化工原理精馏

化工(hugng)原理-精馏第一页，共97页。混合物的别离是化工生产中的重要过程。混合物的别离是化工生产中的重要过程。混合物可分为非均相物系和均相物系。混合物可分为非均相物系和均相物系。非均相物系的别离主要依靠质点运动与液体流非均相物系的别离主要依靠质点运动与液体流 动原理实现别离。而化工中遇到动原理实现别离。而化工中遇到(y do)(y do)的的大多大多 是均相混合物。是均相混合物。均相物质不能采用均相物质不能采用 机械别离机械别离 的方法的方法 如乙醇与水如乙醇与水 别离条件是必须造成一个两相物系，然后依据别离条件是必须造成一个两相物系，然后依据 物系中不同组分间某种物性的差异，物系中不同组分间某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分从一相向使其中某个组分或某些组分从一相向 另一相转移，以到达别离的目的。另一相转移，以到达别离的目的。第一节第一节 概述概述(i sh)(i sh)第二页，共97页。化工生产中常见的传质过程化工生产中常见的传质过程(guchng)(guchng)有蒸馏、吸收、萃有蒸馏、吸收、萃取取 和枯燥等单元操作。和枯燥等单元操作。如：不同组分其挥发难易度不同，使易挥发组分如：不同组分其挥发难易度不同，使易挥发组分 在气相中富集，难挥发组分在液相中富集，在气相中富集，难挥发组分在液相中富集，直到到达直到到达(dod)(dod)气液平衡。气液平衡。第一节第一节 概述概述(i sh)(i sh)(1)质量传递过程传质过程：质量传递过程传质过程：由浓度差引起的物质在相际间的传质过程。由浓度差引起的物质在相际间的传质过程。1 1、定义、定义第三页，共97页。1、定义、定义 2 蒸馏：利用液体混合物中各组分挥发性的差异蒸馏：利用液体混合物中各组分挥发性的差异 而将组分别离的传质过程。为一次局部而将组分别离的传质过程。为一次局部 气化别离混合物；气化别离混合物；3 精馏：屡次局部汽化，屡次局部冷凝。精馏：屡次局部汽化，屡次局部冷凝。用浓度表示用浓度表示(biosh)组分的变化。组分的变化。易挥发组分：沸点低的组分，用易挥发组分：沸点低的组分，用A表示表示(biosh)，yA，xA 难挥发组分：沸点高的组分，用难挥发组分：沸点高的组分，用B表示表示(biosh)，yB，xB y与与x的关系无法确定，通常到达平衡时关系才确定的关系无法确定，通常到达平衡时关系才确定第一节第一节 概述概述(i sh)(i sh)第四页，共97页。1 通过蒸馏操作，可以直接获得所需要的产品，通过蒸馏操作，可以直接获得所需要的产品，而吸收和萃取还需要如其它组分；而吸收和萃取还需要如其它组分；2 蒸馏别离应用蒸馏别离应用(yngyng)较广泛，历史悠久；较广泛，历史悠久；3 能耗大，在生产过程中产生大量的气相或液相。能耗大，在生产过程中产生大量的气相或液相。第一节第一节 概述概述(i sh)(i sh)2、蒸馏、蒸馏(zhngli)别离的特点别离的特点第五页，共97页。第一节第一节 概述概述(i(i sh)sh)3 3、蒸馏、蒸馏(zhngli)(zhngli)的分的分类类第六页，共97页。第一节第一节 概述概述(i(i sh)sh)第七页，共97页。1简单蒸馏简单蒸馏 是间歇、不稳定的，要考虑到本钱、是间歇、不稳定的，要考虑到本钱、产率，需要产率，需要 进行进行 经济核算；经济核算；蒸发时，第一滴的浓度最高，随着蒸馏的进行，蒸发时，第一滴的浓度最高，随着蒸馏的进行，x减少，减少，y减少；减少；提高蒸馏浓度，可以提高蒸馏浓度，可以(ky)在设备的出口处加一局部在设备的出口处加一局部 冷凝器，难挥发组分就冷凝的多，可以冷凝器，难挥发组分就冷凝的多，可以(ky)提高产提高产 品的质量，但设备本钱增加。品的质量，但设备本钱增加。第一节第一节 概述概述(i(i sh)sh)第八页，共97页。