化工原理精馏-PPT课件.ppt

1、 精馏精馏u 蒸馏概述蒸馏概述u 双组分溶液的气液相平衡双组分溶液的气液相平衡u 平衡蒸馏与简单蒸馏平衡蒸馏与简单蒸馏u 精馏精馏 精馏原理精馏原理 物料衡算物料衡算 精馏塔操作线方程精馏塔操作线方程 5 5种加料热状态种加料热状态 理论板计算：计算法，阶梯法理论板计算：计算法，阶梯法 精馏段精馏段提馏段提馏段 混合物的分离是化工生产中的重要过程。混合物的分离是化工生产中的重要过程。混合物可分为混合物可分为非均相物系非均相物系和和均相物系均相物系。非均相物系的分离非均相物系的分离主要主要依靠质点运动与液体流依靠质点运动与液体流 动原理动原理实现分离。而化工中遇到的大多实现分离。而化工中遇到的大

2、多 是是均相混合物均相混合物。均相物质均相物质不能采用不能采用 机械分离机械分离 的方法的方法 （如乙醇与水）（如乙醇与水）分离条件分离条件是必须造成一个两相物系，然后依据是必须造成一个两相物系，然后依据 物系中不同组分间物系中不同组分间某种物性的差异某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分使其中某个组分或某些组分从一相向从一相向 另一相转移另一相转移，以达到分离的目的。，以达到分离的目的。第一节第一节 概述概述化工生产中常见的传质过程有化工生产中常见的传质过程有蒸馏、吸收、萃取蒸馏、吸收、萃取 和干燥和干燥等单元操作。等单元操作。如：不同组分其如：不同组分其挥发难易度挥发难易度不同，使易挥发

3、组分不同，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，直到达到气液平衡。直到达到气液平衡。第一节第一节 概述概述 (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1、定义、定义（2）蒸馏蒸馏：利用液体混合物中各组分挥发性的差异：利用液体混合物中各组分挥发性的差异 而将组分分离的传质过程。为一次部分而将组分分离的传质过程。为一次部分 气化分离混合物；气化分离混合物；（3）精馏：精馏：多次部分汽化，多次部分冷凝。多次部分汽化，多次部分冷凝。用浓度表示

4、组分的变化。用浓度表示组分的变化。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，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，yB，xB y与与x的关系无法确定，通常达到的关系无法确定，通常达到平衡时平衡时关系才确定关系才确定第一节第一节 概述概述（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）蒸馏分离应用较广泛，历史悠久；）蒸馏分离应用较广泛，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

5、量的气相或液相。第一节第一节 概述概述2、蒸馏分离的特点、蒸馏分离的特点第一节第一节 概述概述3 3、蒸馏的分类、蒸馏的分类第一节第一节 概述概述1）简单蒸馏简单蒸馏 是间歇、是间歇、不稳定不稳定的，要考虑到成本、的，要考虑到成本、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，可以在设备的出口处加一部分提高蒸馏浓度，可以在设备的出口处加一部分 冷凝器，难挥发组分就冷凝的多，可以提高产冷凝器，难挥发组分就冷凝的多，可以提高产 品的质量，但设备成本增加。品的质量，但设

6、备成本增加。第一节第一节 概述概述 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 分离器中，这时分离器中，这时过热的液体过热的液体混合物即被部分气化，混合物即被部分气化，平衡的气液两相在分离器中得到分离，将分离器平衡的气液两相在分离器中得到分离，将分离器 又称为又称为闪蒸罐（塔）闪蒸罐（塔）2）闪蒸）闪蒸 是一种单极的平衡操作，是一种单极的平衡操作，连续或间歇、稳定的。连续或间歇、稳定的。例如：高压锅，冷却后才可以打开例如：高压锅，冷却后才可以打开第一节第一节 概述概述

7、3）精馏）精馏4）特殊精馏：）特殊精馏：第一节第一节 概述概述 多次部分气化与冷凝的过程，可以使混合液得到多次部分气化与冷凝的过程，可以使混合液得到 几乎完全分离，是常压下、连续、双组分的蒸馏；几乎完全分离，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 物性相似，沸点（物性相似，沸点（80.1,110.8 ），），空间结构不同空间结构不同萃取精馏萃取精馏苯苯环己烷，沸点相近环己烷，沸点相近(80.1,80.6)，加入萃取剂糠醛改变组分间的挥发度；加入萃取剂糠醛改变组分间的挥发度；5 5）蒸发与蒸馏的区别）蒸发与蒸馏的区别 蒸发蒸发A组分挥发，组

