二元蒸馏的计算

1、1第六章第六章 蒸馏蒸馏一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算二、精、提馏段物料衡算二、精、提馏段物料衡算三、三、进料状况的影响和进料状况的影响和q线方程线方程四、理论塔板数四、理论塔板数N的计算的计算五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用六、理论板数的捷算法六、理论板数的捷算法七、关于二元连续精馏的其它流程七、关于二元连续精馏的其它流程第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算2第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算计算项目：计算项目：塔顶（或塔底）产量和浓度塔顶（或塔底）产量和浓度塔内物流量塔内物流量回流量回流量塔板数或填料层高度塔板数或填料层高度进料位

2、置进料位置 塔径塔径第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算D, xDW, xWF, xFLVL V 3第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算 恒恒摩摩尔尔流流假假定定理理论论板板假假定定两两个个简简化化假假定定计计算算前前提提：D, xDW, xWF, xFLVL V 饱饱和和液液相相 x0 t0 y t L V 饱饱和和汽汽相相 t, x y0 T0 L VBAABANBN-若组分若组分A、B的汽化的汽化潜热接近，则潜热接近，则NA=NBVL4第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算 WDFWxDxFxWDFD, xDW, xWF,

3、xF易易挥挥发发组组分分回回收收率率： %1001 FDFxDx 难难挥挥发发组组分分回回收收率率：%100)1()1(2 FWxFxW 一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算5第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算 1精精馏馏段段操操作作线线方方程程全全凝凝器器，泡泡点点回回流流 DnnDxLxVyDLV1DnnxVDxVLy 1令DLR -回回流流比比 DRVRDL)1(111 RxxRRyDnn-精精馏馏段段的的操操作作线线方方程程D, xDW, xWF, xFV ,yn+1L,xnV,y1L,xD二、精、提馏段物料衡二、精、提馏段物料衡算算6第三节第三节 双组分连续精馏塔

4、的计算双组分连续精馏塔的计算111 RxxRRyDnn-精精馏馏段段的的操操作作线线方方程程过过点点 a（xD、xD） 、斜斜率率小小于于 1 的的直直线线y xD a 0 X xDxnyn+17第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算 操作线斜率大，意操作线斜率大，意味着经过一块理论板味着经过一块理论板后，汽相的增浓程度后，汽相的增浓程度变大，液相的减浓程变大，液相的减浓程度变大。故度变大。故操作线斜操作线斜率大对精馏段的分离率大对精馏段的分离是有利的是有利的 。 y xD a xn-1 yn n xn yn+1 0 xD xnyn+1ynxn-1汽相汽相增浓增浓程度程度液

5、相减浓液相减浓浓程度浓程度思考：思考：操作线斜率大，对精馏是否有利？操作线斜率大，对精馏是否有利？8第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算xm+1L , xMV ,yWymV L xm-1W , xWxmm+1mym+1物物料料衡衡算算得得： WmmWxyVxLWVL1VWxxVLyWmm 1-提提馏馏段段的的操操作作线线方方程程 2提馏段操作线方程提馏段操作线方程9第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算y xD a xW b 0 xW xD VWxxVLyWmm 1-提提馏馏段段的的操操作作线线方方程程直直线线过过点点 b（xW、xW） 、斜斜率率1

6、WLL斜率小，提馏斜率小，提馏段内塔板的分段内塔板的分离能力高。离能力高。 浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所化工化工理理原原10 P一一定定 B t-y t t-x A 0 1 露露露露露露泡泡泡泡泡泡过过热热蒸蒸汽汽：饱饱和和蒸蒸汽汽：饱饱和和液液、汽汽混混合合物物：饱饱和和液液体体：过过冷冷液液体体：五五种种进进料料热热状状况况tttttttttttFFFFF第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算三、进料状况的影三、进料状况的影 响和响和q线方程线方程浙江大学化学工程研究所浙江大学化学工程研究所化工化工理理原原11V, hVL, hLL , h LV , h

7、 VF, hFLVFVhhhhFLL 进进料料的的千千摩摩尔尔汽汽化化潜潜热热量量态态变变为为饱饱和和蒸蒸汽汽所所需需热热每每千千摩摩尔尔进进料料从从进进料料状状 -进料热状况参数 q FqVVqFLL) 1(LLFVV 12第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算 FqVVqFLL) 1(LVFVhhhhFLLq 0011qttqttttqttqttFFFF，过热蒸汽：过热蒸汽：，饱和蒸汽：饱和蒸汽：饱和液、汽混合物：饱和液、汽混合物：，饱和液体：饱和液体：，过冷液体：过冷液体：五种进料热状况五种进料热状况露露露露泡泡泡泡泡泡q-液 相 分 率 10qtF，露露131415