混合液经加热器升温后液体温度高于分液器压强混合液经加热器升温后液体温度高于分液器压强 下的液体沸点，然后通过减压阀使其降压后进入下的液体沸点，然后通过减压阀使其降压后进入 别离器中，这时过热的液体混合物即被局部气化，别离器中，这时过热的液体混合物即被局部气化，平衡的气液两相在别离器中得到平衡的气液两相在别离器中得到(d do)别离，将别离器别离，将别离器 又称为闪蒸罐塔又称为闪蒸罐塔2闪蒸闪蒸 是一种单极是一种单极(dn j)的平衡操作，连续或间歇、稳定的平衡操作，连续或间歇、稳定的。的。例如例如(lr)：高压锅，冷却后才可以翻开：高压锅，冷却后才可以翻开第一节第一节 概述概述第九页，共97页。3精馏精馏(jn li)4特殊特殊(tsh)精馏：精馏：第一节第一节 概述概述(i(i sh)sh)屡次局部气化与冷凝的过程，可以使混合液得到屡次局部气化与冷凝的过程，可以使混合液得到 几乎完全别离，是常压下、连续、双组分的蒸馏；几乎完全别离，是常压下、连续、双组分的蒸馏；例如：苯例如：苯甲苯，乙醇甲苯，乙醇正丙醇，乙醇正丙醇，乙醇水水,110.8 ，空间结构不同空间结构不同,80.6)，参加萃取剂糠醛改变组分间的挥发度；参加萃取剂糠醛改变组分间的挥发度；第十页，共97页。5 5蒸发与蒸馏蒸发与蒸馏(zhngli)(zhngli)的区别的区别 蒸发蒸发A组分挥发，组分挥发，B组分不挥发，供热就别离；组分不挥发，供热就别离；蒸馏蒸馏A，B均挥发，存在均挥发，存在(cnzi)一个平衡关系！一个平衡关系！恒沸精馏恒沸精馏工业酒精的提纯，参加夹带剂苯，工业酒精的提纯，参加夹带剂苯，形成形成(xngchng)三元非均相恒沸液；三元非均相恒沸液；第一节第一节 概述概述第十一页，共97页。第二节第二节 两组分两组分(zfn)溶液的气液平衡溶液的气液平衡1-2-1 1-2-1 两组分两组分(zfn)(zfn)理想物系的气液平衡理想物系的气液平衡 相律是研究相平衡的根本规律。相律是研究相平衡的根本规律。表示平衡物系中自由度数、相数及独立表示平衡物系中自由度数、相数及独立(dl)(dl)组分组分 数间的关系，即：数间的关系，即：F=C P+2 F=C P+2 式中式中 F F 自由度数；自由度数；C C 独立独立(dl)(dl)组分数；组分数；P P 相数；相数；2 2 表示外界只有温度和压力这两表示外界只有温度和压力这两 个条件可以影响物系的平衡状态。个条件可以影响物系的平衡状态。一、相律一、相律第十二页，共97页。假设三个变量固定假设三个变量固定(t，P，x或或y)，那么该物系只有，那么该物系只有(zhyu)一个独立变量一个独立变量x 或或 y)，其它变量都是它，其它变量都是它的函数，那么两组分的气液平衡可以用一定压强下的函数，那么两组分的气液平衡可以用一定压强下的的tx(或或y)，及，及xy的函数关系或相图表示。的函数关系或相图表示。对于对于(duy)两组分的气液平衡物系，两组分的气液平衡物系，F=2 2+2=2 气液平衡中可以变化的参数有气液平衡中可以变化的参数有4个：个：t，P，x，y 第二节第二节 两组分两组分(zfn)溶液的气液平衡溶液的气液平衡第十三页，共97页。1 用饱和用饱和(boh)蒸气压和相平衡常数表示气液平衡关系蒸气压和相平衡常数表示气液平衡关系 二、两组分二、两组分(zfn)理想物系的气液平衡关系理想物系的气液平衡关系理想理想(lxing)物系：液相为理想物系：液相为理想(lxing)溶液、气相为理想溶液、气相为理想(lxing)气体的物系。气体的物系。遵循拉遵循拉乌尔定乌尔定律律遵循道遵循道尔顿定尔顿定律律拉乌尔定律拉乌尔定律：理想溶液中某组分的蒸汽压等于该组分：理想溶液中某组分的蒸汽压等于该组分 同温度同温度下的下的纯液体纯液体蒸汽压与蒸汽压与溶液中该组溶液中该组 分的摩尔分率分的摩尔分率的乘积。的乘积。