精馏设计计算

1、第五节 二元连续精馏塔的设计型计算,1、 设计型计算命题 2 、理论板数NT的计算 (1) 逐板计算法 (2) 图解梯级法 3 、设计参数的选择 (1) 回流比 R （2）进料热状态的选择 4 、实际塔板数与总板效率,1. 设计型计算命题,规定分离要求,NT,选择操作条件,P、R、q,xD、xW或 l、h或 D、xD,2. 理论板数NT的计算,理论级模型； 全塔的平均相对挥发度近似为常数； 恒摩尔流假设。,简化计算：,理论级模型,什么是理论级？ 离开某一个单元的两股物流 呈相平衡状态时，该单元称为一个理论级。,下标的定义,离开某理论级n物流，下标用n表示。,计算依据：物料衡算 计算方法：逐板计

2、算法(理论、图解法)、捷算法,无论何种算法都涉及到如何确定第一块上升的气相组成y1,y1=x0=xD,若塔顶为全凝器,y0=xD,若塔顶为分凝器,即分凝器看作一块理论板。,y0与x0满足平衡关系,x0与y1满足操作关系,逐板计算法,计算基本方程：,y1x1 (平衡关系) y2 (操作关系) x2(平衡关系) y3(操作关系) 称为逐板计算,计算步骤：,问题： 加料位置如何确定？ 算到何时为止?,塔顶全凝器、泡点回流、板序n上下的二元连续精馏塔：,计算特点： 交替使用相平衡关系Eeq.与操作线方程Meq.。,NF确定：,泡点进料 露点进料 ,在最接近组成处进入,逐板计算法反映在y-x图上, 即为

3、图解梯级法。,(2) 图解梯级法,另外还有 捷算法，多在比较方案时使用。,3 设计参数的选择,(1) 回流比 R RxD/(R+1)二线距离增大梯级跨度增大，NT,反之，亦然。,R无限大，全回流 F=D=W=0 yn+1=xn，操作线与对角线 重合 Nmin, 全回流与Fenske方程计算Nmin,推导依据：,推导过程：,塔顶全凝器,塔顶第一板,同一板yxEeq.,第二板,相邻板yxMeq., ,第N板,平均,（含塔釜再沸器）,其中,讨论：,Fenske方程既可适用于双组分，亦适用于多组分； 既适用于精馏段，亦适用于提馏段N精、N提NF,min； 恒摩尔流、全塔平均相对挥发度； 塔顶全凝器，N

4、min包含塔釜再沸器，塔内最少板数=Nmin-1； 既可用摩尔分数，亦可用摩尔数。, 最小回流比Rmin 为达到一定分离要求所需回流比的最小值N=,R=Rmin,操作线与平衡线相交； 夹点(e点)； 恒浓区(夹紧区，e点上下)。,平衡线上凸，无拐点:,平衡线有下凹部分，有拐点：,精馏段OLF与平衡线相切,提馏段OLF与平衡线相切,精馏段操作线斜率=Rmin/(Rmin+1), 解析法 (适用于二元yx线上无拐点),适宜回流比的选择经济核算确定,精馏过程费用：操作费与设备费用。,1） 操作费用冷媒、热媒及能耗R,再沸器中加热剂用量； 冷凝、冷却器中冷剂用量。,2）设备费用,精馏塔N、D； 冷凝(

5、却)器； 再沸器。,3） 总费用,操作费； 设备折旧费。, 简捷法计算理论板数NT,适于全塔、精馏段和提馏段。 N：不包括再沸器理论级数。,（包括釜）,亦可：,1） Gilliland图,Gilliland图或关联式：,物系：8种不同物系； 组分数：211多组分计算； 进料状态：5种； Rmin：0.537.0； 组分间相对挥发度：1.264.05； 理论级(板)数：2.443.1； Nmin、Rmin、R NT ； 该方法计算误差较大， 可不必追求精度。,2） 简捷法计算步骤,根据已知条件、分离要求 全塔M.B. D、W、xd、 xw； 由xd、xw、p TD、TWD、W 全塔平均相对挥发度

6、； 据物系性质、分离要求RminR； 据分离要求、 、进料组成 Fenske求出Nmin 、NF,min； 计算(R-Rmin)/(R+1) Gilliland图or式(N-Nmin)/(N+2) NT、NF。,（2）进料热状态的选择,在分离要求及R一定时，精馏段操作线一定，q的变化直接影响q线斜率，也会改变提馏段操作线位置，从而改变加料板位置；,这可解释为：对一个塔设备，塔釜加热量、进料带入热量及塔顶冷凝撤热守恒。R一定，D一定，冷凝量一定，若进料热量增大即q值减少，则塔釜加热量减少，导致V减少，提馏段操作线斜率增大，N增大。,影响理论板数,q越大，N越小。反之， q越小，N越大。,4 实际

7、塔板数与总板效率,E：反映全塔平均传质效果，实验测定or经验公式估算； 与流体物性、操作条件、设备结构等因素有关。,、 在连续精馏塔中分离苯甲苯混合液，原料液的流量为12000kg/h，其中苯的质量分数为0.46，要求馏出液中苯的回收率为97.0%，釜残液中甲苯的回收率不低于98%。泡点进料，操作回流比为4，操作条件下，物系的平均相对挥发度为2.5，塔项采用全凝器、泡点回流，试求： 1、馏出液和釜液流量与组成(摩尔流量和摩尔分数表示)； 2、精馏段与提馏段的汽液相流量及操作线方程； 3、试分别用逐板计算法和图解法计算所需的理论板数及进料板位置； 4、用简捷计算法求解NF、NT。,解题思路：,1. 先将进料质量流量、质量分数mol流量、mol分数,M1= 78 kg/kmol M2= 92 kg/kmol,2. V、V、L、L及操作线方程,3. 逐板法及图解法求NT、NF,逐板法：,图解法：,据相平衡方程计算相平衡数据yx； 据相平衡数据yx 绘制相平衡曲线； 定点(xD、xD)，(xF、xF)，(xW、xW)； 在图中标出精馏段、q线、提馏段操作线方程； 从xD点开始，在平衡线与操作线间绘梯级NF、NT。,4. 简捷计算法求NF、NT,先计算Rmin、Nmin、NF,min； (R-Rmin)/(R+1)； Gilliland图or关联式NT