食品工程原理吸收与蒸馏三精选PPT讲稿.ppt

关于食品工程原理吸收与蒸馏三第一页，讲稿共六十七页哦第四节第四节 蒸馏蒸馏吸收：气相混合物的分离（溶解度不同）吸收：气相混合物的分离（溶解度不同）蒸馏：蒸馏：液相混合物的分离（挥发度不同）液相混合物的分离（挥发度不同）挥发度高：轻组分挥发度高：轻组分 挥发度低：重组分挥发度低：重组分蒸馏：使混合液体部分气化，利用各组分挥发度蒸馏：使混合液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从而使混合物达到分离的单元操作。蒸的不同从而使混合物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混合物的典型单元操作。馏是分离液相混合物的典型单元操作。第二页，讲稿共六十七页哦蒸馏操作的分类蒸馏操作的分类v按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏v按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏v按原料中所含组分数目分：双组分蒸馏及多组分蒸馏按原料中所含组分数目分：双组分蒸馏及多组分蒸馏v按操作流程分：连续蒸馏和间歇蒸馏按操作流程分：连续蒸馏和间歇蒸馏 本章主要讨论常压双组分连续精馏。本章主要讨论常压双组分连续精馏。第三页，讲稿共六十七页哦相律是研究相平衡的基本规律，它表示平衡物系中自由度数、相相律是研究相平衡的基本规律，它表示平衡物系中自由度数、相数及独立组分数间的关系。数及独立组分数间的关系。F=C-+2式中式中F自由度数自由度数C独立组分数独立组分数相数相数2表示外界只有温度和压强可以影响物系的平衡关系。表示外界只有温度和压强可以影响物系的平衡关系。4.14.1 双组分溶液的气液相平衡双组分溶液的气液相平衡1.相律相律一一.相律和拉乌尔定律相律和拉乌尔定律第四页，讲稿共六十七页哦汽液相平衡：溶液与其上方蒸气达到平衡时汽液两相各组分组成的关系。汽液相平衡：溶液与其上方蒸气达到平衡时汽液两相各组分组成的关系。溶液的分类：理想溶液和非理想溶液。溶液的分类：理想溶液和非理想溶液。理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即式中式中pA、pB 溶液上方组分的平衡分压溶液上方组分的平衡分压 p0同温度下纯组分的饱和蒸气压同温度下纯组分的饱和蒸气压 x 溶液中组分的摩尔分率溶液中组分的摩尔分率2.拉乌尔定律拉乌尔定律第五页，讲稿共六十七页哦根据道尔顿分压定律，溶液上方的蒸气总压为根据道尔顿分压定律，溶液上方的蒸气总压为 当总压当总压P不高时，平衡的气相可视为理想气体，服从道尔顿分压定律，不高时，平衡的气相可视为理想气体，服从道尔顿分压定律，即即式（式（a）和（）和（b）为）为两组分理想物系的气液平衡关系式两组分理想物系的气液平衡关系式。（a）（b）泡点方程泡点方程露点方程露点方程略去下标略去下标第六页，讲稿共六十七页哦双组分物系的独立变量：双组分物系的独立变量：汽相组成 y、液相组成 x、温度 T、压力P。可见：规定其中的两个，则系统平衡状态即定。一般蒸馏压力恒定，故仅有一个自由度。两组份的气液平衡常用一定压力下的t-x(y)及x-y函数关系或相图来表示利用一定温度下纯组分的饱和蒸气压，即可求得该温度下平衡时气、利用一定温度下纯组分的饱和蒸气压，即可求得该温度下平衡时气、液组成。反之，若已知一相组成，也可求得与之平衡的另一相组成的液组成。反之，若已知一相组成，也可求得与之平衡的另一相组成的温度，但一般需要试差法计算。温度，但一般需要试差法计算。