第十四页，共97页。AP式中式中 溶液中组分溶液中组分(zfn)A 的蒸汽压；即溶液上方组分的蒸汽压；即溶液上方组分(zfn)A 的的 平衡分压，平衡分压，Pa；纯组分纯组分(zfn)A 的饱和蒸汽压，的饱和蒸汽压，Pa；组分组分(zfn)A 的液相摩尔分率；的液相摩尔分率；Ax0AP那么：那么：A 易挥发组分；易挥发组分；B 难挥发组分。难挥发组分。00AAAAPP xP x00(1)BBBBPP xPx二、两组分理想物系的气液平衡关系二、两组分理想物系的气液平衡关系第十五页，共97页。当溶液沸腾当溶液沸腾(fitng)时，溶液上方的总压等于各组分的蒸时，溶液上方的总压等于各组分的蒸 气压之和气压之和;00(1)ABABPPPP xPx000BABPPxPP00000AAABAAABPPPPPyxPPP PP当外压不太高时，平衡的气相可视为理想气体，当外压不太高时，平衡的气相可视为理想气体，遵循遵循(zn xn)道尔顿分压定律，即道尔顿分压定律，即 由拉乌尔定律表示由拉乌尔定律表示(biosh)的气液平衡的气液平衡关系关系K 为相平衡常数，并非常数，随温度而变。为相平衡常数，并非常数，随温度而变。AA AyK x1)用饱和蒸气压和相平衡常数表示气液平衡关系用饱和蒸气压和相平衡常数表示气液平衡关系第十六页，共97页。纯组分的饱和蒸气压与温度纯组分的饱和蒸气压与温度 t 的关系可由安托因的关系可由安托因 Antoine 方程方程(fngchng)计算或从手册中查计算或从手册中查式中式中 A、B、C 为组分的安托因常数为组分的安托因常数(chngsh)，可由有关，可由有关 手册查得。手册查得。0lnBPAt C 1)用饱和用饱和(boh)蒸气压和相平衡常数表示气液平衡关系蒸气压和相平衡常数表示气液平衡关系第十七页，共97页。2 用相对挥发用相对挥发(huf)度表示气液平衡关系度表示气液平衡关系 1 挥发挥发(huf)度度 对纯液体对纯液体(yt)，挥发度指该液体，挥发度指该液体(yt)在一定温度下的饱和蒸汽压在一定温度下的饱和蒸汽压 对混合液，各组分的挥发度可用它在蒸气中的分压和对混合液，各组分的挥发度可用它在蒸气中的分压和 与之平衡的液相中的摩尔分数之比表示，即与之平衡的液相中的摩尔分数之比表示，即0AAP0BBvPiiiPx 2 相对挥发度：溶液中易挥发组分的挥发度与相对挥发度：溶液中易挥发组分的挥发度与 难挥发组分难挥发组分 的挥发度之比，用的挥发度之比，用 表示。表示。/AAAAAA BBBBBBB AP xPyxy xvP xPyxy x 操作压强不高第十八页，共97页。相对挥发相对挥发(huf)度的数值可由实验测得度的数值可由实验测得对理想对理想(lxing)溶液：溶液：当温度当温度(wnd)变化时，两者的变化不大，一般可将变化时，两者的变化不大，一般可将 视为常数，计算时可取操作温度视为常数，计算时可取操作温度(wnd)范围内的范围内的平均值。平均值。00AABBPvP3 气液平衡方程气液平衡方程对于两组分溶液，当总压不高时，由于对于两组分溶液，当总压不高时，由于(1)=(1)ABBAy xyxy xy x1(1)xyax第十九页，共97页。3 气液平衡气液平衡(pnghng)方程方程1 1时，组分时，组分 A A 较较 B B 易挥发，可以易挥发，可以(ky)(ky)用蒸馏方用蒸馏方法别离。法别离。=1=1时，不能用普通蒸馏的方法时，不能用普通蒸馏的方法(fngf)(fngf)别离混合液。别离混合液。11时，挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作。时，挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作。a a 可作为混合液能否用蒸馏方法别离以及别离难易可作为混合液能否用蒸馏方法别离以及别离难易 程度的判据。