蒸餾時飽和液體進料進料蒸汽量

1. 求餾出液和釜殘液的流量和組成

1.1 蒸餾過程概述與汽液平衡關系
1-1正戊烷（C5H12）和正已烷(C6H14)的飽和蒸汽壓數據列於本題附表，試計算總壓P=13.3kPa下該溶液的汽液平衡數據和平均相對揮發度。假設該物系為理想溶液。

習題1-1 附表

溫度 T / K
C5H12
223.1
233.0
244.0
251.0
260.6
275.1
291.7
309.3

C6H14
248.2
259.1
276.9
279.0
289.0
304.8
322.8
341.9

飽和蒸汽壓 p0 / kPa
1.3
2.6
5.3
8.0
13.3
26.6
53.2
101.3

1-2 某精餾塔再沸器的操作壓力為105.0kPa，釜液中含苯0.15（摩爾分率），其餘為甲苯。苯與甲苯的安托尼常數列於本題附表，安托尼方程中溫度的單位為℃，壓力單位為kPa。本物系可視作理想溶液。求此溶液的泡點及其平衡汽相組成。

習題1-2 附表

組分
A
B
C

苯
6.023
1206.35
220.24

甲 苯
6.078
1343.94
219.58

1.2 平衡蒸餾與簡單蒸餾
1-3 常壓下對含苯0.6（摩爾分率）的苯—甲苯混合液進行蒸餾分離，原料處理量為100kmol。物系的平均相對揮發度為2.6，汽化率為0.45，試計算：

(1) 平衡蒸餾的汽液相組成；

(2) 簡單蒸餾的餾出液量及其平均組成。

1-4 在常壓下對苯-甲苯混合液進行蒸餾，原料液量為100kmol/h，組成為0.7（苯摩爾分率，下同），塔頂產品組成為0.8。物系的平均相對揮發度為2.46，試分別求出平衡蒸餾和簡單蒸餾兩種操作方式下的氣化率。

（平衡蒸餾：0.448， 簡單蒸餾: 0.667）

1.3 兩組分連續精餾的計算（Ⅰ）
1-5 在連續精餾塔中分離某理想二元混合液。已知原料液流量為100 kg/h，組成為0.5 （易揮發組分的摩爾分率，下同），若要求釜液組成不大於0.05，餾出液回收率為95%。試求餾出液的流量和組成。

1-6 在連續精餾塔中分離含甲醇0.45（摩爾分率，下同）的甲醇－水溶液，其流量為100kmol/h，要求餾出液中甲醇的含量為0.96，釜液中甲醇的含量為0.03，迴流比為2.6。試求：

（1）餾出液的流量；

（2）飽和液體進料時，精餾段和提餾段的操作線方程。

1-7 在連續精餾操作中，已知加料量為100kmol/h，其中汽、液各半，精餾段和提餾段的操作線方程分別為

y=0.75x+0.24

及 y=1.25x-0.0125

試求操作迴流比，原料液的組成、餾出液的流量及組成。

1-8 一連續精餾塔分離二元理想混合溶液，已知精餾段某層塔板的氣、液相組成分別為0.83和 0.70，相鄰上層塔板的液相組成為0.77，而相鄰下層塔板的氣相組成為0.78(以上均為輕組分A的摩爾分數，下同)。塔頂為泡點迴流。進料為飽和液體，其組成為0.46。若已知塔頂與塔底產量比為2／3，試求：

(1)精餾段操作線方程；

(2)提餾段操作線方程。

(精餾段3y=2x+0.95；提餾段3y=4.5x-0.195)

1.4 兩組分連續精餾的計算（Ⅱ）
1-9 在連續精餾塔中分離某理想二元混合液。已知精餾段操作線方程為 ，提餾段操作線方程為 。若原料液於露點溫度下進入精餾塔中，試求原料液、餾出液和釜殘液的組成及迴流比。

