四种多组分精馏塔设计至少需要几个精馏塔

导读:复习思考题,11、不加恒沸剂可完成恒沸物分离的方法有()和()两种,16、若加入的新组分和被分离系统的一个或几个组分形成最低恒沸物从()蒸出,a.A、B两组分越容易分离,c.A、B两组分越难分离,d.与A、B两组分的分离难易程度无关,回流比小于最小回流比时满足分离要求将需要无穷多的理论级b.多组分精馏中,回流比小于最小回流比时无论多少理论级都不能满足分离要求c.回流比R的值趋于零时的,回流比小复习思考题 (一)填空题 1、多组分精馏根据指定设计变量不同可分为(
)型计算和(
)型计算。 2、在塔顶和塔釜同时出现的组分为(
)。 3、非清晰分割法假设各组分在塔内的分布与在(
)时分布一致。 4、精馏塔计算中每个级由于()改变而引起的温度变化,可用()确定。 5、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设(
)。 6、采用液相进料的萃取精馏时,要使萃取剂的浓度在全塔内为一恒定值,所以在(
)。 7、当原溶液为非理想型较强的物系,则加入萃取剂主要起(
)作用。 8、要提高萃取剂的选择性,可(
)萃取剂的浓度。 9、最低恒沸物,压力降低使恒沸组成中汽化潜热(
)的组分增加。 10、在一定温度和组成下,A、B混合液形成最低沸点恒沸物的条件为(
)。 11、不加恒沸剂可完成恒沸物分离的方法有(
)两种。 12、分布组分是指在馏出液和釜液(
);非分配组分是指仅在(
)出现的组分。 13、多组分精馏中,关键组分是指(
)的组分。 14、回收率φHK,W釜液W中()与进料中HK的流率之比,回收率φLK,D是馏出液D中()与进料中LK的流率之比。 15、清晰分割是指馏出液中除了(
)外,没有其他重组分,釜液中除了(
)外,没有其他轻组分。 16、若加入的新组分和被分离系统的一个或几个组分形成最低恒沸物从(
)蒸出。这种特殊精馏叫恒沸精馏。加入的新组分叫(
)。 17、若加入的新组分不与原系统中任一组分形成恒沸物,而其沸点又较原系统任一组分高,从釜液离开精馏塔。这类特殊精馏叫(
),所加入的新组分叫作(
)。 18、在萃取精馏中所选的萃取剂使A1S值越大,溶剂的选择性(
)。 19、萃取精馏塔中,萃取剂是从塔(
)出来。 20、恒沸剂与组分形成最高沸点的恒沸物时,恒沸剂从塔(
)出来。 21、均相恒沸物在低压下其活度系数之比γ1/γ2应等于(
)之比。 22、特殊精馏是既加入(
),又加入(
)的精馏过程。 (二)、选择题 1、A(轻组分)、B两组分的相对挥发度αAB越小,则(
)。 a .A、B两组分越容易分离;
b.原料中含轻组分越多,所需的理论级数越少; c. A、B两组分越难分离;
d.与A、B两组分的分离难易程度无关。 2、当普通精馏塔的产品不合格时,可以考虑(
)。 a.提高进料量;b.降低回流比;c.提高塔压;d.提高回流比。 3、多组分精馏过程,当进料中的非分配组分只有重组分而无轻组分时,恒浓区出现于(
)。 a.上恒浓区出现于精馏段中部,下恒浓区出现于进料级下; b.恒浓区出现于进料级上下; c.上恒浓区在进料级上,下恒浓区出现于提馏段中部; d.上、下恒浓区分别出现于精馏段和提馏段的中部。 4、吉利兰关联图,关联了四个物理量之间的关系,下列哪个不是其中之一(
)。 a.最小理论级数;b.最小回流比;c.压力;d.理论级数。 5.下列关系简捷法的描述哪一个不正确(
)。 a.计算简便;b.可为精确计算提供初值;c.所需物性数据少;d.计算结果准确。 6、下列说法正确的是(
)。 a.多组分精馏中,回流比小于最小回流比时满足分离要求将需要无穷多的理论级 b.多组分精馏中,回流比小于最小回流比时无论多少理论级都不能满足分离要求c.回流比R的值趋于零时的回流比叫最小回流比; d.多组分精馏中,回流比小于最小回流比时整个精馏塔将无分离作用。 7、全回流操作不能用于(
)。 a.正常生产稳定过程;b.开车时; c.当产品不合格时进行调节;d.实验室研究传质过程。 8、用芬斯克公式求全塔理论级数时,式中相对挥发度应为(