第七页，讲稿共六十七页哦上曲线：平衡时汽相组成与温上曲线：平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线（度的关系，称为汽相线（露点曲露点曲线线）；）；下曲线：平衡时液相组成与下曲线：平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线（温度的关系，称为液相线（泡泡点曲线点曲线）。）。两曲线将图分成三个区域：液两曲线将图分成三个区域：液相区、过热蒸汽区、汽液共存区。相区、过热蒸汽区、汽液共存区。二二.两组分理想溶液的气液平衡相图两组分理想溶液的气液平衡相图（1）温度温度组成图（组成图（t x y图）图）T-X(Y)x(y)t4BHJA t-x t-yTt3t2t1总压恒定总压恒定EFy1第八页，讲稿共六十七页哦t/x(y)t-xt-yp=101.3kPat1FJt2KLx3Gy3t3HQt4t5x1(y2)01.01001108090苯-甲苯温度-组成图y1x2气液两相达到平衡时y x气液组成相同时，露点高于泡点第九页，讲稿共六十七页哦平衡线位于对角线的上方；平衡线位于对角线的上方；平衡线离对角线越远，表示该溶平衡线离对角线越远，表示该溶液越易分离。液越易分离。注意：注意：总压对总压对t-x-y关系比对关系比对x-y关系关系的影响大；的影响大；当总压变化不大时当总压变化不大时,总压对总压对x-y关系的影响可以忽略不计关系的影响可以忽略不计蒸馏中使用蒸馏中使用x-y图较图较t-x-y图更为图更为方便。方便。2.气液相平衡图气液相平衡图（X Y 图图）液相组成液相组成x气气相相组组成成y110XY图图总压恒定总压恒定第十页，讲稿共六十七页哦纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。相相对对挥挥发发度度是是指指溶溶液液中中两两组组分分挥挥发发度度之之比比，常常以以易易挥挥发发组组分分的的挥发度为分子。挥发度为分子。溶液中各组分的挥发度定义为该组分在蒸气中的分压和与之相溶液中各组分的挥发度定义为该组分在蒸气中的分压和与之相平衡的液相中的摩尔分率之比，即平衡的液相中的摩尔分率之比，即3.相对挥发度与气液平衡方程相对挥发度与气液平衡方程若A、B形成的理想溶液：第十一页，讲稿共六十七页哦当当总总压压不不高高时时，蒸蒸气气服服从道尔顿分压定律从道尔顿分压定律对于二元溶液对于二元溶液 xB=1-xAyB=1-yA整整理理后后，略略去下标去下标气液相平衡方程气液相平衡方程第十二页，讲稿共六十七页哦其值的大小可用于判断某混合溶液能否用蒸馏方法加以分其值的大小可用于判断某混合溶液能否用蒸馏方法加以分离以及分离的难易程度。离以及分离的难易程度。当当1时，表示组分时，表示组分A较较B容易挥发，容易挥发，愈大，挥发度差异愈大，愈大，挥发度差异愈大，分离愈容易。分离愈容易。当当=1时，气相组成与液相组成相同，不能用普通蒸馏方法加以时，气相组成与液相组成相同，不能用普通蒸馏方法加以分离。分离。相对挥发度的意义相对挥发度的意义第十三页，讲稿共六十七页哦与理想溶液发生正偏差的溶液：如乙醇与理想溶液发生正偏差的溶液：如乙醇水、正丙醇水、正丙醇水等物系。对于乙醇水等物系。对于乙醇水体水体系，其恒沸组成为系，其恒沸组成为x=y=0.894x=y=0.894，恒沸点，恒沸点t=78.15(t=78.15(常压下常压下)。称为具有最低恒沸点的溶。称为具有最低恒沸点的溶液。液。两组分非理想溶液的气液平衡相图两组分非理想溶液的气液平衡相图第十四页，讲稿共六十七页哦与理想溶液发生负偏差的溶液：如硝酸与理想溶液发生负偏差的溶液：如硝酸水、氯仿水、氯仿丙酮等物系。对于硝酸丙酮等物系。对于硝酸水体系，其水体系，其恒沸组成为恒沸组成为x=y=0.383x=y=0.383，恒沸点，恒沸点t=121.9(t=121.9(常压下常压下)。称为具有最高恒沸点的溶液。称为具有最高恒沸点的溶液。同一种溶液的恒沸组成随压强而变。在理论上可采用改变压强的方法来分离恒沸溶液。但同一种溶液的恒沸组成随压强而变。在理论上可采用改变压强的方法来分离恒沸溶液。