第五章 液体的精馏第二讲

1、1,、组成：,塔体、塔板（填料）、再沸器、冷凝器。,塔底温度最高，越往上温度越低，塔顶温度最低。,越往上易挥发组分含量越高，越往下难挥发组分含量越高。,离开塔板的气液两相达到平衡状态且液相组成均匀一致时，该塔板称为理论板。,、温度分布规律：,、气液组成的变化规律；,、理论板,化工厂中的精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的。塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。尽管塔板的型式和填料的种类很多，但塔板上液层和填料表面都是气液两相进行热交换和质交换的场所。,2,板式塔,3,2. 回流比R,回流液流量与产品流量之比称为回流比， 即：R = L/D,而V = L+D,或V = RD+D,=（R+1）D

2、,稳定操作时V不变。,R 增加，D 下降；,当D = 0 时，无产品采出，,而此时 R =,称为全回流。,D mol/s,V mol/s,L mol/s,4,第四节 精馏过程的物料衡算和塔板数的计算,一 、前提条件 1. 塔身对外界是绝热的，即没有热损失。 2. 回流液由塔顶冷凝器供给，其组成与塔顶产品相同；回流液的温度为泡点温度。 3. 恒摩尔流假设：精馏段从上而下，液体流量均为 L mol/s，上升的蒸汽流量均为V mol/s；提馏段从上而下，液体流量均为L mol/s，上升的蒸汽流量均为V mol/s 。 4. 塔内各塔板均为理论板，即离开该塔板的气、液两相均达到相平衡状态。,5,二、物

3、料衡算与操作线方程,F xF,1,2,DxD,Wxw,总物料：F = D +W,轻组分：F xF=DxD+WxW,通常F, xF, xD, xW 已知，,将上述两式联解得：,则：W = F - D,1. 全塔物料衡算,L,塔顶易挥发组分回收率,塔釜难挥发组分回收率,6,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 = 86 MF = 0.472+0.686 = 80.4 F = 5000 / 80.4 = 62.2 km

4、ol/h,D =24.6 2 kmol / h W=37.62 kmol / h,7,2. 精馏段物料衡算和精馏段操作线方程,1,2,n,n+1,L, xn,V, yn+1,D xD,总物料：V = L+D,轻组分：,上式移项有：,将总物料衡算式代入得：,精馏段操作线方程,F,* 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y n+1之间的关系。,V,L,8,精馏段操作线：,得交点 : A ( xD, xD),联解:,9,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

5、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) 由上向下数第一块塔板下降的液体组成; (2) 第二块塔板上升蒸气组成。 (3) 精馏段各板上升蒸气量及下降的液体量;,10,解：(1) y1 = xD= 0.95,(2),11,(3) V = (R+1) D = (2+1)50=150kg/h M氯访=119.35kg/kmol M四氯化碳 =153.8kg/kmol Mm=0.95119.35+0.05153.8=121.1kg/kmol V=150/121.1=1.24kmol/h L=RD =250=100kg/h L=100/121.1=0.826kmol

6、/h,12,3. 提馏段物料衡算和提馏段操作线方程,F,V,ym+1,(L), xm,m,m+1,WxW,总物料：L = V+W,轻组分：,将上式移项，恒等变形得：,提馏段操作线方程,13,提馏段操作线：,联解：,得交点：B（xW, xW）,14,其中：,表示单位馏出液所需要的进料量；,略去下标：,泡点进料,总物料：L+F = V+W,轻组分：,将上式移项，恒等变形得：,15,1、进料热状态参数 五种进料热状态 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。,4. 进料热状态的影响和q线方程,令进料时的液相所占的分率为q

7、，则提馏段操作性方程为：,16,q表示单位进料量所引起的提馏段与精馏段下降液体流量之差值,1、冷液进料 q1,2、泡点进料 q = 1,3、气液进料 1q0,4、露点进料 q = 0,因进料温度tF低于泡点tb，使提馏段上升蒸气部分冷凝，冷凝量为V-V，放出冷凝热，将进料F加热到泡点。热量衡算：,r-进料在tb时的摩尔汽化热，kJ/kmol -温度为 时的进料液体摩尔热容，kJ/(kmol.K),17,5、过热蒸气 q0,因进料温度tF高于露点td，进塔后由进料温度降至露点，放出热量，使精馏段下降液体部分气化，气化量为L-L。热量衡算：,r-进料在td时的摩尔汽化热，kJ/kmol -温度为