8、16第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算前前已已推推得得，精精馏馏段段和和提提馏馏段段操操作作线线方方程程如如下下： DDxLxVy WWxxLyV )()()(WDWxDxxLLyVV 又又 FqVVqFLL)1(，故故 11 qxxqqyF-q 线线方方程程过过点点 f（xF、xF）的的直直线线 d5 q0 xD a c xW x b xF f q=0 0q1 d4 d3 d2 d1 q线方程线方程17第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算11 qxxqqyFd5q0 xDacxWxbxFfq=00q1d4d3d2d1 FqVVqFLL) 1(-q

9、线方程线方程进料状况的影响：进料状况的影响：影响到提馏段传质推动力；影响到提馏段传质推动力； 影响到再沸器的热负荷。影响到再沸器的热负荷。 18第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、理论塔板数四、理论塔板数N的计算的计算理论板数的求取方法：理论板数的求取方法： 捷捷算算法法图图解解法法逐逐板板法法19第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算相相平平衡衡方方程程： xxy)1(1 精精馏馏段段操操作作线线方方程程： 111 RxxRRyDnn提提馏馏段段操操作作线线方方程程： WLWxxWLLyWmm 1dNDxxxyxyx 122111相相精精操操作作

10、线线相相精精操操作作线线相相WNNNNNxxyxyx 相相提提操操作作线线相相相相提提操操作作线线12111 1 逐板法逐板法 精馏段板数N1块全塔理论板数N-1块提馏段板数(N-1-N1)块yN-1 D, xD y1 y2 L, xD x1 xn yn+1 V L 1 2 n x2 yn V, y1 xN-1 xm+1 L, xN-1 V,yW ym V L xm-1 W, xW m+1 m ym+1 N-1 N xm F, xF N1+1 N1 xN1 20第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算 1 y a b d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9

11、 11 5 12 13 理理论论板板数数的的图图解解 (1) 作出精、提操作线、作出精、提操作线、q线；线； (2) 从点从点a开始在平衡线开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点梯，当梯级跨过点d时，时，就改在平衡线和提馏段操就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯作线之间画阶梯，直至梯级跨过点级跨过点b为止；为止；2图解法图解法麦卡勃麦卡勃-蒂列（蒂列（Mccabe-Thiele）法，简称）法，简称M-T法法21第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算 1 y a b d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5

12、 12 13 理论板数的图解理论板数的图解 理论板 12.8 块（包括再沸器） ，其中精馏段 5.7 块，提馏 段 板 数 =11.8-5.7=6.1 块，加料板在第 6 块。 (3) 所画的总所画的总阶梯数就是全塔阶梯数就是全塔所需的理论塔板所需的理论塔板数 （ 包 含 再 沸数 （ 包 含 再 沸器），跨过点器），跨过点d的那块板就是加的那块板就是加料板，其上的阶料板，其上的阶梯数为精馏段的梯数为精馏段的理论塔板数。理论塔板数。22第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算D, xDW, xWF, xF最佳位置进料最佳位置进料 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0

13、 0.2 0.4 0.6 0.8 xy a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 理论板数的图解理论板数的图解23第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算D, xDW, xWF, xF非最佳进料与最佳进料的非最佳进料与最佳进料的比较：进料口下移三块板比较：进料口下移三块板 非最佳位置进非最佳位置进料比最佳位置料比最佳位置进料所需的理进料所需的理论板数多。论板数多。0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 x y 1 a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11

14、 5 12 13 14 24第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算D, xDW, xWF, xF 非最佳位置进非最佳位置进料比最佳位置料比最佳位置进料所需的理进料所需的理论板数多。论板数多。1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 x y a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 14 非最佳进料与最佳进料的非最佳进料与最佳进料的比较：进料口上移一块板比较：进料口上移一块板25DRVRDL) 1(FqVVqFLL) 1(y xD a xW b 0 xW xD R，在在D一一定定的的条条

15、件件下下， L， V， V， 总总费费用用费费用用 能能源源费费 设设备备费费 Rmin Roptmin)21 . 1(RRopt DnnxVDxVLy11VWxxVLyWmm五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算26第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算 最小回流比操作情况的分析 xe a ye xD xW xF e d f b 夹紧点eDeDxxyxRR 1minmineeeDxyyxR min xeye xe ye如如何何求求取取 Rmin？1最小回流比最小回流比Rmin为完成某一分离要求，为完成某一分离

16、要求，所需的理论塔板数为所需的理论塔板数为无穷多时的回流比称无穷多时的回流比称为为最小回流比最小回流比。图解法 解析法27第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算什么是全回流？ DLR特点： 操操作作线线与与对对角角线线重重合合， 精精、提提操操作作线线均均为为：xy ；理理论论板板数数最最少少y xD a xW b 0 xW xD Nminy1y2L, xDx1x2xN-1L, xMyN-1VVD=0L=V2 全回流和最少理论板数全回流和最少理论板数Nmin28第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算对对理理想想物物系系，逐逐板板计计算算可可得得： lglgmin WABDBAxxxxN （包包括括塔塔釜釜）WD-芬芬斯斯克克（Fenske）方方