)。 a.塔顶处的相对挥发度;b.进料处的相对挥发度; c. 塔釜处的相对挥发度;d.全塔相对挥发度的平均值。 9、全回流操作时,精馏塔进料F、馏出液D和釜液W的流率应为(
) a.W=0,D=0,F=0;
b W=0,D=0,F≠0; c. W≠0,D≠0,F≠0; d. W=0,D≠0,F≠0。 10、如果二元物系,γ1=1,γ2=1,则此二元物系所形成的溶液一定是(
)。 a.正偏差溶液;b.理论溶液;c.负偏差溶液;d.不确定。 11、关于萃取精馏塔的下列描述中,哪一个不正确(
)。 a.汽液负荷不均,液相负荷大;b.回流比提高,产品纯度提高; c.恒摩尔流不太合适;d.是蒸馏过程。 12、如果二元物系有最低压力恒沸物存在,则此二元物系所形成的溶液一定是(
)。 a.正偏差溶液;b.理论溶液;c.负偏差溶液;d.不确定。 13、萃取精馏过程选择的萃取剂最好应与沸点低的组分形成(
)。 a.正偏差溶液;b.理论溶液;c.负偏差溶液;d.不确定。 14、萃取精馏时若饱和液体进料,萃取剂应该从(
)进料。 a.精馏段上部;b.进料级c.精馏段上部和进料级;d.精馏段下部。 15.“A1S’-A2S’-OA12’O>0”是加入溶剂在任何脱溶剂浓度(x’1为任何值)时均能增加原溶液的相对挥发度(提高选择性)的(
)。 a.充分条件;b.必要条件 c.充要条件;d.以上三项都不是。 16、在萃取塔塔顶产品不合格时,可采用(
)方法来调节。 a.加大回流比;b.加大萃取剂用量;c.增加进料量;d.减少进料量。 17、对于最高沸点恒沸物,压力增加使恒沸组成中汽化潜热小的组分(
)。 a.增加;b.不变;c.减少。 18、最有可能形成三元最低共沸物的三元物系是()。 a.物系中三个组分可两两形成三个二元最低共沸物; b.物系中三个组分可两两形成三个二元最高共沸物; c.物系中三个组分可两两形成两个二元最低共沸物,一个最高共沸物; d.物系中三个组分可两两形成以个二元最低共沸物,两个最高共沸物; 19、在下列单元操作中属于双向传质过程的是(
)。 a.吸收过程;b.蒸出过程;c.精馏过程;d.以上三种操作过程。 20、关于恒沸精馏塔的下列描述中,不正确的是(
)。 a.恒沸剂用量不能随意调整;b.恒沸剂为塔顶产品; c.恒沸剂可能是塔顶产品,也可能是塔釜产品;d.恒沸精馏可用于间歇操作过程。 21、对一个恒沸精馏过程,从塔内分出的最低温度的恒沸物,则有较纯组分的产品应从(
)。 a.塔釜得到;b.塔顶得到; c.可能是塔顶得到,也可能是塔釜得到;d视具体情况而变。 22、对形成恒沸物的体系,下列说法不正确的是()。 a.在恒沸点其气相组成必等于液相组成;b.经过恒沸点轻重组分互换; c.在恒沸点,其露点温度和泡点温度相等; d.其恒沸组成将随着汽化率的大小而变化。 23.容易形成恒沸物的为()。 a.各组份的化学结构相似,其沸点差较大; b.各组份的化学结构相似,其沸点差较小; c.各组份的化学结构不相似,其沸点差较大; d. 各组份的化学结构不相似,其沸点差较小。 24.在下列单元操作中,汽夜两相近似看成恒摩尔流而误差较小的是()。 a.吸收过程;b.蒸出过程;c.精馏过程;d.以上三种操作过程。 25.分离同一混合物采用萃取精馏与采用普通精馏相比()。 a.汽夜比更大些;b.级效率更低些;c. 级效率更高些;d.精馏温度更低些。
(三)简答题 1、叙述用简捷法求普通精馏过程理论级数的步骤。 2、什么是恒沸精馏?如何用三角相图求解恒沸剂用量。 3、叙述恒沸剂选择的原则。 4、说明沸点相近和相对挥发度相近是否为同一概念。 5、画出一个二元非均相恒沸精馏流程。 6、叙述用简捷法作萃取精馏过程理论级数的步骤。 7、萃取精馏的实质是什么?如何提高其选择性。 8、对萃取精馏塔当塔顶产品不合格时,能否采用加大回流比的方法使塔顶产品合格?如果不设回收段,把萃取剂与塔顶回流同时都从塔顶打入塔内,将会产生什么后果,为什么? 9、甲醇(1),沸点337.7K,丙酮(2)沸点329.4K,溶液具有最低恒沸点,T=328.7K,x=0.2的非理想溶液,如何萃取精馏分离时,萃取剂应从酮类选还是从醇类选?请说明原因。 10、简述加盐萃取精馏是如何开发出来的?