程度的判据。气液平衡方程气液平衡方程1(1)xyax第二十页，共97页。三、两组分理想溶液的汽液平衡三、两组分理想溶液的汽液平衡(pnghng)相图相图 蒸馏操作通常蒸馏操作通常(tngchng)是在一定的外压下进行，溶液的平衡温度随是在一定的外压下进行，溶液的平衡温度随组成而变。溶液的平衡温度组成而变。溶液的平衡温度 组成图是分析蒸馏原理的根底。组成图是分析蒸馏原理的根底。1、温度、温度(wnd)组成组成(t x y 图图)第二十一页，共97页。温温度度Tx(y1)x 越大，易挥发组分越大，易挥发组分(zfn)的含量越高，泡点温度越低。的含量越高，泡点温度越低。y 越大，易挥发组分含量越大，易挥发组分含量(hnling)越高，露点温度越低。越高，露点温度越低。沸点沸点(fidin)露点泡点泡点1、温度、温度 组成组成(t x y 图图)第二十二页，共97页。2、x-y 图图 平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离(pinl)(pinl)对角线愈远，对角线愈远，表示该溶液愈易别离。表示该溶液愈易别离。第二十三页，共97页。1-2-2 两组分非理想两组分非理想(lxing)物系的气液平衡物系的气液平衡非理想溶液的平衡分压可用修正的拉乌尔定律非理想溶液的平衡分压可用修正的拉乌尔定律(dngl)(dngl)表示，即：表示，即：如：乙醇水，正丙醇水如：乙醇水，正丙醇水非理想溶液非理想溶液最低恒沸点最低恒沸点最高恒沸点最高恒沸点如：硝酸水，氯仿酮如：硝酸水，氯仿酮正偏差溶液正偏差溶液负偏差溶液负偏差溶液i i 11i i 1y n+1 y n y n+1，x n x n-1 x n r01q=0r0q 5、过热蒸汽进料、过热蒸汽进料那么，如何通过那么，如何通过q值画出提馏段操作线？值画出提馏段操作线？第五十五页，共97页。q线方程线方程(fngchng)确实确实定定1mmwLqFWyxxLqFWLqFW提馏段操作提馏段操作(cozu)线方程：线方程：在在x-y图上过点图上过点xW,xW，斜率，斜率(xil)LqFLqFWn存在的问题：存在的问题：1、斜率确定比较麻烦；、斜率确定比较麻烦；2、图上不能直接反映出进料热状况的影响、图上不能直接反映出进料热状况的影响n解决方法：通常先找出提馏段操作线与精馏段操作线的解决方法：通常先找出提馏段操作线与精馏段操作线的n 交点，将点交点，将点xW,xW与此交点相连即可得与此交点相连即可得n 提馏段操作线，提馏段操作线，n两操作线的交点轨迹是由两操作线的交点轨迹是由q、x、y变量组成的方程，变量组成的方程，称为称为q线方程线方程第五十六页，共97页。11Fxqyxqqq q线方程线方程(fngchng)(fngchng)意意义：义：精馏段和提馏段精馏段和提馏段操作操作(cozu)线线交点的轨迹方程交点的轨迹方程xD/(R+1)xDxFxWabcedq线方程线方程(fngchng)确实定确实定第五十七页，共97页。精馏段操作精馏段操作(cozu)线方程：线方程：精馏段原始精馏段原始(yunsh)的物料衡算的物料衡算方程：方程：1nnDLDyxxL DL D1111nnDRyxxRRDVyLxDx提馏段原始提馏段原始(yunsh)的物料衡的物料衡算方程：算方程：q线方程确实定线方程确实定WV yL xWx()()()DWVV yLL xDxWx两式相减，可得：两式相减，可得：=(q-1)FVV=qFLLDWFDxWxFx11Fxqyxqq在在 x-y 图上，该式为通过点图上，该式为通过点 x F，x F，斜率为，斜率为 ，截距为截距为 的直线方程。的直线方程。1Fxq1qq 或或第五十八页，共97页。