《化工单元操作》课件-3.3连续精馏过程的计算

3CALCULATIONOFCONTINUOUSDISTILLATION

PROCESS连续精馏过程的计算--全塔物料衡算及操作线方程项目三蒸馏任务3连续精馏过程的计算

--全塔物料衡算及操作线方程一、

恒摩尔流量假设二、

全塔物料衡算三、

操作线方程

恒摩尔流假设（1）恒摩尔气流：每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏段也一样。即：V1=V2=

……V

=常数V1

’=V2

’=

……V’

=常数V------精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h;V’-----提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。但两段的上升蒸汽的摩尔流量不一定相等。任务3连续精馏过程的计算--全塔物料衡算及操作线方程一、恒摩尔流量假设

恒摩尔流假设（2）恒摩尔液流：每层塔板下降的液体摩尔流量都相等，提馏段也一样。但两段下降的液体摩尔流量不一定相等。即：

L1=L2=

······L=常数L1

’=L2

’=

······L’=常数式中：

L------精馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h;L’-----提馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h。任务3连续精馏过程的计算--全塔物料衡算及操作线方程一、恒摩尔流量假设•

两组分的摩尔汽化潜热相等；•

两相接触因温度不同交换的显热忽略不计；•

塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。任务3连续精馏过程的计算--全塔物料衡算及操作线方程一、恒摩尔流量假设

恒摩尔流假设适用条件

全塔物料衡算分析单位时间为基准总物料衡算：

F=D+W易挥发组分物料衡算：FxF=DxD+WxWF、D

、W：kmol/sxF、xD、x

W：摩尔分数任务3连续精馏过程的计算--全塔物料衡算及操作线方程

二、全塔物料衡算规定

xD、x

W组分采出率：组分回收率：

A

=

100%

B

=

--

100%))x

Fx

W11((FWFx

FDx

D任务3连续精馏过程的计算--全塔物料衡算及操作线方程二、全塔物料衡算

分离要求的不同形式：xD-

xW=xD

-

xF塔顶易挥发组分：塔釜难挥发组分：010302xF

-

xWxD

-

xFD

W馏出液：釜液：WF=

精馏段操作线方程•

总物料衡算：

V=L+D•

易挥发组分的物料衡算：Vyn+1=Lxn+DxD•精馏段的操作线方程：yn+1

=

xn

+

xD

令R=L/D

，R称为回流比任务3连续精馏过程的计算--全塔物料衡算及操作线方程

yn+1

=RR+

1xn

+1R+

1xD三、操作线方程VLR'

=

V'

/W

—塔釜的气相回流比'R

+

1

1ym+1

=

R'

xm

R'

xW任务3连续精馏过程的计算--全塔物料衡算及操作线方程

'

'•

总物料衡算：L

=

V

+'•

易挥发组分：

Lxm

=

Vym+1

='LV'xmx

W三、操作线方程

提馏段操作线方程W'ym+1+WxW

′L′项目三蒸馏任务3连续精馏过程的计算

--全塔物料衡算及操作线方程任务3-1重难点全塔物料衡算操作线方程3CALCULATIONOFCONTINUOUSDISTILLATION

PROCESS连续精馏过程的计算--进料热状况项目三蒸馏任务3连续精馏过程的计算--进料热状况五、

进料热状况对操作线的影响二、

进料热状态参数四、

操作线的绘制三、

q线方程一、

进料状态任务3连续精馏过程的计算--进料热状况一、进料状态过冷液体P饱和液体CtF

<

t泡点tF

=

t泡点t泡点

<

tF

<

t露点

汽液混合物G饱和蒸汽D过热蒸汽HtF

=

t露点tF

>

t露点冷液进料泡点进料汽液混合进料饱和蒸汽进料过热蒸汽进料'L

>

L+

F'L

=

L+

F'V

<V'L

=

L'L

<

L'V

<V'V

=V'L<

L

<

L+

F'V

＝

V

一

F'V

<

V

一

F任务3连续精馏过程的计算--进料热状况汽液混合进料1kmol原料变为饱和蒸汽所需热量q

=

V,＝V一

(1

一

q)FL,

=

L+

qF以汽液混合物进料分析，令液相分率为q,对进料板进行物料衡算和热量衡算，得到任务3连续精馏过程的计算--进料热状况二、进料热状态参数'V

F

=

F

I

一

IV

L原料液的千摩尔汽化潜热'L

一

LF=

qL

一

L

I

一

I进料热状况方程又称q线方程，是精馏段操作线和提馏段操作线交点的轨迹方程。精馏段操作线方程：Ⅴy

=Lx+DxD提馏段操作线方程:

Ⅴ′y

=L′x−wx

w结合

L,

=

L+

qF

V,＝V一

(1

一

q)F得到q线方程：任务3连续精馏过程的计算--进料热状况y

=

q

q一1x

一

xF

q一1三、

q线方程yxF

x进料状况q值q线位置冷液q>1饱和液体q＝1气液混合0<q<1饱和蒸汽q＝0过热蒸汽q<0q＝1

q>10<q<1f3q＝0f4‘f5q<0任务3连续精馏过程的计算--进料热状况三、

q线方程f1f2a操作线为过点a（xD，xD

）

xD

截距:

