《化工單元操作》課件-3.3連續精餾過程的計算

3CALCULATIONOFCONTINUOUSDISTILLATION

PROCESS連續精餾過程的計算--全塔物料衡算及操作線方程項目三蒸餾任務3連續精餾過程的計算

--全塔物料衡算及操作線方程一、

恒摩爾流量假設二、

全塔物料衡算三、

操作線方程

恒摩爾流假設（1）恒摩爾氣流：每層塔板上升的蒸汽摩爾流量都相等，提餾段也一樣。即：V1=V2=

……V

=常數V1

’=V2

’=

……V’

=常數V------精餾段上升蒸汽的摩爾流量，kmol/h;V’-----提餾段上升蒸汽的摩爾流量，kmol/h。但兩段的上升蒸汽的摩爾流量不一定相等。任務3連續精餾過程的計算--全塔物料衡算及操作線方程一、恒摩爾流量假設

恒摩爾流假設（2）恒摩爾液流：每層塔板下降的液體摩爾流量都相等，提餾段也一樣。但兩段下降的液體摩爾流量不一定相等。即：

L1=L2=

······L=常數L1

’=L2

’=

······L’=常數式中：

L------精餾段下降液體的摩爾流量，kmol/h;L’-----提餾段下降液體的摩爾流量，kmol/h。任務3連續精餾過程的計算--全塔物料衡算及操作線方程一、恒摩爾流量假設?

兩組分的摩爾汽化潛熱相等；?

兩相接觸因溫度不同交換的顯熱忽略不計；?

塔設備保溫良好，熱損失可以忽略不計。任務3連續精餾過程的計算--全塔物料衡算及操作線方程一、恒摩爾流量假設

恒摩爾流假設適用條件

全塔物料衡算分析單位時間為基準總物料衡算：

F=D+W易揮發組分物料衡算：FxF=DxD+WxWF、D

、W：kmol/sxF、xD、x

W：摩爾分數任務3連續精餾過程的計算--全塔物料衡算及操作線方程

二、全塔物料衡算規定

xD、x

W組分采出率：組分回收率：

A

=

100%

B

=

--

100%))x

Fx

W11((FWFx

FDx

D任務3連續精餾過程的計算--全塔物料衡算及操作線方程二、全塔物料衡算

分離要求的不同形式：xD-

xW=xD

-

xF塔頂易揮發組分：塔釜難揮發組分：010302xF

-

xWxD

-

xFD

W餾出液：釜液：WF=

精餾段操作線方程?

總物料衡算：

V=L+D?

易揮發組分的物料衡算：Vyn+1=Lxn+DxD?精餾段的操作線方程：yn+1

=

xn

+

xD

令R=L/D

，R稱為回流比任務3連續精餾過程的計算--全塔物料衡算及操作線方程

yn+1

=RR+

1xn

+1R+

1xD三、操作線方程VLR'

=

V'

/W

—塔釜的氣相回流比'R

+

1

1ym+1

=

R'

xm

R'

xW任務3連續精餾過程的計算--全塔物料衡算及操作線方程

'

'?

總物料衡算：L

=

V

+'?

易揮發組分：

Lxm

=

Vym+1

='LV'xmx

W三、操作線方程

提餾段操作線方程W'ym+1+WxW

′L′項目三蒸餾任務3連續精餾過程的計算

--全塔物料衡算及操作線方程任務3-1重難點全塔物料衡算操作線方程3CALCULATIONOFCONTINUOUSDISTILLATION

PROCESS連續精餾過程的計算--進料熱狀況項目三蒸餾任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況五、

進料熱狀況對操作線的影響二、

進料熱狀態參數四、

操作線的繪制三、

q線方程一、

進料狀態任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況一、進料狀態過冷液體P飽和液體CtF

<

t泡點tF

=

t泡點t泡點

<

tF

<

t露點

汽液混合物G飽和蒸汽D過熱蒸汽HtF

=

t露點tF

>

t露點冷液進料泡點進料汽液混合進料飽和蒸汽進料過熱蒸汽進料'L

>

L+

F'L

=

L+

F'V

<V'L

=

L'L

<

L'V

<V'V

=V'L<

L

<

L+

F'V

＝

V

一

F'V

<

V

一

F任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況汽液混合進料1kmol原料變為飽和蒸汽所需熱量q

=

V,＝V一

(1

一

q)FL,

=

L+

qF以汽液混合物進料分析，令液相分率為q,對進料板進行物料衡算和熱量衡算，得到任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況二、進料熱狀態參數'V

F

=

F

I

一

IV

L原料液的千摩爾汽化潛熱'L

一

LF=

qL

一

L

I

一

I進料熱狀況方程又稱q線方程，是精餾段操作線和提餾段操作線交點的軌跡方程。精餾段操作線方程：Ⅴy

=Lx+DxD提餾段操作線方程:

Ⅴ′y

=L′x?wx

w結合

L,

=

L+

qF

V,＝V一

(1

一

q)F得到q線方程：任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況y

=

q

q一1x

一

xF

q一1三、

q線方程yxF

x進料狀況q值q線位置冷液q>1飽和液體q＝1氣液混合0<q<1飽和蒸汽q＝0過熱蒸汽q<0q＝1

q>10<q<1f3q＝0f4‘f5q<0任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況三、

q線方程f1f2a操作線為過點a（xD，xD

）

xD

截距:

R

+

1斜率:

=

任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況yn+1

=RR+

1xn

+1R+

1xD四、操作線的繪制yb

xD

R

+

1

精餾段操作線xD

xfbca任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況ym+1

=

xm

-

x

W過點d截距:

-

'斜率:

V'四、操作線的繪制

提餾段操作線xW

xF

xD

x過點c（xW

，

xW

）

xD

R

+

1deyL?

