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化工原理__第十章_蒸馏(1)

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化工原理__第十章_蒸馏(1)null目录目录 第十章 蒸馏 第一节 概述 一、什么是蒸馏? 二、蒸馏在工业生产中的应用 三、蒸馏的分类 第二节 二元物系的汽液相平衡 一、理想物系的汽液相平衡 二.非理想溶液的汽液相平衡 第三节 蒸馏方式 一、简单蒸馏 二、平衡蒸馏 三、平衡级和精馏原理目录目录第四节 二元连续精馏的分析与计算 一、全塔物料衡算 二、精、提馏段物料衡算 三、理论塔板数N的计算 四、塔板效率与实际塔板数 五、回流比的影响及选用 习题课 六、理论板数的捷算法 七、关于二元连续精馏的其它流程 1....

化工原理__第十章_蒸馏(1)
null目录目录 第十章 蒸馏 第一节 概述 一、什么是蒸馏? 二、蒸馏在工业生产中的应用 三、蒸馏的分类 第二节 二元物系的汽液相平衡 一、理想物系的汽液相平衡 二.非理想溶液的汽液相平衡 第三节 蒸馏方式 一、简单蒸馏 二、平衡蒸馏 三、平衡级和精馏原理目录目录第四节 二元连续精馏的分析与计算 一、全塔物料衡算 二、精、提馏段物料衡算 三、理论塔板数N的计算 四、塔板效率与实际塔板数 五、回流比的影响及选用 习题课 六、理论板数的捷算法 七、关于二元连续精馏的其它流程 1.塔顶设有分凝器 2.冷液回流 3.直接蒸汽加热流程 4.多股加料和侧线出料流程 习题课目录目录第四节 二元连续精馏的分析与计算 八、精馏塔的热量衡算第十章 小结第十章 蒸馏第十章 蒸馏蒸馏及精馏的分离依据 液体均具有挥发成蒸汽的能力,但各种液体的挥发性个不相同。习惯上,将液体混合物中的易挥发组分A称为轻组分,难挥发组分B则称为重组分。将液体混合物加热至泡点以上沸腾使之部分汽化必有yA>xA;反之将混合蒸汽冷却到露点以下使之部分冷凝必有xB>yB。上述两种情况所得到的气液组成均满足: 部分汽化及部分冷凝均可使混合物得到一定程度的分离,它们均是籍混合物中各组分挥发性的差异而达到分离的目的,这就是蒸馏及精馏分离的依据。 第一节 概述一、什么是蒸馏? 利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。第一节 概述第一节 概述获得高纯度产品; 获得粗馏分。 例如:在酿酒业中饮料酒; 在石油炼制工业中,原油 经蒸馏后制取汽油、煤油、 柴油等产品;加热乙醇水汽相: 醇富集液相: 水富集冷凝冷却乙醇 产品废水二、蒸馏在工业生产中的应用第一节 概述第一节 概述三、蒸馏的分类说明:画圈的就是本章要着重介绍的。返回目录null根据操作方式,可分为:按蒸馏方式 简单蒸馏 平衡蒸馏 (闪蒸)精馏 特殊精馏 恒沸蒸馏 萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏较易分离的物系或对分离要求不高的物系难分离的物系很难分离的物系或用普通方法难以分离的物系第二节 二元物系的汽液相平衡第二节 二元物系的汽液相平衡二元物系汽液相平衡时,所涉及的变量有: 温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。----独立变量只有2个, 例如:x(y)、P;x、t第二节 二元物系的汽液相平衡第二节 二元物系的汽液相平衡 具体函数关系还需实验测定。 其中,理想物系的函数关系式较为成熟。第二节 二元物系的汽液相平衡第二节 二元物系的汽液相平衡一、理想物系的汽液相平衡1、理想溶液 在全部浓度范围内都服从拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。 只有物性和结构相似,且分子大小也相近的物系才符合拉乌尔定律,如苯-甲苯、甲醇-乙醇、烃类同系物组成的溶液等等。 一、理想物系的汽液相平衡一、理想物系的汽液相平衡2、理想物系的汽液相平衡关系: 对理想物系,汽相满足:nullt~y(或 t~x)关系式 将用上述方法求出的的数据画在同一张图上,就得到下图。 nullt~x(或y)关系式 ①两端点A与B.