1冷液进料冷液进料 LLFVV,FVttq线方程线方程(fngchng)确实确实定定R=r1q 0q-1q斜 率，在第一象限在第一象限2对于对于(duy)泡点进料泡点进料,FVttLLFVVR=r=1qq-1q 斜 率，垂线垂线3汽液混合物进料汽液混合物进料,FVtt LL qF (1)V Vq F R r01q0q-1q斜 率，在第二象限在第二象限第五十九页，共97页。LLVVF,FVtt4 对于饱和对于饱和(boh)蒸汽进料蒸汽进料q线方程线方程(fngchng)确实确实定定0r0q0q-1q斜率，位于水平线上，位于水平线上5过热过热(u r)蒸汽进料蒸汽进料,FVttLLVVF0r 0q 0q-1q斜 率，在第三象限在第三象限第六十页，共97页。提馏段操作提馏段操作(cozu)线的作法线的作法第六十一页，共97页。4-3 理论理论(lln)板层数的求法板层数的求法逐板计算法逐板计算法：气液平衡关系，操作：气液平衡关系，操作(cozu)线方程线方程y1=xD(全凝器全凝器)，泡点进料，泡点进料11得)1(1和由xxxyynnn精馏精馏(jn li)段段2D11得11和由yRxxRRyxnn直到直到 (泡点进料泡点进料)时，精馏段所需板数为时，精馏段所需板数为n-1，Fnxx 对其它进状况，应计算到对其它进状况，应计算到 (两操作线的交点两操作线的交点)qnxx 第六十二页，共97页。4-3 理论理论(lln)板层数的求法板层数的求法逐板计算法逐板计算法逐板计算法图示：逐板计算法图示：第六十三页，共97页。当计算得到的当计算得到的 时，那么第时，那么第 n 层板已是加料层板已是加料(ji lio)板。板。再往下计算，要用提馏段操作线方程，即再往下计算，要用提馏段操作线方程，即 mWxx当计算得到的当计算得到的 时，就停止计算。由于再沸器中的汽液时，就停止计算。由于再沸器中的汽液两相到达平衡两相到达平衡(pnghng)，所以再沸器相当于一块理论板，所以再沸器相当于一块理论板，因此总的理论板数就等于使用相平衡因此总的理论板数就等于使用相平衡(pnghng)方程的次数方程的次数减一。减一。nqxx2)提馏段提馏段第六十四页，共97页。4-3 理论理论(lln)板层数的求法板层数的求法逐板计算法逐板计算法第六十五页，共97页。4-3-2 理论理论(lln)板层数的求法板层数的求法图解法图解法步骤步骤(bzhu):(bzhu):1.画相平衡线和三条画相平衡线和三条(sn tio)操作线；操作线；2.作阶梯。作阶梯。第六十六页，共97页。图解法求理论图解法求理论(lln)板数的步骤：板数的步骤：建立平面直角坐标系建立平面直角坐标系 xOy。(2)在在 xOy 中画出平衡线，并中画出平衡线，并 作对角线。作对角线。(3)在在 xOy 中画出精馏段操作中画出精馏段操作 线、线、q 线和提馏段操作线。线和提馏段操作线。(4)从从 a 点开始，在精馏段操点开始，在精馏段操 作线与平衡线之间作直角作线与平衡线之间作直角 梯级梯级(tj)，当梯级，当梯级(tj)跨过跨过 d 点时，点时，那么改在提馏段操作线与平那么改在提馏段操作线与平 衡线之间作直角梯级衡线之间作直角梯级(tj)，直，直 至梯级至梯级(tj)的水平线到达或超的水平线到达或超 过过 c 点。点。第六十七页，共97页。每个梯级在平衡线上的顶点代表一层理论板，跨过每个梯级在平衡线上的顶点代表一层理论板，跨过 d 点点的顶点代表加料板，加料板顶点以上的顶点代表加料板，加料板顶点以上(yshng)的顶点数即为精馏段的的顶点数即为精馏段的理论板数，加料板顶点及其以下顶点数减一，即为提馏段的理论板数，加料板顶点及其以下顶点数减一，即为提馏段的理论板数。精馏段理论板数与提馏段理论板数之和为总理论理论板数。精馏段理论板数与提馏段理论板数之和为总理论板数。板数。水平线水平线 a1 表示液体经第一层板后组成自表示液体经第一层板后组成自 xD 减小到减小到 x 1。垂直线垂直线 11 表示蒸汽经第一层板后组成自表示蒸汽经第一层板后组成自 y2 增大到增大到 y1。