化工原理下1-3-精馏的物料衡算(课堂PPT)课件.ppt

1、1.全塔物料衡算2.精馏段物料衡算3.提馏段物料衡算4.加料板物料衡算双组分连续精馏塔的双组分连续精馏塔的物料衡算物料衡算1yV全全凝凝器器DxDWyVWxW水蒸气水蒸气冷凝水冷凝水L1.5 1.5 双组分连续精馏计算双组分连续精馏计算1.1.理论板的概念理论板的概念理论板：离开塔板的蒸气和液体呈平衡的塔板。nnxny1 nynnnxxy)1(1 1.5.1 1.5.1 理论板的概念及恒摩尔流假定理论板的概念及恒摩尔流假定2.2.恒摩尔流假设恒摩尔流假设1）恒摩尔气化）恒摩尔气化V1= V2= V3 = = VV1= V2= V3 = = V2）恒摩尔溢流）恒摩尔溢流L1 = L2= L3 =

2、 = LL1 = L2 = L3 = =LVVF LL加料板加料板1、各组分的摩尔潜热相同、各组分的摩尔潜热相同;2、因温度不同、因温度不同,气液接触交换的显热可忽略气液接触交换的显热可忽略;3、保温良好。、保温良好。恒摩尔流假设的条件恒摩尔流假设的条件1.1.全塔物料衡算全塔物料衡算全塔物料衡算:F = D + W全塔轻组分物料衡算F xF = D xD+ W xW塔顶易挥发组分回收率= D xD / (F xF)塔釜难挥发组分回收率 FxFDxDLWxW)1(WxW FD/ 采采出出率率)1(FxF 1.5.2 1.5.2 物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程思考思考为什么不再对重组分

3、进行物料衡算？为什么不再对重组分进行物料衡算？答：由于答：由于xB=1-xA，并不是独立的，并不是独立的， 对重组分物料衡算所得的方程：对重组分物料衡算所得的方程： F (1-xF) = D(1- xD)+ W (1-xW) 可由可由F = D + W 与 F xF = D xD+ W xW 相减得出相减得出课本例课本例4 4P18P18质量分率化为摩尔分率质量分率化为摩尔分率摩尔分率化为质量分率摩尔分率化为质量分率XG表示轻组分的质量分率表示轻组分的质量分率BGAGAGMxMxMxx/ )1 (/BAAGMxxMxMx)1 ( 例题例题1:1:将将5000kg/h5000kg/h含正戊烷含正

4、戊烷0.4(0.4(摩尔分率摩尔分率) )的正戊烷正的正戊烷正己烷混合液在连续精馏塔内分离己烷混合液在连续精馏塔内分离, ,馏出液含正戊烷馏出液含正戊烷0.98,0.98,釜液含正戊烷不高于釜液含正戊烷不高于0.03,0.03,求馏出液、釜液的流量及塔求馏出液、釜液的流量及塔顶易挥发组分的回收率。顶易挥发组分的回收率。解：解：正戊烷正戊烷 M = 72 正己烷正己烷 M = 86M MF F= =( ( 0.40.472+0.672+0.686)86) = 80.4 g/molF = (5000 / 80.4) = 62.2 kmol/h D =24.6 2 kmol / hW=37.62 k

5、mol / h98. 06 .24 WDF WD2 .62WD03. 098. 04 . 02 .62 WDfWxDxFx 4 . 02 .62 %97 2.2.精馏段物料衡算及操作线方程精馏段物料衡算及操作线方程精馏段总物料衡算V = L+D精馏段轻组分物料衡算V yn+1=Lxn + D xDV=L+DDxDLn1V1ny1y1xnxnyLVDnnxDLDxDLLy 1DnnxDDDLDDxDDDLDLy/1 * 精馏段操作线方程的意义精馏段操作线方程的意义： 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）向下流的液体组成下流的液体组成xn与相邻的下一块塔板（与相

6、邻的下一块塔板（n+1）上升蒸汽组成上升蒸汽组成y n+1之间的关系。之间的关系。 L = R D V = L+ D =（R + 1）DDnnxDDDLDDxDDDLDLy/1 )( /回流比令RDL111RxxRRyDnn思考思考1）精馏线）精馏线 的推导所用到的前提条件是什么？的推导所用到的前提条件是什么？答：恒摩尔流假设；答：恒摩尔流假设；稳态操作；稳态操作；无化学反应；无化学反应；（与气液是否达到平衡无关！）（与气液是否达到平衡无关！）DnnxDLDxDLLy 1思考思考2）精馏线）精馏线 的推导进一步用到的前提条件是什么？的推导进一步用到的前提条件是什么？答：泡点回流答：泡点回流（使

7、塔内的回流（使塔内的回流L内内与塔外液相回流相等，即与塔外液相回流相等，即L内内L外外，如果没有特别说明，如果没有特别说明，L一般指的是外回流，一般指的是外回流，而精馏线方程中的而精馏线方程中的L应按内回流算。）应按内回流算。）111 RxxRRyDnn补充：冷液回流时的精馏线补充：冷液回流时的精馏线 L内内L外外 V V外外V V L外外RD r rm m=L=L外外C Cpmpm(t(tb b-t-tR R) ) L L外外: :塔外的液相回流量塔外的液相回流量,kmol/h,kmol/h : :被冷凝下来的流量被冷凝下来的流量,kmol/h,kmol/h r rm:m:回流液在泡点温度下

