蒸馏第四节.ppt

第四节精馏过程的数学描述 双组分连续精馏塔计算 一 全塔物料衡算 指塔顶产物 塔底产物和料液之间的关系 连续定态操作 输入量 输出量F D W 塔顶回收率 塔底回收率 二 精馏过程基本假定 1 理论板概念 塔板上传质过程的简化指离开的蒸汽和液体成平衡的塔板 理论板是衡量实际塔板分离效果的最高标准 2 恒摩尔流假定 塔板上热量衡算方程的简化 设 1 各组分摩尔汽化潜热相同 2 忽略相邻板间的温度差异 3 忽略塔的热损失 结论 精馏塔内 除加料板或出料板外 各段内上升蒸汽和下降液量各自相等 即精馏段内 提馏段内 三 精馏塔的数学描述 1 精馏段操作 探索板间空间x y的关系 物料衡算V L D 解得 令回流比R L D 则 在x y相图上 精馏段操作线是一条直线 过 xD xD 点 斜率为 截距为 前提是分离系统符合恒摩尔流假定 回流比讨论 1 增加或减少R 并不意味产品流量的变化 2 增加R 将会增加冷凝器和再沸釜的热负荷 增加蒸汽流量 增大塔径 3 增加R 将使传质推动力增大 分离效率提高 减少塔板数 降低塔的高度 2 提馏段操作线 物料衡算 解得 在x y相图上 提馏段操作线是一条直线 过 xw xw 点 斜率为 四 精馏过程的数学解 理论塔板数的确定 前提 1 由全塔物料衡算确定F D W xw 2 已知操作压力 确定相平衡关系 3 已知回流比和进料热状态 确定操作线 方法 交替使用相平衡关系和操作线方程 1 逐板计算法 1 精馏段计算若在塔顶设一全冷凝器 且在泡点下回流 由塔顶开始往下计算 表示第n板为加料板 精馏段需n 1块板 2 提馏段计算 从加料板开始 提馏段需m 1块塔板 再沸釜部分汽化 算一块塔板 注意 每使用一次平衡关系 表示需一块理论板 2 直角梯级图解法 McCabe ThieleMethod 前提 恒摩尔流假定方法 同逐板计算法 交替使用相平衡关系和操作线方程 1 在相图上作平衡线 并划出对角线 2 作精馏段操作线 3 作提馏段操作线 4 从点a xD xD 开始在精馏线与平衡线间划直角梯级 并在点d处改为在提馏线与平衡线间划直角梯级 直到跨过 xw xw 点 每一个直角梯级代表一块塔板 适宜进料板位置 在更换操作线处 五 进料热状态对精馏过程的影响 进料热状态不同 使进料板上方与下方的汽 液量关系发生变化 是提馏段操作线位置发生变化的原因 1 定性分析 2 定量分析 对进料板作物料衡算和热量衡算 可得 令 q称为进料热状态 其物理意义 料液中液体所占的分率 3 进料方程 q线方程 目的 求精馏线与提馏线的交点 略去下标 整理 由两操作线方程开始 联解 进料线方程是一条直线 过点 斜率为 其在y轴上的截距为 在x轴上的截距为 4 进料热状态对q线的影响 5 进料热状态对精馏过程的影响 推动力 冷料 泡点进料 汽液混和进料 露点进料 过热蒸汽进料理论板数 冷料 泡点进料 汽液混和进料 露点进料 过热蒸汽进料适宜进料板位置 冷料最高 过热蒸汽最低 六 回流比的影响与选择 1 回流比与传质推动力 当R增大 精馏线斜率 亦增大 表示精馏线向对角线靠近 而远离平衡线 推动力增大 有利点 理论板数减少 降低设备成本 不利点 增加能耗 回流比有二个极限 1 全回流 2 最小回流比 2 全回流 与最少理论板数 在全回流时 D 0 同时F 0 W 0 精馏线斜率等于1 与对角线重合 无精馏线与提馏线之分 其特点 1 两板空间汽液组成相同 2 要达到预定的分离目的 需理论板数最少 全回流应用 不是生产上的正常情况 但可应用于1 开工或调试等非定态情况 使塔内快速达到平衡 2 测定板效率 3 最小回流比 减少回流比 两操作线交点沿进料线向平衡线靠近 若与平衡线相交时的回流比称为最小回流比 此时所需理论板数为无穷多 求最小回流比 1 由夹紧点d的坐标 xq xq 求精馏线斜率 2 解析法 对理想溶液 泡点进料时 露点进料时 3 若平衡线形状有上凸或下凹时 可由切点的坐标 xq xq 求Rmin 4 适宜回流比 七 理论板数的简捷算法 适用于初步设计估算 方法 1 理想溶液 全回流下 逐板计算法求Nmin Fenske公式2 实际回流比R Rmin Nmin求N Gilliland图