化工原理第六章(双组分连续精馏的计算与分析)教材课件.ppt

1、第六章第六章蒸 馏第三节第三节 双组分连续精馏的计算与分析双组分连续精馏的计算与分析一、全塔物料衡算二、恒摩尔流的假定三、精馏塔的进料热状况四、操作线方程五、理论塔板数的确定六、回流比的影响及选择七、简捷法求理论板层数2022-11-161、设计型计算、设计型计算（1）根据精馏塔的塔板层数塔板层数以确定塔的高度；（2）适宜的加料位置加料位置。2、操作型计算、操作型计算（1）确定产品的流量或组成流量或组成；（2）确定适宜的操作回流比操作回流比；（3）计算冷凝器、再沸器的热热负荷负荷等。【精馏过程的计算内容精馏过程的计算内容】2022-11-16F=D W WDFWxDxFx一、一、全塔物料衡算全

2、塔物料衡算2022-11-16【例例】有一个甲醇精馏塔，采用连续精馏，常压操作。进料为组成84%（mol）的甲醇，16%（mol）的水，处理量为235kmol/h，要求塔顶馏出液含甲醇98%（mol），塔底采出的水中含甲醇小于0.2%（mol）。计算该塔塔顶、塔底采出量每小时各为多少？2022-11-16【解解】依题意知 xF=0.84 xD=0.98 xw=0.002 F=235kmol/h据 FDW FxFDxDWxw 235DW0.842350.98D0.002W联立联立后可解得：D201.36kmol/h W33.64kmol/h即塔顶采出量塔顶采出量为 201.36kmol/h 塔底

3、采出量塔底采出量为 33.64kmol/h2022-11-16 塔顶易挥发组分的回收率易挥发组分的回收率A ：%100FDAFxDx 塔釜难挥发组分的回收难挥发组分的回收率率B ：%100)1()1(FwBxFxW【回收率回收率】2022-11-16V1=V2=V=常数常数 V1=V2=V=常数常数 式中：V精馏段精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h；V 提馏段提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。二、二、恒摩尔流的假定恒摩尔流的假定1、恒摩尔汽化、恒摩尔汽化VV 2022-11-162、恒摩尔溢流、恒摩尔溢流 L1=L2=L=常数常数 L1=L2=L=常数常数 式中：L精馏段精馏段下降液

4、体的摩尔流量，kmol/h;L提馏段提馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h。LL2022-11-16 在精馏塔的每层塔板上，若有n kmol的蒸汽冷凝，相应有n kmol的液体汽化，恒摩尔流动的假定才能成立。为此必须满足以下条件必须满足以下条件：（1）混合物中各组分的摩尔汽化潜热相等摩尔汽化潜热相等；（2）汽液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略显热可以忽略；（3）塔设备保温良好保温良好，热损失可以忽略。2、满足恒摩尔流假设的条件满足恒摩尔流假设的条件2022-11-16温度低于泡点的冷液体；冷液体；泡点下的饱和液体饱和液体；温度介于泡点和露点之间的气液混合物气液混合物；露点下的饱和蒸气；饱和

5、蒸气；温度高于露点的过热蒸气。过热蒸气。1、五种进料热状态、五种进料热状态三、精馏塔的进料热状况三、精馏塔的进料热状况2022-11-16进料热状况示意图进料热状况示意图t/C0露点线泡点线露点泡点xAyAxf气相区液相区两相区冷液体冷液体饱和饱和液体液体气液混气液混合物合物饱和蒸汽饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽【结论结论】进料热状况不同，其温度不同，状态亦不同。2022-11-162、进料热状况参数、进料热状况参数 对进料板作物料及热量衡算作物料及热量衡算，以单位时间为基准，可得：原料液的摩尔汽化潜热饱和蒸气所需的热量每千摩尔原料液汽化为FLLhHhHqF【定义定义】q 称为进料热状况参数。【作用

6、作用】（1）可根据 q 的大小，确定进料热状况；（2）定量地分析进料量及其热状况对于精馏操作的影响（精馏段和提馏段汽液两相流量间的关系精馏段和提馏段汽液两相流量间的关系）。2022-11-16各种进料状态下的各种进料状态下的q值值冷液体冷液体饱和饱和液体液体气液混气液混合物合物饱和蒸汽饱和蒸汽过热蒸汽过热蒸汽2022-11-16qFLLFqVV)1(FLLq2022-11-161、什么是操作线方程？、什么是操作线方程？四、四、操作线方程操作线方程【定义定义】在精馏塔中，任意塔板（任意塔板（n 板）下降的液相组成板）下降的液相组成xn与由其下一与由其下一层塔板（层塔板（n+1板）上升的蒸汽组成板