1-10連續精餾塔在常壓下分離含甲醇30%與水70%的混合液，要求塔頂產品含甲醇不低於95%，塔底殘液含甲醇不大於5%（以上均為摩爾分率）。泡點進料。

試計算：（1）最小迴流比Rmin；

（2）若R=2Rmin，求所需理論塔板數；

（3）若總板效率為50% ，所需實際塔板數與加料板位置。（化工原理例題分析與練習P117）

（Rmin=0.78, N理=7（不包括塔釜）, N實際=14（不包括塔釜），N精=10, N提=4（不包括塔釜））

1-11 在連續精餾塔中，分離苯－甲苯混合液。若原料為飽和液體，其中含苯0.5（摩爾分率，下同）。塔頂餾出液組成為0.95，塔底釜殘液組成為0.06，迴流比為2.6。試求理論板層數和加料板位置。苯－甲苯混合液的平衡數據見例1－2附表。

1.5 兩組分連續精餾的計算（Ⅲ）
1-12 在常壓連續精餾塔內分離甲醇－水溶液，料液組成為0.4 （甲醇的摩爾分率，下同），流量為100kmol/h，於泡點下加入塔內。要求餾出液組成為0.96，釜液組成為0.04，塔釜間接蒸汽加熱，迴流比R＝1.86Rmin。

試求：(1) 所需理論板層數及加料板位置；

(2) 若改為直接水蒸汽加熱，其它均保持不變，餾出液中甲醇收率將如何變化。

常壓下物系平衡數據列於本題附表中。

習題 1-12附表

溫度t ℃
液相中甲醇的摩爾分率
汽相中甲醇的摩爾分率
溫度t ℃
液相中甲醇的摩爾分率
汽相中甲醇的摩爾分率

100
96.4
93.5
91.2
89.3
87.7
84.4
81.7
78.0
0.0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.15
0.20
0.30
0.0
0.134
0.234
0.304
0.365
0.418
0.517
0.579
0.665
75.3
73.1
71.2
69.3
67.6
66.0
65.0
64.5
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
0.95
1.0
0.729
0.779
0.825
0.870
0.915
0.958
0.979
1.0

1-13 在常壓連續精餾塔內分離乙醇－水混合液，原料液為飽和液體，其中含乙醇0.30（摩爾分率，下同），餾出液組成不低於0.80，釜液組成為0.02；操作迴流比為2.5，若於精餾某一塔板處側線取料，其摩爾流量為餾出液摩爾流量的1/2，側線產品為飽和液體，組成為0.6。試求所需的理論板層數、進料板及側線取料口的位置。物系平衡數據見本題附表。

習題1-13 附表

液相中乙醇的摩爾分率
汽相中乙醇的摩爾分率
液相中乙醇的摩爾分率
汽相中乙醇的摩爾分率

2. 關於精餾的問題

你首先知道，物料進入精餾塔有5種狀態，你所問的其中一種狀態。

進料狀態對操作的影響
通過對進料狀況的分析，目的是找出精餾設迴流量L，提餾段迴流液量L´與進料量F之間的關系，及其精餾段上升蒸汽量V與提餾段上升蒸汽量V´之間的關系。在生產實際中引入塔的原料液可能有下述五種不同的進料狀況：
（1）低於泡點溫度下的汽液進料
這種情況下，提餾段內迴流液量L'包括有：①精餾段內的迴流量L；②原料液流量；③需將原料液加熱到板上溫度。
一部分自提餾段上升的蒸汽被冷凝下來，成為L´的一部分。由於這部分蒸汽被冷凝，故上升到精餾段的蒸汽量比提餾段少，即V´>V。
（2）泡點溫度下的飽和液體進料
這種情況下，原料液溫度與板上液體的溫度相近，故原料液全部進入提餾段，與精餾段的迴流匯合作為提餾段內迴流液。而提餾段上升的蒸汽量不會致冷凝而減小，故兩段的上升蒸汽量相等。
（3）氣液混合物進料
這種情況下，進料液中液相部分成為L´的一部分，而蒸氣部分則成為V的一部分。