但在实际使用时，则应该考虑经济性和操作可能性。在实际使用时，则应该考虑经济性和操作可能性。第十五页，讲稿共六十七页哦一、平衡蒸馏（一、平衡蒸馏（闪蒸闪蒸）4.2 4.2 蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理原料原料底部产品底部产品塔顶产品塔顶产品t0Ttbtb特点：特点：连续操作；组成和温度恒定不变；气、液两相平衡。第十六页，讲稿共六十七页哦闪蒸的计算闪蒸的计算（1）物料衡算）物料衡算对易挥发组分：对易挥发组分：原料原料t0Ttbtb对总物料：对总物料：汽液相平衡组成的关系汽液相平衡组成的关系f汽化率汽化率第十七页，讲稿共六十七页哦（2）热量衡算）热量衡算原料液节流减压后进入分离器，物料放出的显热等于部分气化所需的潜热 原料液离开加热器的温度：原料原料t0Ttbtb对加热器作热量衡算，若忽略加热器的热损失对加热器作热量衡算，若忽略加热器的热损失第十八页，讲稿共六十七页哦（3）气液平衡关系）气液平衡关系第十九页，讲稿共六十七页哦历史上最早应用的蒸馏方法；历史上最早应用的蒸馏方法；一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行；一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行；简单蒸馏多用于混合液的初步分离。简单蒸馏多用于混合液的初步分离。二、简单蒸馏（微分蒸馏）二、简单蒸馏（微分蒸馏）第二十页，讲稿共六十七页哦将料液加热至泡点，溶液汽化，产生的蒸汽随即进入冷凝器，将料液加热至泡点，溶液汽化，产生的蒸汽随即进入冷凝器，冷凝成馏出液；冷凝成馏出液；随着过程的进行，釜中液相组成不断下降，使得与之相平衡的气相组成随着过程的进行，釜中液相组成不断下降，使得与之相平衡的气相组成（馏出液组成）亦随时降低，而釜内液体的沸点逐渐升高；（馏出液组成）亦随时降低，而釜内液体的沸点逐渐升高；当馏出液的平均组成或釜残液组成降至某规定值后，即可停止蒸馏操作；当馏出液的平均组成或釜残液组成降至某规定值后，即可停止蒸馏操作；在同一批操作中，馏出液分批收集，可得到不同组成的馏出液。在同一批操作中，馏出液分批收集，可得到不同组成的馏出液。1 1 简单蒸馏操作原理简单蒸馏操作原理第二十一页，讲稿共六十七页哦2 2 简单蒸馏流程简单蒸馏流程nF,zFnD3,xD3nD1,xD1nD2,xD2nW2,x2第二十二页，讲稿共六十七页哦3.简单蒸馏的计算简单蒸馏的计算设：设：F、W2釜内的原料液量和最终残液量，釜内的原料液量和最终残液量，kmol；x1、x2料液和残液中易挥发组分组成（摩尔分率）料液和残液中易挥发组分组成（摩尔分率）W某一瞬间釜内的液量，某一瞬间釜内的液量，kmol；x、y某一瞬间的液气组成，（摩尔分率）；某一瞬间的液气组成，（摩尔分率）；经过微分时间经过微分时间dt后，残液量减少后，残液量减少dW，液相组成减少，液相组成减少dx以蒸馏釜为衡算系统以蒸馏釜为衡算系统对易挥发组分，对易挥发组分，dt前后的微分物料衡算为：前后的微分物料衡算为：第二十三页，讲稿共六十七页哦积分 第二十四页，讲稿共六十七页哦对于理想溶液对于理想溶液，平衡关系用，平衡关系用 表示，表示，若操作范围内平衡线可近似地看作直线若操作范围内平衡线可近似地看作直线若平衡线为过原点的直线，第二十五页，讲稿共六十七页哦若若平平衡衡关关系系不不能能用用简简单单的的数数学学式式表表示示，可可以以应应用用图图解解积积分分或或数值积分。数值积分。馏出液的量馏出液的量D及平均组成及平均组成在在相相同同的的原原料料液液浓浓度度及及相相同同釜釜液液的的条条件件下下，简简单单蒸蒸馏馏所所得得到到的的馏馏出出液液浓浓度度高高于于平平衡衡蒸蒸馏馏，而而平平衡衡蒸蒸馏馏的的优优点点是是连连续续操操作作，但但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。