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化工原理 精餾操作型問(wèn)題題解.doc

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化工原理 精餾操作型問(wèn)題題解.doc

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(shì)。 解:據(jù)題不變,R增大,共已知8個(gè)條件,因此可分析等的變化趨勢(shì)。(1) 的變化趨勢(shì)分析 (2) 的變化趨勢(shì)分析 利用M-T圖解法分析的變化趨勢(shì)可先假設(shè)xD不變,則也不變,結(jié)合R增大,作出新工況下的二操作線(xiàn),如圖1-1所示的二虛線(xiàn)(原工況為實(shí)線(xiàn),下同),可知要完成新工況下的分離任務(wù)所需的理論板數(shù)比原來(lái)的要少(記為N減小),不能滿(mǎn)足N不變這個(gè)限制條件,因此“xD不變”的假設(shè)并不成立,但已不難推知:若要滿(mǎn)足N不變,必有xD增大,又從物料衡算關(guān)系得xW減小,其結(jié)果如圖1-2所示。 結(jié)論: 2 某分離二元混合物的精餾塔,因操作中的問(wèn)題,進(jìn)料并未在設(shè)計(jì)的最佳位置,而偏下了幾塊板。若均同設(shè)計(jì)值,試分析的變化趨勢(shì)(同原設(shè)計(jì)時(shí)相比)。 解:根據(jù)已知條件,不變,精餾段理論板數(shù)N1增大,也已知8個(gè)條件,因此可分析等的變化趨勢(shì)。(1)的變化趨勢(shì)分析(2) 的變化趨勢(shì)分析 本題易于發(fā)生一種錯(cuò)覺(jué):加料板下移使N1增大、提餾段理論板數(shù)N2減小,單從二段的分離能力來(lái)看,似乎應(yīng)有xD增大、xW增大,但這個(gè)推論顯然不符合物料衡算式?,F(xiàn)用M-T圖解法分析:仍設(shè)xD不變,則也不變,結(jié)合R不變,得新工況下的二操作線(xiàn)同原來(lái)的重合,由于進(jìn)料位置比最佳位置低,則M-T圖解結(jié)果如圖2-1虛線(xiàn)所示(為清晰起見(jiàn),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(shí)際上N不變,從而必需有xD減小,結(jié)合物料衡算知xW增大,如圖2-2所示。結(jié)論:xD減小、xW增大。由于進(jìn)料位置下降,盡管精餾段理論板數(shù)N1增大,但xD反而減小,這一點(diǎn)提請(qǐng)讀者注意。發(fā)生這種結(jié)果的原因可作如下分析:在最佳進(jìn)料位置時(shí),每一塊板均發(fā)揮了其最佳分離能力,而當(dāng)偏離最佳位置時(shí)(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(lái)的分離作用,從而使精餾塔的整體分離能力下降,導(dǎo)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(shì)又如何?試將結(jié)果與例1作比較。 解:此題的8個(gè)已知條件為不變,R增大。(1) 的變化趨勢(shì)分析(2) 的變化趨勢(shì)分析 用M-T圖解法。 先假設(shè)xD不變,根據(jù)R增大,新工況下的精餾段操作線(xiàn)將向?qū)蔷€(xiàn)靠近(如圖3-1),接下來(lái)要畫(huà)的是提餾段操作線(xiàn)。若僅從物料衡算看,并不能確定xW的變化趨勢(shì),提餾段操作線(xiàn)可能為。換句話(huà)說(shuō),上述提餾段操作線(xiàn)的作法有問(wèn)題,應(yīng)換成利用點(diǎn)及提餾段斜率來(lái)畫(huà)。從而新工況下提餾段的操作線(xiàn)如圖3-2虛線(xiàn)所示,可知所需N減小,進(jìn)一步可推知在現(xiàn)N不變情況下,將有xD增大。再根據(jù)xD增大、R(或)增大、增大畫(huà)出新工況下的二操作線(xiàn),如圖3-3所示,可知xW增大?,F(xiàn)再來(lái)分析一下圖3-3是否能滿(mǎn)足N1、N2不變。顯然對(duì)精餾段,新、舊二操作線(xiàn)相交,因此能滿(mǎn)足N1不變,但對(duì)提餾段,若僅分別從點(diǎn)d或出發(fā)畫(huà)梯級(jí),則新工況下的梯級(jí)數(shù)要少,但這并不意味著新 工況下滿(mǎn)足不了N2不變這個(gè)要求。因?yàn)楦淖児r后,原來(lái)的最佳加料位置,新工況下已不是最佳,因此作提餾段梯級(jí)時(shí)不應(yīng)從點(diǎn)出發(fā),而應(yīng)在點(diǎn)前就開(kāi)始,較詳細(xì)的示意結(jié)果如圖3-4所示,圖N=8,N1=3,N2=5,可見(jiàn)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(mǎn)足結(jié)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(diǎn)是繁瑣。