所以点所以点 1 或梯级或梯级(tj)a11 代表一层理论板。代表一层理论板。图解法求理论图解法求理论(lln)板数说明：板数说明：第六十八页，共97页。4-4-1理论板数的计算理论板数的计算4-4-2回流回流(hu li)比的选择比的选择4-4-3加料热状况的选择加料热状况的选择4-4-4双组分精馏过程的其他类型双组分精馏过程的其他类型4-4 双组分精馏的设计双组分精馏的设计(shj)型计算型计算第六十九页，共97页。最适宜的加料位置，在该板上最适宜的加料位置，在该板上 ，(xq为两操作线交点的横为两操作线交点的横坐标坐标)此时此时(c sh)所需理论板数最少所需理论板数最少qxx 4-4-1 理论理论(lln)板数的计板数的计算算 最优加料位置最优加料位置(wi zhi)(wi zhi)确实定确实定第七十页，共97页。最优加料位置最优加料位置(wi zhi)(wi zhi)确实定确实定第七十一页，共97页。4-4-2 回流回流(hu li)比的比的选择选择两者均有利于传质两者均有利于传质(chun zh)，R ，V ，能耗，能耗NT ，R增加，操作增加，操作(cozu)线远离平衡线，线远离平衡线，NT减少减少第七十二页，共97页。v全回流全回流(hu li)与最小理论板数与最小理论板数D0，F0，W0R NT最少最少Nmin解析解析(ji x)法法Fenske Nmin确定确定(qudng)图解法图解法全回流应用全回流应用设备开工调试，或实验研究设备开工调试，或实验研究log)1)(1log(minWWDDxxxxN4-4-2 回流比的选择回流比的选择第七十三页，共97页。v最小回流最小回流(hu li)比比4-4-2 回流回流(hu li)比的比的选择选择恒浓区夹紧恒浓区夹紧(ji jn)区区R R减少，操作线近平衡线，传质推动力减少减少，操作线近平衡线，传质推动力减少R Rminmin，操作线交点落在平衡线，操作线交点落在平衡线(即即e)e)，传质，传质推动力为零推动力为零无穷多无穷多NNT TvR Rminmin的意义的意义图解图解法法vR Rminmin确定确定R RR RR Rminmin,可精馏操作可精馏操作解析法解析法eeeDminxyyxR1)1(11mineDeDxxxxR第七十四页，共97页。v操作操作(cozu)(cozu)费用与费用与R R关关系系操作费用：冷却操作费用：冷却(lngqu)器中冷却器中冷却(lngqu)剂量、再沸器中加热蒸气量剂量、再沸器中加热蒸气量(1)VLDRDDRD操作操作(cozu)费用与费用与R成正成正比比v设备费用与设备费用与R R关系关系设备费用：塔、再沸器、冷凝器尺寸设备费用：塔、再沸器、冷凝器尺寸v总费用与适宜总费用与适宜R R总费用最低时的总费用最低时的R为适宜为适宜R，一般为，一般为1.22Rminvv理论板数的简捷法理论板数的简捷法4-4-2 回流比的选择回流比的选择FqDRFqVV)1()1()1(第七十五页，共97页。4-4-3加料热状况加料热状况(zhungkung)的选择的选择RFxDxWx在在 、一定一定(ydng)的情况下的情况下qNT 提馏段斜率提馏段斜率(xil)操作线越接近平衡线操作线越接近平衡线精馏段斜率精馏段斜率V一定一定塔釜供热量不变塔釜供热量不变q因此，因此，热量尽可能从塔底输入热量尽可能从塔底输入，使所产生的汽相回流能在全塔，使所产生的汽相回流能在全塔中发挥作用；而中发挥作用；而冷量应尽可能施加于塔顶冷量应尽可能施加于塔顶，使所产生的液体，使所产生的液体回流能经过全塔而发挥最大的效能回流能经过全塔而发挥最大的效能FqVV）（1D不变不变RNT 第七十六页，共97页。