精馏的物料衡算

精馏的物料衡算精馏的物料衡算 一 全塔物料衡算一 全塔物料衡算 连续精馏过程中 塔顶和塔底产品的流量与组成 是和进 料的流量与组成有关的 它们之间的关系可通过全塔物料衡算 求得 衡算范围如图 10 2 虚线框内所示 总物料平衡 f d w 10 1 易挥发组分平衡 fxr dxd wxw 10 2 式中 f 原料液摩尔流量 kmol h d 馏出液摩尔流量 kmol h w 釜残液摩尔流量 kmol h xf 料液中易挥发组分的摩尔分数 xd 馏出液中易挥发组分的摩尔分数 xw 釜残液中易挥发组分的摩尔分数 只要已知其中 4 个参数 就可以求出其他二参数 一般情 况下 f cf cd xw 由生产任务规定 上式中 f d w 也可采 用质量流量 相应地 xf xd xw 用质量分数 式中 d f w f 工程上分别称其为馏出液采出率和 残液采出率 精馏生产中还常用回收率的概念 所谓回收率 是指某组 分通过精馏回收的 全塔物料衡算方程虽然简单 但对指导精馏生产却是至关 重要的 实际生产中 精馏塔的进料是由前 工序送来的 因此进料组成 xf 为定值 由式 10 4 式 10 5 可知 塔的产 品产量和组成是相互制约的 工业精馏分离指标一般有以下几种形式 规定馏出液与釜残液组成 xd xw 此种情况下 d f w f 为定值 该塔的产率已经确定 不能任意选择 规定馏出液组成 xd 和采出率 d f 此时塔底产品的 采出率 w f 和组成 xw 也不能自由选定 反之亦然 规定某组分在馏出液中的组成和它的回收率 由于回收 率 100 即 dxd fxf 或 d f xf xd 因此采出率 d f 是有限制的 当 0 f 取得过大时 即使此精馏塔有足够大的分 离能力 塔顶也无法获得高纯度的产品 二 二 精馏段物料衡算精馏段物料衡算 在对精馏塔的操作分析中 常常须掌握塔内相邻两层塔板 间的气 液相浓度之间的数量关系 这种关系称为操作线关系 表达这种关系的数学式叫操作线方程 由精馏段进行物料衡算 可得出精馏段的操作线方程 对提馏段物料衡算可得出提馏段 的操作线方程 一 恒摩尔流假设 为简化计算 引入气 液恒摩尔流的基本假设如下 1 恒摩尔汽化 在精馏过程中 精馏段内每层板上升的蒸汽 摩尔流量相等 以 y 表示 提馏段内也如此 以矿表示 但两 段的上升蒸汽摩尔流量不一定相等 2 恒摩尔溢流 在精馏过程中 精馏段内每层板下降的液体 摩尔流量相等 以 l 表示 提馏段内也如此 以 l 表示 但两 段的液体摩尔流量不一定相等 若塔板上气液两相接触时 有 1km 1 的蒸汽冷凝 相应 就有 1km 1 的液体汽化 恒摩尔流的假定即成立 为此 必 须满足以下条件 各组分的摩尔汽化潜热相等 气液两相 接触时 因温度不同而交换的显热可以忽略 精馏塔保温良 好 热损失可以忽略 在精馏操作时 恒摩尔流虽是一项假设 但很多物系 尤 其是结构相似 性质相近的组分构成的物系 上述条件基本符 合 本章研究的对象均可按符合假定处理 二 精馏段操作线方程 精馏段操作线方程可由图 10 3 所示的虚线范围 包括精馏 段第 i 1 层板上塔段及冷凝器 作物料衡算 图 10 3 中对浓度下标的规定如下 来自哪一块塔板就用 该塔板的编号作下标 塔板号码自上而下从第 1 号开始顺序编 号 浓度皆以摩尔分数表示 令 r l d 及称为回流比 是塔顶回流液量与塔顶产品 量的比值 它是精馏操作中很重要的操作参数 后面将对其进 行讨论 上式中 由于第 i 块板是任选的 只要是在精馏段部分即 能满足 因此可去掉下标 得 式 10 6 和式 10 9 皆称为精馏段的操作线方程 其意义 表示在一定操作条件下 精馏段内任意两块相邻塔板间 从上 一块塔板下降的液体组成与从下一块塔板上升蒸汽组成之间的 关系 其中式 10 9 用得比较普遍 显然 精馏段操作线方程在 z y 直角坐标图上的图形为一 条直线 其作法如下 以操作线上两个特殊点作连线画出操作 线 在式 10 9 中 令 x xd 则可算得 y xd 因此表明 点 d xd xd 是精馏段操作线上的一个特殊点该点可在 y x 图的 对角线上由 x xd 方便地标出 另一个特殊点 6 由操作线方 程的截距求得 即点 0 xd r 1 图 10 4 表明由这两个特 殊点连直线做出精馏段操作线的方法 三 提馏段物料衡算 如图 10 5 所示 在提馏段第 j 层板以下 包括再沸器这一 虚线范围作物料衡算 式 10 10 和式 10 11 称为提馏段操作线方程 其意义表 明在一定操作条件下 在提馏段内任一了层板流到下一 j 1 层 板的液相组成 xj 与从下一层 j 1 板上到 j 层板上的气相组成 yi 1 之间的关系 根据恒摩尔流的假定