A：
精馏（22分）
用一精馏塔分离苯与甲苯混合物，进料中苯的摩尔分数为0.4，进料量为200kmol/h，进料状态为饱和蒸汽，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔顶产品中苯的摩尔分数为0.95，塔底产品中苯的摩尔分数为0.05。操作条件下，两组分间的平均相对挥发度为2.5，实际回流比为最小回流比的1.2倍，试求：
（1）塔两端产品流量（kmol/h）及塔顶苯的回收率； （2）进入塔顶第1块理论板的气相组成； （3）提馏段操作线方程； （4）测得塔顶第1块实际板的液相默弗里板效率为0.7，求塔顶第2块实际板上升蒸汽的组
成；
（5）该塔经过一段时间操作后，在塔压未变的情况下，塔顶温度升高，塔底温度降低现象，
试定性分析塔两端产品组成有何变化？在塔顶采出量不变的情况下，仍保证两端产品组成不变，在操作上可采取什么措施？此时塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷如何变化？（可不考虑负荷变动对塔及辅助设备操作的影响） 解：
（1）回收率
qnF?qnD?qnWqnFZF?qnDxD?qnWxW200?qnD?qnW
200?0.4?0.95qnD?0.05qnW
解得 qnD=77.78kmol/h qnW=122.22kmol/h
??qnDxD77.78?0.95??92.36%
qnFzF200?0.4(2) 进入塔顶第1块理论板上升蒸汽的组成
饱和蒸汽进料 yq?0.4,
xq?yq??(??1)yq?0.4?0.21
2.5?(2.5?1)*0.4Rmin0.95?0.4??0.743
Rmin?10.95?0.21Rmin?0.743?2.89
1?0.743R=1.2*2.89 =3.47
xR?0.776 D?0.213
R?1R?1精馏段操作线方程 yn?1?0.776xn?0.213
*y1?xD?0.95, x1?0.95?0.884
2.5?1.5*0.95y2?0.776?0.884?0.213?0.899
（3）提馏段操作线方程
qnV'?qnV?(q?1)qnF?(R?1)qnD?qnF?3.47?77.78?200?69.90kmol/h
qnL'?qnL?qqnF?RqnD?3.47?77.78?269.90kmol/h
y?qnL'qx269.90122.22?0.05x?nWW?x??3.86x?0.087 qnV'qnV'69.9069.90
（4）塔顶第2块实际板上升蒸汽的组成
*x1?0.95?0.884
2.5?1.5*0.95El2?xD?x10.95?x1??0.7, x1?0.904 *xD?x10.95?0.884y2?0.776?0.904?0.213?0.915
（5）两端产品组成变化 塔顶 苯含量降低 xD下降 塔底 苯含量升高 xW增加
塔顶采出量不变 增大回流量，进而增大回流比，提高每块塔板分离能力，使xD达到分离要求。此时要求塔底再沸器提供更多热量，塔顶冷凝器提供更多冷量，故两者的热负荷均增加。
C:
1、(20分) 常压下在连续精馏塔中分离苯-甲苯溶液，塔釜间接蒸汽加热，塔顶全凝器，泡点回流。进料中含苯0.35（摩尔分率，下同），进料量为100kmol/h，饱和蒸汽进料。已知塔顶馏出液量为40kmol/h，操作条件下平衡关系如附图所示。精馏段操作线方程为
y?0.8x?0.16，试求：
（1） （2） （3） （4）
塔顶、塔底的产品组成； 提馏段的操作线方程；
图解求取达到分离要求所需要的理论塔板数并指出最佳进料位置；
若将泡点回流改为过冷回流，塔顶液相回流量及采出量不变，试定性分析塔两端产品组成如何变化？此时，塔底再沸器热负荷如何变化？
解：（1）精馏段操作线方程 y?0.8x?0.16?xRx?D R?1R?1R?0.8R?1xD?0.16R?1R?4
xD?0.80
qnW?qnF?qnD?100?40?60kmol/h
qnWxW?qnFxF?qnDxD
xnW?（2）提馏段操作线方程
100?0.35?40?0.8?0.05
60 qnV'?qnV?(q?1)qnF?(R?1)qnD?qnF?5?40?100?100kmol/h
qnL'?qnL?qqnF?RqnD?4?40?160kmol/h
y?qnL'qx16060?0.05x?nWW?x??1.6x?0.03 qnV'qnV'100100（3）第四块理论板液相组成
D(0.8,0.8) F(0.4,0.4) W(0.05,0.05)
精馏段操作线截距y0=0.16 饱和蒸汽进料 q=0
图解计算得到理论塔板数为8块。最佳进料位置第4块理论板。
（4）若将泡点回流改为过冷回流，塔顶液相回流量及采出量不变，塔内实际回流比增加 塔内各板分离能力增加，塔顶 苯含量增加 xD增加 塔底 苯含量降低 xW降低 此时，塔底再沸器热负荷增加 2、（5分）在连续精馏塔内分离某双组分溶液，混合物中易挥发组分的组成为0.4（摩尔分数，下同），气液混合进料，其中气相所占分率为1/4。在操作条件下组分间的相对挥发度为2，若要求馏出液组成为0.98，试求该过程的最小回流比。 解： q?1?1?0.75 4 q?qx?zF??3x?1.6
q?1q?1y??x2x
?1?(??1)x1?x联立解得：
xe?0.358Rmin?ye?0.527
xD?ye?2.68
ye?xe
大连理工大学化工原理2010精馏-答案(DEMO)