8、分挥发，B组分不挥发，供热就分离；组分不挥发，供热就分离；蒸馏蒸馏A，B均挥发，存在一个平衡关系！均挥发，存在一个平衡关系！恒沸精馏恒沸精馏工业酒精的提纯，加入夹带剂苯，工业酒精的提纯，加入夹带剂苯，形成三元非均相恒沸液；形成三元非均相恒沸液；第一节第一节 概述概述第二节第二节 两组分溶液的气液平衡两组分溶液的气液平衡1-2-1 1-2-1 两组分理想物系的气液平衡两组分理想物系的气液平衡 相律相律是研究相平衡的基本规律。是研究相平衡的基本规律。表示平衡物系中自由度数、相数及独立组分表示平衡物系中自由度数、相数及独立组分 数间的关系，即：数间的关系，即：F=C P+2 F=C P+2 式中式中

9、 F F 自由度数；自由度数；C C 独立组分数；独立组分数；P P 相数；相数；2 2 表示外界只有表示外界只有温度温度和和压力压力这两这两 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、相律若三个变量固定若三个变量固定(t，P，x或或y)，则该物系只有一，则该物系只有一个独立变量（个独立变量（x 或或 y)，其它变量都是它的函数，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那么两组分的气液平衡可以用一定压强下的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。对于两组分的气液平衡物系，对于两组分的气液平衡物系，F=2 2+2=2

10、 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 两组分溶液的气液平衡两组分溶液的气液平衡1）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 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理想物系：液相为理想溶液、气相为理想气体的物系。理想物系：液相为理想溶液、气相为理想气体的物系。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

11、 分的摩尔分率分的摩尔分率的乘积。的乘积。AP式中式中 溶液中组分溶液中组分 A 的蒸汽压；即溶液上方组分的蒸汽压；即溶液上方组分 A 的的 平衡分压，平衡分压，Pa；纯组分纯组分 A 的饱和蒸汽压，的饱和蒸汽压，Pa；组分组分 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当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸当溶液沸腾时，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 xP

12、x000BABPPxPP00000AAABAAABPPPPPyxPPP 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，遵循道尔顿分压定律，即遵循道尔顿分压定律，即 由拉乌尔定律表示的气液平衡关系由拉乌尔定律表示的气液平衡关系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）方程计算或从手册中查）方程计算或从手册中查式中式中 A

13、、B、C 为组分的安托因常数，可由有关为组分的安托因常数，可由有关 手册查得。手册查得。0lnBPAt C 1)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2）用相对挥发度表示气液平衡关系）用相对挥发度表示气液平衡关系（1）挥发度）挥发度 对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压对纯液体，挥发度指该液体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：）相对挥发

14、度：溶液中溶液中易挥发组分易挥发组分的挥发度与的挥发度与 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 操作压强不高相对挥发度的数值可由实验测得相对挥发度的数值可由实验测得对理想溶液：对理想溶液：当温度变化时，两者的变化不大，一般可将当温度变化时，两者的变化不大，一般可将 视为视为常数，计算时可取操作温度范围内的平均值。常数，计算时可取操作温度范围内的平均值。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

15、xyxy xy x1(1)xyax3）气液平衡方程）气液平衡方程1 1时，组分时，组分 A A 较较 B B 易挥发，可以用蒸馏方法分离。易挥发，可以用蒸馏方法分离。=1=1时，不能用普通蒸馏的方法分离混合液。时，不能用普通蒸馏的方法分离混合液。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分离以及分离难易可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易 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三、两组分理想溶液的汽液平衡相图三、两组分理想溶液的汽液平衡相图 蒸馏操作通常是在一定的外压下进行，溶液的平衡温度随

16、蒸馏操作通常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基础。组成图是分析蒸馏原理的基础。1、温度、温度 组成组成(t x y 图图)温温度度Tx(y1)x 越大，易挥发组分的含量越高，泡点温度越低。越大，易挥发组分的含量越高，泡点温度越低。y 越大，易挥发组分含量越高，露点温度越低。越大，易挥发组分含量越高，露点温度越低。沸点沸点露点泡点泡点1、温度、温度 组成组成(t x y 图图)2、x-y 图图 平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离对角线愈远，平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。表示该溶液愈易

17、分离。1-2-2 两组分非理想物系的气液平衡两组分非理想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表示，即：非理想溶液的平衡分压可用修正的拉乌尔定律表示，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 y n+1n+1 ，x x n n x 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？q线方程的确定线方程的确定1mmwLqFWyxxLqFWLqFW提馏

18、段操作线方程：提馏段操作线方程：在在x-y图上过点（图上过点（xW,xW），斜率），斜率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 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 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11Fxqyxqqq q线方程意义：线方程

19、意义：精馏段和提馏段精馏段和提馏段操作线操作线交点的轨迹方程交点的轨迹方程xD/(R+1)xDxFxWabcedq线方程的确定线方程的确定精馏段操作线方程：精馏段操作线方程：精馏段原始的物料衡算方程：精馏段原始的物料衡算方程：1nnDLDyxxL DL D1111nnDRyxxRRDVyLxDx提馏段原始的物料衡算方程：提馏段原始的物料衡算方程：q线方程的确定线方程的确定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），

