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化。若将全过程的气相产物冷凝后汇集一起,则馏出液的平均组成Y及数量可对全过程的始末作物料衡算而求出。全过程易挥发组分的物料衡算式为YW1W2X1W1X2W2W2X1X2YX1W1W264精馏641精馏过程642精馏过程数学描述的基本方法643塔板上过程的数学描述644精馏塔的操作方程641精馏过程精馏原理简单蒸馏及平衡蒸馏只能使液体混合物得到有限的的分离,远远不能满足工业的要求。如何利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度的分离,是我们在本节要讨论的基本内容。精馏操作前已述及可以反复进行多次部分汽化,部分冷凝可以实现高纯度的分离。从理论上说,可以用多次重复蒸馏的方法来达到所要求的分离纯度。多次蒸馏可用的方法有多次简单蒸馏、多次平衡蒸馏、多次平衡级。前两种操作复杂,设备造价高,不是很经济。641精馏过程让我们再来回顾一下平衡级的操作情况进入平衡级的组成X0,Y0不平衡,X0X0或Y0()()。全塔物料衡算总物料衡算F1F2DW易挥发组份衡算F1XF1F2XF2DXDWXW联立以上两式可得回收率DF2XF2XWXF1XWF1F1XDXWXDXWDXDD/F1XDF1XF1F2XF2XF1F2/F1XF2654双组分精馏过程的其他类型654双组分精馏过程的其他类型Q线方程Q线方程数与进料股数相同,两股进料Q线方程有两个,即QXQXY1XF1Y2,F2XQ11Q11Q21Q21最小回流比RMIN回流比R减小,三条操作线均向平衡线靠拢。当减小R至某个值时,挟点可能出现在两段操作线的交点E1处,也可能出现在两段操作线的交点E2处。对非理想性很强的物系,挟点也可能出现在某个中间位置,先出现挟点时的回流比为最小回流比。654双组分精馏过程的其他类型654双组分精馏过程的其他类型侧线出料654双组分精馏过程的其他类型654双组分精馏过程的其他类型侧线出料如图所示,此时操作线数目413,因而整个精馏塔可分成三段,每段均可按图中所示符号用物料衡算推出其操作线方程。以下仅讨论侧线抽出的产品XD2为泡点液体的情况。XRYXD操作线方程段R1R1段YRD2/D1XXD1D2/D1XD2R1R1(泡点采出)以上两式R中定义为RL/D1。654双组分精馏过程的其他类型654双组分精馏过程的其他类型段式中LLQFLD2QFRD1D2QFWFD1D2YLWXWXLWLW有侧线出料时操作线斜率通常66双组分精馏的操作型计算661精馏过程的操作型计算662精馏塔的温度分布和灵敏板66双组分精馏的操作型计算661精馏过程的操作型计算操作型计算的命题此类计算的任务是在设备(精馏段板数及全塔理论板数)已定的条件下,由指定的操作条件预计精馏操作的结果。计算所用的方程与设计时相同,此时的已知量为全塔总板数N及加料板位置(第M块板);相平衡曲线或相对挥发度;原料组成XF与热状态Q,回流比R;并规定塔顶馏出液的采出率DF。待求的未知量为精馏操作的最终结果产品组成XD,XW以及逐板的组成分布。操作型计算的特点66双组分精馏的操作型计算由于众多变量之间的非线形关系,使操作型计算一般均须通过试差(迭代),即先假设一个塔顶(或塔底)组成,再用物料衡算及逐板计算予以校核的方法来解决。加料板位置(或其它操作条件)一般不满足最优化条件。下面以两种情况为例,讨论此类问题的计算方法。回流比增加对精馏结果的影响设某塔的精馏段有M1块理论板,提馏段为NM1块板,在回流比R操作时获得塔顶组成X与釜液组成X(参见图943A)。WD现将回流比加大至R,精馏段液气比增加,操作线斜率变大;提馏段66双组分精馏的操作型计算回流比增加对精馏结果的影响66双组分精馏的操作型计算气液比加大,操作线斜率变小。当操作达到稳定时馏出液组成XD必有所提高,釜液组成XW必将降低,如图(943B)所示。定量计算方法是先设定某一XW值,可按物料衡算式求出XFXW1DFXDDF然后,自组成为XD起交替使用精馏段操作线方程YN1平衡方程XN操作线方程YN进行1YNXRXND及相R1R1M次逐板计算,算出第1至M板的气、液组成。直至算出离开加料板液体的组成XM。跨过加料板以后,须改用提馏段66双组分精馏的操作型计算YN1RQFDFR11QDXNF1DFR11QDXW及相平衡方程进行NM次逐板计算,算出最后一块理论板的液体组成XN。将此XN值与所假设的比XW值比较,两者基本接近则计算有效,F规定的条件下,藉增加回流够则重新试差。必须注意,在馏出液流率DR一提高XD的方法并非总是有效(1)XD的提高受精馏段塔板数即精馏塔分离能力的限制。对一定板数,即使回流比增至无穷大(全回流)时,D也有确定的最高极限值;在实际X操作的回流比下不可能超过此极限值。66双组分精馏的操作型计算(2)XD的提高受全塔物料衡算的限制。加大回流比可提高XD,但其极限值为XDFXF。对一定塔板数,即使采用全回流,XD也只能某中程度趋D近于此极限值。如XDFXF的数值大于1,则XD的极限值为1。D此外,加大操作回流比意味着加大蒸发量与冷凝量。