资源描述
连续精精馏的流程及回流比的流程及回流比精精馏段段提提馏段段进料料F塔板塔板12全凝器全凝器馏出液出液D回回馏液液L进料板料板蒸气蒸气V馏残液残液WF,D,V,L,W均均为摩摩尔流量流量mol/s1.精精馏流程流程图：精精馏塔塔再沸器再沸器FeedDistillateWasterVmol/h1连续精馏的流程及回流比精馏段提馏段进料F塔板12全凝器馏出液、组成：塔体、塔板（填料）、再沸器、冷凝器。塔底温度最高，越往上温度越低，塔顶温度最低。越往上易挥发组分含量越高，越往下难挥发组分含量越高。离开塔板的气液两相达到平衡状态且液相组成均匀一致时，该塔板称为理论板。、温度分布规律：、气液组成的变化规律；、理论板 化工厂中的精化工厂中的精馏操作是在直立操作是在直立圆形的精形的精馏塔内塔内进行的。塔内行的。塔内装有若干装有若干层塔板或充填一定高度的填料。尽管塔板的型式和填料塔板或充填一定高度的填料。尽管塔板的型式和填料的种的种类很多，但很多，但塔板上液塔板上液层和填料表面都是气液两相和填料表面都是气液两相进行行热交交换和和质交交换的的场所所。2、组成：塔体、塔板（填料）、再沸器、冷凝器。塔底温度最高，板式塔板式塔3板式塔32.回流比回流比R 回流液流量与回流液流量与产品流量之比称品流量之比称为回流比，回流比，即：即：R=L/D而而V=L+D或或V=RD+D=（R+1）D稳定操作定操作时V不不变。R 增加，增加，D 下降；下降；当当D=0 时，无，无产品采出，品采出，而此而此时 R=称称为全回流全回流。D mol/sV mol/sL mol/s42.回流比R 回流液流量与产品流量之比称为回流比，第四第四节 精精馏过程的物料衡算和塔板数的程的物料衡算和塔板数的计算算一一、前提条件、前提条件1.塔身塔身对外界是外界是绝热的，即没有的，即没有热损失。失。2.回流液由塔回流液由塔顶冷凝器供冷凝器供给，其，其组成与塔成与塔顶产品相同；回流液的温度品相同；回流液的温度为泡点温度。泡点温度。3.恒摩恒摩尔流假流假设：精：精馏段从上而下，液体流量均段从上而下，液体流量均为 L mol/s，上升的，上升的蒸汽流量均蒸汽流量均为V mol/s；提；提馏段从上而下，液体流量均段从上而下，液体流量均为L mol/s，上升，上升的蒸汽流量均的蒸汽流量均为V mol/s。4.塔内各塔板均塔内各塔板均为理理论板，即离开板，即离开该塔板的气、液两相均达到相平衡状塔板的气、液两相均达到相平衡状态。5第四节 精馏过程的物料衡算和塔板数的计算一、前提条件5二、物料衡算与操作二、物料衡算与操作线方程方程F xF12DxDWxw总物料：物料：F=D+W轻组分：分：F xF=DxD+WxW通常通常F,xF,xD,xW 已知，已知，将上述两式将上述两式联解得：解得：则：W=F-D1.全塔物料衡算全塔物料衡算L塔塔顶易易挥发组分回收率分回收率塔釜塔釜难挥发组分回收率分回收率6二、物料衡算与操作线方程F xF12DxDWxw总物料：F 将将5000kg/h含正戊含正戊烷0.4(摩摩尔分率分率)的正戊的正戊烷正己正己烷混合液混合液在在连续精精馏塔内分离，塔内分离，馏出液含正戊出液含正戊烷0.98，釜液含正戊，釜液含正戊烷不高不高于于0.03，求，求馏出液、釜液的流量及塔出液、釜液的流量及塔顶易易挥发组分的回收率。分的回收率。解解：正戊正戊烷 M=72 正己正己烷 M=86MF=0.472+0.686 =80.4F=5000/80.4 =62.2 kmol/h D=24.6 2 kmol/hW=37.62 kmol/h7 将5000kg/h含正戊烷0.4(摩尔分率)2.精精馏段物料衡算和精段物料衡算和精馏段操作段操作线方程方程12nn+1L,xnV,yn+1D xD 总物料：物料：V=L+D轻组分：分：上式移上式移项有：有：将将总物料衡算式代入得：物料衡算式代入得：精精馏段操段操作作线方程方程F *精精馏段操作段操作线方程的意方程的意义：在一定的操作条件下，从任一塔板（在一定的操作条件下，从任一塔板（n）向）向下流的液体下流的液体组成成xn与相与相邻的下一的下一块塔板（塔板（n+1）上升蒸汽上升蒸汽组成成y n+1之之间的关系。