對精餾操作線無影響，?

對提餾操作線有影響，?q提餾操作線斜率個推動力

。五、進料熱狀況對操作線的影響任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況項目三蒸餾任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況進料狀態冷液進料、泡點進料、汽液混合進料、飽和蒸汽進料、過熱蒸汽進料進料熱狀態參數任務3-2重難點'L-

LF=

q項目三蒸餾任務3連續精餾過程的計算--進料熱狀況q線方程操作線的繪制進料熱狀況對操作線的影響任務3-2重難點3CALCULATIONOFCONTINUOUSDISTILLATION

PROCESS連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定項目三蒸餾任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定板式精餾塔塔高的設計需要計算理論塔板數。

理論塔板數計算物系的相平衡關系和操作線方程。

依據

應用逐板計算法或圖解法。項目三蒸餾任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定一、

理論板數的逐板計算法三、

理論塔板數影響因素二、

理論板數的圖解法精餾段塔板數：n-1n——平衡關系的次數{

=

平衡關系：xn任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定

精餾段

.

全凝器；泡點回流；間接蒸汽加熱操作關系：yn+1=

V

xn+

V

xD

或

yn+1

=

R

+

1xn

+

R

+

1xD一、理論板數的逐板計算法（泡點進料）...

xn

<

xFy1=xD

X1

X

2系衡關平L

D

R

1操作

關系平衡

關系y2任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定

yn

C

-

(C

-

1)yn=

L

x

-

W

x'平衡關系：

xn

=操作關系：

ym+1一、理論板數的逐板計算法提餾段'操作關系

y2提餾段塔板數：m-1(不含再沸器）

L

+

qF

L

+

qF

-

W'操作關系

y3

...'xm

<

xWV'

m

V'

W'xn

=

x1L

+

qF

-

W{平衡關系ym+1

=xm

-'x2xWW精餾段塔板數：n-1-1任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定一、理論板數的逐板計算法塔頂分凝器與冷凝器，分凝器相當于一塊理論板。

注意xFx

a?

y-x線?

精餾段操作線?

q線?

提餾段操作線?

梯級任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定二、理論板數的圖解法

bq

線

2xD

1.04

xwxq1.0yde3051?

xn~yn

相平衡，落到平衡線上。?

xn~yn+1

操作關系，落到操作線上。任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定二、理論板數的圖解法

梯級的物理意義NT

=

f(“、xF、q、R、xD、xW

)與

F無關a一定，

個

、

NT

任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定三、理論塔板數影響因素

梯級的物理意義最優進料位置：塔內汽相或液相組成與進料組成相等或相近的塔板。圖解法最優進料板：跨越兩操作線交點的梯級，NT

最少。任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定三、理論塔板數影響因素

梯級的物理意義任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定三、理論塔板數影響因素展項目三蒸餾任務3連續精餾過程的計算--理論塔板數的確定理論板數的逐板計算法理論板數的圖解法理論塔板數影響因素任務3-3重難點3CALCULATIONOFCONTINUOUSDISTILLATION

PROCESS連續精餾過程的計算--適宜回流比的選擇項目三蒸餾任務3連續精餾過程的計算--適宜回流比的選擇一、全回流二、

最小回流比Rmin三、

適宜回流比yx

全回流的特點?

塔頂上升蒸氣冷凝后全部引回塔頂作為回流。?

兩條操作線合二為一，與對角線重合。yn+1

=

xn

N=Nmin任務3連續精餾過程的計算--適宜回流比的選擇一、全回流W=0

，F=0；

=

xw

xF

xDD=0，R=

全回流時理論塔板數的確定.

全回流時理論塔板數可用芬斯克方程計算（不包括再沸器）任務3連續精餾過程的計算--適宜回流比的選擇「(

x

)

(

1

-

x

)

]

1'g“一、全回流'g

||

D

|

|

W

|

||L（1-xD)（

xW)

」|

-Nmin

=

全回流時理論塔板數的確定?適用條件：雙組分混合物，塔頂全凝器，塔釜間接加熱。?

全回流的意義：開工、實驗研究、設備異常或調試時，便于控制。任務3連續精餾過程的計算--適宜回流比的選擇一、全回流1.0

yqyxq

xF

xDxaqdhe

b?對于某一物系，在一定的分離任務下，最小回流比時所需理論板為無窮多。任務3連續精餾過程的計算--適宜回流比的選擇理想物系平衡線?