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第三章 精馏复习思考题等内容。
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Study on simulation of operating state of distillation column with multi-compositions
基础物性数据的获得是多组分精馏过程的计算工作量中最大的一环,RT精馏组分中含有水蒸汽、苯胺、偶氮苯、吩嗪、RT 5个组分,其中关于吩嗪和RT的物性数据,本文应用Riedel法进行了关联;从设计角度模拟了实际运行的精馏装置,考察回流比、回收率、进料温度和热状态对塔的加料位置和实际塔板数的影响,为以后的判断故障和优化生产奠定了基础.
Zhang Liangquan
浙江科技学院生物与化学工程学系,浙江,杭州,310012
& ISTICPKU
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隔壁塔可以用几个精馏塔代替?
请问各位& &隔壁塔可以用几个精馏塔代替?
就是说 以前用的是隔壁塔 现在想去掉这台隔壁塔&&如何设计呢?
[]: 一米之外 乐于助人,奖励 3
  精馏是当代化工生产中最成熟、应用最广泛的  分离技术之一。但精馏过程的能耗巨大,据估计,化工过程中40%~70%的能耗用于分离,而精馏能耗又占其中的95%。近年来,能源价格的持续上涨使得精馏过程节能技术的研究具有极其重要的意义。  目前,精馏过程节能技术的研究主要可以分为  以下2类:(骈青馏自身的改进,如热耦合精馏塔序列、隔壁塔等;②精馏与其他过程的耦合,如反应精馏、精馏一膜分离耦合等。其中,隔壁塔作为节能技术研究的一个热点,正在工业装置上得到迅速应用。  它既可以较大幅度提高热力学效率,降低能耗.又减少设备投资‘卜3],但国内在此方面尚无工业实施案例。本文主要介绍隔壁塔技术概况、工业应用现状以及相关研究的最新进展。  1&&隔壁塔技术  1.1&&隔壁塔的结构特点  对于传统的三元混合物分离,若采用简单塔分  离序列,至少需要2个精馏塔才能使其得到有效分离。而图1所示的隔壁塔,利用隔壁将普通精馏塔从中间分割为2部分,隔壁巧妙的使用实现了两塔的功能及三元混合物的分离。在隔壁塔中,进料侧为预分离段,另一端为主塔,混合物A、B、C在预分离段经初步分离后为A、B和B、C两组混合物,A、B和B、C两股物流进入主塔后,塔上部将A、B分离,塔下部将B、C分离,在塔顶得到产物A,塔底得到产物C,中间组分B在主塔中部采出。同时,主塔中又引出液相物流和气相物流分别返回进料侧顶部和底部,为预分离段提供液相回流和初始气相。这样,只需1座精馏塔就可得到3个纯组分,同时还可节省1个蒸馏塔及其附属设备,如再沸器、冷凝器、塔顶回流泵及管道,而且占地面积也相应减少。一般来说,与传统的两简单塔分离序列相比,隔壁塔的能耗及设备投资均可降低30%左右‘4-5]。 
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  1.2&&隔壁塔的节能原理  隔壁塔在分离原理和计算方法上与热耦合精镏塔相同,在热力学上等同于一个Petlyuk塔【61(图2)。  与传统两塔流程相比,隔壁塔节能的主要原因有2点  2008年9月  孙兰义等:隔壁塔技术进展  39  (1)避免了中间组分的返混效应。在常规两塔分离序列中,塔1提馏段内随着轻组分A浓度的降低,中间组分B的浓度逐渐增加(图3),但在靠近塔釜处,由于重组分C浓度增加,中间B组分浓度在达到最大值后逐渐减小,即组分B在该塔中发生返混,这也是该塔分离效率较低的重要原因。与之相反,如图4所示,在隔壁塔中,经预分离段分离后的A出和B、C两组混合物进入主塔后做进一步分离,其中,中间B组分在塔中浓度达到最大时采出,这就有效避免了两塔流程中的返混现象。  (2)减小进料与进料板上物流组成不同引起的混合问题。在预分离段顶部和底部B组分的组成完全和主塔这2股物料进料板上的组成相匹配,符合最佳进料板的要求。 