端点A代表纯易挥发A组分(x=1),端点B代表纯难挥发B组分(x=0 )。 ②两线:t~x线为泡点线,泡点与组成有关;t~y线为露点线,露点与组成y有关。 nullt~x(或y)关系式 ③ 3区:t~x线以下为过冷液体区;t~y线以上为过热蒸汽区;在t~x与t~y线之间的区域为气液共存区,在此区域内气液组成y与x是成平衡关系,气液两相的量符合杠杆定律。只有设法使体系落在汽液共存区这才能实现一定程度的分离。例如将组成为的过冷溶液加热至C点,产生第1滴气泡,故C点所对应的温度称为泡点,气泡组成为y1,维持加热升温至G点,溶液部分汽化,气相组成为y(F点),液相组成为x(E点),y>xF,xyF,故部分冷凝亦可实现一定程度的分离。要实现高纯度分离必须采用多次部分汽化和多次部分冷凝,这个过程在工业生产上是如何实现的呢? null两条线 三个区 三种点null表示混合液的平衡温度和液相组成之间关系,t-x线 。露点线两条线null过热蒸汽区两相区液相区三个区nullx越大,易挥发组分的含量越高,泡点温度越低。 y越大,易挥发组分含量 越高,露点温度越低。 null 汽液两相处于平衡时,两相温度相同此时,气相组成大于液相组成;当气液两相组成相同时,气相露点温度总是高于液相的泡点温度。 一、理想物系的汽液相平衡一、理想物系的汽液相平衡理想物系的t-x(y)相图: 杠杆原则: 力力臂 = 常数即:液相量L1=汽相量L2量浓度差杠杆nully~x图 在蒸馏计算中广泛应用的是一定总压下的y~x图。因 ,故在任一x下总是y>x,相平衡曲线y~x必位于对角线 y=x 上方。若平衡曲线离对角线越远,越有利于精馏分离。注意:y~x曲线上各点对应不同的温度。x 、y 值越大,泡、露点温度越低。 一、理想物系的汽液相平衡一、理想物系的汽液相平衡----相对挥发度 对理想物系,相对挥发度与温度关系不大,可近似认为与温度无关。-----理想物系的x-y相平衡关系转下页理想物系相平衡关系举例理想物系相平衡关系举例 对理想物系,相对挥发度与温度关系不大,可近似认为与温度无关。返回上页理想物系的 x-y 相图:理想物系的 x-y 相图:因为yx 说明:(2) 越远离1,也就愈有利于蒸馏操作。(1)相平衡曲线必落在对角线的上方;Why?----越大,相平衡曲线偏离对角线愈远,表示达到汽液相平衡时汽、液两相组成的差异愈大。大小3、挥发度、相对挥发度3、挥发度、相对挥发度相对挥发度显然对理想溶液,有:什么是挥发度?什么是相对挥发度?对于纯液体,可以用蒸汽压 p0 表示其挥发度对于混合液中的某一组分i,挥发度i 定义为: 显然对理想溶液,根据拉乌尔定律有:3、挥发度、相对挥发度3、挥发度、相对挥发度一般地, 随总压升高而降低正丁烷与正己烷混合物在不同压力下的汽液平衡图理想物系,与温度可近似认为与温度无关。回忆:影响的因素?体系温度非理想物系,与温度有关。压力不同体系差别很大。null思考:若=1,相图如何画?能否用普通蒸馏方法提纯?=1A、B的挥发能力相同,即y=x,故不能用普通蒸馏方法分离提纯。二.非理想溶液的汽液相平衡二.非理想溶液的汽液相平衡 分子间力的改变会引起溶液对拉乌尔定律的偏差,其中氢健的影响较大。水分子中的氢键尤其强。非理想溶液:与拉乌尔定律有偏差的溶液称为~。1、正偏差溶液 二.非理想溶液的汽液相平衡二.非理想溶液的汽液相平衡t-xt-y极大正偏差溶液:有最低恒沸物 x=0.895(摩尔分率)二.非理想溶液的汽液相平衡二.非理想溶液的汽液相平衡 2.负偏差溶液二.非理想溶液的汽液相平衡二.非理想溶液的汽液相平衡t-yt-x极大负偏差溶液:有最高恒沸物t-y二.非理想溶液的汽液相平衡二.非理想溶液的汽液相平衡非理想物系的相平衡关系方程仍可用式但  不再是常数。例如:非理想物系的相平衡关系通常要由实验测定。null总压对相平衡的影响 思考题: P ↓,减压精馏,理论上能否得到无水酒精?第三节 蒸馏方式第三节 蒸馏方式一、简单蒸馏( Simple distillation)1、流程及特点间歇、不稳定 分离程度不高 特点:一、简单蒸馏一、简单蒸馏2.简单蒸馏的计算(1)宏观物料衡算: 杠杆---杠杆原则杠杆原则本质上就是物料衡算关系。还需一个方程!一、简单蒸馏一、简单蒸馏 经微分时间段d 后,蒸出的釜液量为dW。 