7、）上升的蒸汽组成yn+1之间的关系称之为之间的关系称之为操作关系操作关系，描述它们之间关系的方程称为操作线操作线方程方程。2022-11-161、精馏段操作线方程精馏段操作线方程（1）物料衡算式）物料衡算式 总物料衡算：DLV 易挥发组分：DnnDxLxVy1VL2022-11-16将以上两式联立两式联立后，有：DnDnnxDLDxDLLxVDxVLy1DnnxRxRRy1111 两式均称为精馏段精馏段操作线方程，简称精馏线方程精馏线方程。令DLR 回流比回流比（2）精馏段操作线方程精馏段操作线方程2022-11-16（3）两点说明）两点说明该方程表示在一定操作条件下，从任意板下降的液体组成x

8、n 和与其相邻的下一层板上升的蒸汽组成yn+1 之间的关系。该方程为一直线方程，该直线过对角线上a(xD，xD)点，以R/(R+1)为斜率斜率，或在y轴上的截距截距为xD/(R+1)。2022-11-16精馏操作线精馏操作线截距 xD/(R1)（xnxD，yn+1xD）DnnxRxRRy11112022-11-162、提馏段操作线方程提馏段操作线方程 总物料衡算：WVL 易挥发组分衡算：WmmWxyVxL12022-11-16将以上两式联立后，有：wmmxVWxVLy1wmmxWLWxWLLy1 以上两式均称为提馏段操作线方程，简称提馏线方提馏线方程程。（2）提馏段操作线方程提馏段操作线方程2

9、022-11-16该方程表示在一定操作条件下，提馏段内自任意提馏段内自任意板下降的液体组成板下降的液体组成xm，和与其相邻的下一层板上升，和与其相邻的下一层板上升蒸汽组成蒸汽组成ym+1之间的关系之间的关系。提馏操作线方程为一直线方程直线方程，在定常连续操作过程中，该直线过对角线上b(xw，xw)点，以L/V为斜率斜率，或在y轴上的截距截距为WxW/V。（3）两点说明）两点说明2022-11-16提馏操作线提馏操作线（xmxW ，ym+1xW）截距 WxW/VwmmxVWxVLy12022-11-16（4）提馏操作线方程的其他表现形式）提馏操作线方程的其他表现形式令：WLR再沸比再沸比【说明说

10、明】再沸比R是提馏段内各块塔板下降的液体提馏段内各块塔板下降的液体量与塔底引出的釜液（量与塔底引出的釜液（馏残液馏残液）量之比）量之比。则提馏操作线可改写为：wmwmmxRxRRxWLWxWLLy11112022-11-16（5）再沸比与回流比的关系）再沸比与回流比的关系 根据进料的热状况（q）、进料的组成（xF）、精馏操作应达到的分离要求（xD、xW）以及操作过程中所采用的回流比（R），可以推导出再沸比与回流再沸比与回流比的关系比的关系如下：qqRxxxxRFDWF)(2022-11-16【例例】将含24%（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含95%易挥发

11、组分，釜液含3%易挥发组分。送入冷凝器的蒸气量为850kmol/h，流入精馏塔的回流液为670kmol/h，试求：1、每小时能获得多少kmol/h的馏出液？多少kmol/h的釜液？2、回流比R为多少？3、写出精馏段操作线方程；4、若进料为饱和液体，写出提馏操作线方程。2022-11-16【解解】（1）依题意知：V670kmol/h L670kmol/h据：VLD 馏出液量为：DVL850670=180kmol/h据：WDFWxDxFxWWDF180已知：xF0.24 xD0.95 xW0.03则：F180W 0.24F1800.950.03W2022-11-1672.3180670DLRDnn

12、xRxRRy1111201.0788.0172.395.0172.372.31nnnxxy解得：F788.6kmol/h（进料量）W608.6kmol/h（釜液量）（2）据 RL/D故回流比为：（3）据：故精馏段操作线方程为：2022-11-164.21)172.3(24.095.003.024.0)(qqRxxxxRFDWFWmmxRxRRy1111214.071.103.014.2114.24.21mmmxxy（4）由于进料为饱和液体，故 q1则：据：故提馏段操作线方程为：2022-11-163、q 线方程（线方程（进料方程进料方程）精馏操作线方程：DnnxVDxVLy1提馏操作线方程：w

