精馏段操作线方程课件.ppt

新课导入新课导入在在传质与分离传质与分离学习领域课程中，已进行学习领域课程中，已进行“塔顶、塔釜产品量的塔顶、塔釜产品量的计算计算”和和“精馏塔的分段精馏塔的分段”的内容学习。的内容学习。回顾回顾1 加料板把精馏塔分为精馏加料板把精馏塔分为精馏段和提馏段。段和提馏段。回顾回顾2 如图如图1所示，对第所示，对第n层理论层理论板而言，离开该板的气相组成板而言，离开该板的气相组成 与液相组成与液相组成 是符合相平衡关是符合相平衡关系的。系的。图1 理论塔板上两相组成示意图问题问题1 在精馏塔内，相邻两块塔板之间的气液组成（溢流到下一板的液体组成 与下一板上升到该板的蒸气组成 ）之间有关系吗？回答回答是肯定的，如图1所示，与 之间的关系称为精馏塔的操作关系。这种关系由物料衡算决定。图1 理论塔板上两相组成示意图一、部分回流操作时物料衡算的前提一、部分回流操作时物料衡算的前提新课展开新课展开1.部分回流操作时物料衡算满足的前提条件部分回流操作时物料衡算满足的前提条件（1）塔顶为全凝器，即y1=xD；（2）塔釜为间接蒸汽加热；（3）恒摩尔流假定，包括恒摩尔气流和恒摩尔溢流。2.恒摩尔流假定恒摩尔流假定（1）恒摩尔气流）恒摩尔气流 在精馏段与提馏段内，每层塔板上升蒸汽的摩尔流量都是相等的，但精馏段与提馏段上升的蒸汽量不一定相等。即：精馏段：=常数mol/s 表示精馏段内从第一板到第n板的上升蒸汽量都相等。提馏段：=常数mol/s 表示提馏段内从第一板到第n板的上升蒸汽量都相等。一、部分回流操作时物料衡算的前提一、部分回流操作时物料衡算的前提（2）恒摩尔溢流恒摩尔溢流 在精馏段与提馏段内，每层塔板下降液体的摩尔流量都是相等的，但精馏段与提馏段下降液体量不一定相等。即：精馏段：L1=L2=L3=L=常数 mol/s 表示精馏段内从第一板到第n板的下降液体量都相等。提馏段：L1=L2=L3=L=常数mol/s 表示提馏段内从第一板到第n板的下降液体量都相等。一、部分回流操作时物料衡算的前提一、部分回流操作时物料衡算的前提（3）满足恒摩尔流的条件）满足恒摩尔流的条件两组分的摩尔汽化潜热相等；两相接触因两相温度不同而交换的显热可忽略不计；塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。在精馏操作中，恒摩尔流虽是一项假设，但有些物系能基本满足上述条件。例例1 苯甲苯、乙烯乙烷、乙醇水等，这些物系在塔内的气、液相视为恒摩尔流动，从而简化精馏的计算。一、部分回流操作时物料衡算的前提一、部分回流操作时物料衡算的前提1.方程形式方程形式如图2所示，对虚线范围（包括精馏段的第n十1层板以上塔段及冷凝器）作物料衡算，以单位时间为基准。总物料衡算：易挥发组分衡算：整理得二、精馏段操作线方程二、精馏段操作线方程图2 精馏段的分析1.方程形式方程形式根据回流比的定义可得精馏段操作线方程如下：问题问题2 方程中的流量及组成应该用什么表示呢？回答流量用摩尔流量，组成用摩尔分数。二、精馏段操作线方程二、精馏段操作线方程2.方程的讨论方程的讨论问题问题3 精馏段操作线方程有什么物理意义？回答其物理意义：表示在一定操作条件下精馏段内的操作关系，即精馏段内自任意第n块板下降液相组成xn与其相邻的下一（即n+1）块塔板上升蒸汽组成yn+1之间的关系。问题问题4 精馏段操作线是什么曲线？回答该操作线为一直线，直线的斜率是 ，截距是 。二、精馏段操作线方程二、精馏段操作线方程2.方程的讨论方程的讨论问题问题5 如何在x-y图上画出精馏段操作线？回答如图4所示，采用两点法，精馏段操作线经过对角线上的点a（，）及y轴上的截距点b（0，），则直线ab即为精馏段操作线。二、精馏段操作线方程二、精馏段操作线方程图4 精馏塔的操作线三、提馏段操作线方程三、提馏段操作线方程新课展开新课展开1.