化工原理讲稿(下册)-应化第十章蒸馏讲.ppt

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1、讨论题讨论题在在101.3kPa下，使含苯下，使含苯y=0.7（摩尔分率）的（摩尔分率）的苯苯-甲苯混合气相，在一部分冷凝器中将气相量甲苯混合气相，在一部分冷凝器中将气相量的的1/3冷凝为饱和液相。试求气、液相的组成冷凝为饱和液相。试求气、液相的组成是多少？定性说明若冷凝量增加时，气、液相是多少？定性说明若冷凝量增加时，气、液相组成将如何变化？组成将如何变化？一个完整的精馏塔包括哪几部分？一个完整的精馏塔包括哪几部分？精馏段和液相回流的作用？精馏段和液相回流的作用？提馏段和气相回流的作用？提馏段和气相回流的作用？精馏塔中的浓度分布和温度分布规律？精馏塔中的浓度分布和温度分布规律？讨论题讨论题第

2、五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 （1 1）根据给定的分离要求，计算进、出精馏装置各股物料的量和组成；）根据给定的分离要求，计算进、出精馏装置各股物料的量和组成；（2 2）它它的的主主要要操操作作条条件件：包包括括操操作作压压强强、回回流流比比（塔塔顶顶回回流流液液量量与与 馏出液量的比值）和加料热状态等；馏出液量的比值）和加料热状态等；（3 3）确定精馏塔所需的理论板数和加料位置；）确定精馏塔所需的理论板数和加料位置；（4 4）塔板结构尺寸的计算，如塔径、塔高及塔板结构尺寸；）塔板结构尺寸的计算，如塔径、塔高及塔板结构尺寸；（5 5）计算冷凝器和再沸器的热负荷

3、，确定其类型和尺寸。）计算冷凝器和再沸器的热负荷，确定其类型和尺寸。一、板式精馏塔的设计计算任务、所需基本数据和基本工具一、板式精馏塔的设计计算任务、所需基本数据和基本工具 设计计算设计计算精馏塔计算精馏塔计算校核计算校核计算1.1.计算任务计算任务第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 2.2.所需基本数据所需基本数据(1)(1)进料情况进料情况 包括进料量、进料的组成、进料温度或汽化率。包括进料量、进料的组成、进料温度或汽化率。(2)(2)分离要求分离要求 指定塔顶和塔底产品的组成来规定分离要求指定塔顶和塔底产品的组成来规定分离要求(3)(3)相平衡数据相平衡数

4、据 饱和蒸气压，饱和蒸气压，txytxy图及图及yxyx图。图。(4)(4)物理性质数据物理性质数据 热焓、汽化潜热、密度、粘度、表面张力等。热焓、汽化潜热、密度、粘度、表面张力等。3.3.所需基本工具所需基本工具(1)(1)物料衡算物料衡算(2)(2)热量衡算热量衡算 (3)(3)相平衡关系相平衡关系二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算 （Overall material balanceOverall material balance）1.1.塔顶、塔底产品量的确定塔顶、塔底产品量的确定总物料衡算总物料衡算 易挥发组分物料衡算易挥发组分物料衡算 第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精

5、馏塔的计算与分析 联解以上两式，可得联解以上两式，可得塔顶产品量塔顶产品量D D塔底产品量塔底产品量W W第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 三、理论板数的计算三、理论板数的计算 (1)(1)汽汽、液液两两相相在在板板上上充充分分接接触触混混合合，板板上上不不存存在在温温度差和浓度差；度差和浓度差；(2)(2)离离开开塔塔板板的的汽汽、液液两两相相达达平平衡衡，即即离离开开理理论论板板的的两相温度相等，组成互成平衡。两相温度相等，组成互成平衡。理论板的概念（理论板的概念（Concept of ideal plateConcept of ideal plate）（

6、一）精馏段的物料衡算（一）精馏段的物料衡算精馏段的操作线方程精馏段的操作线方程总物料衡算式总物料衡算式 易挥发组分衡算式易挥发组分衡算式 第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 或或1.1.精馏段的物料衡算精馏段的物料衡算2.2.恒摩尔流假定（恒摩尔流假定（Constant molal overflow hypothesisConstant molal overflow hypothesis）(1)(1)各各层层板板上上液液相相的的流流量量L L1 1，L L2 2LnLn以以及及汽汽相相的的流流量量V V1 1，V V2 2，VnVn均均不不相相同同，求求算算理理