13、mmxWLWxWLLy1结合：FLLq 以及全塔的物料衡算式，并略去下标略去下标，可得：11qxxqqyF q 线方程线方程2022-11-16【q 线方程（线方程（进料方程进料方程）的几点说明）的几点说明】（1）q线方程为精馏段操作线与提馏段操作线交点（q点）轨迹的方程。（2）在进料热状态一定时，q 即为定值，则 q 线方程为一直线方程直线方程。（3）q线在yx图上是过对角线上e(xF，xF)点，以q/(q1)为斜率的直线。（4）不同进料热状态，q 值不同，其对q 线的影响也不同。2022-11-16【说明说明】（1）回流比不同，精馏操作线与提馏操作线的截距截距不同，故其交点的位交点的位置置

14、不同；（2）将精馏操作线与提馏操作线交点交点用直线连接起来即为q线。Fxqxqqy111x=xF，y=xF2022-11-16eacbdq0q=00q101.0 xWxy1.0 xDxF不同进料热状态下的不同进料热状态下的 q 线线不同进料热状不同进料热状况，况，q 值不同值不同，q 线的线的斜率斜率也不同。也不同。Fxqxqqy1112022-11-164、操作线的作法操作线的作法【作用作用】用图解法求理论板层数图解法求理论板层数时，需先在xy图上作出精馏段和提馏段的操作线。【特点特点】精馏段和提馏段的操作线方程在xy图上均为直线均为直线。【方法方法】（1）先找出操作线与对角线的交点交点；（

15、2）根据已知条件求出操作线的斜率斜率（或截距截距）；（3）作出操作线。2022-11-16（1）精馏段操作线的作法）精馏段操作线的作法由：DnnxRxRRy1111当 xnxD时，yn+1xD。【方法方法】（1）确定一点确定一点。精馏线有一点其横坐标与纵坐标相等，这一点必然落在对角线上，可从对角线上查找。（2）确定截距确定截距。由分离要求xD和经确定的回流比R可计算出截距截距xD/(R1)。2022-11-16精馏操作线的作法精馏操作线的作法截距 xD/(R1)对角线上的一点（xnxD，yn+1xD）【说明说明】由一点加上截距在xy图上作出直线即为精馏操作线。DnnxRxRRy11112022

16、-11-16（2）提馏段操作线的作法）提馏段操作线的作法【说明说明】（1）确定一点。提馏线也有一点其横坐提馏线也有一点其横坐标与纵坐标相等标与纵坐标相等，这一点必然落在对角线上，可从对角线上查找。（2）确定截距。由分离要求 xW 和经确定的再沸比 R 可计算出截距截距xW/(R 1)。由：当 xmxW 时，ym+1xW。WmmxRxRRy11112022-11-16提馏操作线的作法提馏操作线的作法对角线上的一点（xmxW ，ym+1xW）截距xW/(R 1)【说明说明】由一点加上截距在xy图上作出直线即为提馏操作线。1111mmwRyxxRR2022-11-16【提馏段操作线通常的作法提馏段操

17、作线通常的作法（两点式）】（1）确定确定提馏段操作线与对角线的交点c；（2）找出找出提馏段操作线与精馏段操作线的交点交点d；（3）连接连接直线cd即为提馏段操作线。【两操作线的交点的确定两操作线的交点的确定】（1）由联解两操作线方程联解两操作线方程而得；（解析法解析法）（2）由精馏操作线与由精馏操作线与q线的交点线的交点确定。（图解法图解法）2022-11-16提馏操作线的作法提馏操作线的作法对角线上对角线上的一点的一点两操作线两操作线的交点的交点2022-11-16操作线的作用操作线的作用xnyn+1【作用作用】确定操作关系。2022-11-16五、理论塔板数的确定五、理论塔板数的确定1、理

18、论板的假定理论板的假定【理论板的定义理论板的定义】（1）离开该板的汽液两相互成平衡离开该板的汽液两相互成平衡；（2）塔板上各处的液相组成均匀一致塔板上各处的液相组成均匀一致。【前提条件前提条件】（1）汽、液两相皆充分混合，接触时间相当长，各自组成均匀；（2）塔板上不存在传热、传质过程的阻力。2022-11-16【两点说明两点说明】（1）实际上，由于塔板上汽液间的接触面积和接触时间是有限的，在任何形式的塔板上，汽液两相都难以达到平衡状态，除非接触时间无限长，因而理理论板是不存在论板是不存在的。（2）理论板作为一种假定，可用作衡量实际板分离效率的依据和标准。通常，在工程设计中，先求得工程设计中，先

