化工原理精馏讲义.ppt

4. 双组份连续精馏的计算 4.1.2 恒摩尔流假设 所谓理论板，是指在其上气液两相都充分混合，且传热及传热过程阻力为零的理想化塔板。宏观表现为：两相温度相同；离开塔板的汽液两相成平衡。 . 恒摩尔流假定:对整个精馏塔, 每层板上升蒸汽摩尔流率相等，每层板下降液体摩尔流率相等。 由于精馏过程是涉及传热和传质的过程,相互影响的因素较多, 引入恒摩尔流假定, 使得连续精馏过程计算大大简化。 4.1.1 理论板假设 4 双组份连续精馏的计算 4.2 物料衡算和操作线方程 4.2.1 全塔物料衡算 图6-10所示, 对稳定操作的连续精馏塔,料液加入量必等于塔顶和塔釜产品量之和. 总物料衡算 易挥发组分物料衡算 4 双组份连续精馏的计算 4.2.2 操作线方程 对图6-11虚线范围（包括精馏段第n+1板和冷凝器在内）作物料衡算, 以单位时间为基准： 1)精馏段操作线方程 塔顶全凝：V=L+D=(R+1)D 回流比：R=L/D 4 双组份连续精馏的计算 精馏段操作线方程的物理意义: 在一定的操作条件下，精馏段内自任意第n层塔板下降的液相组成xn与其相邻的下一层塔板上升的蒸汽组成yn+1之间的关系。 2)提馏段操作线方程 对图6-12虚线范围（包括提馏段第m板以下塔段和塔釜在内）作物料衡算： 提馏段操作线方程的物理意义: 在一定的操作条件下, 提馏段内自任意第n板下降的液相组成xn与其相邻的下一层塔板上升的蒸汽组成yn+1之间的关系. 提馏操作线： c点：（xW，xW） 截距：-WxW /V’ 3) 操作线方程在x-y图上的画法 精馏操作线： a点：( xD， xD） 截距：xD /(R+1) x y 0 1.0 1.0 xD a b xW c d e 精馏段操作线方程 提馏段操作线方程 4 双组份连续精馏的计算 4 双组份连续精馏的计算 4.3 进料热状况和进料线方程 1) 5 种进料热状况 ①低于泡点的冷液体；②泡点下的饱和液体；③气液混合物；④饱和蒸气；⑤过热蒸气。 进料热状况不同, 将直接影响其上.下两段上升蒸气和下降液体的流量. 2) 进料热状况参数 设第 m 块板为加料板，对图6-14所示的虚线范围, 进.出该板各股的摩尔流率、组成与热焓可由物料衡算与热量衡算, 得: 4.3.1 进料热状况的影响 4 双组份连续精馏的计算 总物料衡算： 轻组分物料衡算： 热量衡算： 定义 — 加料热状态参数 q的意义:以1kmol/h进料为基准时, 提馏段中的液体流量较精馏段增大的kmol/h数. 4 双组份连续精馏的计算 4.3.2. q(进料)线方程 在进料板上, 同时满足精馏段和提馏段的物料衡算, 故两操作线的交点落在进料板上。 因q为一常数, 故一定状态进料时q线为直线. 不同的加料热状态对应着不同的 q 值, 也就对应着不同的 q 线. 4 双组份连续精馏的计算 4.3.3. q 线的图形表示 (1) 在对角线上作 e 点 (y=x=xF)； (2) 过 e 点作斜率为q/(q-1) 的直线。 随着进料焓值的增加 ， q 线与精馏操作线的交点沿着精馏操作线朝 x. y 减小的方向移动. 这意味着加料板位置下移(塔从上往下,温度逐步升高). 进料热状况不同, q值就不同, 因此直接影响精馏塔内两段上升蒸汽和下降液体量之间的关系, 如图6-15 所示. ①冷液体进料, q1; ②饱和液体进料, q=1; ③气液混合物进料,q=0~1; ④饱和蒸汽进料, q=0; ⑤过热蒸汽进料, q0. e a c b d q0 q=0 0q1 q=1 q1 0 1.0 xW x y 1.0 xD zF 不同加料热状态下的 q 线 4 双组份连续精馏的计算 4.4 理论板层数的求法 4.4.1 逐板计算法 理论板数由操作线方程和相平衡关系确定。 提馏段操作线方程： 相平衡方程式： 第一板： 第二板： 第三板： 精馏段操作线方程： …… 条件：塔顶全凝，泡点回流 4 双组份连续精馏的计算 第m+1板： 第N板： 在计算过程中, 每使用一次平衡关系, 表示需要一层理论板. 由于一般再沸器相当于一层理论板. 结果: 塔内共有理论板N块, 第N板为再沸器, 其中精馏段m-1块, 提馏段N-m+1块 (包括再沸器), 第m板为进料板。 …… 第m板： 第m板为进料板 逐板计算法计算结果较准确,且