7、论论塔塔板板数数除除上上面面的的物物料料衡衡算算式式外外，需需再作热量衡算和相平衡关系才能求算，计算会变得比较复杂。再作热量衡算和相平衡关系才能求算，计算会变得比较复杂。(2)(2)恒摩尔流假定可以简化计算过程；恒摩尔流假定可以简化计算过程；(3)(3)一些组分沸点接近的二元混合物接近恒摩尔流假定的情况。一些组分沸点接近的二元混合物接近恒摩尔流假定的情况。恒摩尔流假定提出的原因：恒摩尔流假定提出的原因：第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 (1)(1)恒恒摩摩尔尔汽汽化化 假假定定在在精精馏馏塔塔

8、的的精精馏馏段段内内，由由每每层层板板上上升升的的汽汽相相摩摩尔流率都相等，在提馏段也是如此。即尔流率都相等，在提馏段也是如此。即精馏段精馏段提馏段提馏段 (2)(2)恒恒摩摩尔尔溢溢流流 假假定定在在精精馏馏塔塔的的精精馏馏段段内内，由由每每层层板板下下降降的的液液相相摩摩尔流率都相等，在提馏段也是如此。尔流率都相等，在提馏段也是如此。精馏段精馏段提馏段提馏段恒摩尔流假定的内容：恒摩尔流假定的内容：服服从从恒恒摩摩尔尔流流假假定定的的精精馏馏过过程程，塔塔板板上上汽汽液液两两相相接接触触时时，有有多多少少摩摩尔尔的的蒸蒸汽汽冷冷凝凝，相相应应就就有有多多少少摩摩尔尔的的液液体体汽汽化化。因因

9、此该精馏过程属等摩尔反向扩散传质过程。此该精馏过程属等摩尔反向扩散传质过程。组分的摩尔汽化潜热相同。组分的摩尔汽化潜热相同。汽、液相接触时由于温度不同而传递的显热可以忽略。汽、液相接触时由于温度不同而传递的显热可以忽略。塔的保温良好，热损失可以忽略。塔的保温良好，热损失可以忽略。恒摩尔流假定成立的条件：恒摩尔流假定成立的条件：第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 3.3.精馏段的操作线方程（精馏段的操作线方程（Operating lineOperating line）在恒摩尔流假定下，精馏段的基本计算式为：在恒摩尔流假定下，精馏段的基本计算式为：定义回流比定义回流

10、比:R=L/D:R=L/D所以所以精馏段的操作线方程精馏段的操作线方程第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 表示相遇两流组成的关系表示相遇两流组成的关系第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 y1.01.0 xy-x线P=constantxD0ac 若将上述精馏段物料衡若将上述精馏段物料衡算方程式标绘在算方程式标绘在y-xy-x坐标图坐标图上，是一条过点（上，是一条过点（x xD D,x,xD D)，斜率为斜率为R/(R+1)R/(R+1)，截距为，截距为x xD D/（R+1)R+1)的直线。故称精的直线。故称精馏段物料衡算方程为精馏

11、段馏段物料衡算方程为精馏段操作线方程。操作线方程。2.2.操作线方程操作线方程 （Operating lineOperating line）V,yWW,xWL,xWm m+1 L,xnV,ym+1（二）提馏段的物料衡算（二）提馏段的物料衡算提馏段的操作线方程提馏段的操作线方程总物料衡算式总物料衡算式 易挥发组分衡算式易挥发组分衡算式 1.1.提馏段的物料衡算提馏段的物料衡算提馏段操作线提馏段操作线方程方程第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 若将上述提馏段物料衡若将上述提馏段物料衡算方程式标绘在算

12、方程式标绘在y-xy-x坐标图坐标图上，则是一条过点（上，则是一条过点（x xW W,x,xW W)，斜率为，斜率为L L/(L/(L-W)-W)，截距，截距为为-Wx-WxW W/(L/(L-W)-W)的直线。故的直线。故称提馏段物料衡算方程为提称提馏段物料衡算方程为提馏段操作线方程。馏段操作线方程。y1.01.0 xy-x线P=constantxW0bf第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 （三）进料段的物料衡算（三）进料段的物料衡算1.1.进料的热状况及进料热状况参数进料的热状况及进料热状况参数 精精馏馏段段与与提提馏馏段段的的汽汽相相和和液液相相流流量量通