19、求得理论板层数，用塔板效率予以校正，即可求得实际理论板层数，用塔板效率予以校正，即可求得实际塔板层数塔板层数。2022-11-16【理论塔板数的确定方法理论塔板数的确定方法】（1）图解法；）图解法；（2）逐板计算法；）逐板计算法；（3）捷算法。）捷算法。2022-11-162、图解法、图解法 图解法又称麦克布麦克布蒂利蒂利（McCabeThiele）法，简称MT 法。【基本原理基本原理】（1）通过作图的方法作图的方法获得每一块理论塔板上的气液相组成气液相组成；（2）根据理论塔板上的气液相组成气液相组成以及分离的要求分离的要求，求解理论板层数。【特点特点】该方法既适用于理想物系理想物系，也适用于

20、非理非理想物系想物系，在两组分精馏计算中得到广泛应用广泛应用。2022-11-16【图解法的具体求解步骤图解法的具体求解步骤】（1）在xy 相图上绘出相平衡曲线和操作线；（2）画出直角阶梯；（3）数阶梯以确定理论塔板数。2022-11-16图解法求理论板数图解法求理论板数【说明说明】平衡线上每个阶梯的顶点顶点即代表一层理论板，对应的x、y即为塔板上的气液相组成。2022-11-16【几点说明几点说明】（1）气液平衡线可通过查找数据手册，由气液平衡数据表绘制；000.0580.1280.1560.3040.2560.4530.3760.5960.5080.7210.6590.8300.8230.

21、9231.01.0 xy110.6108.0104.0100.096.092.088.084.080.1t（）苯甲苯的气液相平衡数据（101.3kPa）2022-11-16（2）当阶梯跨过两操作线的交点交点时，改在提馏段操作线与平衡线之间绘阶梯，直至阶梯的垂线达到或跨过点c(xW，xW)为止。（3）跨过交点的阶梯为进料板进料板，最后一个阶梯为再再沸器沸器。（4）总理论板层数总理论板层数为阶梯数减1。（5）若从塔底点c开始作阶梯，将得到基本一致的结果。2022-11-16【说明说明】再沸器的作用相当于一块塔板，故总理总理论板层数论板层数为阶梯数减1。2022-11-163、逐板计算法、逐板计算法

22、【计算原理计算原理】（1）通过计算的方法计算的方法获得每一块理论塔板上的气液相组成气液相组成；（2）根据理论塔板上的气液相组成气液相组成以及分离的要求分离的要求，求解理论板层数。【计算前提计算前提】双组分溶液为理想溶液理想溶液，即汽液平衡关系可用下式表示：xxy)1(1yyx)1(2022-11-16y1xD111)1(yyx1112RxxRRyD【方法方法】交替地利用平衡方程交替地利用平衡方程及精馏段操作线方程进行逐板及精馏段操作线方程进行逐板计算，直至求得的计算，直至求得的xnxF（泡点泡点进料进料）时，则第n 层理论板便为进料板。2022-11-16（1）通常，进料板算在提馏段，因此精馏

23、段所需理论板层数为(n1)。（2）对于其它进料热状态，应计算到xnxq为止（xq为两操作线交点坐标值）。【两点说明两点说明】2022-11-16 在进料板以下，改用提馏段操作线方程进料板以下，改用提馏段操作线方程由xm（进料板的液相组成，将其记为x1）求得y2，即：WxRxRRy11112【提馏段的计算提馏段的计算】再利用相平衡方程由y2求算x2：222)1(yyx 如此重复计算，直至计算到 xmxW 为止。2022-11-16（1）对于间接蒸汽加热，再沸器内汽液两相可视为平衡，再沸器相当于一层理论板，故提馏段所需理论板层数为(m1)。（2）在计算过程中，每使用一次平衡关系，便对应每使用一次平

24、衡关系，便对应一层理论板一层理论板。（3）逐板计算法一般适用于计算机的计算适用于计算机的计算。【几点说明几点说明】2022-11-16【例例】在一常压连续精馏塔内分离苯甲苯混合物，已知进料液流量为80kmol/h，料液中苯含量40%（摩尔分率，下同），泡点进料泡点进料，塔顶流出液含苯90%，要求苯回收率不低于90%。塔顶为全凝器，泡点回流，回流比取2。在操作条件下，物系的相对挥发度为2.47。用逐板计算法确定所需的理论板数。2022-11-16hkmolxxFDDF/329.04.0809.00667.0489.0324.080/483280WDxFxxhkmolDFWDFW3.0667.01