对易挥发组分在d 时间内作物料衡算,有:(2)微分物料衡算式: 设某一时刻釜液量为W,kmol,组成为x,与之平衡的汽相组成为y。一、简单蒸馏一、简单蒸馏null简单蒸馏是一个非稳态过程,并不简单! 又名微分蒸馏 (differential distillation) null例题: 理想溶液简单蒸馏时,某时刻釜残液量W2(kmol)与易挥发组分组成x2(摩尔分率)之间有如下关系式 式中:W1(kmol)为初始料液量,x1(摩尔分率)为初始浓度, 为平均相对挥发度。对苯—甲苯溶液,x1=0.6,W1=10kmol, ,在1atm下进行简单蒸馏。试求:(1)蒸馏到残液浓度x1=0.5为止,馏出液的量WD(kmol)和平均浓度xD;(2)若蒸馏至残液量为原加料的一半时,残液的浓度。 null解:(1)将已知数据代入题给方程得 解得 kmol kmol null(2)依题意W2 = W1/2,将有关数据代入题给方程 整理后得 上式为非线性方程,可用试差法求x2,但收敛速度慢。采用牛顿迭代法求可快速收敛,为此将上式写成 将上式求导得 null取初值 则 再次迭代 取精度 ,则 即满足精度要求。由结果可知本题,当非线性方程一阶导数可求时,采用牛顿迭代法求根收敛速度快。 二、平衡蒸馏(Equilibrium distillation) 二、平衡蒸馏(Equilibrium distillation) 又称闪蒸1、流程及特点连续、稳定 分离程度不高 特点:二、平衡蒸馏二、平衡蒸馏3个未知数:V(或L)、yD、xW2.平衡蒸馏的计算总物料衡算: 二、平衡蒸馏二、平衡蒸馏思考:在操作压力、原料相同的条件下(F=W1,x1=xF ),若平衡蒸馏的操作温度与简单蒸馏的最终温度相同(t=t2)。则简单蒸馏与平衡蒸馏相比: 分离效果孰好(比较xD、 yD )? 产品量孰大(比较WD、 V ) ?null简:x1=xF答:由图上的得:简单蒸馏分离效果好;简平由杠杆原理作图得简单蒸馏产量小,或如下计算也可得此结论。思考:在操作压力、原料相同的条件下(F=W1,x1=xF ),若平衡蒸馏的操作温度与简单蒸馏的最终温度相同(t=t2)。则简单蒸馏与平衡蒸馏相比: 分离效果孰好(比较xD、 yD )? 产品量孰大(比较WD、 V ) ?null 例:在常压下对苯与甲苯二元理想溶液分别进行平衡蒸馏与简单蒸馏。若原料液中苯的浓度为0.5(摩尔分率)。物系的相对挥发度为2.47。试求: 1)用平衡蒸馏方法分离,当汽化率为 0.4时,釜液与馏出液的组成。 2)用简单蒸馏方法分离,使釜液浓度与平衡蒸馏相同,所得馏出物中苯的平均组成。 解:1) null因为汽化率f=0.4,q=0.6 物料衡算式为: 2)简单蒸馏中了时的釜液浓度与平衡蒸馏时相同 nullnull 在相同的原料液浓度及相同釜液的条件下,简单蒸馏所得到的馏出液浓度高于平衡蒸馏,而平衡蒸馏的优点是连续操作,但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。null 为什么利用多次简单蒸馏或多次平衡蒸馏操作实现物系的高纯度分离是不经济的?能耗大! 设备投资大! 产品量小!冷凝冷凝冷凝冷凝经过多次简单蒸馏,可得到高纯度的A经过多次平衡蒸馏,可得到高纯度的Anull 那么,如何经济地将混合物进行高纯度的分离呢? 请看下面这种分离方式。三、平衡级和精馏原理三、平衡级和精馏原理离开时,汽液两相达到了平衡,1.平衡级定义 x0 t0 L饱和液相饱和汽相y0 T0 V要求T0 >t0分离场所因为T0 >t0,饱和汽相传热给饱和液相,使A、B汽化,同时自身冷凝。使不平衡的汽液两相(汽相温度高、液相温度低)接触经过足够长时间充分接触,这个过程称为平衡级。三、平衡级和精馏原理三、平衡级和精馏原理 可见,经过一个平衡级后,易挥发组分A从液相转移到了汽相,同时难挥发组分B从汽相转移到了液相。即汽相浓度得到提浓,而液相浓度得到减浓。而整个过程并不需要外部提供能量。x0 t0 L饱和液相y0 T0 V要求T0 >t0分离场所三、平衡级和精馏原理三、平衡级和精馏原理 精馏是利用回流手段、经过多次平衡级,使物系实现高纯度分离的操作。2.