方程形式方程形式如图3所示，按虚线范围(包括提馏段第m层板以下塔板及再沸器)作物料衡算，以单位时间为基础。总物料衡算：L=V+W易挥发组分衡算：Lxm=Vym+1+WxW 整理得提馏段操作线方程如下：图3 提馏段的分析三、提馏段操作线方程三、提馏段操作线方程新课展开新课展开1.方程形式方程形式问题问题6 方程中的流量及组成应该用什么表示呢？回答流量用摩尔流量，组成用摩尔分数。2.方程的讨论方程的讨论问题问题7 提馏段操作线方程有什么物理意义？提馏段操作线方程有什么物理意义？回答回答其物理意义与精馏段的相似：表示在一定操作条件下提馏其物理意义与精馏段的相似：表示在一定操作条件下提馏段内的操作关系。段内的操作关系。问题问题8 提馏段操作线是什么曲线？提馏段操作线是什么曲线？回答回答该操作线为一直线，直线的斜率是该操作线为一直线，直线的斜率是 ，截距是，截距是 。三、提馏段操作线方程三、提馏段操作线方程新课展开新课展开2.方程的讨论方程的讨论问题问题9 如何在如何在x-y图上画出提馏段操作线图上画出提馏段操作线？回答回答如图如图4所示，采用两点法，提馏所示，采用两点法，提馏段操作线经过对角线上的点段操作线经过对角线上的点c（，）及及y轴上的截距点轴上的截距点g（0，），则），则直线直线cg即为提馏段操作线。即为提馏段操作线。图4 精馏塔的操作线三、提馏段操作线方程三、提馏段操作线方程新课展开新课展开2.方程的讨论方程的讨论由图4可看出，点c与点g离得很近，使作图不易准确，故通常采用找出精馏段操作线与提馏段操作线的交点d。将点c与点d连接而得提馏段操作线。问题问题10 部分回流操作时物料衡算的目的是什么？回答确定精馏塔内的操作线方程，进而根据其它精馏操作生产数据确定理论板层数。图4 精馏塔的操作线课堂巩固课堂巩固 练习练习1 一连续精馏塔中分离苯甲苯的混合液。泡点进料，原料液含苯的摩尔分数为0.5，要求残液中苯的摩尔分数不超过0.05，馏出液中苯的摩尔分数不低于0.98。进入塔顶分凝器中的蒸气量为200kmol/h，馏出液量为50 kmol/h。求精馏段操作线方程？课堂小结课堂小结 1.在精馏塔内，相邻两块塔板之间的气液组成（溢流到下一板的液体组成 与下一板上升到该板的蒸气组成 ）称为精馏塔的操作关系，这种关系由物料衡算决定；2.部分回流操作时物料衡算必须满足以下前提条件：（1）塔顶为全凝器，即y1=xD；（2）塔釜为间接蒸汽加热；（3）溶液为理想溶液；（4）每块板均为理论板；（5）恒摩尔流假定，包括恒摩尔气流和恒摩尔溢流；3.恒摩尔流，包括恒摩尔气流和恒摩尔溢流恒摩尔气流 在精馏段与提馏段内，每层塔板上升蒸汽的摩尔流量都是相等的，但精馏段与提馏段上升的蒸汽量不一定相等；恒摩尔溢流 在精馏段与提馏段内，每层塔板下降液体的摩尔流量都是相等的，但精馏段与提馏段下降液体量不一定相等;课堂小结课堂小结 4.精馏段操作线方程通过对精馏塔的精馏段进行物料衡算得到，表示在一定操作条件下精馏段内的操作关系，即精馏段内自任意第n块板下降液相组成xn与其相邻的下一（即n+1）块塔板上升蒸汽组成yn+1之间的关系，该操作线为一直线，即 ；5.提馏段操作线方程通过对精馏塔的提馏段进行物料衡算得到，表示在一定操作条件下提馏段内的操作关系，其操作关系与精馏段相似，该操作线亦为一直线，即 ；6.部分回流操作时物料衡算为确定精馏塔的理论板层数提供了一定的数据。作业布置作业布置 1.单项选择(1)正常操作的双组分精馏塔，塔内某截面上升气相组成yn+1和下降液相组成xn的关系是 。选择()A.yn+1xn B.yn+1xn C.yn+1=xn D.不能确定(2)精馏过程的操作线为直线，主要基于 。选择()A.塔顶泡点回流 B.恒摩尔流假定 C.理想物系 D.理论板假定2.判断(1)精馏塔的操作线方程既可有用摩尔分数来表示，也可用质量分数来表示()。谢谢！谢谢！