的关系。VL82.精馏段物料衡算和精馏段操作线方程12nn+1L,精精馏段操作段操作线：得交点得交点:A(xD,xD)联解解:A(xD,xD)xyC1.01.00精精馏段操作段操作线9精馏段操作线：得交点:A(xD,xD)联解:A(例例 氯仿和四仿和四氯化碳的混合液在化碳的混合液在连续精精馏塔内塔内分离，要求分离，要求馏出液出液氯仿仿浓度度为0.95(摩摩尔分率分率)，流，流量量为50kg/h，顶为全凝器，平均相全凝器，平均相对挥发度度为1.6，回流比，回流比为2。求求(1)由上向下数第一由上向下数第一块塔板下降的液体塔板下降的液体组成成;(2)第二第二块塔板上升蒸气塔板上升蒸气组成。成。(3)精精馏段各板上升蒸气量及下降的液体量段各板上升蒸气量及下降的液体量;10例 氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔内10解：解：(1)y1=xD=0.95(2)11解：(1)y1=xD=0.95(2)11(3)V=(R+1)D=(2+1)50=150kg/h M氯访=119.35kg/kmol M四四氯化碳化碳=153.8kg/kmol Mm=0.95119.35+0.05153.8=121.1kg/kmol V=150/121.1=1.24kmol/h L=RD=250=100kg/h L=100/121.1=0.826kmol/h12(3)V=(R+1)D=(2+1)50=3.提提馏段物料衡算和提段物料衡算和提馏段操作段操作线方程方程FV,ym+1(L),xmmm+1WxW总物料：物料：L=V+W轻组分：分：将上式移将上式移项，恒等，恒等变形得：形得：提提馏段操作段操作线方程方程133.提馏段物料衡算和提馏段操作线方程FV,ym+1(L提提馏段操作段操作线：联解：解：得交点：得交点：B（xW,xW）B(xW,xW)xy1.01.00提提馏段操作段操作线14提馏段操作线：联解：得交点：B（xW,xW）B(xW,其中：其中：表示表示单位位馏出液所需要的出液所需要的进料量；料量；略去下略去下标：泡点泡点进料料总物料：物料：L+F=V+W轻组分：分：将上式移将上式移项，恒等，恒等变形得：形得：FV,ym+1(L+F),xmmm+1WxW15其中：表示单位馏出液所需要的进料量；略去下标：泡点进料总物料 1、进料料热状状态参数参数五种五种进料料热状状态11）冷液）冷液进料料;22）泡点）泡点进料（料（饱和液体和液体进料）料）;33）气液混合物）气液混合物进料料;44）露点）露点进料（料（饱和气体和气体进料）料）;55）过热蒸气蒸气进料。料。4.进料料热状状态的影响和的影响和q线方程方程令令进料料时的液相所占的分率的液相所占的分率为q，则提提馏段操作性方程段操作性方程为：16 1、进料热状态参数4.进料热状态的影响和q线方程令进料q表示表示单位位进料量所引起的提料量所引起的提馏段与精段与精馏段下降液体流量之差段下降液体流量之差值1、冷液、冷液进料料q12、泡点、泡点进料料q=1 3、气液、气液进料料1q0 4、露点、露点进料料 q=0 因因进料温度料温度tF低于泡点低于泡点tb，使提，使提馏段上升蒸气部分冷凝，冷段上升蒸气部分冷凝，冷凝量凝量为V-V，放出冷凝，放出冷凝热，将，将进料料F加加热到泡点。到泡点。热量衡算：量衡算：r-进料在料在tb时的摩的摩尔汽化汽化热，kJ/kmol-温度温度为 时的的进料液体摩料液体摩尔热容，容，kJ/(kmol.K)17q表示单位进料量所引起的提馏段与精馏段下降液体流量之差值1、5、过热蒸气蒸气 q0 因因进料温度料温度tF高于露点高于露点td，进塔后由塔后由进料温度降至露点，放料温度降至露点，放出出热量，使精量，使精馏段下降液体部分气化，气化量段下降液体部分气化，气化量为L-L。