精馏原理及流程 平衡级汽相汽相液相液相高纯度A高纯度B返回目录第四节 二元连续精馏的分析与计算第四节 二元连续精馏的分析与计算D, xDW, xWF, xF计算项目: 塔顶(或塔底)产量和浓度 塔内物流量L、V、L、V  回流量L0 塔板数或填料层高度 进料位置 塔径第四节 二元连续精馏的分析与计算第四节 二元连续精馏的分析与计算一、全塔物料衡算D, xDW, xWF, xF可解出两个变量。第四节 二元连续精馏的分析与计算第四节 二元连续精馏的分析与计算------若组分A、B的摩尔(或质量)汽化潜热接近,则NA=NB。于是,精馏段(或提馏段)汽(或液)流率沿塔不变。 这样精馏段(或提馏段)就可列出一个通用的物料衡算式。二、精、提馏段物料衡算计算前提:恒摩尔(或质量)流假定二、精、提馏段物料衡算二、精、提馏段物料衡算D, xDF, xFn1L1、精馏段操作线方程 ---回流比 ---精馏段操作线方程 ---精馏段操作线方程 泡点回流(泡点回流)1、精馏段操作线方程1、精馏段操作线方程D, xDF, xFn1LxDVVy1泡点回流y1思考:如图,塔顶冷凝器为全凝器,那么 回流液浓度与xD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xD有何关系? 对全凝器作物料衡算,会得到什么结果?全凝器冷凝=xD1、精馏段操作线方程1、精馏段操作线方程---精馏段操作线方程 过点a(xD、xD)、斜率小于1的直线操作点1、精馏段操作线方程1、精馏段操作线方程 操作线斜率大,意味着经过一块理论板后,汽相的增浓程度变大,液相的减浓程度变大。故操作线斜率大对精馏段的分离是有利的 。液相减浓浓程度思考:操作线斜率大,对精馏是否有利?二、精、提馏段物料衡算二、精、提馏段物料衡算 2.提馏段操作线方程物料衡算得:----提馏段的操作线方程 2.提馏段操作线方程2.提馏段操作线方程思考:如图,塔底为再沸器,那么 塔釜排出液浓度xM与xW有何关系? 离开再沸器的汽相浓度yW与进入塔底第一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xM有何关系? 对再沸器作物料衡算,会得到什么结果?再沸器yWxM2.提馏段操作线方程2.提馏段操作线方程与精馏段类似,斜率小,远离平衡线,塔板的分离能力高,对精馏有利。 ----提馏段的操作线方程 过点b(xW、xW)、斜率>1的直线 null----提馏段的操作线方程 问题1:L、V如何计算? 问题2:与精馏段L、V有何关系?为了回答上述问题,需对进料进行讨论。null3、进料热状况的影响及加料线方程 3、进料热状况的影响及加料线方程3、进料热状况的影响及加料线方程对加料板作总物料衡算和热量衡算:3、进料热状况的影响及加料线方程3、进料热状况的影响及加料线方程----进料热状况参数 问题1:L、V如何计算? 问题2:与精馏段L、V有何关系?null五种进料情况:3、进料热状况的影响及加料线方程3、进料热状况的影响及加料线方程加料线方程----q线方程前面推导已得:----q线方程过点f(xF、xF)的直线d5d4d3d2d1q<0q=0013、进料热状况的影响及加料线方程3、进料热状况的影响及加料线方程影响到再沸器的热负荷进料热状况的影响:影响到提馏段传质推动力q越小,提馏段操作线越靠近平衡线。q越小,V越小。三、理论塔板数N的计算三、理论塔板数N的计算理论板数的求取方法:三、理论塔板数N的计算三、理论塔板数N的计算 1、 逐板法从第一块板开始,①②精馏段计算结束N1N1+1N1+2再沸器N-2N-1三、理论塔板数N的计算三、理论塔板数N的计算(1) 作出精、提操作线、q线;2.图解法--麦卡勃-蒂列(Mccabe-Thiele)法,简称M-T法(2)从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯; 当梯级跨过点d时,就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯,直至梯级跨过点b为止。三、理论塔板数N的计算三、理论塔板数N的计算注: 理论板数可以是非整数。 要扣除再沸器。(3)所画的总梯级数-1(再沸器)=理论塔板数; 跨过点d的那块板就是加料板,其上的梯级数为精馏段的理论塔板数。