4.5 4.5 双组分精馏双组分精馏(jn li)(jn li)的操作型计算的操作型计算4-5-1 4-5-1 精馏过程的操作精馏过程的操作(cozu)(cozu)型型计算计算4-5-2 4-5-2 精馏塔的温度分布和灵敏板精馏塔的温度分布和灵敏板第七十七页，共97页。4-5-14-5-1精馏精馏(jn li)(jn li)过程的操过程的操作型计算作型计算操作操作(cozu)(cozu)型计算的命型计算的命题题此类计算的任务此类计算的任务(rn wu)是在设备精馏段板数及全塔理论板是在设备精馏段板数及全塔理论板数已定的条件下，由指定的操作条件预计精馏操作的结果数已定的条件下，由指定的操作条件预计精馏操作的结果量为：量为：wD,xx操作型计算的特点：操作型计算的特点：试差迭代试差迭代 加料板位置或其它操作条件一般不满足最优化条件。加料板位置或其它操作条件一般不满足最优化条件。NmFxqRFD求：求：的变化的变化加料板位置加料板位置第七十八页，共97页。回流比增加对精馏回流比增加对精馏(jn li)结果的影响结果的影响4-5-14-5-1精馏过程的操作精馏过程的操作(cozu)(cozu)型计算型计算第七十九页，共97页。4-5-14-5-1精馏过程精馏过程(guchng)(guchng)的操作的操作型计算型计算注意注意(zh y)D/F规定规定(gudng)，R增加以提高增加以提高xD并非总是有效并非总是有效(1)xD的提高受全塔物料衡算的限制的提高受全塔物料衡算的限制xD的提高受精馏塔别离能力的限制的提高受精馏塔别离能力的限制(2)在回流比较小时，在回流比较小时，R xD ，xD受别离能力回流比的影受别离能力回流比的影响响在回流比较大时，在回流比较大时，xD受物料衡算受物料衡算的限制，的限制，R ,xD无明显变化无明显变化，xD取决于采出率取决于采出率D/F0.1,D/FmaxDFxxFDxxxFDF/,D/Fmax第八十页，共97页。采出率增加采出率增加(zngji)(zngji)对精馏结果的对精馏结果的影响影响 4-5-14-5-1精馏过程的操作精馏过程的操作(cozu)(cozu)型计算型计算第八十一页，共97页。进料组成变动进料组成变动(bindng)(bindng)的影响的影响 4-5-14-5-1精馏精馏(jn li)(jn li)过程的操过程的操作型计算作型计算第八十二页，共97页。4-5-2 4-5-2 精馏塔的温度分布精馏塔的温度分布(fnb)(fnb)和灵和灵敏板敏板精馏塔的温度精馏塔的温度(wnd)分分布布t=f(p,x)各板各板p,x不同不同(b tn)，因而精馏塔存在温度分布，因而精馏塔存在温度分布第八十三页，共97页。灵敏灵敏(ln mn)板板操作条件变动引起操作条件变动引起(ynq)温度变化最为显著的板温度变化最为显著的板 这些塔板的温度对外界干扰如回流比、进料组成发生这些塔板的温度对外界干扰如回流比、进料组成发生(fshng)波动等的反映最灵敏波动等的反映最灵敏4-5-2 4-5-2 精馏塔的温度分布和灵敏板精馏塔的温度分布和灵敏板第八十四页，共97页。FDWFFxDyWx总物料：易挥发组分：WFq令D则1-qFq为液化为液化(yhu)率率11Fxqyxqq对稳定对稳定(wndng)连续过程，连续过程，q为定值为定值xyxxFDF物料衡算式物料衡算式FxDFxDFy)1(第八十五页，共97页。加热器加热器:QF()pFc Tt忽略热损失，则 原料原料(yunlio)液减压降温，放出显热；液减压降温，放出显热；显热用于汽化局部物料产生气相潜热显热用于汽化局部物料产生气相潜热()peFc TtDr(1)Frq物料物料(w lio)热量衡算热量衡算1)ertTqq平衡蒸馏温度：（第八十六页，共97页。v d d时间内物料时间内物料(w lio)(w lio)衡算轻组分衡算轻组分dxxdWWydWWxxydxWdW积分积分(jfn)(jfn)xydxWWxx1221ln相平衡关系相平衡关系(gun(gun x)y=f(x)x)y=f(x)12212111lnln11lnxxxxWW：W，x+d:+d:蒸出蒸出dW、釜内液体组成下降量釜内液体组成下降量dx第八十七页，共97页。