热量衡量衡算：算：r-进料在料在td时的摩的摩尔汽化汽化热，kJ/kmol-温度温度为 时的的进料液体摩料液体摩尔热容，容，kJ/(kmol.K)185、过热蒸气 q0 因进料温度tF高2、q 线方程方程(加料板操作加料板操作线方程方程)q 线方程方程应为精精馏段操作段操作线与提与提馏段操作段操作线的交的交点点轨迹坐迹坐标方程方程.精精馏段操作段操作线方程方程 提提馏段操作段操作线方程方程F(1-q)y=Fq x-(W xW +D xD)W xW +D xD F xF(q 1)Fy=q Fx-F xF192、q 线方程(加料板操作线方程)q 线方程应为精馏段操作线加料板操作加料板操作线(q线)1、冷液、冷液进料料q12、泡点、泡点进料料q=1 3、气液、气液进料料1q0 4、露点、露点进料料 q=05、过热蒸气蒸气 q020加料板操作线(q线)1、冷液进料 q12、泡点进料 相平衡相平衡线和三条操作和三条操作线的关系的关系21相平衡线和三条操作线的关系21例：在例：在连续精精馏操作中，原料液于泡点操作中，原料液于泡点进入，已知入，已知 操作操作线方程如下：方程如下：精精馏段：段：y=0.75 x+0.24提提馏段：段：y=1.32 x-0.016求：求：xd,xW,xF 及及 R。精精馏段操作段操作线方程方程为：比比较对应项得：得：解得：解得：解得：解得：解：解：22例：在连续精馏操作中，原料液于泡点进入，已知 由由图解法可知，提解法可知，提馏段操作段操作线与与对角角线的交点的交点B(xW,xW),于是：于是：y=1.32 x-0.016y=x 解得：解得：xW=0.05 精精馏段操作段操作线与提与提馏段操作段操作线的交点的交点 在泡点在泡点进料料线 x=xF 上，故：上，故：y=0.75 x+0.24y=1.32 x-0.016解得：解得：xF=0.4423 由图解法可知，提馏段操作线与对角线的交点B 三、理三、理论塔板数的塔板数的计算算理理论塔板：离开塔板：离开该塔板的气液两相达到相平衡；塔板的气液两相达到相平衡；理理论塔板数塔板数NT：完成生完成生产任任务所需要的理所需要的理论塔板塔板总数；数；24三、理论塔板数的计算理论塔板：离开该塔板的气液两相达到相平衡1.逐板法逐板法以以 P 表示表示以以 T 表示表示以以 J 表示表示已知：已知：生生产任任务，即，即进料速率料速率F；分离要求，即分离要求，即产品的品的质量量标准；准；塔塔顶产品的品的质量量 xD 塔釜塔釜产品的品的质量量 xW251.逐板法以 P 表示以 T 表示以 J 表示已知：生产由：由：xDy1全凝器全凝器x1y2x2y3xnxFy1JPPJPP因因为精精馏段理段理论塔板数塔板数（n-1）块；由：由：xny1x1y2xmxWTPTPP提提馏段理段理论塔板数塔板数为：(m-1)块（不含再沸器）（不含再沸器）精精馏段：段：提提馏段：段：全塔：全塔：NT=（m+n-1）块26由：xDy1全凝器x1y2x2y3xnxFy1JPPJP例：例：一相一相对挥发度度为2.00的理想双的理想双组分溶液用精分溶液用精馏分离，塔内上升的蒸气分离，塔内上升的蒸气流量流量为90.0kmol/hr，塔，塔顶产品流量品流量为30.0kmol/hr，泡点，泡点进料，料，xD=0.95，试求离开第二求离开第二块理理论板的液相板的液相组成成x2。y1y2x1x2VLD xD12V=90.0kmol/hrD=30.0kmol/hrL=V D=60.0kmol/hrR=L/D=60/30=2精精馏段操作段操作线方程：方程：即：即：y=0.667 x+0.317.(1)解：解：=2.00F27例：一相对挥发度为2.00的理想双组分溶液用精馏分离，塔内上气液相平衡关系：气液相平衡关系：(2)由由 xD=y1=0.95 代代(2)得得 x1=0.904将将 x1=0.904 代代(1)得得 y2=0.920将将 y2=0.920 代代(2)得得 x2=0.85228气液相平衡关系：(2)由 xD=y1=2.图解法求理解法求理论塔板数塔板数作作图步步骤如下：如下：a.