13、通过过进进料料段段联联系系在在一一起起的的，对对进进料段作总物料衡算和热量衡算，可得：料段作总物料衡算和热量衡算，可得：进料段作总物料衡算进料段作总物料衡算对进料段作热量衡算得：对进料段作热量衡算得：(2)(2)(1)(1)由于相邻两层板的温度和浓度变化不大，故可认为由于相邻两层板的温度和浓度变化不大，故可认为第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 将式将式(1)(1)代入上式消去代入上式消去VV并整理可得并整理可得于是式于是式(2)(2)可以写成可以写成即即第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 令令当进料为汽、液混合物时，设进料的液化

14、分率为当进料为汽、液混合物时，设进料的液化分率为q q，对进料作热量衡算可得，对进料作热量衡算可得q q值称为进料热状况参数值称为进料热状况参数。整理得整理得可见，当进料为汽、液混合物时，进料热状况参数可见，当进料为汽、液混合物时，进料热状况参数q q即为进料的液化分率。即为进料的液化分率。2.2.进料段的物料衡算进料段的物料衡算(1)(1)汽、液混合物进料，进料的液化分率为汽、液混合物进料，进料的液化分率为q q，(2)(2)饱和液体进料，饱和液体进料，第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 (3

15、)(3)饱和蒸气进料，饱和蒸气进料，q=0q=0(4)(4)过冷液体进料，过冷液体进料，q1q1(5)(5)过热蒸气进料过热蒸气进料,q0,q0(H(HF FHHHV V)3.q3.q线方程（精、提馏段交点的轨迹方程）线方程（精、提馏段交点的轨迹方程）第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 由于提馏段操作线截距往往很小，且为负值，作图既由于提馏段操作线截距往往很小，且为负值，作图既不方便又不准确，不方便又不准确，q q线方程的提出为提馏段操作线的绘制线方程的提出为提馏段操作线的绘制提供了一条方便、准确的新途径。提供了一条方便、准确的新途径。两段操作线的交点方程式可由

16、联解两操作线方程式而得两段操作线的交点方程式可由联解两操作线方程式而得 将上两式相减将上两式相减第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 因为因为所以由所以由得：得：q q线方程式线方程式时时时时 若将上述方程式标绘在若将上述方程式标绘在y-xy-x坐标图上，则是一条过坐标图上，则是一条过点（点（x xF F,x,xF F)，斜率为，斜率为q/(q-q/(q-1)1)，截距为，截距为-x-xF F/(q-1)/(q-1)的直的直线。故称该方程为线。故称该方程为q q线方程。线方程。y1.01.0 xy-x线P=constantxF0e第五节第五节 二元连续精馏塔的计算

17、与分析二元连续精馏塔的计算与分析 第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 不同进料下的不同进料下的q q值与值与q q线线y1.01.0 xy-x线P=constantxF0eq1q=10q1q=0q1 q1饱和液体饱和液体 q=1 q=1汽液混合物汽液混合物 0q1 0q1饱和蒸汽饱和蒸汽 q=0 q=0过热蒸汽过热蒸汽 q0 q101.3KPaP101.3KPaP=101.3KPaP=101.3KPaP101.3KPaP1q=10q1q=0q0第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 (四）现成塔的操作分析四）现成塔的操作分析1.1.塔

18、顶、塔底产品均不合格塔顶、塔底产品均不合格 增大回流比增大回流比2.2.塔顶产品不合格，塔底产品超过分离要求塔顶产品不合格，塔底产品超过分离要求 进料位置下移；进料位置下移；增大回流比。增大回流比。3.3.塔顶回流量一定，增大再沸器汽化量对塔操作的影响塔顶回流量一定，增大再沸器汽化量对塔操作的影响 塔顶产品中轻组分浓度下降，塔顶温度升高；塔顶产品中轻组分浓度下降，塔顶温度升高；塔顶产品量增加塔顶产品量增加 ，塔底产品量降低，塔底产品量降低 。第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 七、二元精馏过程的几种特殊情况七、二元精馏过程的几种特殊情况(一一)塔底直接通入水蒸气

19、塔底直接通入水蒸气 xD,LVx my m+1L=W*xW*y=0FxFLVD,V xD1.1.节省再沸器节省再沸器2.2.提馏段所需理论板数增加提馏段所需理论板数增加3.3.废水排量增加废水排量增加 对图中虚线圈作轻组分的物料衡算，得对图中虚线圈作轻组分的物料衡算，得提馏段操作线方程第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 理论板数图解分析理论板数图解分析(一一)塔底直接通入水蒸气塔底直接通入水蒸气145q线xFxWx*W23xD第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 (二二)具有侧线抽出的精馏塔具有侧线抽出的精馏塔 在设计中常常是在一般