这些数值还将受到塔釜及冷凝器的传热面的限制。进料组成变动的影响塔板数下塔顶馏出液组成XD将下降为X,提馏段塔釜组成也将由XW降D至X。进料组成变动后的精馏结果X、X可用前述试差方法确定。WWD一个操作中的精馏塔,若进料组成XF下降至X,则在同一回流比R及F66双组分精馏的操作型计算进料组成变动的影响66双组分精馏的操作型计算图944表示进料组成变动后操作线位置的改变。此时欲要维持原馏出液组成XD不变,一般可加大回流或减少采出量DF。值得注意,以上两种情况的操作型计算中,加料板位置不一定是最优的。图943B说明了这一问题。662精馏塔的温度分布和灵敏板精馏塔的温度分布溶液的泡点与总压及组成有关。精馏塔内各块塔板上物料的组成及总压并不相同,因而塔顶至于塔底形成某中温度分布。在加压或常压精馏中,各板的总压差别不大,形成全塔温度分布的主要66双组分精馏的操作型计算662精馏塔的温度分布和灵敏板66双组分精馏的操作型计算原因是各板组成不同。图945A表示各板组成与温度的对应关系,于是可求出各板的温度并将它标绘在图945B中,即得全塔温度分布曲线。减压精馏中,蒸汽每经过一块塔板有一定压降,如果塔板数较多,塔顶与塔底压强的差别与塔顶绝对压强相比,其数值相当可观,总压降可能是塔顶压强的几倍。因此,各板组成与总压的差别是影响全塔温度分布的重要原因,且后一因素的影响往往更为显著。灵敏板一个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰(如回流比、进料组成发生波动等),全塔各板的组成发生变动,全塔的温度分布也将发生66双组分精馏的操作型计算灵敏板66双组分精馏的操作型计算相应的变化。因此,有可能用测量温度的方法预示塔内组成尤其是塔顶馏出液的变化。在一定总压下,塔顶温度是馏出液组成的直接反映。但在高纯度分离时,在塔顶(或塔底)相当高的一个塔段中温度变化极小,典型的温度分布曲线如图946所示。这样,当塔顶温度有了可觉察的变化,馏出液组成的波动早已超出允许的范围。以乙苯苯乙烯在8KPA下减压精馏为例,当塔顶馏出液中含乙苯由999降至90时,泡点变化仅为07。可见高纯度分离时一般不能用测量塔顶温度的方法来控制馏出液的质量。仔细分析操作条件变动前后温度分别的变化,即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上,温度变化量最为显著。或者说,这些塔板的温度对外66双组分精馏的操作型计算界干扰因素的反映最灵敏,故将这些塔板称之为灵敏板。将感温元件安置在灵敏板上可以较早觉察精馏操作所受到的干扰;而且灵敏板比较靠近进料口,可在塔顶馏出液组成尚未产生变化之前先感受到进料参数的变动并即使采取调节手段,以稳定馏出液的组成。67间歇精馏67间歇精馏671间歇精馏过程的特点当混合液的分离要求较高而料液品种或组成经常变化时,采用间歇精馏的操作方式比较灵活机动。从精馏装置看,间歇精馏与连续精馏大致相同。作间歇精馏时,料液成批投入精馏釜,逐步加热气化,待釜液组成降至规定值后将其一次排出。由此不难理解,间歇精馏过程具有如下特点。间歇精馏为非定态过程。在精馏过程中,釜液组成不断降低。若在操作时保持回流比不变,则馏出液组成将随之下降;反之,为使馏出液组成保持不变,则在精馏过程中应不断加大回流比。为达到预定的要求,实际操作可以灵活多样。68恒沸精馏与萃取精馏681恒沸精馏(1)三组分恒沸精馏在A、B双组分恒沸溶液或相对挥发度很小的双组分溶液中加入称为挟带剂的第三组分C,此挟带剂C与原溶液中一个或两个组分形成新的恒沸物(AC或ABC),新的恒沸物的沸点比纯组分B(或A)或原恒沸物(AB)的沸点低得多,使溶液变成“恒沸物纯组分”的精馏,其相对挥发度大而易于分离。例如68恒沸精馏与萃取精馏(2)恒沸精馏挟带剂的选择在恒沸精馏中,选择适当的挟带剂是恒沸精馏成败的关键,对挟带剂的要求是挟带剂应能与被分离组分形成新的恒沸液,其恒沸点要比纯组分的沸点低,一般两者沸点差不小于10;新恒沸液所含挟带剂的量愈少愈好,以便减少挟带剂用量及气化、回收时所需的能量;新恒沸液最好为非均相混合物,便于用分层法分离;无毒性、无腐蚀性,热稳定性好;来源容易,价格低廉。68恒沸精馏与萃取精馏(3)双组分非均相恒沸精馏若双组分溶液的恒沸物是非均相的,在恒沸组成下溶液可分为两个具有一定互溶度的液层,此类混合物的分离毋需加入第三组分而只要用两个塔联合操作,便可获得两个纯组分,如糠醛溶液的分离。P121图95068恒沸精馏与萃取精馏682萃取精馏萃取精馏和恒沸精馏相似,也是向原料液中加入第三组分(称为萃取剂或溶剂),以改变原有组分间的相对挥发度而得到分离。但不同的是要求萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点高得多,且不与组分形成恒沸液。萃取精馏常用于分离各组分沸点(挥发度)差别很小的溶液。1痉胶四冒澎夏张靠惠近冈绎赠鲤御依湛嘴来惊窝桶境治频窟泽深肯芥洲蛔账鳞酪冤

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