《化工原理课件：第1章 蒸馏Distillation3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课件：第1章 蒸馏Distillation3（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第1 1章章 蒸馏蒸馏Distillation1.1 概述概述1.2 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡1.3 平衡蒸馏与简单蒸馏平衡蒸馏与简单蒸馏1.4 精馏原理和流程精馏原理和流程1.5 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算2024/7/261第三章 蒸馏1.5 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算1.5.1 理论板的概念和恒摩尔流假定理论板的概念和恒摩尔流假定1 理论板的概念理论板的概念Concept of ideal plate:理论板的概念 用作衡量实际板分离效率的依据和标准。通常，在工程设计中，先求得理论板层数，再用塔板效率予以校正，即可求得实际塔板层数。 v 离开
2、该板的气液两相互成平衡；v 塔板上各处的液相组成均匀一致。理论板提出的意义2024/7/262第三章 蒸馏2 恒摩尔流恒摩尔流Constant molal overflow假定假定恒摩尔汽流：恒摩尔汽流： 但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。恒摩尔液流：恒摩尔液流： 但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。若恒摩尔流假定成立，则在塔板上汽液两相接触时，当有1kmol的蒸汽冷凝时便有1kmol液体汽化。2024/7/263第三章 蒸馏1.5.2 物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程组成组成xn、yn表示离开第表示离开第n块理
3、论块理论板的液、汽相组成。板的液、汽相组成。yn xn关系已知，为关系已知，为平衡关系平衡关系。若已知若已知yn+1 xn关系，则塔内各关系，则塔内各板汽液组成可逐板确定，由此可板汽液组成可逐板确定，由此可计算出在指定分离要求下的理论计算出在指定分离要求下的理论板数，板数， yn+1 xn关系由精馏条件关系由精馏条件确定，通过物料衡算求得，称为确定，通过物料衡算求得，称为操作关系操作关系。2024/7/264第三章 蒸馏F, xFD, xDW, xW1 全塔物料衡算全塔物料衡算式中：式中：F、D、W原料液、原料液、塔顶馏出液塔顶馏出液Overhead product 、塔底釜残液塔底釜残液Bo
4、ttom product的流的流量，量，kmol/hxF、xD、xW原料液、塔顶馏原料液、塔顶馏出液、塔底釜残液的组成，出液、塔底釜残液的组成，摩尔分率摩尔分率2024/7/265第三章 蒸馏全塔物料衡算 精馏塔各股物料(包括进料、塔顶产品和塔底产品)的流量、组成之间的关系可通过全塔物料衡算来确定。 精馏塔的物料衡算馏出液釜残液原料液2024/7/266馏出液采出率馏出液采出率釜残液采出率釜残液采出率塔顶轻组分回收率塔顶轻组分回收率塔底重组分回收率塔底重组分回收率说明说明通常通常F、xF已知，已知，xD、xW由分离要求确定。由分离要求确定。物料衡算式中各物理量单位要对应。物料衡算式中各物理量单
5、位要对应。 流量流量 组成组成 kmol/h 摩尔分率摩尔分率 kg/h 质量分率质量分率分离程度的表示。分离程度的表示。2024/7/267第三章 蒸馏 在精馏段中，任意塔板（n 板）下降的液相组成 xn与由其下一层塔板（n+1 板）上升的气相组成 yn1之间的关系称之为操作关系，描述该关系的方程称为精馏段操作线方程。 精馏段的物料衡算2 操作线Operating lines方程(1). 精馏段操作线方程2024/7/268令 回流比 精馏段操作线方程精馏段操作线方程an equation for the operating line of the rectifying section. (
6、1). 精馏段操作线方程精馏段操作线方程2024/7/269第三章 蒸馏描述了描述了n与与n+1层板间的层板间的操作关系，适用于精馏段操作关系，适用于精馏段内任意两板。内任意两板。当当R, D, xD为一定值时为一定值时,该该操作线为一直线操作线为一直线.说明说明yxxDab2024/7/2610第三章 蒸馏已知已知D，可得可得L，V：vL=RD，V=L+D=(R+1)D本方程只适用于符合恒摩尔流假本方程只适用于符合恒摩尔流假定的物系定的物系斜率斜率:截距截距:过点过点a(xD, xD),b(0, )，xy图上联图上联a、b点得精馏段操作线点得精馏段操作线Operating line of r