（4）露點溫度下的飽和蒸氣進料
這種情況下，全部進料變為V的一部分，而兩段的迴流液量不變，即L´=L
（5）高於露點溫度的過熱蒸氣進料
這種情況下與冷液進料恰好相反，精餾段內上升蒸氣量有：
①提餾段內上升蒸氣量V´；
②原料液量F；
③需將進料溫度降到板上溫度，有一部分自精餾段流下的迴流液被氣化成為V中的一部分。這樣一來，下降到提餾段內的液體量將減少，即L´<L。
從以上分析可知，精餾塔中兩段的氣液摩爾流量方向的關系與進料狀態密切相關。下面可想辦法其定量關系。

如圖對進料板分別作物料衡算可寫出： F+V´+L=V+L´
FIF+V´Iv´+LIL=VIV+L´IL´
式中，IF-原料液的焓，KJ/km01;
IV、IV´-分別為進料板上、下飽和蒸氣的焓，KJ/kmo1.
由於V與V´組成相近，IV≈IV´IL、IL´-分別為進料板上、下飽和液體的焓，KJ/kmo1；由於L與L´組成相近，故IL≈IL´

將上述方程整理化簡為：
V-V´=F-（L´-L）
（V-V´）IV=FIF-(L´-L )IL
IV-IF/IV-IL=L´-L/F
令
式中 r-原料液的干摩爾氣化潛熱，KJ/kmol
cp-原料液的定壓千摩爾比熱。KJ/kmol..℃
TS-原料液的泡點溫度，℃；
TF-進料液溫度，℃。
所以，L´=L+qF (b)
V=V´-(q-1)F (c)
說明：
①q值稱易進料熱狀態的參數，各種進料狀態的q值可由式（a）求出。對於飽和液體，氣液混合物及飽和蒸汽這三種進料狀態，q值等於進料中的液相分率；
②式（b）表示出精餾段迴流液量L和提餾段迴流液量L´與進料量F之間的關系；
式（c）表示精餾段上升蒸汽量V與提餾段上升蒸氣量V´和進料量F之間的關系。

3. 精餾塔進料方式對塔內蒸汽速度的影響

在生產中，加入精餾塔中的原料可能有以下五種熱狀態：
（1）冷液體進料 t＞t泡。
（2）飽和液體進料 t＝t泡
（3）氣液混合物進料 t泡＜t＜t露
（4）飽和蒸汽進料 t＝t露
（5）過熱蒸汽進料 t＞t露
精餾塔內，由於原料的熱狀態不同，從而使精餾段和提餾段的液體流量L與L間的關系以及上升蒸汽量V與V均發生變化。

進料熱狀態參數q
對加料板進行物料衡算及熱量衡算可得
不同進料時的q值如下：
（1）冷液 q ＞ 1
（2）飽和液體 q ＝ 1
（3）汽液混合物 0 ＜ q ＜ 1
（4）飽和汽體 q ＝ 0
（5）過熱汽體 q ＜ 0
q=1kmol進料變為飽和蒸汽所需的熱量/原料的千摩爾汽化潛熱

進料熱狀況的影響
當進料狀況（xF和q）發生變化時，應適當改變進料位置，並及時調節迴流比R。一般精餾塔常設幾個進料位置，以適應生產中進料狀況，保證在精餾塔的適宜位置進料。如進料狀況改變而進料位置不變，必然引起餾出液和釜殘液組成的變化。
進料情況對精餾操作有著重要意義。常見的進料狀況有五種，不同的進料狀況，都顯著地直接影響提餾段的迴流量和塔內的汽液平衡。
精餾塔較為理想的進料狀況是泡點進料，它較為經濟和最為常用。
對特定的精餾塔，若xF減小，則將使xD和xW均減小，欲保持xD不變，則應增大迴流比。

