(3.1.19)--精馏 第4次课 操作线方程、原料热状况.pdf

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1、第一章 精馏2第四节第四节 操作线方程、原料热状况操作线方程、原料热状况通过本节的学习，应掌握精馏操作线方程、原料热状况对精馏操作的影响；逐板计算法、图解法确定理论塔板数的过程。学习目的与学习目的与要求要求31.4.2 1.4.2 操作线方程操作线方程Operation line equationOperation line equation1.精馏段操作线方程精馏段操作线方程塔顶蒸气全部被冷凝，采出液相产品为塔顶蒸气全部被冷凝，采出液相产品为D D，回流量为，回流量为L L。并定。并定义回流量与采出量之比义回流量与采出量之比L/DL/D为回流比为回流比R R。Reflux ratioRefl

2、ux ratioV=L+D V=(R+1)D L=RD Vyn+1=Lxn+DxDDnnDnnxRxRRyxVDxVLy11111+=+=+4思考：思考：塔顶冷凝器为全凝器，那么塔顶冷凝器为全凝器，那么 回流液浓度与回流液浓度与xD有何关系？有何关系？进全凝器的汽相浓度与离开第一块板浓度有何关系进全凝器的汽相浓度与离开第一块板浓度有何关系？与？与xD有何关系？有何关系？对全凝器作物料衡算，会得到什么结果？对全凝器作物料衡算，会得到什么结果？操作线方程的操作线方程的物理意义物理意义:在一定的操作条件下，在一定的操作条件下，精馏精馏段段内自任意第内自任意第n n层塔板下降的液相组成层塔板下降的液相

3、组成xn与其与其相邻相邻的的下一层塔板上升的蒸汽组成下一层塔板上升的蒸汽组成yn+1之间的关系。之间的关系。5L=V+WLxn=Vyn+1+WxWwnnxWLWxWLLy=+12.2.提馏段操作方程提馏段操作方程6提馏段操作线方程的提馏段操作线方程的物理意义物理意义:在一定的操作条件下在一定的操作条件下,提提馏段馏段内自任意第内自任意第m板下降的液相组成板下降的液相组成xm与其与其相邻相邻的下的下一层塔板上升的蒸汽组成一层塔板上升的蒸汽组成ym+1之间的关系。之间的关系。思考：思考：如图，塔底为再沸器，那么如图，塔底为再沸器，那么 塔釜排出液浓度塔釜排出液浓度xM与与xW有何关系？有何关系？离

4、开再沸器的汽相浓度离开再沸器的汽相浓度yW与进入塔底第一与进入塔底第一块板的汽相浓度有何关系？块板的汽相浓度有何关系？离开塔底第一块板的液相浓度与离开塔底第一块板的液相浓度与xM有何关有何关系？系？对再沸器作物料衡算，会得到什么结果？对再沸器作物料衡算，会得到什么结果？7若将精馏段及提馏段两操作线与平衡曲线（若将精馏段及提馏段两操作线与平衡曲线（yx）同时绘于）同时绘于同一直角坐标中，精馏段操作线如同一直角坐标中，精馏段操作线如DC所示，提馏段操作线所示，提馏段操作线如如QW所示所示8例题：例题：氯仿氯仿和和四氯化碳四氯化碳的混合液在连续精馏塔内分离，要求的混合液在连续精馏塔内分离，要求馏出液

5、馏出液氯仿浓度为氯仿浓度为0.95(摩尔分率摩尔分率)，流量流量为为50kg/h，塔顶为全，塔顶为全凝器，平均相对挥发度为凝器，平均相对挥发度为1.6，回流比为回流比为2。求求:(1)由上向下数第一块塔板下降的液体组成由上向下数第一块塔板下降的液体组成;(2)第二块塔板上升蒸气组成。第二块塔板上升蒸气组成。91.4.3 1.4.3 进料热状况进料热状况heat condition heat condition of fof feed eed 1.1.进料热状况进料热状况a:a:冷液冷液cold liquidcold liquidb:b:饱和液体，泡点饱和液体，泡点 c:c:汽液共存汽液共存Va

