9.6 双组分精馏的操作型计算.docVIP

福州大学化工原理电子教案 液体精馏 - PAGE 1 - 9.6 双组分精馏的操作型计算 9.6.1 精馏过程的操作型计算 （1）操作型计算的命题： 此类计算的任务是在设备（精馏段板数及全塔理论板数）已定的条件下，由指定的操作条件预计精馏操作的结果。 计算所用的方程与设计时相同，此时的已知量为：全塔总板数及加料板位置（第块板）；相平衡曲线或相对挥发度；原料组成与热状态，回流比；并规定塔顶馏出液的采出率。待求的未知量为精馏操作的最终结果——产品组成以及逐板的组成分布。 操作型计算的特点： ① 由于众多变量之间的非线形关系，使操作型计算一般均须通过试差（迭代），即先假设一个塔顶（或塔底）组成，再用物料衡算及逐板计算予以校核的方法来解决。 ② 加料板位置（或其它操作条件）一般不满足最优化条件。 下面以两种情况为例，讨论此类问题的计算方法。 回流比增加对精馏结果的影响 设某塔的精馏段有块理论板，提馏段为块板，在回流比操作时获得塔顶组成与釜液组成（参见图9-43a）。 现将回流比加大至，精馏段液气比增加，操作线斜率变大；提馏段气液比加大，操作线斜率变小。当操作达到稳定时馏出液组成必有所提高，釜液组成必将降低，如图（9-43b）所示。 定量计算方法是：先设定某一值，可按物料衡算式求出 然后，自组成为起交替使用精馏段操作线方程及相平衡方程进行次逐板计算，算出第1至板的气、液组成。直至算出离开加料板液体的组成。跨过加料板以后，须改用提馏段操作线方程 及相平衡方程进行次逐板计算，算出最后一块理论板的液体组成。将此值与所假设的值比较，两者基本接近则计算有效，够则重新试差。必须注意，在馏出液流率规定的条件下，藉增加回流比一提高的方法并非总是有效： a．的提高受精馏段塔板数即精馏塔分离能力的限制。对一定板数，即使回流比增至无穷大（全回流）时，也有确定的最高极限值；在实际操作的回流比下不可能超过此极限值。 b．的提高受全塔物料衡算的限制。加大回流比可提高，但其极限值为。对一定塔板数，即使采用全回流，也只能某中程度趋近于此极限值。如的数值大于1，则的极限值为1。 此外，加大操作回流比意味着加大蒸发量与冷凝量。这些数值还将受到塔釜及冷凝器的传热面的限制。 （2）进料组成变动的影响 一个操作中的精馏塔，若进料组成下降至，则在同一回流比及塔板数下塔顶馏出液组成将下降为，提馏段塔釜组成也将由降至。进料组成变动后的精馏结果、可用前述试差方法确定。 图9-44表示进料组成变动后操作线位置的改变。此时欲要维持原馏出液组成不变，一般可加大回流或减少采出量。 值得注意，以上两种情况的操作型计算中，加料板位置不一定是最优的。图9-43b说明了这一问题。 9.6.2 精馏塔的温度分布和灵敏板 （1）精馏塔的温度分布 溶液的泡点与总压及组成有关。精馏塔内各块塔板上物料的组成及总压并不相同，因而 塔顶至于塔底形成某中温度分布。 在加压或常压精馏中，各板的总压差别不大，形成全塔温度分布的主要原因是各板组成不同。图9-45a表示各板组成与温度的对应关系，于是可求出各板的温度并将它标绘在图9-45b中，即得全塔温度分布曲线。 减压精馏中，蒸汽每经过一块塔板有一定压降，如果塔板数较多，塔顶与塔底压强的差别与塔顶绝对压强相比，其数值相当可观，总压降可能是塔顶压强的几倍。因此，各板组成与总压的差别是影响全塔温度分布的重要原因，且后一因素的影响往往更为显著。 （2）灵敏板 一个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰（如回流比、进料组成发生波动等），全塔各板的组成发生变动，全塔的温度分布也将发生相应的变化。因此，有可能用测量温度的方法预示塔内组成尤其是塔顶馏 出液的变化。 在一定总压下，塔顶温度是馏出液组成的直接反映。但在高纯度分离时，在塔顶（或塔底）相当高的一个塔段中温度变化极小，典型的温度分布曲线如图9-46所示。这样，当塔顶温度有了可觉察的变化，馏出液组成的波动早已超出允许的范围。以乙苯-苯乙烯在8下减压精馏为例，当塔顶馏出液中含乙苯由99.9%降至90%时，泡点变化仅为0.7℃。可见高纯度分离时一般不能用测量塔顶温度的方法来控制馏出液的质量。 仔细分析操作条件变动前后温度分别的变化，即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上，温度变化量最为显著。或者说，这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏，故将这些塔板称之为灵敏板。将感温元件安置在灵敏板上可以较早觉察精馏操作所受到的干扰；而且灵敏板比较靠近进料口，可在塔顶馏出液组成尚未产生 变化之前先感受到进料参数的变动并即使采取调节手段，以稳定馏出液的组成。