1、第 6 章 液體精餾理論課14學(xué)時(shí)第3講續(xù)：雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算與分析 5雙組分精餾的設(shè)計(jì)型問題 ：理論板數(shù)的求法與最優(yōu)加料位置確實(shí)定逐板計(jì)算法和圖解法。8/23/20221 說明：某塔頂蒸汽在冷凝器中作局部冷凝，所得的氣、液兩相互成平衡。汽相作產(chǎn)品，液相作回流，見圖，該系統(tǒng)符合恒摩爾流的假定，此時(shí)的精餾段操作線方程。虛線范圍物料衡算：再分析分凝器與塔頂?shù)谝粔K板之間的關(guān)系：結(jié)論：符合操作線關(guān)系。8/23/20222說明：某精餾塔頂采用的是冷回流即回流液的溫度低于泡點(diǎn)溫度，其回流比為R=L0/D 摩爾比，下同，而塔頂?shù)谝粔K板下方的回流比即為塔內(nèi)實(shí)際回流比為R內(nèi)回流，R=L/D ，1、2、冷回流時(shí)

2、精餾段的操作線方程形式不變，即8/23/20223方法：1、逐板計(jì)算法；2、圖解法； 3、簡捷計(jì)算法后面計(jì)算。6.3 雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算與分析-設(shè)計(jì)型計(jì)算理論塔板數(shù)和進(jìn)料位置的計(jì)算雙組分連續(xù)精餾的設(shè)計(jì)型問題條件：F、xF ，別離要求xD 、xW 計(jì)算： 1產(chǎn)品分配；2塔板數(shù)和進(jìn)料位置；3塔徑后面計(jì)算。物料衡算進(jìn)行產(chǎn)品分配選擇操作條件：操作壓強(qiáng)操作溫度、進(jìn)料熱狀態(tài)、回流比 ，相平衡關(guān)系和操作線方程隨之確定。8/23/202241、逐板計(jì)算法連續(xù)精餾、塔頂設(shè)全凝器、泡點(diǎn)回流。精餾段操作方程提餾段操作方程相平衡方程兩條線交點(diǎn)橫坐標(biāo)8/23/20225注意： 1塔釜相當(dāng)于一塊理論板，塔內(nèi)的理論板數(shù)是

3、 N-1 ； 2假設(shè)塔頂設(shè)置的是分凝器，那么分凝器也相當(dāng)于一塊理論板,塔內(nèi)的理論板數(shù)是 N-2 。自塔頂開始計(jì)算起：(1) y1=xD ;步驟：即：交替使用操作關(guān)系和相平衡關(guān)系當(dāng)出現(xiàn) xi xq 時(shí)，由xi計(jì)算yi+1時(shí)，使用提餾段方程。當(dāng)出現(xiàn)xNxW時(shí)，終止計(jì)算。N即為所得的理論塔板數(shù)。操作線關(guān)系8/23/202262、理論塔板的圖解法根據(jù)逐板計(jì)算法的原理McCabeThiele法，M-T法8/23/20227最適宜的進(jìn)料位置第 i 塊塔板為進(jìn)料板，通常進(jìn)料板歸屬于提餾段內(nèi)。此時(shí)，原料進(jìn)入到進(jìn)料塔上后自發(fā)分散成的汽相組成、液相組成 與 進(jìn)料塔上的汽相組成、液相組成 最接近，在組成上無返混。8

4、/23/20228進(jìn)料口位置偏下注意：進(jìn)料口偏下或偏上，都使得到達(dá)同樣的別離所需要的理論塔板數(shù)增加。此時(shí)，濃度較高的原料進(jìn)入到濃度較低的進(jìn)料塔上，對于向下流動(dòng)的液體來說，在組成上有返混。進(jìn)料口位置偏上此時(shí)，濃度較低的原料進(jìn)入到濃度較高的進(jìn)料塔上，對于向上流動(dòng)的汽體來說，在組成上有返混。8/23/20229實(shí)際塔板增濃值與理論塔板增濃值的差異8/23/202210單板效率 即Murphree板效率分析實(shí)際塔板增濃值與理論塔板增濃值的差異 在塔板上汽液兩相有限時(shí)間的接觸過程中，汽、液兩相的傳質(zhì)不可能到達(dá)平衡，離開塔板的汽、液兩相 y i 、xi 不成平衡關(guān)系。即傳質(zhì)速率是有限的。理論塔板的Murp

