题目
采用精馏塔分离酒精溶液,进料量F=120kmol/h,已知易挥发组分含量xF=0.35(摩尔分率,下同),加料热状态q=108,塔页设全凝器,在泡点温度下回流,回流比R=3.0.塔釜通入饱和蒸汽直接加热,其量为S馏出液x=0.85.设塔内物流量符合恒摩尔流假设(1)求塔顶回收率为09时,塔底产品量W及组成Xw(2)若保持F、×、XD、AN、R及q不变,当塔釜改用间接蒸汽加热时,提馏段操作线方程。[南京理工大学2010年研
采用精馏塔分离酒精溶液,进料量F=120kmol/h,已知易挥发组分含量xF=0.35
(摩尔分率,下同),加料热状态q=108,塔页设全凝器,在泡点温度下回流,回流比R
=3.0.塔釜通入饱和蒸汽直接加热,其量为S馏出液x=0.85.设塔内物流量符合恒摩
尔流假设
(1)求塔顶回收率为09时,塔底产品量W及组成Xw
(2)若保持F、×、XD、AN、R及q不变,当塔釜改用间接蒸汽加热时,提馏段操作
线方程。[南京理工大学2010年研
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算塔顶产品量D
根据塔顶回收率的定义，$\eta =\dfrac {D{x}_{D}}{F{x}_{F}}$，其中$\eta$为塔顶回收率，$D$为塔顶产品量，$x_D$为塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率，$F$为进料量，$x_F$为进料中易挥发组分的摩尔分率。将已知数值代入公式，计算出塔顶产品量$D$。
步骤 2：计算塔釜蒸汽量S
根据题意，塔釜通入饱和蒸汽直接加热，其量为$S$。根据物料平衡，$S$等于塔顶产品量$D$与进料量$F$之和减去塔底产品量$W$。由于塔底产品量$W$未知，需要先计算出$S$。
步骤 3：计算塔底产品量W及组成$x_W$
根据物料平衡，塔底产品量$W$等于进料量$F$与塔釜蒸汽量$S$之和减去塔顶产品量$D$。塔底产品中易挥发组分的摩尔分率$x_W$等于进料中易挥发组分的摩尔分率$xF$乘以进料量$F$减去塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率$x_D$乘以塔顶产品量$D$，再除以塔底产品量$W$。
步骤 4：计算间接蒸汽加热时的塔顶产品量D
当塔釜改用间接蒸汽加热时，塔顶产品量$D$等于进料量$F$乘以进料中易挥发组分的摩尔分率$xF$减去塔底产品中易挥发组分的摩尔分率$x_W$乘以塔底产品量$W$。
步骤 5：计算间接蒸汽加热时的塔底产品量W
根据物料平衡，塔底产品量$W$等于进料量$F$减去塔顶产品量$D$。
步骤 6：计算间接蒸汽加热时的提馏段操作线方程
根据题意，提馏段操作线方程为$y = \frac{L'}{V'}x + \frac{V' - L'}{V'}x_W$，其中$L'$为提馏段的液相流量，$V'$为提馏段的气相流量，$x_W$为塔底产品中易挥发组分的摩尔分率。根据已知条件，计算出$L'$和$V'$，代入公式，得到提馏段操作线方程。
根据塔顶回收率的定义，$\eta =\dfrac {D{x}_{D}}{F{x}_{F}}$，其中$\eta$为塔顶回收率，$D$为塔顶产品量，$x_D$为塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率，$F$为进料量，$x_F$为进料中易挥发组分的摩尔分率。将已知数值代入公式，计算出塔顶产品量$D$。
步骤 2：计算塔釜蒸汽量S
根据题意，塔釜通入饱和蒸汽直接加热，其量为$S$。根据物料平衡，$S$等于塔顶产品量$D$与进料量$F$之和减去塔底产品量$W$。由于塔底产品量$W$未知，需要先计算出$S$。
步骤 3：计算塔底产品量W及组成$x_W$
根据物料平衡，塔底产品量$W$等于进料量$F$与塔釜蒸汽量$S$之和减去塔顶产品量$D$。塔底产品中易挥发组分的摩尔分率$x_W$等于进料中易挥发组分的摩尔分率$xF$乘以进料量$F$减去塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率$x_D$乘以塔顶产品量$D$，再除以塔底产品量$W$。
步骤 4：计算间接蒸汽加热时的塔顶产品量D
当塔釜改用间接蒸汽加热时，塔顶产品量$D$等于进料量$F$乘以进料中易挥发组分的摩尔分率$xF$减去塔底产品中易挥发组分的摩尔分率$x_W$乘以塔底产品量$W$。
步骤 5：计算间接蒸汽加热时的塔底产品量W
根据物料平衡，塔底产品量$W$等于进料量$F$减去塔顶产品量$D$。
步骤 6：计算间接蒸汽加热时的提馏段操作线方程
根据题意，提馏段操作线方程为$y = \frac{L'}{V'}x + \frac{V' - L'}{V'}x_W$，其中$L'$为提馏段的液相流量，$V'$为提馏段的气相流量，$x_W$为塔底产品中易挥发组分的摩尔分率。根据已知条件，计算出$L'$和$V'$，代入公式，得到提馏段操作线方程。