某精馏塔设计时,若将塔釜由原来的间接蒸汽加热改为直接蒸汽加热,而保持x_(F)、F、D/F、q、R、x_(D)不变,则精馏段操作线斜率(),提馏段操作线的斜率()。A. 不确定B. 不变、不变C. 增加、减少
A. 不确定
B. 不变、不变
C. 增加、减少
题目解答
答案
解析
本题考查精馏塔操作线方程及直接蒸汽加热对操作线斜率的影响。解题思路是先明确精馏段和提馏段操作线方程的表达式,再分析塔釜加热方式改变时各参数的变化情况,进而判断操作线斜率的变化。
1. 精馏段操作线方程及斜率分析
精馏段操作线方程为:$y_{n + 1}=\frac{R}{R + 1}x_{n}+\frac{x_{D}}{R + 1}$,其斜率为$\frac{R}{R + 1}$。
已知条件中$R$(回流比)和$x_{D}$(塔顶馏出液组成)保持不变,根据精馏段操作线斜率的表达式可知,斜率$\frac{R}{R + 1}$的值不会发生变化。
2. 提馏段操作线方程及斜率分析
对于间接蒸汽加热的精馏塔,提馏段操作线方程为:$y_{m}=\frac{L'}{L'-W}x_{m - 1}-\frac{W}{L'-W}x_{W}$,其中$L'=L + qF$($L$为精馏段下降液体流量,$q$为进料热状态参数,$F$为进料流量),$W$为塔釜残液流量。
当塔釜改为直接蒸汽加热时,提馏段内气液流量关系发生变化。此时提馏段操作线方程推导如下:
在提馏段内对某一截面$m - 1$到塔釜进行物料衡算,总物料衡算:$V'=L'+W$($V'$为提馏段上升蒸汽流量);易挥发组分物料衡算:$V'y_{m}=L'x_{m - 1}+Wx_{W}$。
由于直接蒸汽加热,$V'=F + V$($V$为精馏段上升蒸汽流量),且$L'=L + qF$,$W = F - D$($D$为塔顶馏出液流量)。
又因为$D/F$不变,$F$不变,所以$D$和$W$也不变,$q$不变,$R$不变则$L$和$V$也不变。
提馏段操作线方程可化为$y_{m}=\frac{L'}{L'-W}x_{m - 1}-\frac{W}{L'-W}x_{W}$,将$L'=L + qF$,$W = F - D$代入,由于各参数$L$、$q$、$F$、$D$、$W$都不变,所以提馏段操作线斜率$\frac{L'}{L'-W}$也不变。