6、porVapor-liquid liquid coexistence coexistence d:d:饱和蒸汽，露点饱和蒸汽，露点 e:e:过热蒸汽过热蒸汽hot gashot gas102.2.进料热状况参数进料热状况参数V LLVFVII LLII VFIV LLVF+=+=+FxFy V L xy V L xIV=IV,IL=IL热原料液的千摩尔汽化潜要的热量进料变为饱和蒸汽所需将 kmolqIIIIFL LLVFV1=11q为进料的热状态参数为进料的热状态参数Thermal state parameter，反映进料热，反映进料热状态对塔内两段气、液流量的影响：状态对塔内两段气、液流量的

7、影响：L=L+qF;V=V+(q-1)F3.3.进料热状态对塔内气、液流量的影响进料热状态对塔内气、液流量的影响q 1 q=1 q=01q=0 q0121.4.4.1.4.4.进料热状况对精馏操作线的影响进料热状况对精馏操作线的影响1.q1.q线方程（进料方程）线方程（进料方程）两操作线的交点落在进料板上。两操作线的交点落在进料板上。当当q q为定值，改变塔操作回流比时，为定值，改变塔操作回流比时，两操作线交点轨迹即两操作线交点轨迹即q q线（进料线）线（进料线）11=qxxqqyFVyn+1=Lxn+DxDLxn=Vyn+1+WxW132.当一定操作回流比条件下，不同当一定操作回流比条件下，

8、不同热状态对精馏段无热状态对精馏段无影响，对提馏段存在显著的影响影响，对提馏段存在显著的影响。随进料温度的升高，随进料温度的升高，q值减小值减小，提馏段操作线提馏段操作线斜率增大斜率增大，操作线操作线更靠近平衡曲线，将导致提馏段更靠近平衡曲线，将导致提馏段分离能力不断下降。即每块理论分离能力不断下降。即每块理论板的传质推动力减小。板的传质推动力减小。完成相同完成相同分离任务，所需理论板数会增加分离任务，所需理论板数会增加。141.1.逐板计算法逐板计算法当给出原料当给出原料F、xF，进料的温度，进料的温度TF，压力，压力PF，分离要求，分离要求xD、xW，回流比，回流比R，即可进行精馏塔设计，

9、即可进行精馏塔设计。x)(xy11+=DnnxRxRRy1111+=+1.4.5 1.4.5 理论板数的求法理论板数的求法体系相平衡关系体系相平衡关系:精馏操作方程：精馏操作方程：提馏段操作线方程：提馏段操作线方程：wmmxW LWxW L Ly=+115操作线方程操作线方程y1=xDx1平衡方程平衡方程y2x2y3x2123a.精馏段精馏段塔顶为全凝器，当塔顶蒸气全部被冷塔顶为全凝器，当塔顶蒸气全部被冷凝时，则有：凝时，则有：y1=xDy1与与x1呈相平衡关系呈相平衡关系x1与与y2精馏段操作线方程精馏段操作线方程与此类推，交替使用相平衡与物料平与此类推，交替使用相平衡与物料平衡关系，计算精

10、馏两相的组成。衡关系，计算精馏两相的组成。b.进料板进料板当当 xxF时，物料衡算关系应换为提馏时，物料衡算关系应换为提馏段操作方程。将此更换物料衡算关系段操作方程。将此更换物料衡算关系式的理论板，作为进料板为宜，即最式的理论板，作为进料板为宜，即最佳进料位置。佳进料位置。16同上，交替使用相平衡及物同上，交替使用相平衡及物料平衡关系，逐级计算提馏料平衡关系，逐级计算提馏段的组成分布，当计算的液段的组成分布，当计算的液相组成相组成x略低于或等于略低于或等于xW时，时，即可结束计算。即可结束计算。计算中计算中采用平衡关系采用平衡关系的次数即塔满足分离要求所的次数即塔满足分离要求所需的理论板数需的