作气液作气液组成成图，即，即 x-y 相相图；b.作精作精馏段操作段操作线；c.作作进料料线；d.作提作提馏段操作段操作线；e.从从 A 点（点（xD）开始，在平衡）开始，在平衡线和操作和操作线之之间画梯画梯级，当梯当梯级跨跨过进料料线时，应交在提交在提馏段操作段操作 线上，上，直到梯直到梯级越越过 B（xW）点）点为止；止；f.梯梯级数即数即为 NT（含再沸器）。（含再沸器）。292.图解法求理论塔板数作图步骤如下：29632112547891030632112547891030 四、回流比四、回流比对精精馏的影响的影响 实际回流比的确定回流比的确定1.全回流全回流D=0 全回流全回流2.最小回最小回馏比比 当当R逐逐渐减小，直到三减小，直到三线交点落在平衡交点落在平衡线上上时，此此时，回流比，回流比为最小回流比，以最小回流比，以Rmin表示。表示。31 四、回流比对精馏的影响 实际回流比的确定1.全回流求最小回流比的方法求最小回流比的方法:A 作作图法法32求最小回流比的方法:32B 解析法解析法3.实际回流比的确定回流比的确定R=（1.3 2.0）Rmin33B 解析法3.实际回流比的确定R=（1.3 2.0例：在精例：在精馏塔中，已知塔中，已知xD=0.8，xf=0.4，a=2，q=0.5，求，求Rmin值得到：得到：解：最小回流比操作解：最小回流比操作时，q线方程，平衡方程，平衡线方程和操作方程和操作线方方程交于一点，程交于一点，该点的坐点的坐标记为（xe,ye）34例：在精馏塔中，已知xD=0.8，xf=0.4，a=2，q=五、捷算法求取理五、捷算法求取理论塔板数塔板数1）全回流的最小理）全回流的最小理论板数板数全回流：全回流：D=0 F=0 W=0 R=芬斯克公式推芬斯克公式推导35五、捷算法求取理论塔板数1）全回流的最小理论板数芬斯克公式推3636 芬斯克公式的使用条件芬斯克公式的使用条件:1.全回流全回流 2.全凝器全凝器 3.理想溶液理想溶液计算精算精馏段的最少理段的最少理论塔板数及加料板位置塔板数及加料板位置:芬斯克公式芬斯克公式 37 芬斯克公式的使用条件:芬斯克公式 372)理理论板的板的简捷捷计算算吉利吉利兰图应用条件：用条件：1、组分数：分数：2-112、进料料热状状态：五种：五种3、最小回流比：、最小回流比：0.53 7.04、相、相对挥发度度:1.26 4.055、理、理论板数：板数：2.4 43.1计算算NmRm R 横坐横坐标作垂作垂线 交点交点水平水平线交交纵坐坐NRmin，最小回流比，最小回流比R，操作回流比，操作回流比Nmin，全回流，全回流时的最少理的最少理论板数板数N，操作回流比，操作回流比时的理的理论板数板数382)理论板的简捷计算吉利兰图应用条件：计算NmRm R理理论塔板：离开塔板：离开该塔板的气液两相达到相平衡；塔板的气液两相达到相平衡；理理论塔板数塔板数NT：完成生完成生产任任务所需要的理所需要的理论塔板塔板总数；数；实际塔板：塔板：实际生生产中的塔板；中的塔板；实际塔板数塔板数NP：实际生生产中的塔板中的塔板总数；数；全塔效率全塔效率 ：双双组分：分：六、六、塔板效率及其影响因素塔板效率及其影响因素39理论塔板：离开该塔板的气液两相达到相平衡；理论塔板数NT：完单板效率板效率（1）气相莫弗里板效率（）气相莫弗里板效率（EMG）40单板效率（1）气相莫弗里板效率（EMG）40（2）液相莫弗里板效率（）液相莫弗里板效率（EML），如如图所示。所示。41（2）液相莫弗里板效率（EML），如图所示。41影响塔板效率的主要因素影响塔板效率的主要因素1.蒸气速度蒸气速度2.液体速度液体速度3.塔板上存液量塔板上存液量4.塔板上液流流程塔板上液流流程长度度5.气液两相的物理性气液两相的物理性质6.操作条件：温度、操作条件：温度、压强以及回流比等以及回流比等42影响塔板效率的主要因素蒸气速度42
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