若結(jié)合塔板分離能力進(jìn)行分析,則較為簡(jiǎn)單,分析方法如下; 因?yàn)樵龃?、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(jié)合x(chóng)F不變,xD增大、xW增大。 物料衡算考核同上。結(jié)論:xD增大、xW增大。 討論:將本題結(jié)果與例1作一下比較,可見(jiàn)同樣是R增大,但由于使R增大的手段不一樣,操作結(jié)果也不一樣(請(qǐng)參見(jiàn)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(shuō)明:題1、2同樣可用考察塔板分離能力的方法進(jìn)行分析,如下。 對(duì)題1 因?yàn)樵龃?、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(jié)合x(chóng)F不變,可得xD增大、xW減小。物料衡算考察:因?yàn)镈、W不變,所以xD增大、xW能滿(mǎn)足。結(jié)論;xD增大、xW減小。 對(duì)題2 因?yàn)椴蛔?,而提餾段板數(shù)減少,故提餾段的分離能力下降,結(jié)合x(chóng)F不變,可得xW增大。而, 結(jié)論:xD減小、xW增大。 4 一精餾塔,冷液進(jìn)料。由于前段工序的原因,使進(jìn)料量F增加,但仍不變,試分析的變化趨勢(shì)。 解:此題給定的8個(gè)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(shè)xD不變,利用不變、增大作出新工況下的二操作線(xiàn),如圖4-1所示(虛線(xiàn),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(jù)此,再重畫(huà)新工況下的二操作線(xiàn)(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(mǎn)足。 如從塔板分離能力考察:因?yàn)樵龃?、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(wú)法從物料衡算確定xD的變化趨勢(shì),而須根據(jù)N不變畫(huà)出新工況下的二操作線(xiàn)才能定。結(jié)合x(chóng)W增大、增大、不變、N不變,畫(huà)出新工況下的二操作線(xiàn),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(jié)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(duì)塔分離結(jié)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(jié)論。本題不變,則加料板上升蒸汽組成的變化對(duì)塔頂xD的影響就要考慮。 結(jié)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(jié)果相同。實(shí)際上分離能力的變化也可從M-T圖解法中分析得到(通過(guò)考察xD不變時(shí)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(dāng)于免去了考察xD不變時(shí)的步驟,較簡(jiǎn)單,但二者的實(shí)質(zhì)是一致的。因此以后的例題中,如無(wú)必要,均采用基于塔板分離能力的方法。5 一正在運(yùn)行中的精餾塔,因進(jìn)料預(yù)熱器內(nèi)加熱蒸汽壓力降低致使進(jìn)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?yàn)?、N2不變,所以提餾段分離能力增大,結(jié)合x(chóng)F不變,可得xW減小。因?yàn)镕、D、W不變,所以xD增大。 結(jié)果:xD增大、xW減小。 說(shuō)明:xD、xW也可如下分析,因?yàn)閝增大、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?yàn)閤D增大,又從物料衡算知xW減小。6 一正在運(yùn)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?yàn)?、N1、N2均不變,所以精餾段、提餾段的分離能力不變,結(jié)合x(chóng)F減小,可得xD減小、xW減小。 物料衡算考察:因?yàn)镕、D、W不變,所以xF減小、xD減小、xW減小可滿(mǎn)足。

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