化工原理课件双组分精馏的设计型计算.ppt

9.5双组分精馏的设计型计算 9.5.1理论板数的计算 9.5.2 回流比的选择 9.5.3 进料热状况的选择 9.5.4双组分精馏过程的其他类型 * * 用精馏方法分离乙烯-乙烷(常压泡点分别为-88.6℃， -103.7℃）混合物。 已知xF=0.78(指乙烯的摩尔分数，下同)。要求： 试设计一板式精馏塔来完成上述设计任务。 目标:确定塔板类型、实际塔板数、塔径和塔板结构设计 要选择的变量：操作压力、回流比、加料热状态。 9.5.1理论板数的计算 一、设计型计算的命题 根据规定的分离要求，选择精馏的操作条件，计算所需的理论板数。 规定分离要求：对塔顶、塔底产品的质量和数量（产率或回收率）提出一定的要求，即在D、W、xD、xW、η中规定任意2个条件。 二、逐板计算法 先考虑操作压力、回流比、加料热状态均已知时理论板数的计算。 假设塔顶冷凝器为全凝器，泡点回流，塔釜为间接蒸汽加热。 1.计算依据 相平衡方程： 理想溶液 精馏段操作方程： 提馏段操作方程： 精馏段与提馏段交点坐标 (1) (2) (3) (1) (2) (3) 使用相平衡方程的总次数，就是总理论板数。 n-2(不包括塔釜) n-1(包括塔釜) 塔顶为分凝器 n-1(不包括塔釜) n(包括塔釜) 塔顶为全凝器 塔板数 冷凝器类型 三、图解法 1、绘对角线 2、绘相平衡曲线 3、绘精馏段操作线 4、绘提馏段操作线 5、绘直角梯级 从a点开始，在精馏段操作线与平衡线之间作水平线及垂直线，当梯级首次跨过d点时，则改在提馏段操作线与平衡线之间作直角梯级，直至梯级的水平线达到或跨过c点为止。其中过d点的梯级为加料板，最后一个梯级为再沸器。 四、最优加料位置的确定 1. 加料位置的体现？ 2. 设计型计算时加料位置的改变会不会影响操作线的位置？ 不会。 图解法中，更换操作线； 逐板计算法中更换精馏段操作方程。 3. 加料位置是否可任选？ 不能，必须在pm之间。 加料过早或过晚，都会使某些梯级的增浓程度减少而使理论板数增加。 4. 分离要求不变，改变加料位置对塔板数的影响？ 加料位置偏高：馏出液难挥发组分含量偏高。 5. 总板数不变，改变加料位置偏低或偏高对分离要求的影响？ 表现：釜残液与馏出液不能同时达到规定的分离要求。 加料位置偏低：釜残液易挥发组分含量偏高。 6. 最优加料位置 该板的液相组成x等于或略低于xq的板作为加料板。 9.5.2 回流比的选择 一、全回流(R=∞)与最少理论板数Nmin 1. 全回流的特点 ①不加料，也不出料。F=0,D=0,W=0 ② R=L/D=L/0=∞.两操作线合二为一且与对角线重合。 ③ 两板之间任一截面上，上升蒸汽组成yn+1与下降液体组成xn相等 ④全回流时操作线和平衡线的距离最远，因此达到指定分离程度所需的理论板数最少，以Nmin表示。 2. 最少理论板数Nmin的求法 ① 图解法。 该法繁琐，但对理想溶液和非理想溶液均适用。 ② 芬斯克（Fenske）方程法 待分离物系：理想溶液 相平衡方程 操作方程 自塔顶开始计算 … 令 （包括塔釜） 二元精馏 （包括塔釜） 3. 应用 开工、调试、实验研究及一些特殊的场合 例1：操作中当生产中因意外而产生低于纯度要求的产品时，进行一定时间的全回流，能较快地达到操作正常； 例2：在实验中测定塔的分离效能（塔板效率等）或实验室研究的目的是得到几滴极高纯度的产品 二、回流比的选择 1 技术限制——存在最小回流比Rmin 前提：分离要求xD、xW，加料组成xF、加料热状态q、物系的相平衡关系已知。 分析：当回流比自全回流逐渐减小的过程中会发生什么现象，回流比能否降至零？ ① 理想溶液 两操作线的交点只能落在ef线段上 交点为e时 R=∞ 交点为f时 R=Rmin 恒浓区:在e点上下塔板无增浓作用，所以此区称为恒浓区（或称挟紧区）， e点称为挟紧点 xe、ye 泡点进料 q=1，xe=xF 露点进料 q=0，ye=xF ②非理想体系 平衡线没下凹，如甲醇—水溶液 xe ye 平衡线有凹，如乙醇—水溶液 最小回流比的特点：完成分离要求所需理论板数为无穷大。 最小回流比：对规定的分离要求，特定的加料组成与加料热状态，平衡线已定的情况下，回流比从无穷大减小的过程中，首次出现挟紧点时的回流比。 影响最小回流比的因素：分离要求、