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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,9.5双组分精馏的设计型计算,9.5.1理论板数的计算,9.5.2 回流比的选择,9.5.3 进料热状况的选择,9.5.4双组分精馏过程的其他类型,9.5双组分精馏的设计型计算 9.5.1理论板数的计算,1,用精馏方法分离乙烯-乙烷(常压泡点分别为-88.6，,-103.7）混合物。,已知,x,F,=0.78,(指乙烯的摩尔分数，下同)。要求：,试设计一板式精馏塔来完成上述设计任务。,目标:确定塔板类型、,实际塔板数,、塔径和塔板结构设计,要选择的变量：操作压力、回流比、加料热状态。,用精馏方法分离乙烯-乙烷(常压泡点分别为-88,2,9.5.1理论板数的计算,一、设计型计算的命题,根据规定的分离要求，选择精馏的操作条件，计算所需的理论板数。,规定分离要求：对塔顶、塔底产品的质量和数量（产率或回收率）提出一定的要求，即在,D,、,W,、,x,D,、,x,W,、,中规定任意2个条件。,9.5.1理论板数的计算 一、设计型计算的命题 根,3,二、逐板计算法,先考虑,操作压力、回流比、加料热状态均已知,时理论板数的计算。,假设塔顶冷凝器为全凝器，泡点回流，塔釜为间接蒸汽加热。,1.计算依据,相平衡方程：,理想溶液,精馏段操作方程：,提馏段操作方程：,精馏段与提馏段交点坐标,(1),(2),(3),二、逐板计算法 先考虑操作压力、回流比、加料,4,(1),(2),(3),使用相平衡方程的总次数，就是总理论板数。,冷凝器类型,塔板数,塔顶为全凝器,n(包括塔釜),n-1(不包括塔釜),塔顶为分凝器,n-1(包括塔釜),n-2(不包括塔釜),(1)(2)(3)使用相平衡方程的总次数，就是总理论板数。冷,5,三、图解法,1、绘对角线,2、绘相平衡曲线,3、绘精馏段操作线,4、绘提馏段操作线,5、绘直角梯级 从a点开始，在精馏段操作线与平衡线之间作水平线及垂直线，当梯级,首次跨过d点,时，则改在提馏段操作线与平衡线之间作直角梯级，直至梯级的水平线达到或跨过c点为止。其中,过d点的梯级为加料板,，最后一个梯级为再沸器。,三、图解法 1、绘对角线,6,四、最优加料位置的确定,1.加料位置的体现？,2.设计型计算时加料位置的改变会不会影响操作线的位置？,不会。,图解法中，更换操作线；,逐板计算法中更换精馏段操作方程。,3.加料位置是否可任选？,不能，必须在pm之间。,加料过早或过晚，都会使某些梯级的增浓程度减少而使理论板数增加。,4.分离要求不变，改变加料位置对塔板数的影响？,四、最优加料位置的确定 1.加料位置的体现？,7,加料位置偏高：馏出液难挥发组分含量偏高。,5.总板数不变，改变加料位置偏低或偏高对分离要求的影响？,表现：釜残液与馏出液不能同时达到规定的分离要求。,加料位置偏低：釜残液易挥发组分含量偏高。,6.最优加料位置,该板的液相组成,x,等于或略低于,x,q,的板作为加料板。,加料位置偏高：馏出液难挥发组分含量偏高。5.总板数不变，,8,9.5.2 回流比的选择,一、,全回流,(R=),与最少理论板数Nmin,1.全回流的特点,不加料,，也不出料。F=0,D=0,W=0,R=L/D=L/0=.两操作线合二为一且与对角线重合。,两板之间任一截面上，上升蒸汽组成,y,n+1,与下降液体组成,x,n,相等,全回流时操作线和平衡线的距离最远，因此达到指定分离程度所需的理论板数最少，以,N,min,表示。,9.5.2 回流比的选择 一、全回流(R=)与最少理论板数,9,2.最少理论板数,N,min,的求法,图解法。,该法繁琐，但对理想溶液和非理想溶液均适用。,2.最少理论板数Nmin的求法 图解法。该法繁琐，但,10,芬斯克（Fenske）方程法,待分离物系：理想溶液,相平衡方程,操作方程,自塔顶开始计算,芬斯克（Fenske）方程法 待分离物系：理想溶液相平衡,11,12,令,（包括塔釜）,二元精馏,（包括塔釜）,3.应用,开工、调试、实验研究及一些特殊的场合,例1：,操作中当生产中因意外而产生低于纯度要求的产品时，进行一定时间的全回流，能较快地达到操作正常；,例2：,在实验中测定塔的分离效能（塔板效率等）或实验室研究的目的是得到几滴极高纯度的产品,令（包括塔釜）二元精馏 （包括塔釜）3.应用 开,13,二、回流比的选择,1 技术限制存在最小回流比,R,min,前提：,分离要求,x,D,、,x,W,，加料组成,x,F,、加料热状态,q,、物系的相平衡关系已知。,分析：,当回流比自全回流逐渐减小的过程中会发生什么现象，回流比能否降至零？,理想溶液,两操作线的交点只能落在ef线段上,交点为e时,R=,交点为f时,R=Rmin,恒浓区:,在e点上下塔板无增浓作用，所以此区称为恒浓区（或称挟紧区），,e点称为,挟紧点,二、回流比的选择 1 技术限制存在最小回流比Rmin,14,x,e,、,y,e,泡点进料,q,=1，,x,e,=,x,F,露点进料,q,=0，,y,e,=,x,F,xe、ye泡点进料 q=1，xe=xF 露点进料 q=0，y,15,非理想体系,平衡线没下凹，如甲醇水溶液,x,e,y,e,平衡线有凹，如乙醇水溶液,非理想体系 平衡线没下凹，如甲醇水溶液xe平衡线有凹，如,16,最小回流比的特点：,完成分离要求所需理论板数为无穷大。