理论板11.8块 其中精馏段5.7块, 提馏段板数=11.8-5.7=6.1块, 加料板在第6块。梯级数共计12.8个null为什么一个梯级代表一块理论板?M-T法与逐板法本质上是相同的。null最佳位置进料Why?nullD, xDW, xWF, xF非最佳位置进料与最佳进料的比较:如进料口下移3块板非最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数多!注意:比较最佳位置进料与非最佳位置进料时的这段区域的梯级画法。nullD, xDW, xWF, xF非最佳位置进料与最佳进料的比较:如进料口上移1块板非最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数多!注意:比较最佳位置进料与非最佳位置进料时的这段区域的梯级画法。最佳位置进料最佳位置进料 由于最佳位置进料可以节省理论板数,故工业设计中都采用该进料方式进行设计。 但在实际生产中,不一定是在最佳位置进料下操作的。 为简单起见,如果没有特殊说明,本教材中讨论的对象均属于最佳位置进料。四、塔板效率与实际塔板数四、塔板效率与实际塔板数 实际塔板上,由于汽液接触时间不可能无限长,因此,离开的汽液两相浓度不可能达到相平衡。一般用板效率表示实际板与理论板的接近程度。四、塔板效率与实际塔板数四、塔板效率与实际塔板数1.单板效率EmV、EmL 也称默弗里(Murphree)板效。其定义为:---汽相默弗里板效 ----液相默弗里板效 四、塔板效率与实际塔板数四、塔板效率与实际塔板数2.全塔效率E0 又称总板效率,其定义为:其值一定小于1,多数在0.5~0.7之间。四、塔板效率与实际塔板数四、塔板效率与实际塔板数 E0与Em数值上相等吗?___________E0大,则Em一定大吗?————————但反过来,Em大,则E0一定大吗?—————不一定相等;一定 这是因为,板和板之间传质会相互影响,可能存在着各种不利的操作现象,如漏液、雾沫夹带、液泛等(详见第十一章)。 这是因为,全塔效率不仅和单板效率有关,还和板间相互影响有关。不一定思考:从下面几方面思考单板效率Em与全塔效率E0有何关系?四、塔板效率与实际塔板数四、塔板效率与实际塔板数思考:影响塔板效率的因素?流动状况:汽、液相的流速 物性参数:主要为汽液两相的物性如密度、黏度、表面张力、相对挥发度、扩散系数等; 塔板结构参数:主要为塔板的结构,如塔板型式、板间距、板上开孔和排列情况等; 操作参数:温度、压力等。与影响HOG的因素相同五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用在前面介绍的计算中,是以已知回流比R为前提的。因此,需要知道如何获取R。为什么要讨论这个问题呢?R=L/D,若R值取大些,意味着塔顶产量D小,从经济上是不合算的。因此,希望R要小。但是,R最小是否有限制呢?五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用理想物系D一定时,若R,L,V  ,V N能源费总费用Ropt 冷却剂、加热剂用量,设备费,能源费总费用不一定小 反之,若R,N,设备费,但是,V, V,冷却剂、加热剂用量,能源费,总费用也不一定小。 因此,应有一个最适宜的Ropt,使总费用最小。五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用能源费总费用Ropt 1、如何确定Ropt?一般根据生产经验,取2、什么是Rmin?五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用 为完成某一分离任务,所需的理论塔板数为无穷多时的回流比称为最小回流比。理想物系2、什么是Rmin?理想物系: 如图,四线交于一点e(称为恒浓点或夹紧点)。即恒浓点在进料板处。恒浓区恒浓点五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用理想物系 最小回流比只对设计型有意义。思考:当操作中选用的回流比比设计时的最小回流比还要小时,塔能否操作?将出现什么现象? 