5、hree 板效率等于1 ，即100% 。8/23/202211例：有兩股原料，一股為100kmol/h含苯摩爾分率，下同和含甲苯的混合液。另一股為100kmol/h含苯摩爾分率，下同和含甲苯的混合液。擬用精餾操作進(jìn)行別離，要求餾出液含苯0.9 ，釜液含苯0.05 。塔頂設(shè)全凝器，塔釜為水蒸氣間接加熱。操作回流比為2 。問下述兩種方案哪種方案所需的理論板數(shù)少？1兩股原料分別在其泡點(diǎn)下進(jìn)入相應(yīng)濃度的塔板上；2將兩股原料混合后在其泡點(diǎn)下進(jìn)入相應(yīng)濃度的塔板上。1段2段3段解： 1兩股原料分別在其泡點(diǎn)下進(jìn)入相應(yīng)濃度的塔板上全塔物料衡算8/23/2022121段2段3段第2段：操作線方程第3段：操作線方程

6、得：所需理論板8塊，自頂數(shù)第3塊為F1進(jìn)料，第6塊為F2進(jìn)料。2將兩股原料混合后在其泡點(diǎn)下進(jìn)入相應(yīng)濃度的塔板上1段2段兩股原料混合后的組成xf F、q=1第2段：操作線方程得：所需理論板10塊，自頂數(shù)第5塊進(jìn)料。8/23/202213第 9 章 液體精餾理論課14學(xué)時(shí)第4講：6.3 雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算與分析6塔頂液相最小回流比確實(shí)定、最適宜操作回流比的選擇; 全回流與最少理論板數(shù)(Fenske公式)。7理論板數(shù)的捷算法(Gilliland關(guān)聯(lián)式)。8/23/202214到達(dá)一定別離要求所需要的N減少了，實(shí)質(zhì)上使得傳質(zhì)推動(dòng)力( ye-y) 增加了。七、塔頂液相回流比的選擇如果操作的回流比R增加

7、，精餾段、提餾段的操作線均改變。8/23/202215精餾設(shè)計(jì)對于到達(dá)預(yù)定別離要求時(shí), R對于所需要理論板數(shù)的影響8/23/202216七、塔頂液相回流比的選擇隨著回流比R的增加，完成預(yù)定別離任務(wù)所需要的塔板數(shù)減少，設(shè)備費(fèi)用減少，但當(dāng)R增大到一定值后，塔中汽相流量的增加使得塔直徑增大，故設(shè)備費(fèi)用又增加。8/23/202217NT,min中包含了塔釜。Fenske公式：1、全回流與最小理論塔板數(shù)8/23/202218 Fenske公式的推導(dǎo)：逐板計(jì)算法前提是全回流平衡關(guān)系：操作線關(guān)系：自塔頂開始逐板計(jì)算：8/23/202219取平均相對揮發(fā)度(relative volatility)：8/23/

8、202220Fenske公式：8/23/202221求挾點(diǎn)(夾緊點(diǎn))e (xe ,ye)坐標(biāo)1解析法；2做圖法。2、最小回流比Rmin 確實(shí)定對于設(shè)計(jì)型問題Rmin與別離要xD 、相平衡關(guān)系和xF 、q均有關(guān)。8/23/202222平衡線形狀不規(guī)那么時(shí)，求Rmin只能采用圖解法8/23/202223最適宜回流比的選取8/23/202224Gilliland 吉利蘭關(guān)聯(lián)式和關(guān)聯(lián)圖的依據(jù)是：8種物系，在廣泛的精餾條件下，由逐板計(jì)算得出理論塔板數(shù)。組分?jǐn)?shù)為211個(gè)；進(jìn)料熱狀態(tài)包括冷料至過熱蒸汽等5種情況；Rmin為0.537.0 ；組分間的相對揮發(fā)度為1.264.05 ；理論塔板數(shù)為2.443.1

9、。注意：NT , NT,min中 均為包含塔釜的理論板數(shù)。利用Fenske公式 和 Gilliland 吉利蘭關(guān)聯(lián)式求解八、理論塔板的簡捷計(jì)算法為了便于用計(jì)算機(jī)計(jì)算，8/23/2022251利用Fenske公式計(jì)算全回流時(shí)的 Nmin 和 Nmin,1 理論塔板的捷算法的步驟：(2) 求最小回流比Rmin 和操作回流比R(3)利用Gilliland關(guān)聯(lián)式或關(guān)聯(lián)圖求N 、N18/23/2022262001華東石油大學(xué)試題 在一連續(xù)常壓精餾塔中別離某混合液，要求xD，xW。此塔進(jìn)料q線方程為，采用回流比為最小回流比的倍，混合液在操作條件下的相對揮發(fā)度為2。求： 精餾段操作線方程；假設(shè)塔底產(chǎn)品量W=