,最小回流比：,对规定的分离要求，特定的加料组成与加料热状态，平衡线已定的情况下，回流比从无穷大减小的过程中，首次出现挟紧点时的回流比。,影响最小回流比的因素：,分离要求、物系的汽液相平衡、加料热状况,最小回流比的特点：完成分离要求所需理论板数为无穷大。,17,2.经济优化存在最优回流比,比较基准：,F,、,x,F,、,q,、,x,D,、,x,W,相同,结论：,R,，操作费用增加,R,冷凝器,Q,c,Q,b,再沸器,操作费用,回流比对费用的影响,2.经济优化存在最优回流比 比较基准：F、xF、q、x,18,设备费用,精馏段,R,(L/V),提馏段,操作线远离平衡线,操作线远离平衡线,设备费用精馏段R(L/V)提馏段操作线远离平衡线操作,19,最适宜回流比应通过经济衡算来决定，即按照操作费用与设备折旧费用之和为最小的原则来确定,R,塔板数下降，设备费用降低。,结论：,最适宜回流比,最适宜回流比应通过经济衡算来决定，即按照操作费,20,通常适宜回流比可取最小回流比的(1.12.0)倍，即,近年，由于能源紧张，其倍数有降低的趋势，甚至可小至1.05倍。,三适宜回流比的选择,通常适宜回流比可取最小回流比的(1.12.0)倍，即,21,四理论塔板数的捷算法,将已有的实验数据以,作图。,对,2.Gilliland关联图,8种物系在广泛的精馏条件下，由逐板计算得到的结果：组分数目211,加料热状况包括过冷至过热等5种情况，Rmin为0.537.0；组分间的相对挥发度为1.264.05；理论板层数为2.443.1。,1.思路,吉利兰关联图的依据：,吉利兰关联图可用于两组分和多组分精馏的计算。对甲醇-水一类非理想物系也可适用，但其条件应尽量与上述条件相似。,3.应用,四理论塔板数的捷算法 将已有的实验数据以作图。对2.Gil,22,适用条件：,适用条件：,4吉利兰关联式,适用条件：适用条件：4吉利兰关联式,23,9.5.3 进料热状况的选择,讨论前提：,处理量,、,x,F,及分离要求,x,D,、,x,W,不变,一、R不变时,q,对过程的影响,q即进料前原料经过预热和部分汽化,结论:,R,不变,q,塔板数增加,总结论：,在总供热量不变的情况下，热量尽可能自塔低输入。,9.5.3 进料热状况的选择 讨论前提：处理量、xF及分离,24,二、,q,即进料前原料经过预热和部分汽化,这是以增加热耗为代价的。,不变时,q,对过程的影响,提馏段,不变,结论:,不变,q,塔板数减小,二、q即进料前原料经过预热和部分汽化 这是以增加热耗为代价,25,三、加料状态的选择依据,1.一般而言，在热耗不变的情况下,热量应尽可能在塔底输入,冷量应尽可能施加于塔顶,2.前道工序的来料状态就是进料状态,3.工业上有时采用热态甚至汽态进料的原因,减少塔釜的加热量。尤其是塔釜温度过高，物料易产生聚合或结焦的情况。,三、加料状态的选择依据 1.一般而言，在热耗不变的情况下热,26,9.5.4双组分精馏过程的其他类型,一、直接蒸汽加热,操作前提：,1、物料中有水,2、水是重组分，从塔釜出去,特殊点:,(,x,w,0),9.5.4双组分精馏过程的其他类型 一、直接蒸汽加热 操作前,27,二、多股进料,1 应用场合,两种成分相同但浓度不同的料液,2.过程的数学描述(以两股进料为例),二、多股进料1 应用场合 两种成分相同但浓度不同的料液 2,28,段,段,段,段段段,29,回流比,R,减小，三条操作线均向平衡线靠拢。当,R,减小至某个值时，挟点可能出现在-两段操作线的交点,e,1,处，也可能出现在-两段操作线的交点,e,2,处。对非理想性很强的物系，挟点也可能出现在某个中间位置，,先出现挟点时的回流比为最小回流比,。,最小回流比,R,min,回流比R减小，三条操作线均向平衡线靠拢。当R减,30,三、侧线出料,有侧线出料时操作线斜率通常，在最小回流比,R,min,时，挟点一般出现在,q,线与平衡线交点处。,三、侧线出料 有侧线出料时操作线斜率通常，在,31,四、回收塔（提馏塔）,从第一块板加料，无精馏段，无回流，下降的液体由进料提供。,一般用于回收稀溶液中的易挥发组分。,加料情况：,冷液或泡点进料。,操作线方程,四、回收塔（提馏塔）从第一块板加料，无精馏段，无回流，,32,塔板数求取,从,y,1,=,x,D,的,a,点作为起点开始作梯级。,注意：,a,点只是操作线上的一特殊点，并无物理意义，并不表示第一板上方的汽液浓度间的操作关系。因回收塔的操作线不适用于第一板的上方截面。,塔板数求取从y1=xD的a点作为起点开始作梯级。注意：,33,最大可能获得的馏出液含量,x,Dmax,(以泡点加料为例),最大可能获得的馏出液含量xDmax(以泡点加料为例),34,
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