4. )飽和液體、飽和蒸氣進料時,進料熱狀態參數分別為多少過冷液體、過熱蒸氣

摘要 飽和液體是指飽和狀態的液體。此時氣、液的溫度相同，稱為飽和溫度t0，蒸氣壓力稱為飽和壓力P0

5. 蒸餾問題

要先通水再加熱。
冷 卻水要從下進。
先通水可以保證蒸汽一出來就遇冷而冷卻成水；
冷 卻水從下進是因為冷卻水在受熱後是向上升的，從下面進冷水可以保證使冷卻水更好地循環。

6. 在常壓下連續提鎦塔中分離含乙醇0.033的乙醇—水混合液。飽和液體進料，直接蒸汽加熱。若要求塔頂產品中乙

7. 化學中蒸餾分離法中的蒸餾量是什麼

一種分離液體混合物的方法
利用液體混合物中各組分揮發度的差別，使液體混合物部分汽化並隨之使蒸氣部分冷凝，從而實現其所含組分的分離。是一種屬於傳質分離的單元操作。廣泛應用於煉油、化工、輕工等領域。

其原理以分離雙組分混合液為例。將料液加熱使它部分汽化，易揮發組分在蒸氣中得到增濃，難揮發組分在剩餘液中也得到增濃，這在一定程度上實現了兩組分的分離。兩組分的揮發能力相差越大，則上述的增濃程度也越大。在工業精餾設備中，使部分汽化的液相與部分冷凝的氣相直接接觸，以進行汽液相際傳質，結果是氣相中的難揮發組分部分轉入液相，液相中的易揮發組分部分轉入氣相，也即同時實現了液相的部分汽化和汽相的部分冷凝。

液體的分子由於分子運動有從表面溢出的傾向。這種傾向隨著溫度的升高而增大。如果把液體置於密閉的真空體系中，液體分子繼續不斷地溢出而在液面上部形成蒸氣，最後使得分子由液體逸出的速度與分子由蒸氣中回到液體的速度相等，蒸氣保持一定的壓力。此時液面上的蒸氣達到飽和，稱為飽和蒸氣，它對液面所施的壓力稱為飽和蒸氣壓。實驗證明，液體的飽和蒸氣壓只與溫度有關，即液體在一定溫度下具有一定的蒸氣壓。這是指液體與它的蒸氣平衡時的壓力，與體系中液體和蒸氣的絕對量無關。
http://ke..com/view/135935.htm

8. 求精餾塔蒸發量的計算

任何化工生產過程都希望產品產量、產品純度盡可能大，而設備投資、能源消耗盡可能小，以獲得盡可能大的經濟效益。然而，上述指標是緊密關聯在一起的，往往會出現魚和熊掌不可兼得的情況。精餾過程也是如此，比如一定條件下，塔頂產品產量和塔頂產品純度就是彼此關聯，向相反方向變化的指標。計算一個給定的精餾過程的最大產品產量、最大產品純度、最小能源消耗如塔頂冷凝器中冷凝水消耗量或塔釜加熱蒸汽消耗量，與精餾的操作型問題的分析、計算密切相關，具有一定難度。茲舉兩例說明。一精榴塔有層塔板實際，用於分離xF=的苯甲苯溶液，總板效率可取為，泡點進料。共有三根進料管，分別接到第層塔板任選其一。若要求餾出液組成，再沸器的最大蒸發能力V'=kmol/h，求餾出液的最大產量。分析：根據以前專題精餾過程的操作型問題塔頂產品采出率的影響的分析，在其它條件固定時，增加塔頂采出率，餾出液組成將下降。現在要求，說明餾出液的最大產量只能在=時達到。根據提餾段蒸汽流量即再沸器的蒸發量與餾出液產量的關系V'=(R+)D(泡點進料，可知餾出液的最大產量應當在V'為再沸器的最大蒸發能力kmol/h)為最小值時達到。