塔能操作,只不过此时达不到指定的分离要求。五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用如何求取Rmin?理想物系:如图五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用如何求取Rmin?非理想物系:如图yxeyxe恒浓区在精馏段 恒浓区在提馏段 非理想物系非理想物系dd恒浓点恒浓点五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用L=V3、 全回流和最少理论板数NminFWRmin是R的下限,那么R的上限呢?特点:操作线与对角线重合, 精、提操作线均为:,Nmin----全回流②理论板数最少L=V =L五、回流比的影响及选用五、回流比的影响及选用Nmin的求取方法: 同N的求解方法----逐板法、图解法(包括塔釜)特别地,对理想物系,逐板计算可得:------芬斯克(Fenske)方程 精馏段所需的最少理论板数 八、精馏塔的热量衡算八、精馏塔的热量衡算回忆:每一个平衡级不需要外部提供能量。 精馏是利用回流手段、经过多次平衡级,使物系实现高纯度分离的操作。进料釜液馏出液全凝器再沸器 实际上,若塔身无热损失,塔板上的确不需要外加热量。 但是,精馏所必需的汽相流的产生却需要大量热量(由塔底加入);而精馏所必需的液相流的产生必须在塔顶移走大量热量。 因此,精馏是一个高能耗的单元操作。八、精馏塔的热量衡算八、精馏塔的热量衡算八、精馏塔的热量衡算八、精馏塔的热量衡算1.再沸器的热负荷对再沸器作热量衡算得:QB2、冷凝器的热负荷 对冷凝器作热量衡算得:QC八、精馏塔的热量衡算八、精馏塔的热量衡算 通常QF、QD、QW数值较小,可忽略不计,于是 3. 全塔热量衡算QCQB习题课习题课公式:全塔物料衡算 操作线方程 相平衡关系理论塔板数N的计算习题课习题课设计型问题举例【例1】组成为xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔,其中汽液摩尔比为1:2,塔顶xD=0.95(以上均为摩尔分率),塔顶易挥发组分回收率为95%,回流比R=1.5Rmin,塔釜间接蒸汽加热,相对挥发度=2.5 。试求: (1)原料中汽相和液相组成; (2)列出提馏段操作线方程。汽液摩尔比为1:2设计型问题举例设计型问题举例汽液摩尔比为1:2【解】(1)原料中汽相和液相组成设原料中汽相组成为ye ,液相组成为xe ,则----物料衡算----相平衡设计型问题举例设计型问题举例汽液摩尔比为1:2(2)列出提馏段操作线方程设计型问题举例设计型问题举例null 例:用一连续精馏装置在常压下,分离含苯41%(质量%,下同)的苯-甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于97.5%,塔底产品中含甲苯不低于98.2%,每小时处理的原料量为8570kg。操作回流比为3,试计算: (1)塔顶及塔底的产品量; (2)精馏段上升蒸汽量及回流液量; (3)当原料于47℃进塔和蒸汽进塔时,提馏段上升蒸汽量及回流液量 。 (苯的汽化潜热rA=93kcal/kg,甲苯的汽化潜热rB=87.5nullkcal/kg,苯和甲苯的平均比热Cp,l=0.45 kcal/kg℃,蒸汽的平均比热Cp,v=0.30 kcal/kg℃)。分析:求W、D全塔物料衡算求V、L已知R解: (1)产品量 nullnull(2)上升蒸汽量及回流量 精馏段: null将料液由47℃升温到93℃所需的热量为: 继续加热 null饱和蒸汽进料时 null 例:在常压连续精馏中,分离甲醇—水混合液,原料液组成为0.3,(甲醇摩尔分率,下同)冷液进料(q=1.2),馏出液组成为0.9,甲醇回收率为90%,回流比为2.0,试分别写出以下加热方式时的操作线方程。 间接蒸汽加热 解: 间接蒸汽加热时操作线方程 精馏段操作线方程为: null提馏段操作线方程为: 对易挥发组分 null习题课习题课操作型定性分析举例操作条件包括: 进料状况(F、xF、q) R 操作压力P 操作温度T 冷凝器热负荷V 再沸器热负荷V D、WD, xDW, xWF, xF操作型定性分析举例操作型定性分析举例【例2】一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持回流液量和进料状况(F、xF、q)不变,而减小塔釜加热蒸汽量,试分析xD、xW如何变化?