QC?VrD
rD?rAMAxDA?rBMBxDB
=394×78×0.9+363×92×0.1=31000KJ/kmo1
QC?225?31000?6.975?106KJ/h
冷却水消耗量为:
QC6.975?106WC???1.67?105㎏/ h
cp(t2?t1)4.187(35?25)4。当 q?1.4的冷液进料时的理论板数，加热蒸汽及冷却水用量
(1)理论板数 在本例附图2中画出q?1.4情况下的操作线。同样，在操作线和平衡线之间画阶梯，得理论板层数NT?7 (包括再沸器)。
加料板为第2层理论塔板。
(2)加热蒸汽用量 提馏段上升蒸汽量为: 因冷液进料， q?1.4，故:
V??V?(q?1)F
=225+（1.4-1）×150
=285 kmo1/h
再沸器的热负荷为:
QB?V?rW?285?33130
=9.42×106KJ/h
加热蒸汽消耗量为:
QB.9.442?106Wh??r2205
=4282㎏/ h
(3)冷却水用量冷凝器的热负荷QC及冷却水用量WC不变。 将以上计算结果列于本例附表2中。
例10—3附表2
进料状况 q 7 8 理论板数 再沸器蒸汽耗量 冷凝器冷却水用量 NT Wh/（㎏/ h） 4282 3380 Wc/（㎏/ h） 1.67×105 冷液进料，q?1.4 泡点进料，q?1. 1.67×105 由以上计算结果可以看出：
（1）进料热状况q对理论板数的影响 对一定的分离任务，进料热状况不同，所需的理论板数和加料板的位置均不相同。冷液进料较泡点进料所需NT少。即随着q值增大，NT减少。这是因为精馏塔提馏段内循环量加大，使分离程度增高。从操作线看，提馏段操作线斜率减小，使操作线远离平衡线，推动力加大，则NT减少。
（2）进料热状况q对全塔热量衡算的影响 由全塔热量衡算可知，进料带入热量，塔底再沸器供热及塔顶全凝器带走热量，三者具有一定的关系。当回流比
R一定时，全凝器带走的热量（冷却水用量）一定，但随着进料带入的热量增大（即热状况参数 值减小），塔底再沸器所需要的供热量必然减少，即加热蒸汽消耗量降低。但全塔的总耗能量一定，若从使用能量品位及废热利用来考虑，预热原料使其变为热进料时，一般可利用废热。因此，工业生产中，实际上多采用热进料。
[例10-4]在精馏塔中分离苯-甲苯混合液，进料组成为0.3，要求塔顶产品浓度为0.9，塔釜残液浓度为0.1（以上均为易挥发组分的摩尔分率）。原料液于泡点温度进入塔内，塔顶设有全凝器，液体在泡点下进行回流，回流比取为最小回流比的1.5倍。已知操作条件下物系的相对挥发度为2.47。试求：
（1）所需要的理论板数；
（2）若原料液流量为100kmol/h时，在精馏塔内循环的物料量为多少？ （3）如将泡点回流改为20℃的冷回流，理论板层数有何变化？
解：求理论板数可采用逐板计算法和图解法。理论板数与组成xD、xW、xF、进料热状况q、相对挥发度a及回流比R有关，与进料量F无关。
本题将讨论塔内循环量及冷回流对精馏操作的影响。
1.所需要的理论板数采用逐板计算法。利用操作线方程式和平衡关系式逐板计算所需的理论板数。 （1）精馏段操作线方程式
y?
xRx?D R?1R?1 因泡点进料，q=1， xq =xF =0.3
yq?axq1?(a?1)xq??2.47?0.3?0.514
1?1.47?0.3最小回流比Rmin?xD?yqyq?xq0.9?0.514?1.8
0.514?0.3操作回流比R=1.5Rmin=1.5×1.8=2.7 则精馏段操作线方程式为：y?2.70.9x??0.73x?0.243
2.7?12.7?1