第二十六页，讲稿共六十七页哦三三 精馏原理和流程精馏原理和流程1 1 精馏的定义精馏的定义 精馏是将由挥发度不同的组分所组成的混合液，在精馏塔精馏是将由挥发度不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中同时多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态中同时多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。组分的过程。第二十七页，讲稿共六十七页哦精馏塔、塔底再沸器、塔顶冷凝器、原料预精馏塔、塔底再沸器、塔顶冷凝器、原料预热器、回流液泵等。热器、回流液泵等。精馏段：加料板以上的部分，它起精馏段：加料板以上的部分，它起着回收原料中易挥发组分增浓的作着回收原料中易挥发组分增浓的作用。用。提馏段：加料板以下的部分提馏段：加料板以下的部分（包括加料板），它起着回收（包括加料板），它起着回收原料中难挥发组分的作用。原料中难挥发组分的作用。（1）精馏操作流程精馏操作流程第二十八页，讲稿共六十七页哦精馏装置示意图第二十九页，讲稿共六十七页哦（2）板式塔精馏塔塔板上的传质板式塔精馏塔塔板上的传质第三十页，讲稿共六十七页哦（3 3）精馏连续稳定进行的条件）精馏连续稳定进行的条件l回流：升到塔顶的汽流组成在冷凝器中冷凝后，只放出一部份回流：升到塔顶的汽流组成在冷凝器中冷凝后，只放出一部份作为塔顶产品，另一部分返回塔顶作为液流，这部份液流称为回作为塔顶产品，另一部分返回塔顶作为液流，这部份液流称为回流。流。l再沸器：提供一定量上升的蒸气流。再沸器：提供一定量上升的蒸气流。加料板：当某块塔板上的浓度与原料的浓度相近或相等时加料板：当某块塔板上的浓度与原料的浓度相近或相等时,料料液由此加入，该板称为加料板。液由此加入，该板称为加料板。精馏与简单蒸馏或平衡蒸馏的主要区别在于存在回流：塔顶液相精馏与简单蒸馏或平衡蒸馏的主要区别在于存在回流：塔顶液相回流和他付部分气化回流和他付部分气化第三十一页，讲稿共六十七页哦确定产品的流量及组成；确定产品的流量及组成；确定合适的操作条件确定合适的操作条件:操作压强、回流比和加料状态等；操作压强、回流比和加料状态等；确定精馏塔所需的理论塔板数和加料位置；确定精馏塔所需的理论塔板数和加料位置；选择精馏塔的类型、确定塔径、选择精馏塔的类型、确定塔径、塔高及塔的其它参数；塔高及塔的其它参数；冷凝器和再沸器的设计计算。冷凝器和再沸器的设计计算。第五节第五节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算两组分连续精馏工艺计算的主要内容两组分连续精馏工艺计算的主要内容例：年处理量为10万吨粗甲醇精馏塔的设计VD,xDL,xDF,xFW,xW第三十二页，讲稿共六十七页哦理论板是指离开该塔板的蒸汽和液体呈平衡状态的塔板。理论板是指离开该塔板的蒸汽和液体呈平衡状态的塔板。理理论论板板不不存存在在的的原原因因：气气液液间间接接触触面面积积和和接接触触时时间间是是有有限限的的，难以达到平衡状态。难以达到平衡状态。理论板可作为衡量实际板分离效率的依据和标准。理论板可作为衡量实际板分离效率的依据和标准。5.1理论塔板的概念理论塔板的概念第三十三页，讲稿共六十七页哦恒摩尔汽化恒摩尔汽化：每层塔板上升的蒸汽的摩尔流量相等。每层塔板上升的蒸汽的摩尔流量相等。精馏段精馏段:L1=L2=L3=Ln=L=定值定值提馏段提馏段:L1=L2=L3=Lm=L=定值定值但但L与与L不一定相等不一定相等.精馏段精馏段:V1=V2=V3=Vn=V=定值定值提馏段提馏段:V1=V2=V3=Vm=V=定值定值但但V与与V不一定相等不一定相等.恒摩尔液流恒摩尔液流：每层塔板溢流的液体的摩尔流量相等。每层塔板溢流的液体的摩尔流量相等。