25、29.0122111nnDnnxxRxxRRy已知回流比R=2，所以精馏段操作线方程为：【解解】根据苯的回收率计算塔顶产品流量：由物料衡算计算塔底产品的流量和组成：2022-11-1631)12(4.09.00667.04.0)(qqRxxxxRFDWF033.05.10667.01311331111mmWmmxxxRxRRyyyyyx47.147.2)1(提馏段操作线方程：已知 q1（泡点进料）因：故：相平衡方程式可写成：2022-11-16785.09.047.147.29.047.147.2111yyx824.03.0785.0667.03.0667.012xy利用精馏段操作线计算第二块

26、板上升蒸气组成：因塔顶为全凝器，则：y1xD0.9 且已知 2.47由相平衡方程式可求得第一块板下降液体组成：2022-11-16精馏段各层塔板上的汽液组成精馏段各层塔板上的汽液组成 12345y0.90.8240.7370.6520.587x0.7850.6550.5280.4310.3652022-11-16由于x50.365xF0.4，故第六块塔板在提馏段，因此用提馏段操作线方程计算y6：即：y61.5x50.033 1.50.3650.0330.515而：301.0515.047.147.2515.047.147.2666yyx交替使用精馏段操作线方程和相平衡方程直到xmxW为止。20

27、22-11-16提馏段各层塔板上的汽液组成提馏段各层塔板上的汽液组成678910y0.5150.4190.3060.1940.101x0.3010.2260.1510.0890.044【计算结果可分析计算结果可分析】精馏塔内理论塔板数为101（再沸器）=9块。其中精馏段4块，第5块为进料板，提馏段5块（包括进料板）。2022-11-16六、回流比的影响及其选择六、回流比的影响及其选择【回流比对精馏操作的影响回流比对精馏操作的影响】（1）理论板层数、塔径（设备费用设备费用）；（2）冷凝器和再沸器的负荷（操作费用操作费用）。【结论结论】在精馏塔的设计中，回流比是一个重要的参数，它是由设计者预先选定

28、的。正确地选择回流正确地选择回流比是精馏塔设计中的关键问题比是精馏塔设计中的关键问题。2022-11-161、全回流和最小理论板层数、全回流和最小理论板层数（1）什么是全回流？什么是全回流？若上升至塔顶的蒸汽经全凝器冷凝后，冷凝液全部回流到塔内，该回流方式称为全回流。全回流时的回流比全回流时的回流比为：0LDLR 回流比有两个极限值两个极限值：（1）上限上限为全回流（即回流比为无限大）；（2）下限下限为最小回流比。2022-11-16【说明说明】（1）在全回流操作下，塔顶产品D为零，一般F和W也均为零，装置的生产能生产能力力为零，因此对正常生产并无实际意义；（2）在精馏的开工阶段或实精馏的开工

29、阶段或实验研究验研究时，采用全回流操作可缩短稳定时间。全回流流程示意图全回流流程示意图2022-11-16【特点特点】（1）在xy图上，精馏段操作线及提馏段精馏段操作线及提馏段操作线与对角线重合操作线与对角线重合，全塔无精馏段和提馏段之区分，两段的操作线合二为一；（2）精馏段和提馏段的操作线方程均为：在全回流下，精馏段操作线的斜率和截距分别为斜率和截距分别为：11RR01RxD（2）全回流操作时的特点）全回流操作时的特点nnxy1DnnxRxRRy11112022-11-16全回流操作时的特点全回流操作时的特点平衡线平衡线对角线对角线【特点特点】精馏段操精馏段操作线及提馏段操作作线及提馏段操作

30、线与对角线重合线与对角线重合。nnxy12022-11-16什么是什么是最小理论板层数？最小理论板层数？（3）最小理论板层数最小理论板层数【定义定义】当回流比为无限大回流比为无限大（即采用全回流全回流），两操作线与对角线重合，此时，操作线距平衡线最远，汽液两相间的传质推动力传质推动力最大，因此所需的理论板层数最少所需的理论板层数最少，以N min表示。2022-11-16回流比对理论板数的影响回流比对理论板数的影响【结论结论】回流比愈回流比愈大，完成一定的分大，完成一定的分离任务所需的理论离任务所需的理论板层数愈少板层数愈少。全回全回流时，理论板层数流时，理论板层数最小。最小。回流比小回流比小

