化工原理 精餾操作型問題題解.doc

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1 一操作中的精餾塔，若保持不變，增大回流比R，試分析的變化趨勢。 解：據題不變，R增大，共已知8個條件，因此可分析等的變化趨勢。(1) 的變化趨勢分析 (2) 的變化趨勢分析 利用M-T圖解法分析的變化趨勢可先假設xD不變，則也不變，結合R增大，作出新工況下的二操作線，如圖1-1所示的二虛線(原工況為實線，下同)，可知要完成新工況下的分離任務所需的理論板數比原來的要少(記為N減小)，不能滿足N不變這個限制條件，因此“xD不變”的假設并不成立，但已不難推知：若要滿足N不變，必有xD增大，又從物料衡算關系得xW減小，其結果如圖1-2所示。 結論： 2 某分離二元混合物的精餾塔，因操作中的問題，進料并未在設計的最佳位置，而偏下了幾塊板。若均同設計值，試分析的變化趨勢(同原設計時相比)。 解：根據已知條件，不變，精餾段理論板數N1增大，也已知8個條件，因此可分析等的變化趨勢。(1)的變化趨勢分析(2) 的變化趨勢分析 本題易于發(fā)生一種錯覺：加料板下移使N1增大、提餾段理論板數N2減小，單從二段的分離能力來看，似乎應有xD增大、xW增大，但這個推論顯然不符合物料衡算式?，F(xiàn)用M-T圖解法分析：仍設xD不變，則也不變，結合R不變，得新工況下的二操作線同原來的重合，由于進料位置比最佳位置低，則M-T圖解結果如圖2-1虛線所示(為清晰起見，示意圖中給出了加料位置比最佳位置低兩塊板的情形)，可知所需N增大。而實際上N不變，從而必需有xD減小，結合物料衡算知xW增大，如圖2-2所示。結論：xD減小、xW增大。由于進料位置下降，盡管精餾段理論板數N1增大，但xD反而減小，這一點提請讀者注意。發(fā)生這種結果的原因可作如下分析：在最佳進料位置時，每一塊板均發(fā)揮了其最佳分離能力，而當偏離最佳位置時(其他條件不變)，如本題加料位置偏低，則原本在提餾段的板變成精餾段的板，起不到原來的分離作用，從而使精餾塔的整體分離能力下降，導致xD減小、xW增大。3 一操作中的精餾塔，保持不變。亦增大回流比R，則的變化趨勢又如何？試將結果與例1作比較。 解：此題的8個已知條件為不變，R增大。(1) 的變化趨勢分析(2) 的變化趨勢分析 用M-T圖解法。 先假設xD不變，根據R增大，新工況下的精餾段操作線將向對角線靠近(如圖3-1)，接下來要畫的是提餾段操作線。若僅從物料衡算看，并不能確定xW的變化趨勢，提餾段操作線可能為。換句話說，上述提餾段操作線的作法有問題，應換成利用點及提餾段斜率來畫。從而新工況下提餾段的操作線如圖3-2虛線所示，可知所需N減小，進一步可推知在現(xiàn)N不變情況下，將有xD增大。再根據xD增大、R(或)增大、增大畫出新工況下的二操作線，如圖3-3所示，可知xW增大?，F(xiàn)再來分析一下圖3-3是否能滿足N1、N2不變。顯然對精餾段，新、舊二操作線相交，因此能滿足N1不變，但對提餾段，若僅分別從點d或出發(fā)畫梯級，則新工況下的梯級數要少，但這并不意味著新 工況下滿足不了N2不變這個要求。因為改變工況后，原來的最佳加料位置，新工況下已不是最佳，因此作提餾段梯級時不應從點出發(fā)，而應在點前就開始，較詳細的示意結果如圖3-4所示，圖N=8，N1=3，N2=5，可見新、舊工況下N、N1、N2不變。物料衡算考核：D減小、W增大、xD增大、xW增大能滿足結論：xD增大、xW增大。 