化工原理下精馏的物料衡算

化工原理下精馏的物料衡算第1页，共32页。化工原理下精馏的物料衡算第2页，共32页。1.理论板的概念理论板：离开塔板的蒸气和液体呈平衡的塔板。理论板的概念及恒摩尔流假定第3页，共32页。2.恒摩尔流假设1）恒摩尔气化V1=V2=V3

=·

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=VV1’=V2’=V3’

=·

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=V’2）恒摩尔溢流L1=L2=L3=·

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=LL1’=L2’=L3’

=·

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=L’加料板第4页，共32页。1、各组分的摩尔潜热相同;2、因温度不同,气液接触交换的显热可忽略;3、保温良好。恒摩尔流假设的条件第5页，共32页。1.全塔物料衡算全塔物料衡算:F=D+W全塔轻组分物料衡算FxF=DxD+WxW塔顶易挥发组分回收率η=DxD/(FxF)塔釜难挥发组分回收率

物料衡算和操作线方程第6页，共32页。思考为什么不再对重组分进行物料衡算？答：由于xB=1-xA，并不是独立的，对重组分物料衡算所得的方程：

F(1-xF)

=D(1-xD)+W(1-xW)可由F=D+W

与

FxF=DxD+WxW

相减得出第7页，共32页。课本例4

P18质量分率化为摩尔分率摩尔分率化为质量分率

XG表示轻组分的质量分率第8页，共32页。例题1:将5000kg/h含正戊烷0.4(摩尔分率)的正戊烷正己烷混合液在连续精馏塔内分离,馏出液含正戊烷0.98,釜液含正戊烷不高于0.03,求馏出液、釜液的流量及塔顶易挥发组分的回收率。解：正戊烷M=72

正己烷M=86MF=(

0.4×72+0.6×86)=80.4g/molF=(5000/80.4)=62.2kmol/h

D=24.62kmol/hW=37.62kmol/h第9页，共32页。2.精馏段物料衡算及操作线方程精馏段总物料衡算V=L+D精馏段轻组分物料衡算Vyn+1=Lxn+

DxDV=L+D第10页，共32页。

**精馏段操作线方程的意义：

在一定的操作条件下，从任一塔板（n）向下流的液体组成xn与相邻的下一块塔板（n+1）上升蒸汽组成yn+1之间的关系。

L=RDV=L+D=（R+1）D第11页，共32页。思考1）精馏线的推导所用到的前提条件是什么？答：恒摩尔流假设；稳态操作；无化学反应；（与气液是否达到平衡无关！）

第12页，共32页。思考2）精馏线的推导进一步用到的前提条件是什么？答：泡点回流（使塔内的回流L内与塔外液相回流相等，即L内＝L外，如果没有特别说明，L一般指的是外回流，而精馏线方程中的L应按内回流算。）第13页，共32页。补充：冷液回流时的精馏线L内＝L外＋ΦV外＝V－ΦL外＝RD

Φrm=L外Cpm(tb-tR)

L外:塔外的液相回流量,kmol/h

Φ:被冷凝下来的流量,kmol/hrm:回流液在泡点温度下的气化

潜热，kJ/kmolCpm:回流液的平均比热，kJ/(kmol·K)tb:回流液的泡点温度，OCtR:冷回流液的温度，OC

第14页，共32页。第15页，共32页。

例:氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔内分离，要求馏出液氯仿浓度为0.95(摩尔分率)，流量为50kg/h，顶为全凝器，平均相对挥发度为1.6，回流比为2。求:(1)由上向下数第一块理论塔板下降的液体组成;(2)第二块理论塔板上升蒸气组成。

(3)精馏段各板上升蒸气量及下降的液体量;例题2第16页，共32页。解：(2)(1)y1=xD=0.95第17页，共32页。（3）

V（质）=(R+1)D(质）

=(2+1)×50kg/h=150

kg/h

M氯访=119.35

kg/kmolM四氯化碳

=153.8kg/kmolMm=(0.95×119.35+0.05×153.8)kg/kmol=121.1kg/kmolV=(150kg/h)/(121.1kg/kmol)=1.24

kmol/hL（质）=R﹒D=2×50kg/h=100

kg/hL=100/121.1kmol/h=0.826

kmol/h

第18页，共32页。问题:下面说法是否正确?①根据恒摩尔流假设,每块塔板回流液的量应皆为100kg/h;②根据恒摩尔流假设,每块塔板回流液的量应皆为0.826kmol/h;第19页，共32页。3、提馏段物料衡算及操作线方程

L’=V’+WV’=L’-W

V’ym+1=L’xm

－WxW第20页，共32页。abcdetx(y)进料热状况的影响1.五种热状况1）冷液进料;2）泡点进料（饱和液体进料）;3）气液混合物进料;4）露点进料（饱和气体进料）;5）过热蒸气进料;第21页，共32页。LILL’IL’VIVV’IV’FIF

进料板物料衡算

进料板热量衡算2.进料热状况参数q定义和计算第22页，共32页。LILL’IL’VIVV’IV’FIF第23页，共32页。

进料热状况参数q的意义

进料热状况参数q的应用LILL’IL’VIVV’IV’FIF第24页，共32页。1）温度低于泡点的冷液体abcdetx(y)第25页，共32页。abcdetx(y)2）饱和液体第26页，共32页。3）气液混合液abcdetx(y)第27页，共32页。4）饱和蒸气abcdetx(y)