精馏过程的物料衡算与操作线方程论述.pptx

; 精馏过程的计算可分为设计型计算和操作型计算两类。 ;2021/6/14;一、 全塔物料衡算;式中： ; 在精馏计算中，对分离过程除要求用塔顶和塔底的产品组成表示外，有时还用回收率表示。;二、 恒摩尔流的假定; 在精馏段内，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，即：;（2）恒摩尔溢流 ;同理，提馏段内每层塔板下降的液体摩尔流量亦相等，即：; 在精馏塔的每层塔板上，若有n kmol的蒸汽冷凝，相应有n kmol的液体汽化，恒摩尔流动的假定才能成立。为此必须满足以下条件： ;三、精馏塔的进料热状??;①温度低于泡点的冷液体；;2021/6/14;2、进料热状况参数;各种进料状态下的 q 值;四、 操作线方程;2021/6/14;1、 精馏段操作线方程;将以上两式联立后，有：;两点讨论;2021/6/14;2、 提馏段操作线方程;将以上两式联立后，有：;两点讨论;提馏操作线方程的其他表现形式;再沸比与回流比的关系;例：将含24%（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含95%易挥发组分，釜液含3%易挥发组分。送入冷凝器的蒸气量为850kmol/h，流入精馏塔的回流液为670kmol/h，试求： 1、每小时能获得多少kmol/h的馏出液？多少kmol/h的釜液？ 2、回流比R为多少？ 3、写出精馏段操作线方程； 4、若进料为饱和液体，写出提馏操作线方程。;解：（1） 依题意知： ;则： F＝180＋W 0.24F＝180×0.95＋0.03W;（3）据： ;（4）由于进料为饱和液体，故 q＝1;3、q 线方程（进料方程）;q 线方程（进料方程）的几点说明 ;;4、 操作线的作法;（1）精馏段操作线的作法;（2）提馏段操作线的作法;2021/6/14; 由图可看出，提馏段操作线的截距数值很小。因此，提馏段操作线不易准确作出，且这种作图方法不能直接反映出进料热状况的影响。 ;2021/6/14;五、理论塔板数的确定;有关理论塔板的两点说明;2、图解法 ;2021/6/14;几点说明;3、逐板计算法 ; 对于连续精馏塔，从塔顶最上一层塔板（序号为1）上升的蒸汽经全凝器全部冷凝成饱和温度下的液体，因此馏出液和回流液的组成均为y1，即：; 从第二层塔板上升的蒸汽组成y2与x1符合操作线关系，故可用精馏段操作线方程由x1求得y2，即：; 通常，进料板算在提馏段，因此精馏段所需理论板层数为(n－1)。 ; 再利用相平衡方程由y2’求算x2’，如此重复计算，直至计算到 xm≤xW 为止。 ;2021/6/14;例：在一常压连续精馏塔内分离苯－甲苯混合物，已知进料液流量为80kmol/h，料液中苯含量40%（摩尔分率，下同），泡点进料，塔顶流出液含苯90%，要求苯回收率不低于90%。塔顶为全凝器，泡点回流，回流比取2。在操作条件下，物系的相对挥发度为2.47。用逐板计算法确定所需的理论板数。 ;解：根据苯的回收率计算塔顶产品流量： ;提馏段操作线方程：; 利用精馏段操作线方程和相平衡方程式，可自上而下逐板计算精馏段所需理论板数。 ; 交替使用精馏段操作线方程和相平衡方程直到xn≤xF，计算结果如下表 ：; 由于x5＝0.365＜xF＝0.4，故第六块塔板在提馏段，因此用提馏段操作线方程计算y6：;提馏段各层塔板上的汽液组成;六、回流比的影响及其选择 ;1、全回流和最小理论板层数; 此时，在x–y图上，精馏段操作线及提馏段操作线与对角线重合，全塔无精馏段和提馏段之区分，两段的操作线合二为一，即：;2021/6/14;（2） 最小理论板层数;（3）芬斯克(Fenske)方程式 ;或者： ; 用途：芬斯克方程式可以用来计算全回流下的最少理论板层数。 ;2、最小回流比; 此时，若在平衡线与操作线之间绘阶梯，将需要无穷多阶梯才能到达点d，相应的回流比即为最小回流比，以 Rmin表示。 ; 在点d 前后（通常为进料板上下区域），各板之间的汽液两相组成基本上不发生变化，即没有增浓作用，故点d 称为夹紧点，这个区域称为夹紧区（恒浓区）。 ;2021/6/14;（2） 最小回流比的求法 ;2021/6/14;不正常的平衡曲线最小回流比的确定 ;2021/6/14;2021/6/14;② 解析法 ;对于某些进料热状态，可直接推导出相应的Rmin计算式。 ;例：在常压连续精馏塔中分离苯－甲苯混合液，已知xF=0.4（摩尔分率、下同），xD=0.97，xw=0.04 。 相对挥发度α=2.47。 试分别求以下三种进料方式下的最小回流比和全回流下的最小理论板数。;解：（1）已知q=1.387，则q线方程：;