蒸馏操作技术-精馏计算（化工原理课件）

化工原理理论塔板和恒摩尔流假设精馏操作具体的物料原料液馏出液残液精馏塔内需要装设多少块塔板呢？（1）理论板概念离开该板的气、液两相互成平衡，并且该板上的液相组成也可视为均匀一致的实际上理论板并不存在理论板通过适当的校正就可以得出实际塔板数先求得理论塔板数通常在设计中（2）恒摩尔流假定精馏段内每层塔板上升蒸气的摩尔流量相等精馏段提馏段两段上升蒸气的摩尔流量不一定相等精馏段内每层塔板下降的液体摩尔流量相等精馏段提馏段两段下降液体的摩尔流量不一定相等恒摩尔流假定的前提条件液体气体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塔设备保温良好，热损失可以忽略若有nkmol的蒸汽冷凝，相应就会有nkmol的液体气化通过恒衡摩尔流假定引入理论板概念可简化精馏过程的分析与计算什么是理论塔板？思考题化工原理精馏操作的必要条件--回流塔底上升蒸汽（气相回流）和塔顶下降液流（液相回流）是保证精馏操作过程连续稳定进行的必要条件回流也是精馏和普通蒸馏的本质区别塔顶液相回流提供精馏操作所必须的液体使塔板上液体组成保持稳定取走塔内剩余热量维持全塔热平衡塔顶液相回流①泡点回流做动画，红框截屏，其余不要，将换热器改成冷凝器，标注加上蒸汽y1饱和液体xD塔顶液相回流①泡点回流②冷液回流将上述全凝器得到的组成为xD的饱和液体进一步冷却降温后至过冷液体，再部分引回塔顶内作为回流液使上升气相的冷凝量增多下降液体量也会增加由于回流液体的温度较低第一块板的提浓程度将增大塔顶液相回流①泡点回流②冷液回流③塔顶采用分凝器产生液相回流蒸汽y1分凝器x0y0xD塔底气相回流提供精馏操作所必须的气相使塔板上气体组成保持稳定向塔内提供热量维持全塔热平衡回流蒸馏釜蒸汽yW饱和液体xD加热蒸汽xW再沸器（或重沸器）为每块塔板提供了气、液流来源从而使混合液中各组分获得较高纯度的分离由于塔顶的液相回流和塔底的气相回流因在各层塔板上同时进行部分汽化和部分冷凝的传质传热过程精馏和普通蒸馏的本质区别是什么？思考题化工原理全塔物料衡算连续精馏过程定量关系全塔物料衡算是精馏计算的基础，本节课以二元理想溶液为对象，详细介绍连续精馏的全塔物料衡算。

以单位时间为基准，作全塔物料衡算，可得以下表达式：总物料衡算F=D+W易挥发组分衡算FxF=DxD+WxW原料液的摩尔流量塔顶产品（馏出液）的摩尔流量塔底产品（釜残液）的摩尔流量分别代表原料液、塔顶产品（馏出液）和塔底产品（残液）中易挥发组分的摩尔分数6个变量2

工业上，经常用质量分数表示易挥发组分的组成，应用时必须注意单位的一致性，即此时的各种料液量必须以质量流量计。注意事项FDWxFxDxW已知求解D和W分离程度用塔顶、塔底产品的摩尔分数表示用回收率表示

回收率是指回收原料液中易挥发（难挥发）组分的百分数塔顶易挥发组分的回收率塔底难挥发组分的回收率

采出率是指塔顶（底）产品流量与原料液流量的百分比。塔顶产品的采出率塔底产品的采出率全塔物料衡算轻组分物料衡算总物料衡算全塔物料衡算流量可以用质量流量吗？思考题化工原理精馏段操作线方程下降液相组成xn下一层板上升蒸汽组成yn＋1精馏塔精馏段各层塔板上气、液两相组成的变化规律上升的蒸气量和下降的液体量不一定相等操作线方程精馏段操作线方程提馏段操作线方程精馏段上升蒸汽的摩尔流量精馏段下降液体的摩尔流量第n+1层塔板上升蒸汽的组成第n层塔板下降液体的组成馏出液的组成

