97 间歇精馏.doc

福州大学化工原理电子教案 液体精馏 - PAGE 3 - 9.7 间歇精馏 9.7.1 间歇精馏过程的特点 当混合液的分离要求较高而料液品种或组成经常变化时，采用间歇精馏的操作方式比较灵活机动。从精馏装置看，间歇精馏与连续精馏大致相同。作间歇精馏时，料液成批投入精馏釜，逐步加热气化，待釜液组成降至规定值后将其一次排出。由此不难理解，间歇精馏过程具有如下特点。 ① 间歇精馏为非定态过程。在精馏过程中，釜液组成不断降低。若在操作时保持回流比不变，则馏出液组成将随之下降；反之，为使馏出液组成保持不变，则在精馏过程中应不断加大回流比。为达到预定的要求，实际操作可以灵活多样。例如，在操作初期可逐步加大回流比以维持馏出液组成大致恒定；但回流比过大，在经济上并不合理。故在操作后期可保持回流比不变，若所得的馏出液不符合要求，可将此部分产物并入下一批原料再次精馏。 此外，由于过程的非定态性，塔身积存的液体量（持液量）的多少将对精馏过程及产品的数量有影响。为尽量减少持液量，间歇精馏往往采用填料塔。 ② 间歇精馏时全塔均为精馏段，没有提馏段。因此，获得同样的塔顶、塔底组成的产品，间歇精馏的能耗必大于连续精馏。 间歇精馏的设计计算方法，首先是选择基准状态（一般以操作的始态或终态）作设计计算，求出塔板数。然后按给定的塔板数，用操作型计算的方法，求取精馏中途其他状态下的回流比或产品组成。 为简化起见，在以下计算中均不计塔板上液体的持液量对过程的影响，即取持液量为零。 9.7.2 保持馏出液组成恒定的间歇精馏 设计计算的命题为：已知投料量及料液组成，保持指定的馏出液组成不变，操作至规定的釜液组成或回收率，选择回流比的变化范围，求理论板数。 1．确定理论板数 间歇精馏塔在操作过程中的塔板数为定植。不变但不断下降，即分离要求逐渐提高。因此，所设计的精馏塔应能满足过程的最大分离要求，设计应以操作终了时的釜液组成为计算基准。 间歇精馏的操作先线如图9-48所示。在操作终了时，将组成为的釜液提浓至必有一最小回流比，在此回流比下需要的理论板数为无穷多。由图9-48b可知，一般情况下此最小回流比为 为使塔板数保持在合理范围内，操作终了的回流比应大于上式的某一倍数。此最终回流比的选择由经济因素决定。 选定后，即可从图9-48c中a点开始，以为截距作出操作终了的操作线并求出理论板数。在操作初期可采用较小的回流比，此时的操作线如图9-48c中虚线所示。 2．每批料液的操作时间 设：——每批料液的投料量，Kmol； ——馏出液量，Kmol，其值随精馏时间而变化； ——釜液的摩尔分数组成，其值在操作中由降为； ——蒸馏釜的气化能力，Kmol/s，在操作中可保持为某一常数。 在时间内的气化量为，此气化量应等于塔顶的蒸汽量 任一瞬时之前已馏出的液体量由物料衡算式确定，即 将此式代入式（9-93） 积分得 在操作过程中因塔板数不变，每一釜液组成必对应一回流比，可用数值积分从上式求出每批料液的精馏时间。 9.7.3回流比保持恒定的间歇精馏 因塔板数及回流比不变，在精馏过程中塔釜组成与馏出液组成必同时降低。因此只有使操作初期的馏出液组成适当提高，馏出液的平均浓度才能符合产品的质量要求。 设计计算的命题为：已知料液量及组成，最终的釜液组成，馏出液的平均组成。 选择适宜的回流比求理论板数。 计算可以操作初态为基准，假设一最初的馏出液组成，根据设定的与釜液组成求出所需的最小回流比（参见图9-49a），然后，选择适宜的回流比，计算理论板数。 的验算 设定的 是否合适，应以全精馏过程所得的馏出液平均组成满足分离要求为准。与简单蒸馏相同，对某一瞬间作物料衡算，蒸馏釜中易挥发组分的减少量应等于塔顶蒸汽所含的易挥发组分量，这一衡算结果与式（9-32）相同。此时，式中的气相组成即为瞬时的馏出液组成，故有 式中 ——瞬时的釜液量，操作时由投料量F降为残液量； ——瞬时的釜液组成，由降为。 从图9-49b可知，因板数及回流比为定植，任一精馏瞬间的釜液组成必与一馏出液组成相对应，于是可通过数值积分由上式算出残液量。馏出液平均组成由全过程物料衡算决定，即 当此等于或稍大于规定值，则上述计算有效。 处理一批料液塔釜的总蒸发量为 由此可计算出加热蒸汽的消耗量。