20、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（1）冷液进料）冷液进料 LLFVV,FVttq线方程的确定线方程的确定R=r1q 0q-1q斜 率，在第一象限在第一象限（2）对于泡点进料）对于泡点进料,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LLVVF,FVtt（4）对于饱和蒸汽进料对于饱和蒸汽进料q线方程的确定线方程的确定0r0q0q-1q斜率，位于水平线上，位于水平线上（5）过热蒸汽进料）过热蒸汽进料,FVttLL

21、VVF0r 0q 0q-1q斜 率，在第三象限在第三象限提馏段操作线的作法提馏段操作线的作法4-3 理论板层数的求法理论板层数的求法逐板计算法逐板计算法已知：气液平衡关系，操作线方程已知：气液平衡关系，操作线方程y1=xD(全凝器全凝器)，泡点进料，泡点进料11得)1(1和由xxxyynnn精馏段精馏段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 4-3 理论板层数的求法理论板层数的求法逐板计算法逐板计算法逐板计算法图示

22、：逐板计算法图示：当计算得到的当计算得到的 时，则第时，则第 n 层板已是加料板。层板已是加料板。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。由于再沸器中的时，就停止计算。由于再沸器中的汽液两相达到平衡，所以再沸器相当于一块理论板，因此汽液两相达到平衡，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方程的次数减一。总的理论板数就等于使用相平衡方程的次数减一。nqxx2)提馏段提馏段4-3 理论板层数的求法理论板层数的求法逐板计算法逐板计算法4-3-2 理论板层数的求法理论板层数的求法图解法图解法步骤步

23、骤 :1.画相平衡线和三条操作线；画相平衡线和三条操作线；2.作阶梯。作阶梯。图解法求理论板数的步骤：图解法求理论板数的步骤：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，当梯级跨过梯级，当梯级跨过 d 点时，点时，则改在提馏段操作线与平则改在提馏段操作线与平 衡线之间作直角梯级，直衡线之间作直角梯级，直 至梯级的水

24、平线达到或超至梯级的水平线达到或超 过过 c 点。点。每个梯级在平衡线上的顶点代表一层理论板，每个梯级在平衡线上的顶点代表一层理论板，跨过跨过 d 点点的顶点代表加料板的顶点代表加料板，加料板顶点以上的顶点数即为精馏段的，加料板顶点以上的顶点数即为精馏段的理论板数，理论板数，加料板顶点及其以下顶点数减一加料板顶点及其以下顶点数减一，即为，即为提馏段提馏段的的理论板数。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

25、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 a11 代表一层理论板。代表一层理论板。图解法求理论板数说明：图解法求理论板数说明：4-4-1理论板数的计算理论板数的计算4-4-2回流比的选择回流比的选择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 双组分精馏的设计型计算双组分精馏的设计型计算最适宜的加料位置，在该板上最适宜的加料位置，在该板上 ，(xq为两操作线为两操作线交点的横坐标交点的横坐标)此时所需理论板数最少此时所需理论板数最少qxx 4-4-1 理论板数的计算

26、理论板数的计算 最优加料位置的确定最优加料位置的确定 最优加料位置的确定最优加料位置的确定4-4-2 回流比的选择回流比的选择两者均有利于传质，两者均有利于传质，R ，V ，能耗，能耗NT ，R增加，操作线远离平衡线，增加，操作线远离平衡线，NT减少减少v全回流与最小理论板数全回流与最小理论板数D0，F0，W0R NT最少最少（Nmin）解析法解析法Fenske Nmin确定确定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v最小回流比最小回流比4-4-2 回流比的选择回流比的

27、选择恒浓区（夹紧区）恒浓区（夹紧区）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，传质推动力为零质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(11mineDeDxxxxRv操作费用与操作费用与R R关系关系操作费用：冷却器中冷却剂量、再沸器中加热蒸气量操作费用：冷却器中冷却剂量、再沸器中加热蒸气量(1)VLDRDDRD操作费用与

28、操作费用与R成正比成正比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（1.22）Rminvv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(4-4-3加料热状况的选择加料热状况的选择RFxDxWx在在 、一定的情况下一定的情况下qNT 提馏段斜率提馏段斜率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

29、尽可能从塔底输入，使所产生的汽相回流，使所产生的汽相回流能在全塔中发挥作用；而能在全塔中发挥作用；而冷量应尽可能施加于塔顶冷量应尽可能施加于塔顶，使所产生的液体回流能经过全塔而发挥最大的效能使所产生的液体回流能经过全塔而发挥最大的效能FqVV）（1D不变不变RNT 4.5 4.5 双组分精馏的操作型计算双组分精馏的操作型计算4-5-1 4-5-1 精馏过程的操作型计算精馏过程的操作型计算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4-5-14-5-1精馏过程的操作型计算精馏过程的操作型计算操作型计算的命题操作型计算的命题此类计算的任务是在此类计算的任务是在设备设备（