11、理论板数N N。由于再沸器。由于再沸器存在部分气化，具有分离能存在部分气化，具有分离能力，相当一块理论板。力，相当一块理论板。c.提馏段提馏段172 理论板图解法麦卡勃-蒂列法（Mccabe-Thiele）理论板的图解法或理论板的图解法或M-T法也是逐板计算法，不过此方法采用图法也是逐板计算法，不过此方法采用图解方法进行逐板计算。解方法进行逐板计算。图解步骤图解步骤在直角坐标中绘出体系相平衡曲线在直角坐标中绘出体系相平衡曲线xy，同时连对角线，同时连对角线通过通过D（xD,xD)、C(0,xD/(R+1)两点绘出精馏段操作线两点绘出精馏段操作线通过通过b(xW,xW),提馏操作线的截距提馏操作

12、线的截距-W/(L-W)xW绘提馏段操作绘提馏段操作线线18给出给出q线，线，q线通过线通过F(xF,xF)、G(0,xF/1-q)；给出给出q线与精馏段操作线的交点线与精馏段操作线的交点Q(xq,yq)；提馏段操作线通过提馏段操作线通过b(xW,xW)、Q(xq,yq)。q q线方程（进料方程）线方程（进料方程）11=qxxqqyF19因因 y y1 1=x xD D，故从塔顶，故从塔顶D D点（点（x xD D,x,xD D)开始作水平线开始作水平线交平衡曲线交平衡曲线于于1 1点，求得点，求得呈平衡的液相组成呈平衡的液相组成x x1 1，由，由1 1点作垂线点作垂线相交精相交精馏段操作线

13、，求得馏段操作线，求得第二板蒸气组成第二板蒸气组成y y2 2，同上，在平衡线与，同上，在平衡线与精馏段操作线之间作梯级。精馏段操作线之间作梯级。当当求得求得 x xn n xqxq时时，应由精馏更换提馏的操作线，即在平衡，应由精馏更换提馏的操作线，即在平衡线与提馏段操作线之间作梯级，当求得液相组成线与提馏段操作线之间作梯级，当求得液相组成x xm m x xW W时时结束。此时结束。此时梯级数梯级数N N（含再沸器）为所求的理论塔板数（含再沸器）为所求的理论塔板数N N，跨过两操作线交点的板为最佳进料板跨过两操作线交点的板为最佳进料板N NF F。Best feedBest feedingi

14、ngboardboard20（1）图解理论板数示例图解理论板数示例上述逐级计算过程亦可在上述逐级计算过程亦可在x xy y图上利用图解法进行图上利用图解法进行计算计算21（2）梯级的意义）梯级的意义图中任一梯级表示该块理论塔板的操作情况。例如图中的梯图中任一梯级表示该块理论塔板的操作情况。例如图中的梯级三角形级三角形bncbnc的的顶点顶点b b、n n和和c c的坐标的坐标分别表示分别表示第第n n块理论塔板上块理论塔板上方，该板和下方，这三对汽、液相的组成方，该板和下方，这三对汽、液相的组成。22（3）进料位置的选择进料位置的选择进料位置的选择进料位置的选择在图解法中跨过两操作交点的在图解

15、法中跨过两操作交点的塔板就是塔板就是适宜进料板适宜进料板或或最佳进最佳进料板料板。适宜进料位置应是进料组成及适宜进料位置应是进料组成及热状态与塔板上组成和热状态热状态与塔板上组成和热状态差别最小的板，才是最佳进料差别最小的板，才是最佳进料板。板。23注意：注意：无论存在温差、还是浓差的混合都是一种反混，均无论存在温差、还是浓差的混合都是一种反混，均给精馏带来不利影响，即给精馏带来不利影响，即增加能耗增加能耗。当第当第9 9板进料，即偏下进料如图板进料，即偏下进料如图所示。为达到相同分离要求，需所示。为达到相同分离要求，需增加理论板。若偏上进料，则会增加理论板。若偏上进料，则会导致相同的结果。导致相同的结果。偏离越远，对偏离越远，对塔不利影响越大。塔不利影响越大。24进料位置对理论板数的影响进料位置对理论板数的影响25提前进料对理论板数的影响提前进料对理论板数的影响