8、的气化回流液在泡点温度下的气化 潜热，潜热，kJ/kmolkJ/kmol C Cpm:pm:回流液的平均比热，回流液的平均比热，kJ/(kmolkJ/(kmolK)K) t tb:b:回流液的泡点温度，回流液的泡点温度，O OC C t tR:R:冷回流液的温度，冷回流液的温度，O OC C LD外LV外VDnnxDLDxDLLy内内内1mmRbpmrrttcq)(回流111内内内则RxxRRyDnnDR/L内内若令RqR回流内令关系？与内RRLLDLDLRRq内内内回流则/LrttLCLLLmRbpm/ )( 例例: 氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔内氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔内分

9、离，要求馏出液氯仿浓度为分离，要求馏出液氯仿浓度为0.95(摩尔分率摩尔分率)，流，流量为量为50kg/h，顶为全凝器，平均相对挥发度为顶为全凝器，平均相对挥发度为1.6，回流比为回流比为2。 求求: (1) 由上向下数第一块理论塔板下降的液体组成由上向下数第一块理论塔板下降的液体组成; (2) 第二块理论塔板上升蒸气组成。第二块理论塔板上升蒸气组成。 (3) 精馏段各板上升蒸气量及下降的液体量精馏段各板上升蒸气量及下降的液体量;例题例题2 2解：111)1(1xxy 11)16 . 1(16 . 195. 0 xx 92. 01 x1yDx1x2y2xDxRxRRy11112 (2)1295

10、0920122 .93. 0 (1) y1 = xD= 0.95（3） V （质）（质）= ( R + 1 ) D(质）质） = ( 2 + 1 )50 kg / h = 150 kg / h M氯访氯访= 119.35 kg / kmol M四氯化碳四氯化碳 = 153.8kg / kmol Mm= (0.95119.35 + 0.05153.8) kg / kmol =121.1 kg / kmol V = (150kg/h) /( 121.1kg/kmol) = 1.24 kmol / h L（质）（质）= RD = 2 50 kg / h = 100 kg / h L = 100 /

11、121.1 kmol / h = 0.826 kmol / h 问题问题:下面说法是否正确下面说法是否正确?根据恒摩尔流假设根据恒摩尔流假设,每块塔板回流液的量应皆为每块塔板回流液的量应皆为100 kg/h;根据恒摩尔流假设根据恒摩尔流假设,每块塔板回流液的量应皆为每块塔板回流液的量应皆为0.826 kmol/h;3、提馏段物料衡算及操作线方程、提馏段物料衡算及操作线方程 L = V + W V = L - W V ym+1 = Lxm WxWWxWmWy1 myVWmmxVWxVLy1 WmxWLWxWLLL1 mmxabcdetx(y)1.5.3 进料热状况的影响1.五种热状况五种热状况1

12、 1）冷液进料）冷液进料; ;2 2）泡点进料（饱和液体进料）泡点进料（饱和液体进料）; ;3 3）气液混合物进料）气液混合物进料; ;4 4）露点进料（饱和气体进料）露点进料（饱和气体进料）; ;5 5）过热蒸气进料）过热蒸气进料; ;LILLILVIVVIVFIF 进料板物料衡算进料板物料衡算FVLVL 进料板热量衡算进料板热量衡算LLVVFIIFIVLIVILVVLL IIII 其中：，( )VVFLL2.进料热状况参数进料热状况参数q定义和计算定义和计算LILLILVIVVIVFIFLVFLVFIVLIIIVL I则：VLFV VFIL IIL则：（）（）FVVLIIILLIF则：VV

13、FLIILLFII令q=FVVLIIILLIFq=v 进料热状况参数进料热状况参数q的意义的意义1FVVLIIIk oIm l将进料变为饱和蒸气所需热量q=原料液的kmol汽化潜热LLFq=：因进料引起的提留段与精馏段液体流量差异v 进料热状况参数进料热状况参数q的应用的应用(1)LLqFVVqF，LILLILVIVVIVFIF1）温度低于泡点的冷液体）温度低于泡点的冷液体abcdetx(y)V=V-LLF部分量部分蒸气冷凝蒸气冷凝量()1LVLpFVbFIIIrcttIqrLLqF (1)VVqFabcdetx(y)2）饱和液体）饱和液体LLFVVFVLVIqIIILFII1FVVLIIIq

14、I3）气液混合液）气液混合液FV=V+FLL中的液体中的蒸气abcdetx(y)LLFq=：气液共存进料时的液化率LLFq=：因进料引起的提留段与精馏段液体流量差异01q4）饱和蒸气）饱和蒸气V=V+FLLabcdetx(y)FVLVIqIIIVFII0FVVLIIIqI5）过热蒸气）过热蒸气-V=VLLF部分量部液体汽化液分体汽化量abcdetx(y)()()0VdVVVFLpFFIIIcttqrrIIILLqF (1)VVqF进料热状况对塔内气、液流量的影响q q 值对值对V V与与V V、L L与与L L之间关系的影响之间关系的影响1 1）冷液进料）冷液进料q1 VV LL+F2 2）泡

15、点进料）泡点进料q = 1 V = V L = L +F3 3）气液混合物进料（为液化率）气液混合物进料（为液化率）1q0 V V LL +F 4）露点进料）露点进料q = 0 V =V +F L = L5）过热蒸气进料）过热蒸气进料 q0 V V LLL LVVFL = L + q FV = V +（q-1）F3.3.进料状况对操作线方程影响进料状况对操作线方程影响把精馏段及提馏段的之间物料关系通过进料热状把精馏段及提馏段的之间物料关系通过进料热状况参数联系起来。况参数联系起来。L = L + q FV = V +（q-1）FWmmxWLWxWLLy1111RxxRRyDnnDnnxDLDxDLLy 1将L = L+ F q 代入提馏段方程WmmxWFqLWxWFqLFqLy 1WmmxWLWxWLLy 1得：作业作业P735，6，7