传质与分离过程学时.ppt

1.全回流和最少理论板层数,(1)全回流的概念,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,精馏的开工阶段,全回流的应用,一、全回流和最小回流比,操作线的斜率和截距分别为,全回流操作时不向塔内进料，也不从塔内取出产品，全塔无精馏段和提馏段之区分，两段的操作线合二为一 。,操作线与对角线重合，操作线方程为,一、全回流和最小回流比,(2)最少理论板层数,回流比愈大，完成一定的分离任务所需的理论板层数愈少。当回流比为无限大，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最大，因此所需理论板层数最少，以Nmin表示。,一、全回流和最小回流比,xD,xW,xF,回流比与理论板层数的关系,R 越大 NT 越少,R1,R2,R3,Nmin用芬斯克(Fenske)方程式计算，芬斯克方程式通过逐板计算法推得。,由汽液平衡方程得,操作线方程为,一、全回流和最小回流比,对于塔顶全凝器,第1层理论板的汽 液平衡关系为,第1层和第2层理论 板之间操作关系为,所以,一、全回流和最小回流比,第2层理论板的汽 液平衡关系为,则,重复上述的计算过程，直至塔釜（塔釜视作第 N+1 层理论板）为止，可得,一、全回流和最小回流比,令,对于全回流操作，N =Nmin,一、全回流和最小回流比,几何平均,对两组分物系，略去下标 A、B,注意,一、全回流和最小回流比,芬斯克 方程式,求得的最小理论板层数不含再沸器,为全塔平均相对挥发度,2. 最小回流比,(1)最小回流比的概念,对于一定分离任务，减小操作回流比，两操作线向平衡线靠近，所需理论板层数增多。当回流比减小到某一数值，两操作线的交点d落到平衡线上，此时，若在平衡线与操作线之间绘阶梯，将需要无穷多阶梯才能到达点d，相应的回流比即为最小回流比，以Rmin表示。,一、全回流和最小回流比,xD,xW,xF,R1,R2,夹紧区,夹紧点,最小回流比,斜率,xq,yq,g,(2)最小回流比的求法, 作图法,一、全回流和最小回流比,最小回流 比计算式,非正常平衡曲线最小回流比的求法,一、全回流和最小回流比, 解析法,泡点进料,露点进料,一、全回流和最小回流比,二、适宜回流比的选择,分离任务一定,R,操作费用,设备费用,塔径,能耗,L、V,R,设备费用,塔高,理论 板数,适宜回流比的选择,1操作费用 2设备费用 3总费用,选择适宜的回流比需进行经济权衡，根据生产实践经验，取,统计表明，实际生产中的操作回流比以下列范围使用较多：,二、适宜回流比的选择,适宜回流 比计算式,一、吉利兰(Gilliland)关联图,精馏塔理论板层数除了可用前述的逐板计算法和图解法求算外，还可用简捷法计算。通常采用的简捷法为吉利兰关联图。,吉利兰关联图,二、求理论板层数的步骤,简捷法求理论板层数的步骤,先按设计条件求出最小回流比Rmin，并选择操 作回流比R。,计算全回流下的最少理论板层数Nmin。,利用吉利兰关联图，计算全塔理论板层数N。,用精馏段的最小理论板层数Nmin1代替全塔的 Nmin ，确定适宜的进料板位置。,由芬斯克方程式,m1为精馏段平均相对挥发度,二、求理论板层数的步骤,一、直接蒸汽加热,待分离的物系为水溶液,1.直接蒸汽加热应用背景及意义,直接蒸汽加热的应用背景,直接蒸汽加热的意义,省掉再沸器，减少设备费,水为难挥发组分,提高加热蒸汽利用率，节约能耗，减少操作费,直接蒸汽加热,直接蒸汽加热精馏塔的精馏段操作线和 q 线与常规塔相同，但提馏段操作线方程应予修正。,2.直接蒸汽加热理论板层数的计算,总物料衡算,易挥发组分衡算,一、直接蒸汽加热,对于塔内恒摩尔流动,当,则,提馏段操作线与横轴的交点坐标为 g (xW , 0),一、直接蒸汽加热,提馏段操 作线方程,xD,a,b,xW,c,xF,e,f,d,1,2,3,4,5,直接蒸汽加热时理论板层数的图解法,物系在低浓度下的相对挥发度较大，无精馏 段也可达到希望的馏出液组成,1.提馏塔的特点及应用背景,提馏塔的应用背景,塔顶进料，塔顶馏出物全部采出，无回流,提馏塔的特点,只有提馏段，而没有精馏段,回收稀溶液中的轻组分,二、提 馏 塔,提馏塔装置示意图,正丁醇水物系分离的双塔流程示意图,2.提馏塔的理论板层数的计算,提馏塔的操作线方程与一般精馏塔的提馏段操作线方程相同。,泡点进料,操作线方程,二、提 馏 塔,xD,a,b,xW,c,xF,e,f,d,1,2,3,4,提馏塔理论板层数的图解法,三、塔顶采用分凝器,精馏塔的上升蒸汽先进入分凝器，在分凝器中蒸汽部分冷凝，冷凝液作为回流返回塔内，未被冷凝的蒸汽进入全凝器，在全凝器中被全部冷凝，冷凝液作为产品采出。通过调整分凝器中冷却介质的流量或进口温度，即可调整精馏塔的回流比。,塔顶采用 分凝器的 精馏装置,1精馏塔,2分凝器,3全凝器,y1xD（ yL=xD）,yL与 xL平衡关系,y1与 xL操作关系 操作线方程 y1=L/V xL+D/V xD,练 习 题 目,思考题,作业题: 1