8、时的进料液体摩尔热容，kJ/(kmol.K),18,2、q 线方程(加料板操作线方程),q 线方程应为精馏段操作线与提馏段操作线的交 点轨迹坐标方程. 精馏段操作线方程 提馏段操作线方程,F( 1-q ) y,= Fq x - ( W xW + D xD ),W xW + D xD F xF ( q 1 ) Fy = q Fx - F xF,19,加料板操作线(q线),1、冷液进料 q1,2、泡点进料 q = 1,3、气液进料 1q0,4、露点进料 q = 0,5、过热蒸气 q0,20,相平衡线和三条操作线的关系,21,例：在连续精馏操作中，原料液于泡点进入，已知 操作线方程如下：,精馏段：y

9、 = 0.75 x + 0.24,提馏段：y = 1.32 x - 0.016,求：xd ,xW,xF 及 R 。,精馏段操作线方程为：,比较对应项得：,解得：,解得：,解：,22,由图解法可知，提馏段操作线与对角线的交点B ( xW,xW) , 于是：,y = 1.32 x - 0.016,y = x,解得：,xW = 0.05,精馏段操作线与提馏段操作线的交点 在泡点进料线 x = xF 上，故：,y = 0.75 x + 0.24,y = 1.32 x - 0.016,解得：,xF = 0.44,23,三、理论塔板数的计算,理论塔板：离开该塔板的气液两相达到相平衡；,理论塔板数NT：,完

10、成生产任务所需要的理论塔板总数；,24,1. 逐板法,以 P 表示,以 T 表示,以 J 表示,已知：,生产任务，即进料速率F ；,分离要求，即产品的质量标准；,塔顶产品的质量 xD,塔釜产品的质量 xW,25,由：,xD,y1,全凝器,x1,y2,x2,y3,xn,xF,y1,J,P,P,J,P,P,因为,精馏段理论塔板数（n -1）块；,由：,xn,y1,x1,y2,xm,xW,T,P,T,P,P,提馏段理论塔板数为：,(m-1) 块（不含再沸器）,精馏段：,提馏段：,全塔：,NT =（m+n - 1）块,26,例：一相对挥发度为2.00的理想双组分溶液用精馏分离，塔内上升的蒸气流量为90

11、.0kmol/hr，塔顶产品流量为30.0kmol/hr，泡点进料，xD=0.95，试求离开第二块理论板的液相组成x2 。,y1,y2,x1,x2,V,L,D xD,1,2,V = 90.0kmol/hr,D = 30.0kmol/hr,L = V D = 60.0kmol/hr,R = L/D = 60/30 = 2,精馏段操作线方程：,即：,y = 0.667 x + 0.317,.,(1),解：,= 2.00,F,27,气液相平衡关系：,(2),由 xD = y1 = 0.95 代(2) 得 x1= 0.904,将 x1 = 0.904 代(1) 得 y2= 0.920,将 y2 = 0

12、.920 代(2) 得 x2= 0.852,28,2. 图解法求理论塔板数,作图步骤如下： a. 作气液组成图，即 x-y 相图； b. 作精馏段操作线； c. 作进料线； d. 作提馏段操作线； e. 从 A 点（xD）开始，在平衡线和操作线之间画梯级， 当梯级跨过进料线时，应交在提馏段操作 线上， 直到梯级越过 B （xW）点为止； f. 梯级数即为 NT（含再沸器）。,29,6,3,2,1,1,2,5,4,7,8,9,10,30,四、回流比对精馏的影响 实际回流比的确定,1. 全回流,D = 0 全回流,2. 最小回馏比,当R逐渐减小，直到三线交点落在平衡线上时， 此时，回流比为最小回流

13、比，以Rmin表示。,31,求最小回流比的方法: A 作图法,32,B 解析法,3. 实际回流比的确定,R =（1.3 2.0）Rmin,33,例：在精馏塔中，已知xD=0.8，xf=0.4，a=2，q=0.5，求Rmin值,得到：,解：最小回流比操作时，q线方程，平衡线方程和操作线方程交于一点，该点的坐标记为（xe,ye）,34,五、捷算法求取理论塔板数,1）全回流的最小理论板数 全回流：D = 0 F =0 W = 0 R=,芬斯克公式推导,35,36,芬斯克公式的使用条件: 1. 全回流 2. 全凝器 3. 理想溶液 计算精馏段的最少理论塔板数及加料板位置:,芬斯克公式,37,2) 理论板的简捷计算,吉利兰图应用条件： 1、组分数： 2 -11 2、进料热状态：五种 3、最小回流比： 0.53 7.0 4、相对挥发度: 1.26 4.05 5、理论板数： 2.4 43.1,计算Nm,Rm, R, 横坐标,作垂线,交点,水平线,交纵坐,N,Rmin，最小回流比 R，操作回流比 Nmin，全回流时的最少理论板数 N，操作回流比时的理论板数,38,理论塔板：离开该塔板的气液两相达