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  1.3隔壁的形式  在隔壁塔中,隔壁的设计尤为重要,隔壁长度、放置位置等都会影响分离效果,目前,国外对隔壁的研究已经取得了相当的成就,已从最初将隔壁焊在塔上发展到可移动的隔壁。其中,德国Montz公司‘81开发的“非固定”隔壁就是隔壁塔按术上的一项巨大进步,“非固定”隔壁由金属板相互拼接而成,质量轻,不需要与塔壁焊接,对于塔壳的偏心率要求不高,安装方便快捷,特别方便旧塔改造。而且,“非固定”隔壁的灵活性使得非常规构型隔壁塔的工业实施变得比较容易。  另外,在隔壁的设计上,近年来已经有利用1个隔壁或2~3个隔壁的组合进行4种纯组分的分离工业实施案例(如图5)。  
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  图5&&用隔壁塔分离4种纯组分示意图  1.4隔壁塔的适用范围  理论上,对于三组分以上混合物的分离,都可考虑使用隔壁塔。但隔壁塔并非适用所有的精馏分离问题,对分离纯度、进料组成、相对挥发度及塔的操作压力都有一定的要求‘91:  (1)产品纯度。由于隔壁塔所采出的中间产品  纯度比单个精馏塔侧线出料达到的纯度要大,因此,当希望得到高纯度的中间产品时,可考虑使用隔壁塔。如果对中间产品纯度要求不高,则可以直接使用一般精馏塔侧线采出即可。  (2)进料组成。若中间组分质量分数超过  20%、而轻重组分含量又相当的物系,特别是当进料中的中间组分质量分数达到66.7%左右时,是采用隔壁塔比较理想的物系。  (3)相对挥发度。当中间组分为进料中的主要  组分,而轻组分和中间组分的相对挥发度与中间组分和重纽分的相对挥发度大小相当时,采用隔壁塔时节能优势更为明显。  (4)塔的操作压力。由于采用隔壁塔分离三组  分混合物是在同一塔设备内完成,故整个分离过程的压力不能改变。  2隔壁塔的的工业应用现状  早在1933年,因裂解气分离问题,Eric W Luster就提出了隔壁塔概念,并申请了美国专利[lO],但由于其工艺计算及控制的复杂性,直到1985年,第一座用于回收精细化学品的隔壁塔才投入工业运转。  目前,大部分运营的隔壁塔为BASF公司拥有,并由德国Montz公司提供塔内件[II],如南非萨索尔( Sasol)公司用于回收合成汽油混合物中1一己烯的隔壁塔即采用了BASF公司的技术,该塔也是目前世界上最高的一座隔壁塔,其高达107 m,直径Sm。  近年来,由于能源价格的持续上涨,瑞士Sulzer公司,美国Koch - Gitsch、Kellogg、UOP公司,德国Linde .Uhde公司,日本Sumitorm公司等公司巨头纷纷开始隔壁塔技术的开发与应用,隔壁塔工业化塔器也由2000年时全世界不足20座发展到2006年9月时的近100座,生产实践表明隔壁塔的应用已经产生极大的经济效益。如埃克森美孚公司位于英国南安普敦的Fawley炼油厂,当采用隔壁塔技术对二甲苯回收塔进行改造后,其能耗降低53%,并且二甲苯的纯度还有所提高,经济效益非常显着。随后,埃克森美孚公司对其位于法国的Port Jerome炼油厂的二甲苯回收塔也采用隔壁塔技术进行改造,其在鹿特丹石化厂新建的苯一甲苯一二甲苯分离塔便直接采用隔壁塔技术[12]。西班牙CEPSA公司Algeci-ras炼油厂有2座用以分离烷烃和异构烷烃的精馏塔。为增产异己烷,Koch - Gitsch岔司采用隔壁塔技术对其中的一座塔进行改造并获得成功,得到了合格的异己烷溶剂,与传统流程相比,节能达40%[3]。  德国Uhde公司采用萃取精馏与隔壁塔相结合的技术,用于从重整生成油中回收苯,并于2004年10月在德国Qlsenkirchen地区ARAL芳烃股份有限公司的甲苯回收装置上首次实现工业应用‘2],如图6所示,