30、精馏段板数及全塔理论板数）（精馏段板数及全塔理论板数）已定已定的条件下，由指定的操作条件预计精馏操作的结果的条件下，由指定的操作条件预计精馏操作的结果已知量为：已知量为：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回流比增加对精馏结果的影响回流比增加对精馏结果的影响4-5-14-5-1精馏过程的操作型计算精馏过程的操作型计算4-5-14-5-1精馏过程的操作型计算精馏过程的操作型计算注意注意D/F规定，规定，R增加

31、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的提高受精馏塔分离能力的限制的提高受精馏塔分离能力的限制(2)在回流比较小时，在回流比较小时，R xD ，xD受受分离能力（回流比）的影响分离能力（回流比）的影响在回流比较大时，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采出率增加对精馏结果的影响采出率增加对精馏结果的影响 4-5-14-5-1精馏过程的操作型计算精馏过程的操作型计算进料组成变动的影

32、响进料组成变动的影响 4-5-14-5-1精馏过程的操作型计算精馏过程的操作型计算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精馏塔的温度分布精馏塔的温度分布t=f(p,x)各板各板p,x不同，因而精馏塔存在温度分布不同，因而精馏塔存在温度分布灵敏板灵敏板操作条件变动引起温度变化最为显著的板操作条件变动引起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、进料组成发生波这些塔板的温度对外界干扰如回流比、进料组成发生波动等）的反映最灵敏动等）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FDWFFxDyWx总物料：易挥发组分

33、：WFq令D则1-qFq为液化率为液化率11Fxqyxqq对稳定连续过程，对稳定连续过程，q为定值为定值xyxxFDF物料衡算式物料衡算式FxDFxDFy)1(加热器加热器:QF()pFc Tt忽略热损失，则 原料液减压降温，放出显热；原料液减压降温，放出显热；显热用于汽化部分物料产生气相（潜热）显热用于汽化部分物料产生气相（潜热）()peFc TtDr(1)Frq物料热量衡算物料热量衡算1)ertTqq平衡蒸馏温度：（v d d时间内物料衡算（轻组分）时间内物料衡算（轻组分）dxxdWWydWWxxydxWdW积分积分xydxWWxx1221ln相平衡关系相平衡关系y=f(x)y=f(x)1

34、2212111lnln11lnxxxxWW：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dxx xW Wy yD Dx xF Ft t11331 12 23 3D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W精馏段精馏段塔上半部塔上半部完成完成了了上升蒸汽的精致上升蒸汽的精致，即，即除去除去其中的其中的难挥发组分难挥发组分提馏段提馏段塔的下半部塔的下半部完成完成了了下降液体中难挥发组分的提浓下降液体中难挥发组分的提浓，即，即除去除去了了易挥发组分易挥发组分1*1mvnnnnyyyyE气相默弗里板效率气相默弗里板效率 表达出实际板与理论板的差异表达出实际板与理论板的

35、差异 TTENN全塔效率理论塔板数实际塔板数实际塔板数液相默弗里板效率液相默弗里板效率 *11n,mnnnnlxxxxE条件：全回流条件：全回流yn+1=xn;全凝器全凝器y1=xD；气液平衡关系气液平衡关系推导：推导：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图解法确定图解法确定 R Rminmin操作线与平衡线交点操作线与平衡线交点e(xe(xe e.y.ye e)此时精馏段操作线的斜率此时精馏段操作线的斜率eDeDminmin1xxyxRReeeDminxyyxR解析法确

36、定解析法确定 R RminmineeeDminxyyxReeexxy)1(11)1(11mineDeDxxxxRFexx 1)1(11minFDFDxxxxRFeyy 11111minFDFDyxyxR1)泡点进料情况，泡点进料情况，2)饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料 两种特殊情况：两种特殊情况：理想溶液RRmin,NT，设备，设备费用费用R略略Rmin,NT有限，有限，设备设备费用有限费用有限R增加增加,NT继续减小，继续减小，设备设备费用继续减小费用继续减小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，增加，塔径、换热设备尺寸增加，塔径、换热设备尺寸增加，设备设备费用反而费用反而增加增加Vv简捷法特点：简捷法特点：采用经验关联，简便，应用广泛，准确性稍采用经验关联，简便，应用广泛，准确性稍差，初步设计计算差，初步设计计算v简捷法简捷法吉利兰图吉利兰图 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 0.537.0，相对挥发度，相对挥发度1.264.05，N 2.443.1理论板数的简捷法理论板数的简捷法