R

+

1斜率:

=

任务3连续精馏过程的计算--进料热状况yn+1

=RR+

1xn

+1R+

1xD四、操作线的绘制yb

xD

R

+

1

精馏段操作线xD

xfbca任务3连续精馏过程的计算--进料热状况ym+1

=

xm

-

x

W过点d截距:

-

'斜率:

V'四、操作线的绘制

提馏段操作线xW

xF

xD

x过点c（xW

，

xW

）

xD

R

+

1deyL•

对精馏操作线无影响，•

对提馏操作线有影响，•q提馏操作线斜率个推动力

。五、进料热状况对操作线的影响任务3连续精馏过程的计算--进料热状况项目三蒸馏任务3连续精馏过程的计算--进料热状况进料状态冷液进料、泡点进料、汽液混合进料、饱和蒸汽进料、过热蒸汽进料进料热状态参数任务3-2重难点'L-

LF=

q项目三蒸馏任务3连续精馏过程的计算--进料热状况q线方程操作线的绘制进料热状况对操作线的影响任务3-2重难点3CALCULATIONOFCONTINUOUSDISTILLATION

PROCESS连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定项目三蒸馏任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定板式精馏塔塔高的设计需要计算理论塔板数。

理论塔板数计算物系的相平衡关系和操作线方程。

依据

应用逐板计算法或图解法。项目三蒸馏任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定一、

理论板数的逐板计算法三、

理论塔板数影响因素二、

理论板数的图解法精馏段塔板数：n-1n——平衡关系的次数{

=

平衡关系：xn任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定

精馏段

.

全凝器；泡点回流；间接蒸汽加热操作关系：yn+1=

V

xn+

V

xD

或

yn+1

=

R

+

1xn

+

R

+

1xD一、理论板数的逐板计算法（泡点进料）...

xn

<

xFy1=xD

X1

X

2系衡关平L

D

R

1操作

关系平衡

关系y2任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定

yn

C

-

(C

-

1)yn=

L

x

-

W

x'平衡关系：

xn

=操作关系：

ym+1一、理论板数的逐板计算法提馏段'操作关系

y2提馏段塔板数：m-1(不含再沸器）

L

+

qF

L

+

qF

-

W'操作关系

y3

...'xm

<

xWV'

m

V'

W'xn

=

x1L

+

qF

-

W{平衡关系ym+1

=xm

-'x2xWW精馏段塔板数：n-1-1任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定一、理论板数的逐板计算法塔顶分凝器与冷凝器，分凝器相当于一块理论板。

注意xFx

a•

y-x线•

精馏段操作线•

q线•

提馏段操作线•

梯级任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定二、理论板数的图解法

bq

线

2xD

1.04

xwxq1.0yde3051•

xn~yn

相平衡，落到平衡线上。•

xn~yn+1

操作关系，落到操作线上。任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定二、理论板数的图解法

梯级的物理意义NT

=

f(“、xF、q、R、xD、xW

)与

F无关a一定，

个

、

NT

任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定三、理论塔板数影响因素

梯级的物理意义最优进料位置：塔内汽相或液相组成与进料组成相等或相近的塔板。图解法最优进料板：跨越两操作线交点的梯级，NT

最少。任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定三、理论塔板数影响因素

梯级的物理意义任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定三、理论塔板数影响因素展项目三蒸馏任务3连续精馏过程的计算--理论塔板数的确定理论板数的逐板计算法理论板数的图解法理论塔板数影响因素任务3-3重难点3CALCULATIONOFCONTINUOUSDISTILLATION

PROCESS连续精馏过程的计算--适宜回流比的选择项目三蒸馏任务3连续精馏过程的计算--适宜回流比的选择一、全回流二、

最小回流比Rmin三、

适宜回流比yx

全回流的特点•

塔顶上升蒸气冷凝后全部引回塔顶作为回流。•

两条操作线合二为一，与对角线重合。yn+1

=

xn

N=Nmin任务3连续精馏过程的计算--适宜回流比的选择一、全回流W=0

，F=0；

=

xw

xF

xDD=0，R=

全回流时理论塔板数的确定.

全回流时理论塔板数可用芬斯克方程计算（不包括再沸器）任务3连续精馏过程的计算--适宜回流比的选择「(

x

)

(

1

-

x

)

]

1'g“一、全回流'g

||

D

|

|

W

|

||L（1-xD)（

xW)

」|

-Nmin

=

全回流时理论塔板数的确定•适用条件：双组分混合物，塔顶全凝器，塔釜间接加热。•

全回流的意义：开工、实验研究、设备异常或调试时，便于控制。任务3连续精馏过程的计算--适宜回流比的选择一、全回流1.0

yqyxq

xF

xDxaqdhe

b•对于某一物系，在一定的分离任务下，最小回流比时所需理论板为无穷多。任务3连续精馏过程的计算--适宜回流比的选择理想物系平衡线•