双组分精馏的设计型计算.ppt

精馏塔理论塔板数的计算方法有三种，即逐板计算法，图解法和捷算法。 设计型计算的目的是选择合适的操作条件，计算理论塔板数。 精馏过程中，有待选择的操作条件为操作压强p、回流比R和加料热状态q。当这三个参数确定后，相平衡方程和操作线方程也确定，就可以计算理论塔板数。 反复运用气液平衡关系式和操作线方程进行逐板计算。工艺设计时，Ｆ、xF、xD、xW已知，则Ｄ、Ｗ可算出，先计算出最小回流比Ｒmin，选定回流比Ｒ，确定进料状态，求出操作线方程，逐板计算Ｎ。 在逐板计算和图解法计算理论塔板数时，涉及到加料板的位置。如何选择加料板的位置使理论塔板数最少。 可见，对于最优加料板的位置，液相的组成为 xm ≤ xF 如果加料位置太前或太后，即精馏段或提精馏段塔板数过少，精馏过程中塔顶或塔底的纯度达不到指定要求。 f（xF，xF）点与两操作线的交点d的轨迹，即为q线方程。从两操作线方程联立求解得两线交点d坐标为（xq，yq）。 q线方程为： 整理得到进料线ｑ方程： （1）根据被分离混和液的气液相平衡关系或实验数据，在y - x 图上作出平衡曲线，并画出对角线。 （2）作精馏段操作线。 以a点（xD，xD）出发，作截距为xD /（R+1）的精馏段操作线。 （3）作ｑ线。过f点（xF，xF）作直线斜率为ｑ/（ｑ-1）的直线，此线即为ｑ线。它与精馏段操作线相交于d点。 （4）作提馏段操作线。连接c点（xW，xW）与d点，即提馏段操作线。也可以过c点（xW，xW）作直线斜率为的 直线，即提馏段操作线。 操作线的实际作法 图解法是根据塔内气液相平衡关系和操作关系，在y - x图上作图的方法来求理论塔板数的。它与逐板计算法本质上相同。 在平衡线和操作线间构成的这个阶梯，其垂直高度正好表示了气相中易挥发组分的浓度经过一块理论板的变化；其水平线的距离也正好表示了液相中易挥发组分的浓度经过一块理论板的变化。 例9 - 5　 苯-甲苯混合液，含苯25％(mol%)，用精馏分离。要求塔顶产品组成xD=0.98，塔底产品组成xW = 0.085，选用Ｒ=5.0，泡点进料泡点回流，塔顶为全凝器，α = 2.47，试用逐板计算法求Ｎ。 解： （１）列出计算式 a.气液平衡关系式  c.提馏段操作线方程（q =1） （２）用逐板法计算理论塔板数 a. 精馏段 y1 = xD = 0.98 x1 = 0.98/(2.47-1.47×0.98) = 0.952 y2 = 0.833×0.952+ 0.163 = 0.957 x2 = 0.957/(2.47-1.47×0.957) = 0.899 如此逐板求得精馏段各塔板的y和x如下： y1 = 0.98 x1 = 0.952 y2 = 0.957 x2 = 0.899 y3 = 0.913 x1 = 0.809 y4 = 0.838 x4 = 0.676 y5 = 0.727 x5 = 0.519 y6 = 0.596 x6 = 0.373 y7 = 0.475 x7 = 0.268 y8 = 0.386 x8 = 0.2030.25 因x8 0.25＝xF，第9块上升的气体组成用提馏段操作线方程计算。 y9 =1.737×0.203-0.063 = 0.290 x9 = 0.290/(2.47-1.47×0.290) = 0.142 同样方法可以计算出 y9 = 0.290 x9 = 0.142 y10 = 0.184 x10 = 0.8380.085 = xW 即所需要的理论塔板数为10块（包括塔釜），第8块为加料板。 例 苯-甲苯混合液，含苯50％(mol%)，用精馏分离。要求塔顶产品组成xD=0.95，塔底产品组成xW = 0.05，选用Ｒ=2.0，泡点进料泡点回流，塔顶为全凝器，α = 2.45，试用图解法求Ｎ。 （1）作苯-甲苯的x-y图，根据： 可令x= 0.1、0.2、……、0.9，算得相应的y值。将点描在图上，再把所有的点用一条光滑的曲线连上，该曲线即为气液平衡线。 （2）在图上确定点A(xD，xD)、点B(xW，xW)、点C(0，xD/R+1)即A( 0.95，0.95)、B(0.05，0.05)、 C(0，0.317)。 （3） 连AC得精馏段操作线，过点(0.50，0) 作x轴的垂线，交AC于d点，连Bd 得提馏段操作线。 （4）从A点开始，在平衡线和操作线中作阶梯，图解求得精馏所需理论塔板数为11。减去再沸器充当的一块理论板，故NT=10块，与逐板法的