5.2 恒摩尔流的假设恒摩尔流的假设 板式塔釜液馏出液进料第三十四页，讲稿共六十七页哦恒摩尔流恒摩尔流满足恒摩尔流的条件满足恒摩尔流的条件（1 1）各组分的气化潜热相等；）各组分的气化潜热相等；（2 2）气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；）气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；（3 3）塔设备保温良好，热损失可以忽略。）塔设备保温良好，热损失可以忽略。恒摩尔汽化和恒摩尔溢流的总称。恒摩尔汽化和恒摩尔溢流的总称。第三十五页，讲稿共六十七页哦5.3 全塔物料衡算全塔物料衡算F=D+W塔顶易挥发组分回收率塔顶易挥发组分回收率FxF=DxD+WxW塔底难挥发组分回收率塔底难挥发组分回收率 D,xDF,xFW,xW第三十六页，讲稿共六十七页哦对进料板作总物料衡算和热量衡算对进料板作总物料衡算和热量衡算IF原料液的焓，原料液的焓，kJ/kmol；IV、IV分别为进料板上下处饱和蒸气的焓，分别为进料板上下处饱和蒸气的焓，kJ/kmol；IL、IL分别为进料板上下处饱和液体的焓，分别为进料板上下处饱和液体的焓，kJ/kmol；V,IVL,ILV,IVL,ILF,IF进料板进料板物料衡算物料衡算：F+L+V=L+V热量衡算热量衡算：FIF+LIL+VIV=VIV+LIL 5.4 进料板及进料热状态参数进料板及进料热状态参数 原料入塔时温度或状态称为加料的热状原料入塔时温度或状态称为加料的热状态。共五种情况：态。共五种情况：第三十七页，讲稿共六十七页哦 因因为为塔塔板板上上液液相相和和汽汽相相呈呈饱饱和和状状态态，且且进进料料板板上上下下处处的的温温度度及及气气相相组成各自都比较相近，所以有：组成各自都比较相近，所以有：IV IV IL IL代入热量衡算式整理得：代入热量衡算式整理得：将物料衡算式代入将物料衡算式代入（V-V）IV=FIF-（L-L）ILF-（L-L）IV=FIF-（L-L）IL第三十八页，讲稿共六十七页哦令令q称为进料热状况参数。称为进料热状况参数。将上式整理可得到：将上式整理可得到：L=L+qF V=V+(q-1)Fq的意义：以的意义：以1kmol/h进料为基准时，提馏段的液体流量较精馏段液体进料为基准时，提馏段的液体流量较精馏段液体流量增大的流量增大的kmol数。数。第三十九页，讲稿共六十七页哦L=L+qF V=V+(q-1)F第四十页，讲稿共六十七页哦D,XDL,XDV,y1F,xFx1x2xn yn+1 yny212nn+15.5 精馏段操作线方程精馏段操作线方程V=L+DVyn+1=Lxn+DxD令令R=L/D（R称为回流比），则有称为回流比），则有上上式式即即为为精精馏馏段段操操作作线线方方程程。它它描描述述了了任任一一板板(第第n n层层板板)的的下下降降液液体体组组成成与与自自相相邻邻的的下下一一塔塔板板(第第n+1n+1层层)上上升升的的蒸蒸汽汽组组成成之之间间的的关关系系，为为一一线线性性关关系系，其其中中，斜斜率率为为R R/(/(R+1R+1)，截距为截距为x xD D/(/(R+1R+1)。第四十一页，讲稿共六十七页哦W xWF,xFxNxmyNym+1mN 以提馏段第以提馏段第m层塔板以下塔段及再沸器作层塔板以下塔段及再沸器作为衡算范围，则有为衡算范围，则有总物料衡算总物料衡算:L=V+Wxm提馏段第提馏段第m板下降液体易挥发组分板下降液体易挥发组分mol分率；分率；ym+1提馏段第提馏段第m+1板上升蒸汽易挥发组分板上升蒸汽易挥发组分mol分率；分率；式中：式中：L提馏段每板下降液体流量提馏段每板下降液体流量,kmol/h；V提馏段每板上升蒸汽流量提馏段每板上升蒸汽流量,kmol/h；W 釜液流量釜液流量,kmol/h；易挥发组分易挥发组分:Lxm=Vym+1+Wxw5.6 提馏段操作线方程提馏段操作线方程第四十二页，讲稿共六十七页哦由上两物料恒算式可得由上两物料恒算式可得 上式称为上式称为提馏段操作线方程提馏段操作线方程。