31、回流比大回流比大2022-11-16（a）图解法图解法 Nmin可在xy图上的平衡线与对角线之间直接作阶梯图解获得图解获得；（b）解析法解析法 可用从逐板计算法推得的芬斯克(Fenske)方程式计算得到计算得到。如何获得如何获得最小理论板层数最小理论板层数2022-11-16图解法获得最小理论板层数图解法获得最小理论板层数平衡线平衡线对角线对角线【方法方法】在平衡线与对角线之间直接画阶梯。2022-11-16（4）芬斯克）芬斯克(Fenske)方程式方程式 芬斯克方程式可由汽液相平衡方程：nnnnnxxyy11以及全回流时操作线方程：yn+1xn推得：lg11lgmin WWDDxxxxN20

32、22-11-16或者：1lg11lgmin WWDDxxxxN式中：全塔平均相对挥发度平均相对挥发度，当变化不大时，可取塔顶的D 和塔底的W 的几何平均值几何平均值；Nmin包含再沸器包含再沸器时全回流的最小理论板层数；Nmin不含再沸器不含再沸器时全回流的最小理论板层数。2022-11-16【用途用途】芬斯克方程式可以用来计算全回流下的最少理论板层数。【使用条件使用条件】适用于理想物系理想物系，在全塔操作范围内，可取平均值，塔顶使用全凝器全凝器，塔釜使用间接蒸间接蒸汽加热汽加热。【说明说明】若将式中的 xW 换为 xF，取塔顶和进料板间的平均值，则该式便可用来计算精馏段的最少理可用来计算精馏

33、段的最少理论板层数论板层数。（5）芬斯克方程几点说明）芬斯克方程几点说明2022-11-162、最小回流比、最小回流比（1）什么是最小回流比？什么是最小回流比？【分析分析】对于一定的分离任务，如减小操作回流比减小操作回流比，精馏段操作线的斜率变小，截距变大，两操作线向平衡线靠近，表示汽液两相间的传质推动力减小，所需理论板层数增多所需理论板层数增多。【定义定义】当回流比减小到某一数值时，两操作线的两操作线的交点落到平衡线上交点落到平衡线上，此时的回流比称为最小回流比，用Rmin表示。2022-11-16【特点特点】在平衡线与操作线之间可绘制出无穷多个阶梯无穷多个阶梯，即完成此分离任务所需的理论塔

34、板数为理论塔板数为无穷大无穷大。【结论结论】理论塔板理论塔板数为无穷大所对应数为无穷大所对应的回流比即为的回流比即为最小最小回流比回流比。2022-11-16【定义定义】在四条线的交点交点前后（通常为进料板上下区域），各板之间的汽液两相组成基本上不发生变化，即没有增浓作用没有增浓作用，故该点称为夹紧点，这个区域称为夹紧区（恒浓区）。【说明说明】最小回流比是回流的下限最小回流比是回流的下限。当回流比较R min还要低时，操作线和q 线的交点就落在平衡线之外，精馏操作无法完成指定的分离程度。（2）夹（紧）点与夹紧区（恒浓区）夹（紧）点与夹紧区（恒浓区）2022-11-16（3）最小回流比的求法最小

35、回流比的求法 图解法图解法 【特点特点】图解法既适用于理想物系理想物系，也适用于非理非理想物系想物系；【确定方法确定方法】（1）确定两操作线与平衡线的两操作线与平衡线的交点处交点处的坐标（xq，yq）；（2）由精馏段操作线的斜率斜率求出最小回流比。2022-11-16qDqDxxyxRR1minminqqqDxyyxRmin【方法方法】由q线与平衡线的交点交点确定夹紧点的坐标（xq、yq）。平衡曲线为正常曲线，夹紧夹紧点点出现在两操作线与平衡线的交点处。2022-11-16【不正常的平衡曲线最小回流比的确定不正常的平衡曲线最小回流比的确定】【特点特点】若平衡曲线为不正常的平衡曲线不正常的平衡曲