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(a)甲苯回收装置传统工艺流程(b)甲苯回收装置隔壁塔工艺流程  图6德国Uhde公司甲苯回收装置工艺流程  该工艺将萃取精馏塔和汽提塔合并,精馏、汽提和溶剂回收均在一座隔壁塔中进行,相比较于传统工艺,新工艺节省20%能耗,投资费用节省20%~25%,并且装置的占地面积也大大减少。  此外,值得一提的是,美国UOP公司开发了一  种有别于传统隔壁塔的隔壳塔[13] (split shell column,SSC),如图7所示,SSC的隔壁与塔的下端或上端相连,而其连接的位置与塔顶、塔底产品要求及进料组成有关。与传统的两塔序列相比,SSC的能耗没有减少,但设备投资大大减少。目前,UOP公司已将SSC应用于HyCycle工艺过程,用于分离反应副产物。  
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  图7 UOP公司的隔壳塔  3&&隔壁塔技术研究的新进展  隔壁塔技术在多元物系分离中的成功运用,证明了其在降低能耗、减少设备投资方面的巨大潜力。  近年来,研究者们已着眼于将隔壁塔技术应用于特殊精馏体系,如反应精馏、萃取精馏、共沸精馏等新领域,以期最大限度降低能耗。  3.1反应精馏隔壁塔  反应精馏是精馏领域重要的过程耦合方式,该过程中反应与分离相互促进,可大幅度提高反应转化率和生产能力。Mueller等[14]首先提出了将反应精馏应用于隔壁塔的概念,即结合反应精馏与隔壁塔优势的反应精馏隔壁塔技术,该技术是一种反应与分离同时进行、高度强化的复杂技术,在进一步提高反应选择性和转化率的同时,可以大幅度降低能耗、减少设备投资。  Daniel等[15]针对反应精馏隔壁塔提出了简捷设计的方法,Sander等[16]以醋酸甲酯体系为例,研究了反应精馏隔壁塔性能,并做了相关试验,其研究结果表明了反应精馏隔壁塔方案的可行性。2007年,Mueller等[17]通过对3种具有不同集成度的碳酸二乙酯合成过程的研究,证明了具有高集成度酌反应精馏隔壁塔的能耗与操作费用最低。Fabricio等[IS]以乙醇和乙酸反应生成乙酸甲酯为例,研究了3种热耦合反应精馏塔的性能,研究结果表明在乙酸,甲酯收率要求相同的条件下,反应精馏隔壁塔的能耗最低。同时,简单的PI控制器就可以很好地控制反应精馏隔壁塔分相器有机相中乙酸甲酯的浓度。  在反映精馏隔壁塔过程模拟方面,Mueller等【191提出基于速率模型研究反应精馏隔壁塔的思路,并完成了碳酸二甲酯与乙醇酯交换生成碳酸二乙酯的反应与分离的过程模拟。Gheorghe等[20]提出了一套基于商业软件的反应精馏隔壁塔的模拟计算方法,并以乙基叔戊基醚(ⅨEE)合成为例验证了商业模拟软件在反应精馏隔壁塔模拟方面的有效性。笔者所在课题组[211提出了一种单塔催化水解乙酸甲酯的反应精馏隔壁塔工艺,即采用反应精馏隔壁塔(图8)替代常规反应精馏流程中的反应精馏塔及甲醇精馏塔,并应用ASPEN PLUS模拟软件,对反应精馏隔壁塔及常规反应精馏流程进行模拟,其研究结果显示反应精馏隔壁塔可以节省再沸器能耗19.6%。
