物料衡算和操作线方程课件

第六章蒸馏

第六章蒸馏第一节双组分理想物系气液平衡第二节蒸馏方法第三节双组分连续精馏的计算第四节蒸馏设备第五节恒沸精馏与萃取精馏第三节双组分连续精馏的计算主要涉及物料衡算及操作线方程计算所谓理论板是指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。例如，对任意层理论板n而言，离开该板的液相组成xn与气相组成yn符合平衡关系。一、理论板的概念和恒摩尔流假定1.理论板的概念：1.理论板：一、理论板的概念和恒摩尔流假定

V1=V2=…=Vn=VV1′=V2′=…=Vm′=V′式中V——精馏段中上升蒸气摩尔流量，kmol/h；V′——提馏段中上升蒸气摩尔流量，kmol/h；下标表示塔板序号。（1）恒摩尔气流:精馏段内，每层塔板的上升蒸汽摩尔流量都相等，提馏段也一样。但两段的上升蒸汽摩尔流量不一定相等。一、理论板的概念和恒摩尔流假定2.恒摩尔流的假定：（2）恒摩尔液流:精馏段内，每层塔板的下降液体摩尔流量都相等，提馏段也一样。但两段的下降液体摩尔流量不一定相等。

一、理论板的概念和恒摩尔流假定2.恒摩尔流的假定：

L1=L2=…=Ln=LL1′=L2′=…=Lm′=L′式中

L——精馏段中下降液体摩尔流量，kmol/h；L′——提馏段中下降液体摩尔流量，kmol/h；

恒摩尔流假定成立必须满足的条件是溶液中各组分的摩尔汽化热相等。气液两相接触时因温度不同而交换的显热可忽略。精馏塔保温良好，热损失可以忽略。若在精馏塔塔板上气、液两相接触时有nkmol的蒸气冷凝，相应就有nkmol的液体气化，这样恒摩尔流的假定才能成立。一、理论板的概念和恒摩尔流假定2.恒摩尔流的假定：二、物料衡算和操作线方程1.全塔物料衡算：对图中所示的连续精馏塔作全塔物料衡算，并以单位时间为基准，即总物料F=D+W

易挥发组分FxF=DxD+WxW

式中F——原料液流量，kmol/h；

D——塔顶产品（馏出液）流量，kmol/h；

W——塔底产品（釜残液）流量，kmol/h；

xF——原料液中易挥发组分的摩尔分率；

xD——馏出液中易挥发组分的摩尔分率；

xW——釜残液中易挥发组分的摩尔分率。二、物料衡算和操作线方程1.全塔物料衡算：在精馏计算中，分离程度除用两产品的摩尔分率表示外，有时还用回收率表示，即

塔顶易挥发组分回收率=

塔底难挥发组分的回收率=加料热状态参数q的大小与进料焓值IF直接相关.二、物料衡算和操作线方程2.精馏段操作线方程：按图中虚线范围（包括精馏段的第n+1层板以上塔段及冷凝器）作物料衡算，以单位时间为基准，即总物料

V=L+D

易挥发组分

Vyn+1=Lxn+DxD回流比R=L/D精馏段操作线方程的物理意义:在一定操作条件下，精馏段内自任意第n层板下降的液相组成Xn与其相邻的下一层板（如第n+1层板）上升蒸气气相组成Yn+1之间的关系。--精馏段操作线方程二、物料衡算和操作线方程2.精馏段操作线方程：斜率3.提馏段操作线方程：总物料：轻组分：二、物料衡算和操作线方程上式为提馏段操作线方程提馏操作线：c点：（xW

，xW）截距：-WxW

/V'精馏操作线：a点：(xD，xD）截距：xD

/(R+1)

精馏段操作线方程提馏段操作线方程y操作线方程在x-y图上的画法：xy01.01.0xD

abxW

cde二、物料衡算和操作线方程4.进料操作线方程：

在实际生产中,如图所示,引入精馏塔内的原料可能有五种不同状况,即：①低于泡点的冷液体；②泡点下的饱和液体；③气液混合物；④饱和蒸气；⑤过热蒸气。

进料热状况不同,将直接影响其上.下两段上升蒸气和下降液体的流量。（1）进料5种热状况图FLV’L’V冷液进料泡点进料FLV’L’VFLV’L’V汽液混合进料16（2）进料情况对上升蒸气量和下降液体量的影响FLV’L’V过热蒸汽进料FLV’L’V饱和蒸汽进料17（2）进料情况对上升蒸气量和下降液体量的影响二、物料衡算和操作线方程4.进料操作线方程：（3）进料热状况参数对右图所示的进料板分别作总物料衡算及热量衡算，即IV≈IV′及IL≈IL′定义

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加料热状态参数二、物料衡算和操作线方程4.进料操作线方程：（3）进料热状况参数加料热状态参数q的大小与进料焓值IF直接相关.可得：q的意义:以1kmol/h进料为基准时,提馏段中的液体流量较精馏段增大的kmol/h数。提馏段操作方程的常用表达式.二、物料衡算和操作线方程4.进料方程（q线方程）：

作图①②二、物料衡算和操作线方程q线的作法：③改变操作条件(如R)，操作线改变，但交点总在q线上。说明：②只要热状况不变，q线不变；①q线方程是两条操作线交点轨迹的方程。二、物料衡算和操作线方程5.进料热状况对q值及q线的影响：二、物料衡算和操作线方程进料组成

回流比R

分离要求保持一定二、物料衡算和操作线方程5.进料热状况对q线及操作线的影响：1.全回流和最少理论板数若D=0(通常也有F=0,W=0)操作线：

(即L=V)任一塔截面上升蒸汽和下降液体的组成均相等全回流：三、回流比的影响与选择1.全回流和最少理论板层数

三、回流比的影响与选择说明：全回流为回流比的上限；

对应着最少理论板数Nmin。

2.最小回流比：分析:(平衡线与操作线越近)当四条线交于一点时交点附近板上无增浓作用即夹（紧）点三、回流比的影响与选择3.适宜回流比的选择：选择依据：费用最低总费用=操作费用+设备费(1)精馏操作费主要取决于回流比有两个极限值,上限为全回流时的回流比,下限为最小回流比,实际回流比为介于两极限值之间的某适宜值.三、回流比的影响与选择(2)设备费包括精馏塔、再沸器、冷凝器的费用精馏塔费用高三、回流比的影响与选择三、回流比的影响与选择适宜回流比一般取四、精馏塔的操作和调节1.影响精馏操作的主要因素：（1）物料平衡的影响和制约保持精馏装置的物料平衡是精馏塔定态操作的必要条件。（2）回流比的影响回流比是影响精馏塔分离效果的主要因素，生产中经常用改变回流比来调节、控制产品的质量。（3）进料组成和进料热状况的影响当进料状况（xF和q）发生变化时，应适当改变进料位置。四、精馏塔的操作和调节2.精馏塔的产品质量控制和调节：分析塔内沿塔高的温度分布可以看到，在精馏段或提馏段的某塔板上温度变化最显著，也就是说这些塔板的温度对于外界因素的干扰反映最为灵敏，通常将它称之为灵敏板。因