36、线，有两种情况：（1）夹紧点夹紧点在两操作线与平衡线交点前出现，落在精馏段内精馏段内；（2）夹紧点夹紧点在两操作线与平衡线交点后出现，落在提馏段内提馏段内。【方法方法】两种情况都应根据精馏段操作线的斜率求根据精馏段操作线的斜率求得得Rmin。2022-11-16【方法方法】（1）首先作出精馏线精馏线（与平衡线相切）；（2）作出q线；（3）然后由q线与精馏线确定交点的坐标（xq、yq）。qqqDxyyxRmin夹紧点夹紧点在两操作线的交点后出现，在精馏段内。夹紧点夹紧点2022-11-16【方法方法】（1）作出提馏线提馏线（与平衡线相切）；（2）作出q线；（3）由q线与提馏线确定交点的坐标（xq

37、、yq）。qqqDxyyxRmin夹紧点夹紧点【特点特点】夹紧点夹紧点在两操作线的交点前出现，在提馏段内。2022-11-16 解析法解析法 【计算前提计算前提】理想物系，相对挥发度为常量（或取平均值）的物系。【计算方法计算方法】（1）通过联立联立 q 线方程线方程和相平衡方程相平衡方程求解求解交点坐标（xq、yq）；（2）计算Rmin：qqqDxyyxRmin2022-11-16 对于某些进料热状态，可直接推导出相应的Rmin计算式。如泡点进料泡点进料时，xqxF，则有：FDFDxxaxxaR1)1(11min 饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料时yqyF，则有：11)1(11minFDFDxxaxa

38、xaR式中 yF饱和蒸汽进料中易挥发组分的摩尔分率。2022-11-16【例例】在常压连续精馏塔中分离苯甲苯混合液（可视为理想物系），已知xF=0.4（摩尔分率、下同），xD=0.97，xw=0.04。平均相对挥发度=2.47。试分别求以下三种进料方式三种进料方式下的最小回流比和全回流全回流下的最小理论板数下的最小理论板数。（1）冷液体进料q=1.387；（2）饱和液体（泡点泡点）进料；（3）饱和蒸汽饱和蒸汽进料。2022-11-16034.1584.31387.14.01387.1387.111xxqxxqqyFxxxxy47.1147.2)1(1265.1483.0698.0698.097

39、.0minqqqDxyyxR相平衡方程：两式联立可解得：xq=0.483,yq=0.698【解解】（1）已知q=1.387，则q线方程：2022-11-16622.04.047.114.047.2)1(1qqqxxy568.14.0622.0622.097.0minqqqDxyyxR213.04.047.147.24.0)1(qqqyyx048.3213.04.04.097.0minqqqDxyyxR（3）饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料，故q=0；则yq=xF=0.4（2）泡点进料泡点进料，故q=1；则xq=xF=0.42022-11-16q1.3710Rmin1.2651.5683.048【结果表

40、明结果表明】（1）在分离要求一定的情况下，最小回流比Rmin与进料热状况q有关；（2）当q增大时，Rmin减小。2022-11-161lg)1)(1lg(minWWDDxxxxNmin0.971 0.04lg()()1 0.970.0416 ()lg2.47N 不包括再沸器（4）全回流全回流时的最小理论板数故：据芬斯克方程：2022-11-16（1）什么是适宜回流比？）什么是适宜回流比？3、适宜回流比的选择、适宜回流比的选择【定义定义】操作费用和设备费用之和操作费用和设备费用之和最低时最低时的回流比称为适宜回流比。的回流比称为适宜回流比。2022-11-16（2）精馏过程的操作费用）精馏过程的

41、操作费用【分析分析】操作费用主要取决于：主要取决于：再沸器中加热介质加热介质的消耗量；塔顶冷凝器中冷却介质冷却介质消耗量；两种介质在输送过程中的动力消动力消耗耗等。【特点特点】这些消耗与塔内上升的蒸汽量V和V 有关。当当F、q及及D一定时，一定时，V和和V 均随均随回流比回流比R 而变。而变。再沸器再沸器全凝器全凝器2022-11-16DDVDLR【结论结论】当生产能力（D）一定时，R加大加大，V随之增大随之增大，单位时间内加热介质及冷却介质用量均随之增加，即精馏操作费精馏操作费用增加用增加。反之亦然。VLD回流比对精馏操作费用的影响回流比对精馏操作费用的影响2022-11-16（3）精馏装置

42、的设备费用）精馏装置的设备费用 精馏装置的设备费用的构成：【主体设备费用主体设备费用】精馏塔的购置费用；【附属设备费用附属设备费用】再沸器、全凝器及其它辅助设备的购置费用。当设备类型和材质被选定后，此项费用主要取决取决于设备的尺寸于设备的尺寸。2022-11-16回流比对主体设备费用的影响回流比对主体设备费用的影响（1）增大增大回流比，操作线回流比，操作线向对角线靠近，理论板数向对角线靠近，理论板数减少，设备费用减少，设备费用降低降低。（2）减小减小回流比，操作线回流比，操作线向平衡线靠近，理论板数向平衡线靠近，理论板数增加，设备费用增加，设备费用增大增大。2022-11-16回流比对附属设备