7、ectifying section。yxxDab2024/7/2611第三章 蒸馏例题例题在双组分连续精馏塔中精馏段的某一理论板在双组分连续精馏塔中精馏段的某一理论板n上，进入该上，进入该板的气相组成为板的气相组成为0.8(摩尔分率，下同摩尔分率，下同)，离开该板的液相组，离开该板的液相组成为成为0.7，物系相对挥发度为，物系相对挥发度为2.4，气液比为，气液比为21，计算离开，计算离开该板的气相组成和进入该板的液相组成。该板的气相组成和进入该板的液相组成。 ？nn+1xnxn+1ynyn+1xn-12024/7/2612第三章 蒸馏(2). 提馏段操作线方程提馏段操作线方程 在提馏段中，任意
8、塔板（m 板）下降的液相组成 与由其下一层塔板（m+1 板）上升的气相组成 之间的关系称之为操作关系，描述它们之间关系的方程称为提馏段操作线方程。 提馏段的物料衡算2024/7/2613第三章 蒸馏提馏段操作线方程提馏段操作线方程(2). 提馏段操作线方程提馏段操作线方程2024/7/2614第三章 蒸馏说明说明描述提馏段内相邻两板间的操作关系。描述提馏段内相邻两板间的操作关系。L、W、xm、xW一定时，为一直线，过点一定时，为一直线，过点c(xW,xW)。L与与L、F及进料热状况及进料热状况q有关，所以不能直接在有关，所以不能直接在xy图上作出提馏段操作线。图上作出提馏段操作线。本方程只适用
9、于符合恒摩尔流假定的物系。本方程只适用于符合恒摩尔流假定的物系。2024/7/2615第三章 蒸馏1.5.3 进料热状况的影响进料热状况的影响1.5.3.1 进料热状况进料热状况原料液的可能的原料液的可能的5种不同的热状种不同的热状况：况：1. 冷液体冷液体Subcooled liquid原料温度低于原料温度低于泡点进料。泡点进料。原料全部进入提馏段。原料全部进入提馏段。L由三部分组成：由三部分组成：vLvFv提馏段蒸汽冷凝液流量提馏段蒸汽冷凝液流量FLVLV2024/7/2616第三章 蒸馏2. 饱和液体饱和液体Saturated liquid （泡点）进料（泡点）进料原料温度等于泡点。原料
10、温度等于泡点。原料全部进入提馏段。原料全部进入提馏段。FLVLV3. 气液混合物气液混合物 Vapor-liquid mixture原料温度介于泡点和露点原料温度介于泡点和露点之间。之间。进料中液相部分成为进料中液相部分成为L的的一部分，汽相部分成为一部分，汽相部分成为V的的一部分。一部分。FqF(1-q)FLVLV2024/7/2617第三章 蒸馏4. 饱和蒸汽饱和蒸汽Saturated vapor （露点进料）（露点进料）原料温度等于露点。原料温度等于露点。原料全部进入精馏段。原料全部进入精馏段。FLVLVFLVLV5.过热蒸汽过热蒸汽Superheated vapor原料全部进入精馏段。
11、原料全部进入精馏段。V由三部分组成：由三部分组成：VF精馏段回流液体部分汽化精馏段回流液体部分汽化的蒸汽流量的蒸汽流量2024/7/2618第三章 蒸馏加料板加料板F, IFL,ILV,IVL,ILV,IV1.5.3.2 加料板的物料及热量衡算加料板的物料及热量衡算1、加料板的物料衡算、加料板的物料衡算Material balance of feed plate物料恒算：物料恒算：F+V+L=V+L2024/7/2619第三章 蒸馏加料板加料板F, IFL,ILV,IVL,ILV,IV2、加料板的热量衡算、加料板的热量衡算Enthalpy balance of feed plateFIF+LI
12、L+VIV=VIV+LIL恒摩尔流假定成立，则：恒摩尔流假定成立，则：IV=IV；IL=IL联立以上各式，得：联立以上各式，得：F(IV-IF)=(L-L)(IV-IL)q称进料热称进料热状况参数状况参数2024/7/2620第三章 蒸馏1.5.3.3 q值的意义及计算值的意义及计算冷液进料泡点进料气液混合物进料露点进料过热蒸气进料 对于饱和液体、气液混合物及饱和蒸汽三种进料而言，q值就等于进料中的液相分率2024/7/2621第三章 蒸馏说明说明q线方程是精馏段操作线和提馏段操作线线方程是精馏段操作线和提馏段操作线交点的轨迹交点的轨迹方程。方程。在在xy图上是过点图上是过点e(xF,xF)，
13、斜率为斜率为q/(q-1)的直线。的直线。3 进料方程进料方程Feed condition q线方程线方程加料板处于精馏段和提馏段的结合处，因而进料的操作加料板处于精馏段和提馏段的结合处，因而进料的操作关系应同时满足精馏段和提馏段操作方程式，将方程式中关系应同时满足精馏段和提馏段操作方程式，将方程式中变量略去下标，使精馏段、提馏段中两式变量相同：变量略去下标，使精馏段、提馏段中两式变量相同： 2024/7/2622第三章 蒸馏1.5.3.4 进料热状况对精馏操作过程的影响进料热状况对精馏操作过程的影响1.q值对值对q线的影响。线的影响。进料热状况进料热状况IFqq/(q-1)q线在线在xy图上
14、图上的位置的位置冷液体冷液体IF1+ef1( )泡点泡点IF=IL=1ef2()汽液混合物汽液混合物 ILIFIV0+ef5( )f1f2f3f4f5yxFexDxWabcd2024/7/2623第三章 蒸馏2.q值愈大，值愈大，即进料愈冷，即进料愈冷，精馏段愈短，精馏段愈短，操作过程较早地操作过程较早地转入提馏段，此时两操作线与转入提馏段，此时两操作线与平衡线距离愈远，平衡线距离愈远，因而有利于因而有利于分离分离；3.q值不同，值不同，不改变精馏段不改变精馏段操作线的位置，操作线的位置，仅改变了提馏仅改变了提馏段操作线的位置。段操作线的位置。 f1f2f3f4f5yxFexDxWabcd2024/7/2624第三章 蒸馏