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  图8用反应精馏隔壁塔技术水解  乙酸甲酯新工艺流程  另外,Anton等[22]还介绍运用已有精馏装置改造成反应精馏隔壁塔的实例,其研究结果表明,与传统的两塔流程相比,反应精馏隔壁塔工艺设备投资减少35%,能耗降低15%.而且,反应精馏隔壁塔的操作更加稳定。Hernandez等将反应精馏隔壁塔用于乙醇与乙酸合成乙酸乙酯的过程,其研究结果表明,利用2个温度控制回路便可以控制反应精馏隔壁塔,而且该控制方案已成功应用于实验装置。  3.2萃取精馏隔壁塔  萃取精馏是一种特殊的精馏方法,若将隔壁塔  与萃取精馏技术耦合到一起,同样可以达到既降低能耗又减少设备投资的目的。叶青等[23]提出了采用隔壁塔替代常规萃取精馏流程的萃取精馏塔及溶剂回收塔的工艺,其研究结果表明,隔壁塔工艺比常规的两塔萃取精馏流程节能25.2%。此外,国内的研究者们还陆续研究了采用该项技术制无水叔丁醇、分离丙烯一丙烷、分离醋酸水溶液等工艺过程‘24 -26],发现与常规的分离工艺流程相比,隔壁塔的能耗均可降低20%以上,节能效果显着。  3.3共沸精馏隔壁塔  共沸精馏体系也可采用隔壁塔技术,李军等[27]  提出一种单塔共沸精馏生产无水乙醇的新工艺流程,即采用隔壁塔替代常规共沸精馏流程中的脱水塔及提浓塔。其应用ASPEN FLUS模拟软件对新工艺流程及常规共沸精馏流程进行模拟,结果显示新工艺流程可以节省能耗28.2%,并能降低设备投资费用。  4结语  近年来,国外正茌加快隔壁塔的工业化步伐,并取得了令人瞩目的成果。我国对隔壁塔的研究较少,更缺少实际工业化应用。加快此项技术的开发和工业化应用步伐,并且拥有独立的知识产权,对降低工业生产的能源消耗,减少002的排放,推动我国石油、化工行业的发展具有重要意义。
[]: 小帽子 乐于助人,奖励 1
没见过隔壁塔,学习一下
[]: 一个袋子砸在了 zhangjimin0820 头上,zhangjimin0820 赚了 1
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1在连续精馏塔中分离某组成为0.5(易挥发组分的摩尔分数,下同)的两组分理想溶液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器。分凝器向塔内提供回流液,其组成为088,全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率为96%。若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79,试求:(1) 操作回流比和最小回流比;(2) 若馏出液量为100kmol/h,则原料液流量为多少?2在常压连续精馏塔内分离乙醇-水混合液,原料液为饱和液体,其中含乙醇0.15(摩尔分数,下同),馏出液组成不低于0.8,釜液组成为0.02,操作回流比为2。若于精馏段某一塔板处侧线取料,其摩尔流量为馏出液摩尔流量的,侧线产品为饱和液体,组成为0.6。试求所需的理论板层数、加料板及侧线取料口的位置。物系平衡数据见教材下册例1-10。3在常压连续提馏塔中分离乙醇0.033(摩尔分数)的乙醇-水混合液。饱和液体进料直接蒸汽加热。若要求塔顶产品中乙醇回收率为99%,试求:&&习题14附表x00.00800.0200.02960.033y00.0750.17500.250.2704在连续操作的板式精馏塔中分离苯甲苯混合液。在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为0.28、0.41和0.57,试求三层板中较低的两层的单板效率Emv。&&操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下:&&x&0.26&0.38&&0.51&&Y&0.45&0.60&&0.72}

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