此式表示在一定操作条件下，提。此式表示在一定操作条件下，提馏段内自第馏段内自第m m层板下降液体组成层板下降液体组成x xm m与其相邻的下层板（第与其相邻的下层板（第m+1m+1层）上层）上升蒸气组成升蒸气组成y ym+1m+1之间的关系，呈线性关系。之间的关系，呈线性关系。L=L+qF 注：提馏段液体量注：提馏段液体量 L L 不容易求，它除了与不容易求，它除了与 L L 有关外，还受进有关外，还受进料量及进料热状况的影响料量及进料热状况的影响 。第四十三页，讲稿共六十七页哦(1)操作线方程的图示（操作线方程的图示（x-y 图）图）精馏段操作线方程的分析与图示。过点（xD，xD）和点（0，xD/（R+1）的直线。5.7 操作方程的图示与操作方程的图示与q线线第四十四页，讲稿共六十七页哦 提馏段操作线方程的分析与图示过点（xW，xW）的直线，斜率与q有关。q线方程为精馏段操作线与提留段操线方程为精馏段操作线与提留段操作线交点的轨迹方程作线交点的轨迹方程Vy=Lx+DxD精馏段关系式；精馏段关系式；Vy=Lx-WxW提馏段关系式；提馏段关系式；V-V=(q-1)F热状态关系式；热状态关系式；L-L=qF热状态关系式；热状态关系式；FxF=DxD+WxW物料衡算关系式；物料衡算关系式；xF第四十五页，讲稿共六十七页哦q 1,冷液体进料；冷液体进料；q=1,泡点进料；泡点进料；0q1,汽液混合物进料；汽液混合物进料；q=0,饱和蒸汽进料；饱和蒸汽进料；q 0,过热蒸汽进料。过热蒸汽进料。不同热状态下的不同热状态下的q q 线图线图q线线方方程程或或进进料料方方程程反反映映了了加加料料板板上上汽汽液液组组成成为为一一线线性性关关系系。不不改改变变精馏段操作线的位置，明显改变提馏段操作线的位置。精馏段操作线的位置，明显改变提馏段操作线的位置。第四十六页，讲稿共六十七页哦进料状况进料状况进料的焓进料的焓 IF q 值值q 线斜率线斜率 q/q-1 q 线在线在y-x 图上的位图上的位置置冷液体冷液体IF1+饱和液体饱和液体IF=IL q=1无穷大无穷大气液混合物气液混合物ILIFIV0 q IVq 0+表表 进料状况对进料状况对q q线的影响线的影响例题例题7-8第四十七页，讲稿共六十七页哦提馏段操作线方程提馏段操作线方程精馏段操作线方程精馏段操作线方程相平衡方程相平衡方程5.7 理论塔板数的确定理论塔板数的确定 利用相平衡原理和操作线方程可确定理论塔板数，其方法有利用相平衡原理和操作线方程可确定理论塔板数，其方法有逐板计逐板计算法算法和和图解法图解法。条件：塔顶蒸气在冷凝器中全部冷凝；泡点回流。1.1.逐板计算法逐板计算法第四十八页，讲稿共六十七页哦V,y1x1x2 y2y212nn-1L,xDF,xFD,xDx1xn-1.xD=y1 x1 y2 x2 y3 x3 平衡操作.y3x3第四十九页，讲稿共六十七页哦相平衡相平衡关系关系操作线操作线方程方程操作线操作线方程方程x1(=xn)y2 x2 y2 xm(xmxw)计计算算到到xn xq即即可可（xq为为精精馏馏线线与与提提馏馏线线交交点点处处的的x值值，当当为为饱饱和和液体进料时液体进料时xn=xF），则第），则第n块板为加料板块板为加料板,精馏段有精馏段有n-1层层,需需n-1块板。块板。当求得当求得xmxw时时,则提馏段需塔板则提馏段需塔板m-1层层(块块)，第，第m层为再沸器。层为再沸器。同理同理,可求得提馏段理论塔板数。可求得提馏段理论塔板数。第五十页，讲稿共六十七页哦第五十一页，讲稿共六十七页哦在坐标上绘出双组分混合液的在坐标上绘出双组分混合液的y-x平衡曲线，并作出对角线，对角线为平衡曲线，并作出对角线，对角线为y=x。