從本題的分析情況看，上述反證法的主要缺點是繁瑣。若結合塔板分離能力進行分析，則較為簡單，分析方法如下； 因為增大、增大、N1不變、N2不變，所以精餾段的分離能力提高、提餾段的分離能力下降，結合xF不變，xD增大、xW增大。 物料衡算考核同上。結論：xD增大、xW增大。 討論：將本題結果與例1作一下比較，可見同樣是R增大，但由于使R增大的手段不一樣，操作結果也不一樣(請參見例1)。其原因是例1中提餾段的分離能力因下降而提高，本題中它卻因增加而下降。 說明：題1、2同樣可用考察塔板分離能力的方法進行分析，如下。 對題1 因為增大、減小、N，不變、N。不變，所以精餾段、提餾段的分離能力均提高。結合xF不變，可得xD增大、xW減小。物料衡算考察：因為D、W不變，所以xD增大、xW能滿足。結論；xD增大、xW減小。 對題2 因為不變，而提餾段板數減少，故提餾段的分離能力下降，結合xF不變，可得xW增大。而， 結論：xD減小、xW增大。 4 一精餾塔，冷液進料。由于前段工序的原因，使進料量F增加，但仍不變，試分析的變化趨勢。 解：此題給定的8個條件為不變，F(xiàn)增大。 (1) 的分析 (2)、的分析(3) 的分析 用M-T圖解法 設xD不變，利用不變、增大作出新工況下的二操作線，如圖4-1所示(虛線，下同)，可知所需N減小，從而推知在N不變情況下，將有xD增大。據此，再重畫新工況下的二操作線(保持N不變)，如圖4-2所示，即xW增大。 物料衡算考察：F增大、D減小、W增大、xD增大、xW增大能滿足。 如從塔板分離能力考察：因為增大、N2不變、xF不變，所以xW增大。 由于F增大、D減小、W增大，故暫無法從物料衡算確定xD的變化趨勢，而須根據N不變畫出新工況下的二操作線才能定。結合xW增大、增大、不變、N不變，畫出新工況下的二操作線，如圖4-2所示，xD增大。注意：不能僅從不變、N1不變、xF不變就得出xD不變的結論。由于提餾段塔板分離能力下降，致使加料板上升蒸汽組成增大，而精餾段分離能力不變，因此xD增大。一般情況下，若有變化，則加料板上升蒸汽組成的改變對塔分離結果的影響比不上的影響大(如題1)，從而可從增大、xF不變得出xD增大的結論。本題不變，則加料板上升蒸汽組成的變化對塔頂xD的影響就要考慮。 結果：xD增大、xW增大。 從上述4例的分析可知，不論用M-T圖解法還是用考察塔板分離能力的方法，二者所得的結果相同。實際上分離能力的變化也可從M-T圖解法中分析得到(通過考察xD不變時的情形)，因此與M-T圖解法相比，考察塔板分離能力的方法相當于免去了考察xD不變時的步驟，較簡單，但二者的實質是一致的。因此以后的例題中，如無必要，均采用基于塔板分離能力的方法。5 一正在運行中的精餾塔，因進料預熱器內加熱蒸汽壓力降低致使進料q值增大。若不變，則將如何變化? 解：(1) 分析 (2)、的分析(3) 的分析因為、N2不變，所以提餾段分離能力增大，結合xF不變，可得xW減小。因為F、D、W不變，所以xD增大。 結果：xD增大、xW減小。 說明：xD、xW也可如下分析，因為q增大、xF不變，所以加料板上升蒸汽的濃度增加，而精餾段分離能力不變，因為xD增大，又從物料衡算知xW減小。6 一正在運行中的精餾塔，由于前段工序的原因，使料液組成xF下降，而仍不變。試分析將如何變化? 解：(1) 分析 (2)、分析 、均不變 (3)分析 因為、N1、N2均不變，所以精餾段、提餾段的分離能力不變，結合xF減小，可得xD減小、xW減小。 物料衡算考察：因為F、D、W不變，所以xF減小、xD減小、xW減小可滿足。