10、150kmol/h，求進(jìn)料量F和塔頂產(chǎn)品量D；提餾段操作線方程。解：8/23/202227例：2000年華東理工大學(xué)碩士入學(xué)考試試題 用連續(xù)精餾塔別離某雙組分混合液，混合液中含易揮發(fā)組分xF摩爾分率，下同，原料以飽和液體狀態(tài)參加塔中部，塔頂全凝，泡點(diǎn)回流。操作條件下物系的相對揮發(fā)度=2 . 5 ，要求塔頂產(chǎn)品濃度xD=0.8 ，塔頂易揮發(fā)組分的回收率=0. 9 。塔釜間接蒸汽加熱。試求：1完成上述別離任務(wù)的最小回流比；2假設(shè)min ,那么進(jìn)入塔頂?shù)谝粔K塔板的汽相組成為多少？解：q線方程平衡線方程8/23/202228例：華東理工大學(xué)1999年碩士入學(xué)考試試題 采用連續(xù)精餾塔別離某雙組分混合物，

11、進(jìn)料組成為 易揮發(fā)組分摩爾分率，進(jìn)料汽液比為 1：1摩爾量比。塔頂泡點(diǎn)回流，塔釜間接蒸汽加熱。要求塔頂易揮發(fā)組分回收率到達(dá)98% ，塔釜難揮發(fā)組分回收率到達(dá)99% 。該物系的相對揮發(fā)度為 3 試求：1塔頂、塔底產(chǎn)品的組成和塔頂采出率；2Rmin3min ,試寫出提餾段的操作線方程。解：1均代入3式8/23/202229解得：2解交點(diǎn)坐標(biāo)(xe , ye )8/23/2022308/23/202231例：華東理工大學(xué)1998年碩士入學(xué)考試試題 采用一連續(xù)操作的常壓精餾塔，別離某A輕組分B重組分雙組分混合物，進(jìn)料組成為 易揮發(fā)組分摩爾分率，進(jìn)料溫度為50oC。塔頂泡點(diǎn)回流，塔釜間接蒸汽加熱。要求塔

12、頂產(chǎn)品含易揮發(fā)組分95% ，塔釜產(chǎn)品含易揮發(fā)組分3% 。該物系的相對揮發(fā)度為 2. 5 ，實(shí)際操作回流比為1.95 。 試求：1組分A的回收率；2Rmin (3) 寫出提餾段的操作線方程。4假設(shè)塔頂?shù)谝粔K板下降的液相濃度為 0. 9 ，求該塔板以氣相組成表示的 Emv由平衡數(shù)據(jù)，xF=0.4 , AB混合液的泡點(diǎn)為 95. 2oC ,定性溫度下，原料液的 Cp=39kcal/(kmol.oC) , r=8800kcal/kmol )解：8/23/2022328/23/2022338/23/202234第5講：雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算與分析 8連續(xù)精餾的熱量衡算 9雙組分連續(xù)精餾過程的其它類型 直接

13、水蒸氣加熱的塔、塔釜加料的塔、提餾塔。第 6章 液體精餾14學(xué)時(shí)8/23/202235 連續(xù)精餾裝置的熱量平衡如果F、D、W保持不變，假設(shè)回流比R已定，QB+QF 那么總量已定。為了進(jìn)行加料熱狀態(tài)的選擇8/23/202236為什么 q 值增大冷態(tài)，Qf數(shù)值減小，所需要的NT減少呢？1回流比R一定精餾操作所需要的總熱流量一定。假設(shè)q值增加，QF減小，那么意味著QB增加了，這樣到達(dá)預(yù)定別離程度所需要的NT數(shù)量減少。QB值大，使NT減小的原因： QB值大，意味著 數(shù)值大，使得提餾段操作線與平衡線距離增大，傳質(zhì)推動(dòng)力增大，故所需NT減少。根據(jù)熱量平衡原理 和 理論塔板數(shù)的求解，分析進(jìn)料熱狀態(tài)的選擇，分

14、為2種情況結(jié)論：在需要總熱量一定的情況下，熱量應(yīng)從塔釜再沸器參加，而不應(yīng)該是從原料帶入。即：熱量應(yīng)從塔底塔釜參加。為什么 當(dāng)Qtotal一定時(shí)，QB增加，可以使得N減少？8/23/202237（2）如果塔釜加熱能力一定（即 一定，QB一定）時(shí)，加料熱狀態(tài)變化，對于NT的影響 在QB一定時(shí)，假設(shè)QF增加，那么提供給精餾操作的總熱量Qtotal增加，意味著Qc增加了消耗更多的冷量，回流比 R 增加了，傳質(zhì)推動(dòng)力增加了，故所需要的NT可以減少。結(jié)論： 精餾操作，熱量盡量加在塔底；冷量盡量加在塔頂。8/23/202238如果是飽和水蒸氣，q=0 ,水蒸氣的流率為S精餾段操作線、進(jìn)料線不變，提餾段操作線

