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1、1 1 3 3精馏计算 全塔物料衡算 物料衡算 分段物料衡算 计算塔板数 确定馏出液 釜液的流量和组成 确定各段中的组分的浓度 2 2 3 3 1全塔物料衡算总物料衡算 F D W易挥发组分衡算 FxF DxD Wxw 馏出液的采出率 釜液的采出率 3 由全塔物料衡算知 在F xF D xD W xW6个变量中任意4个量已知 则另外2个变量的值已被唯一地确定 讨论 塔顶易挥发组分回收率 塔底难挥发组分回收率 规定塔顶 塔底产品组成xD xW时 即规定了产品质量 则可计算产品的采出率D F及W F 换言之 规定了塔顶 塔底的产品质量 产品的采出率D F及W F不再能自由选择 规定塔顶产品的采出率
2、D F 则塔底产品的质量xW及采出率W F不能自由选择 规定塔底产品的采出率W F和质量xW 则塔顶产品的质量xD及采出率D F不能再自由选择 在规定分离要求时应使 根据 4 4 3 3 2分段物料衡算 每层塔板相邻塔板 理论板 即离开塔板的蒸汽和液体平衡 yn axn 1 a 1 xn 任意板下降液相组成xn及由其下一层板上升的蒸汽组成yn 1之间关系 操作关系 描述精馏塔内操作关系的方程称为操作线方程 可通过物料衡算推导出来 5 5 3 3 2分段物料衡算 1 恒mol气化在精馏段内 单位时间内从每块塔板上升蒸气的mol数都相等 在提馏段也是一样 但两段的上升蒸气mol数不一定相等 在精馏
3、段 V1 V2 Vn Vmol数在提馏段 V1 V2 Vn V mol数但V不一定等于V 一 基本假定 由于精馏过程比较复杂 推导操作线方程时 需作适当的简化处理 故提出以下两个基本假定 6 6 2 恒mol溢流在精馏段内单位时间内从每块塔板下降的液体的mol数都相等 在提馏段也一样 但两段的下降液体mol数不一定相等 在精馏段 L1 L2 Ln Lmol数在提馏段 L1 L2 Ln L mol数但L不一定等于L 7 7 上述假设的恒mol流要能成立 就必须是 有 mol蒸气冷凝 相应地就有 mol液体气化 保证以上两个基本假定成立的条件是 塔的热损失可以忽略不计 塔设备保温好 无热损失 在气
4、液相接触时 由于温度不同造成的显热变化可以忽略不计 即相邻两板间的温度差忽略不计 各组分的气化潜热接近相等 8 8 1 精馏段操作线方程 精馏段的作用 利用回流把上升蒸气中的重组分逐步冷凝下来 同时把回流液中的轻组分气化 从而在塔顶得到比较纯的轻组分 精馏段的操作线方程可以根据物料衡算导出 按下图圈定的范围 n 1板以上 作物料衡算 总物料V L D轻组分Vyn 1 Lxn DxD 二 操作线方程 式中V 精馏段上升蒸汽的摩尔流量 kmol h L 精馏段下降液体的摩尔流量 kmol h yn 1 精馏段第n十1层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数 xn 精馏段第n层板下降液体中易挥发组分的摩尔
5、分数 9 9 1 精馏段操作线方程 得精馏段操作线方程 10 精馏段操作线方程物理意义 表示精馏段内任意相邻两板间气液组成之间的关系 即xn与yn 1之间的关系 斜率为R R 1 截距为xD R 1 过 xD xD 在稳定操作条件下 精馏段操作线方程为一直线ab 11 从图上可知 求得x1 利用精馏段操作线方程 求得y2 再利用x y平衡关系 求得x2 两方程交替计算 求得y3 x3 y4 那么 如果确定上 下板的气液关系 就可以依次由上至下 逐层计算各层塔板上的气相和液相的摩尔浓度 同样 也可以从塔底向塔顶计算各层塔板上的气相和液相的摩尔浓度 那么就要知道提馏段的操作线方程 利用x y平衡关
6、系 冷凝器为全凝器 轻组分 12 12 2 提馏段操作线方程 提馏段的作用 利用上升蒸气把液相中的轻组分逐渐蒸出 同时把上升蒸气中的重组分冷凝逐步下来 从而在塔底得到较纯的重组分 按图中虚线圈定的范围 m 1板以下 作物料衡算来推导提馏段操作线方程 L V WL xm V ym 1 Wxw 式中L 提馏段下降液体的摩尔流量 kmol h V 提馏段上升蒸汽的摩尔流量 kmol h x m 提馏段第m层板下降液相中易挥发组分的摩尔分数 y m 1 提馏段第m 1层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数 13 13 2 提馏段操作线方程 得提馏段操作线方程 物理意义 表示提馏段内任意相邻两板间气液组成之
7、间的关系 即在一定操作条件下 提馏段内自任一块板 板 下降的液体组成x 与相邻下一板 1板 上升的蒸气组成ym 1之间的关系 14 14 斜率为 截距为过点c xw xw 在稳定操作条件下 提馏段操作线方程为一直线cg相交于点d 15 L 数值如何确定 找到量的等式 物料衡算 热量衡算 L 由L部分组成 L吸热后部分气化到V中 在加料板上进行物料衡算 热量衡算 根据进料状况的不同 16 3 进料热状态参数q 对加料板进行物料衡算及热量衡算可得物料衡算 F V L V L 热量衡算 FIF VIV LIL VIV L IL 式中IF 原料液焓 kJ kmol IV IV 加料板上 下的饱和蒸汽焓
8、 kJ kmol IL IL 加料板上 下的饱和液体焓 kJ kmol 17 由于相邻两板的温度和浓度变化不大 所以可以假设 称为进料热状况参数 1kmol为基准 18 把L 和L F联系起来 每进料1kmol h时 提馏段中的液体流量L 较精馏段L中增大的kmol h值 对于泡点 露点 混合进料 q值相当于进料中饱和液相所占的分率 q值的意义 表示进料热状况 那么 如何通过q值画出提馏段操作线 19 19 不同q值对操作线的影响 q 1 q 1 0 q 1 q 0 q 0 e xF f xW xD q值不同改变的是提馏段的操作线方程 当进料组成 回流比及分离要求一定时 q值的减少使提馏段操作
9、线越来越靠近平衡线 20 1 冷液进料 1 五种进料热状况 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 21 1 冷液进料 2 进料热状况对进料板物流的影响 2 对于泡点进料 22 3 汽液混合物进料 4 对于饱和蒸汽进料 5 过热蒸汽进料 23 提馏段操作线方程 在x y图上过点 xW xW 斜率 存在的问题 1 斜率确定比较麻烦 2 图上不能直接反映出进料热状况的影响 解决方法 通常先找出提馏段操作线与精馏段操作线的交点 将点 xW xW 与此交点相连即可得提馏段操作线 两操作线的交点轨迹是由q x y变量组成的方程 称为q线方程 24 精馏段原始的物料衡算方程 提馏段原始的物料衡算方程 q线方程的确定 两式相减 可得 在x y图上 该式为通过点 xF xF 斜率为 截距为的直线方程 25 1 冷液进料 2 对于泡点进料 xF xF 为原点 3 汽液混合物进料 26 5 过热蒸汽进料 xF xF 为原点 27 27 q 1 q 1 0 q 1 q 0 q 0 e xF f xW xD 提馏段操作线的作法