在同一坐标上作精馏段操作线，此操作线通过位于对角线的点（在同一坐标上作精馏段操作线，此操作线通过位于对角线的点（x=xD，y=xD）和和y轴上的点（轴上的点（x=0，y=xD/R+1），此操作线的斜率为），此操作线的斜率为R/R+1，截距为，截距为xD/R+1。在同一坐标上作提馏段操作线，此操作线通过位于对角线的点（在同一坐标上作提馏段操作线，此操作线通过位于对角线的点（x=xW，y=xW）,此操作线的斜率为（此操作线的斜率为（L+qF/L+qF-W）。从点（从点（x=xD，y=xD）开始在操作线与平衡线作直角阶梯直至作后一个阶梯的）开始在操作线与平衡线作直角阶梯直至作后一个阶梯的垂线达到垂线达到xW或略小于或略小于xW为止。为止。注：所画的每一个阶梯代表理论塔板，跨过两操作线交点的那层塔板为加料板，注：所画的每一个阶梯代表理论塔板，跨过两操作线交点的那层塔板为加料板，最后一层塔板为再沸器。最后一层塔板为再沸器。2 2 图解法图解法第五十二页，讲稿共六十七页哦 xW xD12345678baxFecd11l 画坐标图；画坐标图；fl 作平衡线和对角线作平衡线和对角线 ；l作精馏线（作精馏线（abab线）；线）；l作作q q线（线（efef线）；线）；l作提馏线（作提馏线（cdcd线）；线）；l作梯级作梯级。图解过程图解过程第五十三页，讲稿共六十七页哦在图解求理论塔板的过程中，当某阶梯跨过两操作线的交点时，在图解求理论塔板的过程中，当某阶梯跨过两操作线的交点时，应变更操作线。应变更操作线。跨过交点的阶梯即代表适宜的加料板的跨过交点的阶梯即代表适宜的加料板的位置位置（逐板计算也相同），这是因为对一定的分离任务而言，如此（逐板计算也相同），这是因为对一定的分离任务而言，如此作图所需的理论塔板数最少。不改换操作线或提早更换操作线都会使作图所需的理论塔板数最少。不改换操作线或提早更换操作线都会使理论塔板数增加。理论塔板数增加。3.适宜的进料板位置适宜的进料板位置第五十四页，讲稿共六十七页哦。第五十五页，讲稿共六十七页哦u影响塔板效率的因素影响塔板效率的因素：传质系数、传质推动力、传质面积、接传质系数、传质推动力、传质面积、接触时间、物料特性等。触时间、物料特性等。u理论塔板的概念理论塔板的概念：u分离的实际情况分离的实际情况：由于气液两相接触时间、接触面积有限，因此由于气液两相接触时间、接触面积有限，因此在实际分离过程中不存在理论塔板，完成一定任务所需的实际塔在实际分离过程中不存在理论塔板，完成一定任务所需的实际塔板数比理论塔板数多。板数比理论塔板数多。5.8 实际塔板数与塔板效率实际塔板数与塔板效率第五十六页，讲稿共六十七页哦（1）总板效率）总板效率：理论塔板数理论塔板数NT与实际塔板数与实际塔板数NR之比称为塔板效率，之比称为塔板效率，用用ET表示。表示。式中式中ET称为全塔效率或总板效率称为全塔效率或总板效率注：计算塔板数时应圆整，如注：计算塔板数时应圆整，如7/0.6=11.712（2）单板效率）单板效率：以气相（或液相）经过实际塔板的组成变化值与经过以气相（或液相）经过实际塔板的组成变化值与经过理论板时的组成变化值之比表示理论板时的组成变化值之比表示 第五十七页，讲稿共六十七页哦(1)(1)R R，精馏段操作线向对角线靠，精馏段操作线向对角线靠近，近，N N，但，但L L，即冷凝器的负荷，即冷凝器的负荷加大。加大。(2)(2)R R，精馏段远离对角线，精馏段远离对角线，N N，当精馏操作线和，当精馏操作线和q q线的交点线的交点在平衡线上时，则在平衡线上时，则N N，此时，此时R R 称为称为R Rminmin。5.5 回流比的影响与选择回流比的影响与选择1 1 回流比回流比R=L/DR=L/D的改变对精馏操作的的改变对精馏操作的影响影响第五十八页，讲稿共六十七页哦(1)R,q点下降，提馏段接近对角线，板数减少，再沸器负荷加大点下降，提馏段接近对角线，板数减少，再沸器负荷加大(2)R，提馏段与操作线相距越远，当与平衡线相交，提馏段与操作线相距越远，当与平衡线相交(q 线线)，N。