43、费用的影响回流比对附属设备费用的影响随着R的增加，塔内汽液（V、L）负荷增加，从而使再沸器、全凝器的尺寸相应增大，附属设备附属设备设备费用增加。2022-11-16（4）适宜回流比的确定）适宜回流比的确定【确定方法确定方法】（1）在精馏设计计算中，适宜回流比的准确值较难确定。一般常采用经验值一般常采用经验值。根据实践总结得出，适宜回流比的范围为：min)0.21.1(RR 0.09170.0203minminmin0.37481.3536optRNNR（2）使用经验关联式经验关联式：2022-11-16适宜回流比的确定适宜回流比的确定min)0.21.1(RRopt2022-11-16科学家与

44、工程师的区别科学家与工程师的区别 冯卡门教授有句名言：“科学家研究已有的世界科学家研究已有的世界，工程师创造未来的世界，工程师创造未来的世界”。科学家与工程师的区别最先在于科学与工程两个概念的区别：科学在于探索客观世界探索客观世界中存在的客观规律，所以科学强调分析，强调结论的唯一性；工程是人们综合应用科学理论和技术手段去改造客观世界改造客观世界的实践活动，所以工程强调综合，强调方案比较论证。一、创造未来的世界一、创造未来的世界2022-11-16 工程师常说的一句话：everything is possible！对他们来说只有想不到的，没有做不到的；而科学家就缺少这种肯定性，他们认为每件事都有

45、很多可能性，当然经过一段时间论证后有些可能性变成了必然性。二、一切皆有可能二、一切皆有可能2022-11-16 科学家的思维方式和工程师的有很大的不同，对于科学家看来，只需简单的几个步骤，到了工程师那里时可以被细分解成几十个小步骤。工程师们要训练成机械性且严谨的思维机械性且严谨的思维，而科学家们需要大胆的假设，同时也要对假设进行严谨的推理论证。工程师的培养模式是科学基础工程规范科学基础工程规范，科学家的培养模式是科学基础形象思维科学基础形象思维。三、严谨的思维三、严谨的思维2022-11-16 科学家们相当于吃皇粮的，他们想法子获得必要的经费（如政府拨款，企业投资，私人赞助等），同时科学家们需

46、要最大限度的学术自由，以使他们可以无后顾之忧地进行研究，即使研究得到的是和原先设想的完全相反的结果，经费也没有白花；工程师相比科学家来说则更多的立足于市场立足于市场，他们要学会关注市场，找到需求，还要学会如何用最少的钱，最快的速度去满足一个市场需求。四、立足于市场四、立足于市场2022-11-16五、强烈的经济意识五、强烈的经济意识 科学研究有时候仅仅是为了满足科学家个人的好好奇心奇心，当然也可以是非常有实用价值的科学探求，科学发现离实际应用都有长长短短的距离，其研究成果是否能得到经济回报经济回报则永远是一个未知数；工程师们则不同，他们必须使制造出来的物体，在经济上是可行的，否则没有任何用处，

47、如果一件产品的成本高于其市场价值，使得无人光顾，这种产品就无法生产，所以对工程师来说，经济观念经济观念是必备的。2022-11-16六、工程师六、工程师艺术家艺术家 科学家主要回答“为什么为什么”，在回答“为什么”时，我们往往需要将问题分解再分解，直到研究的对象成为一个简单到可以被认识的东西；而工程师则主要在回答“怎么办怎么办”，在回答“怎么办”时，我们往往不得不同时考虑各种外界条件的制约，把各方面的诉求和限制都综合起来，给出全套的解决方案，以使这个方案尽可能巧妙的处理了各方面的矛盾。因此，分析与综合分析与综合的方法经常同时出现在工程实践中。2022-11-16考试及成绩构成考试及成绩构成1、考试内容考试内容 课堂中讲授部分与要求部分；2、考试题型考试题型（1）单选题 10题 20分（2）判断题 10题 10分（3）简答题 5题 20分（4）计算题 5题 50分3、成绩构成成绩构成（1）作业情况 10（2）期中考试 20（3）期末考试成绩 702022-11-162022-11-16