快速分析法 作图+排除法建议: 类似吸收章,首先推荐使用“快速分析法”;如果此法不行,再使用“作图+排除法”。操作型定性分析举例操作型定性分析举例回流液量和进料状况(F、xF、q)不变,而减小塔釜加热蒸汽量解法一:快速分析此法的依据是: 精馏段操作线斜率L/V越小,越靠近平衡线,对精馏分离越不利,会导致xD变小; 提馏段操作线斜率L/V 越大,越靠近平衡线,对精馏分离越不利,会导致xW变大。而L不变V快速分析法 作图+排除法操作型定性分析举例操作型定性分析举例 作图,得N,与N不变这个前提相矛盾。故假设不成立。回流液量和进料状况(F、xF、q)不变,而减小塔釜加热蒸汽量解法二:作图+排除法假设xD不变 、假设xD变小快速分析法 作图+排除法故xD只能变大操作型定性分析举例操作型定性分析举例回流液量和进料状况(F、xF、q)不变,而减小塔釜加热蒸汽量解法二:作图+排除法快速分析法 作图+排除法 至于xW,也用作图+排除法推知,只能变大。操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析法 作图+排除法【练习】一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量D、回流比R、进料状况(F、xF、q)不变,而减小操作压力,试分析xD、xW如何变化?【解】 快速分析法:不能用操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析法 作图+排除法【练习】一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量D、回流比R、进料状况(F、xF、q)不变,而减小操作压力,试分析xD、xW如何变化?【解】 作图+排除法:假设xD不变 、假设xD变小 作图,得N,与N不变这个前提相矛盾。故假设不成立。故xD只能变大,xW变小。操作型计算举例操作型计算举例【例3】如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板组成。料液由塔顶加入,进料热状况参数q=1,xF=0.20(摩尔分率,下同)。今测得塔顶易挥发组分的回收率为80%,且xD=0.30,系统相对挥发度为3.0。试求: (1)残液组成xw; (2)该层塔板的液相默弗里板效EmL。 设蒸馏釜可视为一个理论板。q=1,xF=0.20xD=0.30=80%=3.0实际板理论板操作型计算举例操作型计算举例q=1,xF=0.20xD=0.30=80%=3.0实际板【解】(1)残液组成xw操作型计算举例操作型计算举例y1x1yw(2)该层塔板的液相默弗里板效EmLq=1,xF=0.20xD=0.30xW=0.0859=3.0xF=xD操作型计算举例操作型计算举例【例4】某连续操作精馏塔如图所示,已知料液摩尔组成xF=0.2,料液以饱和液体状态直接加入塔釜,塔顶设全凝器,全塔共两块理论板(包括塔釜),塔顶摩尔采出率D/F=1/3,回流比R=1,泡点回流,此条件下物系的相平衡关系可表示为y=4x,试计算xW=?xF=0.2D/F=1/3R=1y=4x饱和液体理论板nully=4x【解】------(1)逐板法:-----(2)解式1、2得:理论板六、理论板数的捷算法六、理论板数的捷算法(N、Nmin均包括再沸器在内)当R=Rmin时,N= 当R=时, N=Nmin 似乎,R与N之间存在一一对应关系。吉利来关联图 其中利用吉利兰图(或公式)求N的捷算法有一定误差,主要用于N的粗估。该式的适用范围为X=0.08~0.6小结小结小结小结小结小结小结小结气液传质设备气液传质设备null
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分类:工学
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