xD xW xFe2 2 回流比回流比R=L/DR=L/D的改变对提馏段操作线的影响的改变对提馏段操作线的影响第五十九页，讲稿共六十七页哦l全回流：若塔顶上升的蒸汽冷凝后全部回流至塔内称为全回流（全回流：若塔顶上升的蒸汽冷凝后全部回流至塔内称为全回流（total reflux）。）。lD=0，F=0，W=0，无精馏段和提馏段之分。，无精馏段和提馏段之分。l回流比回流比R=L/D，是回流比的最大值。，是回流比的最大值。l精馏操作线为精馏操作线为yn+1=xn，所需理论塔板数最少，以，所需理论塔板数最少，以Nmin表示表示。5.5.1 5.5.1 全回流与最小理论塔板数全回流与最小理论塔板数第六十页，讲稿共六十七页哦 xDxW 对于双组分溶液，有如下公式（芬斯克公式对于双组分溶液，有如下公式（芬斯克公式Fenske）：）：Nmin为全回流时所需的最少理论板数（不包括再沸器）。为全回流时所需的最少理论板数（不包括再沸器）。为全塔平均相对挥发度为全塔平均相对挥发度第六十一页，讲稿共六十七页哦 在在d点上下各板（进料板上下区点上下各板（进料板上下区域）气液两相组成基本不变化，即域）气液两相组成基本不变化，即无增浓作用，点无增浓作用，点d称为夹紧点。该称为夹紧点。该区域称为恒浓区（或夹紧区）。区域称为恒浓区（或夹紧区）。xD xq xFedyq回流比减小，两操作线向平衡线移动，达到指定分离程度所需的理论回流比减小，两操作线向平衡线移动，达到指定分离程度所需的理论塔板数增多，当两操作线的交点位于平衡线上时，则需要无穷多的阶梯塔板数增多，当两操作线的交点位于平衡线上时，则需要无穷多的阶梯才能达到才能达到d点。相应的回流比称为点。相应的回流比称为最小回流比最小回流比。以。以Rmin表示。对于一表示。对于一定的分离要求，定的分离要求，Rmin是回流比的最小值。是回流比的最小值。5.5.2 5.5.2 最小回流比最小回流比第六十二页，讲稿共六十七页哦 xD xq xFeda 对于正常曲线（如图），设对于正常曲线（如图），设d d点坐标为点坐标为(x xq q，y yq q)，则由精馏段的斜，则由精馏段的斜率可知率可知 最小回流比的求法：作图法最小回流比的求法：作图法第六十三页，讲稿共六十七页哦 对于非正常曲线（如图），过对于非正常曲线（如图），过a a或或c c点作平衡线的切线，根据切点坐标点作平衡线的切线，根据切点坐标求求R Rminmin。xD xq xFedafc第六十四页，讲稿共六十七页哦1实际回流比的范围实际回流比的范围精馏过程的经济性主要取决于操作费用和设备费用。回流比是精馏过程的经济性主要取决于操作费用和设备费用。回流比是影响精馏过程经济性的一个重要指标。影响精馏过程经济性的一个重要指标。RminRR5.5.3 适宜回流比的选择适宜回流比的选择第六十五页，讲稿共六十七页哦第六十六页，讲稿共六十七页哦2正确选择适宜回流比正确选择适宜回流比l操作费：操作费：l设备费设备费(塔板数塔板数)：加热蒸汽和冷却水：加热蒸汽和冷却水：R增大时需消耗较多的加热蒸汽和冷却水，操作费用相应增大时需消耗较多的加热蒸汽和冷却水，操作费用相应增加。增加。V=(R+1)D V=V-(1-q)F设备折旧、维修：设备折旧、维修：指精馏塔、蒸馏釜、冷凝器等设备的投资乘以相应的折旧费，当设指精馏塔、蒸馏釜、冷凝器等设备的投资乘以相应的折旧费，当设备类型和所用材料已选定时，此项费用主要取决于设备尺寸。备类型和所用材料已选定时，此项费用主要取决于设备尺寸。当为当为Rmin时，塔板数无穷大，设备费无穷大；时，塔板数无穷大，设备费无穷大；R继续增大时，塔板数缓慢继续增大时，塔板数缓慢减少，但上升的蒸汽量增加，从而使得设备的尺寸增大，即当减少，但上升的蒸汽量增加，从而使得设备的尺寸增大，即当R增加到一定增加到一定值时，设备费又上升。值时，设备费又上升。第六十七页，讲稿共六十七页哦