在稳定操作条件下，回流比R是常量，其值一般由设计者选定，馏出液组成也由工艺条件规定的，因此，如果把精馏段操作线方程绘制在y－x图上，该方程式中y与x的关系是一条直线，称为精馏段操作线。精馏段操作线方程是对精馏段做局部物料衡算得出的结论对精馏计算有重要意义精馏段操作线方程它反映了精馏段内任意相邻的两层塔板之间的气液相组成关系精馏段操作线的斜率是什么？思考题化工原理提馏段操作线方程下降液相组成xn下一层板上升蒸汽组成yn＋1精馏塔提馏段L,xbNV,y'wL,xbNV',y'w提馏段下降液体的摩尔流量塔釜产品馏出液的组成第m+1层塔板上升蒸汽的组成第m层塔板下降液体的组成总物料衡算L’=V’+W易挥发组分衡算L’x’m=V’y’m+1+WxW整理得整理得：为方便起见省去下标，可变化为：该式子称为提馏段操作线方程式。在稳定操作条件下，L’、W和xW都是工艺条件确定的，因此，如果把提馏段操作线绘制在y－x图上，也是一条直线。提馏段操作线方程特点与对角线相交，交点坐标（Xw,Xw）实际上，提馏段中的液体流量L'不像精馏段液体流量L那样容易测定，即使在L一定的情况下，L'还与进料量F及进料热状况有关。

斜率为截距为对提馏段做局部物料衡算得出的结论对精馏计算有重要意义提馏段操作线方程它反映了提馏段内任意相邻的两层塔板之间的气液相组成关系提馏段操作线的斜率是什么？思考题化工原理图解法求理论塔板数工程上确定塔板数的方法先确定理论板层数N理再求实际塔板数N实求理论塔板数常用的方法逐板计算法图解法简捷法

原料液组成

进料热状态

所要求的分离程度

操作回流比气液相平衡曲线操作线图解法计算理论板数时，一般需已知利用绘制相平衡曲线绘制操作线绘制理论塔板层数010302图解法的基本步骤如下：（1）绘制相平衡曲线在y－x直角坐标系中绘出双组分混合液的相平衡曲线，即y－x图，并作出对角线；（2）绘制操作线①精馏段操作线的作法——定点-截距法②提馏段操作线的作法——借助q线法（3）绘制理论板层数代表一块理论板进料板再沸器总理论板层数为阶梯数减1图解法求取理论板层数的注意事项阶梯的跨度阶梯跨度不同，说明理论板分离能力不同图解法求取理论板层数的注意事项蒸汽y1分凝器全凝器分凝器相当于一块理论板，这时精馏段的理论板层数应在相应的阶梯数上减1图解法求取理论板层数的注意事项图解法是在y－x图上用平衡曲线和操作线代替相平衡方程和操作线方程用简便的图解来代替了繁杂的计算是工程上广泛用来求取理论塔板数的一种简便方法图解法中阶梯跨度的意义是什么？思考题化工原理全回流精馏段操作线方程yxxD斜率精馏段操作线回流比的大小操作费用投资费用回流比的大小究竟对操作会有怎样的影响？在操作中怎样选择一个合适的回流比？回流比的极限全回流最小回流比将塔顶上升蒸气冷凝后全部回流至塔内的操作，称为全回流。全回流的概念物料关系D=0回流比R=L/D=L/0→∞F=0，W=0全塔无精馏段和提馏段之分1全回流的特点操作线关系全回流时操作线的斜率R/R+1=1，y轴上的截距xD/R+1=0，在y-x图上操作线与对角线重合，即操作线方程为y＝x。23理论塔板数

全回流时，在操作线与平衡线之间作梯级的跨度最大，完成一定的分离任务所需的理论塔板数最少，称为最少理论板数，记作Nmin。芬斯克方程

全回流时的最少理论板数，不包括再沸器

全塔平均相对挥发度，一般可取塔顶、塔底或塔顶、塔底、进料的平均值

装置开工阶段为迅速建立塔内正常回流

调试

实验研究

操作过程异常一个塔没有任何产品的操作在实际生产中是毫无意义的全回流容易建立起浓度分布并能节省料液用量和减少不合格产品量全回流开车可以保证精馏塔有比较充裕的时间对操作进行调整达到产品组成的规定值全回流操作时可应用料液，也可以用塔合格的或不合格的产品这样塔中建立的状况与正常操作时的较接近一旦正式加料运转容易调整得到合格产品全回流是回流比最大的极限应用于精馏塔开车初期能够尽快的建立塔内平衡010302全回流时操作线有什么特点？思考题化工原理最小回流比减小回流比能够降低生产成本过小的回流比会导致产品不合格理论上回流比的操作下限称为最小回流比图解法求最小回流比不规则的相平衡曲线规则的相平衡曲线

0

xW

xDxW

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xDa

规则的相平衡曲线完成这种状态下的分离需要无限多块塔板这时的回流比称为最小回流比，记作Rmind夹紧点恒浓区yxgyxg恒浓