x xW Wy yD Dx xF Ft t11331 12 23 3D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W第八十八页，共97页。精馏精馏(jn li)段段塔上半部完成了上升蒸汽的精致，即除去塔上半部完成了上升蒸汽的精致，即除去(ch q)其中的难挥发组分其中的难挥发组分提馏段提馏段塔的下半部完成了下降液体塔的下半部完成了下降液体(yt)中难挥发组分的提浓，即除去了易挥中难挥发组分的提浓，即除去了易挥发组分发组分第八十九页，共97页。1*1mvnnnnyyyyE气相默弗里板效率气相默弗里板效率(xio(xio l)l)表达表达(biod)(biod)出实际板与理论板的出实际板与理论板的差异差异 TTENN全塔效率理论塔板数实际实际(shj)塔塔板数板数液相默弗里板效率液相默弗里板效率 *11n,mnnnnlxxxxE第九十页，共97页。条件条件(tiojin)：全回流：全回流yn+1=xn;全凝器全凝器y1=xD；气液平衡气液平衡(pnghng)关系关系推导推导(tudo)：1Dyx相平衡关系相平衡关系操作关系操作关系相平衡关系相平衡关系第第N为再沸器为再沸器log)/()log(minWBADBAxxxxN解析法解析法Fenske第九十一页，共97页。图解法确定图解法确定(qudng)Rmin(qudng)Rmin操作操作(cozu)(cozu)线与平衡线交点线与平衡线交点e(xe.ye)e(xe.ye)此时精馏此时精馏(jn li)段操作线的斜率段操作线的斜率eDeDminmin1xxyxRReeeDminxyyxR第九十二页，共97页。解析解析(ji x)(ji x)法确法确定定 RminRmineeeDminxyyxReeexxy)1(11)1(11mineDeDxxxxRFexx 1)1(11minFDFDxxxxRFeyy 11111minFDFDyxyxR1)泡点进料情况泡点进料情况(qngkung)，2)饱和饱和(boh)蒸汽进料蒸汽进料 两种特殊情况：两种特殊情况：理想溶液第九十三页，共97页。RRmin,NT，设备，设备(shbi)费用费用R略略Rmin,NT有限，设备有限，设备(shbi)费用费用有限有限R增加增加(zngji),NT继续减小，设备费用继续继续减小，设备费用继续减小减小R继续增加继续增加,NT减小幅度小，但减小幅度小，但V和和 增加，塔增加，塔径、换热设备尺寸增加，径、换热设备尺寸增加，设备设备费用反而增加费用反而增加V第九十四页，共97页。v简捷简捷(jinji)法特点：法特点：采用采用(ciyng)经验关联，简便，应用广泛，准经验关联，简便，应用广泛，准确性稍差，初步设计计算确性稍差，初步设计计算v简捷简捷(jinji)法法吉利吉利兰图兰图 曲线交点，确定曲线交点，确定N-Nmin/(N+1)由由R-Rmin/(R+1)确定横确定横坐标，交曲线坐标，交曲线全回流全回流，确定，确定N Nminmin确定确定N Nv简捷法应用条件：简捷法应用条件：组分数组分数211，五种进料状况，五种进料状况，Rmin理论板数的简捷法理论板数的简捷法第九十五页，共97页。谢谢(xi xie)大家！第九十六页，共97页。内容(nirng)总结化工原理-精馏。,80.6)，。如：乙醇水，正丙醇水。如：硝酸水，氯仿酮。中冷凝，冷凝液用多个罐子收集。同样(tngyng)塔底如果没有上升蒸汽返回精馏塔，那么塔底最下。L由L局部组成。4-3 理论板层数的求法逐板计算法。+d:蒸出dW、。R增加,NT继续减小，设备费用继续减小。曲线交点，确定N-Nmin/(N+1)。谢谢大家第九十七页，共97页。