20、精馏塔指定在设计中常常是在一般精馏塔指定的变量的基础上还指定侧线抽出量及组的变量的基础上还指定侧线抽出量及组成，求塔顶、塔底产品量及为完成此分成，求塔顶、塔底产品量及为完成此分离任务所需要的板数、侧线位置。离任务所需要的板数、侧线位置。对右图中的精馏塔作物料衡算：对右图中的精馏塔作物料衡算：总物料衡算总物料衡算轻组分衡算轻组分衡算1.1.塔顶、塔底产品量塔顶、塔底产品量xD,W,xWFxFD,xDD,第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 2.2.所需要的板数、侧线位置所需要的板数、侧线位置(1)(1)精馏段上段操作线精馏段上段操作线:总物料衡算式总物料衡算式 易挥

21、发组分衡算式易挥发组分衡算式 即即xD,W,xWFxFD,xDD,第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 (2)(2)精馏段下段操作线精馏段下段操作线xD,W,xWFxFD,xDD,总物料衡算式总物料衡算式 易挥发组分衡算式易挥发组分衡算式 即即第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 （3 3）提馏段的操作线）提馏段的操作线 xD,W,xWFxFD,xDD,总物料衡算式总物料衡算式 易挥发组分衡算式易挥发组分衡算式 即即第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 在在图图上上做做出出三三段段操操作作线线后后即即可可

22、如如前前作作梯梯级级求求出出所所需需的的总理论板数和侧线抽出位置及进料位置。总理论板数和侧线抽出位置及进料位置。dy1.01.0 xP=constantxD0acxFq线exWb1234第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 (三三)具有多股进料的精馏塔具有多股进料的精馏塔 如图所示为具有两个进料的精馏塔，此如图所示为具有两个进料的精馏塔，此塔被分为三段，相应地有三条操作线。求精塔被分为三段，相应地有三条操作线。求精馏塔塔顶，塔底两端产品的量以及为完成分馏塔塔顶，塔底两端产品的量以及为完成分离任务所得的塔板数和两股进料的适宜进料离任务所得的塔板数和两股进料的适宜进料

23、位置仍使用物料衡算和相平衡，由图解求总位置仍使用物料衡算和相平衡，由图解求总板数及进料位置，方法同前。板数及进料位置，方法同前。上段：上段：第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 两进料口之间段两进料口之间段其中其中提馏段提馏段其中其中第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 dy1.01.0P=constantxD0acxF2q线exWb1234xF1 (1)(1)组分数：组分数：2-11 2-11；(2)(2)值：值：；(3)(3)压力；压力；减压操作至减压操作至4.24MPa4.24MPa (4)(4)相对挥发度：相对挥发度：；(5)

24、(5)最小回流比；最小回流比；(6)(6)全回流下最小理论板数：全回流下最小理论板数：3.4-60.30 3.4-60.30 用用8 8个物系，由逐板计算得出的结果绘制而成。个物系，由逐板计算得出的结果绘制而成。1.1.吉利兰吉利兰(Gilliland)(Gilliland)关联图关联图八、理论板数的简捷求法八、理论板数的简捷求法 注意：使用该图计算时，条件应尽量与上述条件相近。注意：使用该图计算时，条件应尽量与上述条件相近。应用范围：应用范围：吉利兰图第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 说明：说明：吉利兰图 (1)(1)图中图中N N为在回流比下所需理论板数，

25、为在回流比下所需理论板数，N N及及N Nminmin均不包括再沸器；均不包括再沸器；(2)(2)吉利兰图不能应用于非理想溶液的精吉利兰图不能应用于非理想溶液的精馏计算；馏计算；(3 (3）吉利兰图是双对数坐标，为使用计）吉利兰图是双对数坐标，为使用计算机计算也可应用于下述关联式。算机计算也可应用于下述关联式。第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 第五节第五节 二元连续精馏塔的计算与分析二元连续精馏塔的计算与分析 2.2.适宜进料位置适宜进料位置当精馏段和提馏段两段板数相差不多时可以认为当精馏段和提馏段两段板数相差不多时可以认为柯克布莱德经验公式则可较好地应用于一般情况柯克布莱德经验公式则可较好地应用于一般情况(泡点进料泡点进料)精馏段所需理论板数；精馏段所需理论板数；提馏段所需理论板数提馏段所需理论板数(包括再沸器包括再沸器)。