15、有了變化。雙組分精餾過程的其它類型1、水蒸氣直接加熱的精餾水蒸氣的熱狀態(tài)參數(shù)為q 提餾段輕組分衡算過點(diǎn)xw , 08/23/202239全塔物料衡算塔釜間接加熱時(shí)的物料衡算如果是飽和水蒸氣，q=0 ,水蒸氣的流率為S水蒸氣直接加熱精餾與間接加熱精餾的比較在F xF xD xW 相同時(shí)，8/23/202240分析直接蒸汽加熱提餾段方程式的特點(diǎn)：過點(diǎn)xw , 08/23/202241直接蒸汽加熱與間接釜式加熱相比較：分2種情況第一種情況：F、xF、q 、R 、xD 、xW 相同，比較熱能消耗比較V 、輕組分的回收率和理論塔板數(shù)N由于S直接進(jìn)入塔釜，出塔的物料總量D+W必然增加。D? W?塔釜間接加

16、熱時(shí)的物料衡算8/23/202242第一種情況：F、xF 、q 、R 、xD 、xW 相同，比較熱能消耗比較V 、輕組分的回收率和理論塔板數(shù)N間接加熱直接加熱8/23/202243第二種情況：F、xF、q 、R 、xD 相同與教材P299所述情況相同，要求輕組分的回收率相同，比較熱能消耗比較V 、和理論塔板數(shù)N 要求回收率相同，那么D相同。由于D、xD相同，那么(R+1)D相同，q相同，L 、V相同，能耗相同。精餾段方程、q線方程相同，提餾段的液汽流量和液汽比也相同，直接蒸汽加熱時(shí)的提餾段操作線只是將間接加熱的操作線延長到橫坐標(biāo)上。間接加熱直接加熱8/23/202244【6-25】 在壓力下連

17、續(xù)操作的提餾塔，如下圖，用直接水蒸氣加熱，別離含氨摩爾分?jǐn)?shù)的氨水溶液。塔頂進(jìn)料，為飽和液體，進(jìn)料流量為。塔頂產(chǎn)品流量為，氨的回收率為98%。塔頂蒸氣全部冷凝為液體產(chǎn)品而不回流。試求所需要的理論板數(shù)及水蒸氣用量。在壓力時(shí)氨水溶液汽液相平衡數(shù)據(jù)如下。（氨的摩爾分?jǐn)?shù)）（氨的摩爾分?jǐn)?shù)）（氨的摩爾分?jǐn)?shù)）（氨的摩爾分?jǐn)?shù)）（氨的摩爾分?jǐn)?shù)）（氨的摩爾分?jǐn)?shù)）0.00.10530.20940.00.4740.7420.3120.4140.5140.8910.9430.9770.6140.7120.8090.9870.990.9958/23/202245解：釜液流量b和組成xb的計(jì)算 加熱水蒸氣飽和用量S的計(jì)算塔內(nèi)

18、的操作線方程【6-25】對易揮發(fā)組分作衡算8/23/202246【6-25】理論板數(shù)為5包括蒸餾釜。 8/23/202247例：含甲醇摩爾分率，下同的甲醇水溶液在一常壓連續(xù)精餾塔中進(jìn)行別離。原料流量為100kmol/h ，泡點(diǎn)進(jìn)料。要求餾出液中含甲醇0.95 ，釜液含甲醇0.05 。塔釜用飽和水蒸氣直接加熱?；亓鞅葹?.8 。甲醇水溶液在操作條件下的汽、液相平衡數(shù)據(jù)見表。圖解法確定理論塔板數(shù)。是飽和水蒸氣(q=0 )水蒸氣的流率為S解：泡點(diǎn)進(jìn)料(q=1)8/23/202248對q0或q1 的情況應(yīng)具體計(jì)算。2、多股加料的連續(xù)精餾當(dāng)回流比R變化時(shí)，各段操作線的斜率均發(fā)生變化。挾點(diǎn)位置有多種可能。8/23/202249假設(shè)液相側(cè)線，那么引出下降的液相物。3、側(cè)線出料的連續(xù)精餾挾點(diǎn)一般出現(xiàn)在q線與平衡線的交點(diǎn)處。假設(shè)汽相側(cè)線，那么引出上升的汽相物。8/23/2022504、只有精餾段的塔精餾