物料衡算和操作線方程課件

第六章蒸餾

第六章蒸餾第一節(jié)雙組分理想物系氣液平衡第二節(jié)蒸餾方法第三節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算第四節(jié)蒸餾設(shè)備第五節(jié)恒沸精餾與萃取精餾第三節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算主要涉及物料衡算及操作線方程計(jì)算所謂理論板是指離開這種板的氣液兩相互成平衡，而且塔板上的液相組成也可視為均勻的。例如，對(duì)任意層理論板n而言，離開該板的液相組成xn與氣相組成yn符合平衡關(guān)系。一、理論板的概念和恒摩爾流假定1.理論板的概念：1.理論板：一、理論板的概念和恒摩爾流假定

V1=V2=…=Vn=VV1′=V2′=…=Vm′=V′式中V——精餾段中上升蒸氣摩爾流量，kmol/h；V′——提餾段中上升蒸氣摩爾流量，kmol/h；下標(biāo)表示塔板序號(hào)。（1）恒摩爾氣流:精餾段內(nèi)，每層塔板的上升蒸汽摩爾流量都相等，提餾段也一樣。但兩段的上升蒸汽摩爾流量不一定相等。一、理論板的概念和恒摩爾流假定2.恒摩爾流的假定：（2）恒摩爾液流:精餾段內(nèi)，每層塔板的下降液體摩爾流量都相等，提餾段也一樣。但兩段的下降液體摩爾流量不一定相等。

一、理論板的概念和恒摩爾流假定2.恒摩爾流的假定：

L1=L2=…=Ln=LL1′=L2′=…=Lm′=L′式中

L——精餾段中下降液體摩爾流量，kmol/h；L′——提餾段中下降液體摩爾流量，kmol/h；

恒摩爾流假定成立必須滿足的條件是溶液中各組分的摩爾汽化熱相等。氣液兩相接觸時(shí)因溫度不同而交換的顯熱可忽略。精餾塔保溫良好，熱損失可以忽略。若在精餾塔塔板上氣、液兩相接觸時(shí)有nkmol的蒸氣冷凝，相應(yīng)就有nkmol的液體氣化，這樣恒摩爾流的假定才能成立。一、理論板的概念和恒摩爾流假定2.恒摩爾流的假定：二、物料衡算和操作線方程1.全塔物料衡算：對(duì)圖中所示的連續(xù)精餾塔作全塔物料衡算，并以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，即總物料F=D+W

易揮發(fā)組分FxF=DxD+WxW

式中F——原料液流量，kmol/h；

D——塔頂產(chǎn)品（餾出液）流量，kmol/h；

W——塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┝髁?，kmol/h；

xF——原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分率；

xD——餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分率；

xW——釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分率。二、物料衡算和操作線方程1.全塔物料衡算：在精餾計(jì)算中，分離程度除用兩產(chǎn)品的摩爾分率表示外，有時(shí)還用回收率表示，即

塔頂易揮發(fā)組分回收率=

塔底難揮發(fā)組分的回收率=加料熱狀態(tài)參數(shù)q的大小與進(jìn)料焓值IF直接相關(guān).二、物料衡算和操作線方程2.精餾段操作線方程：按圖中虛線范圍（包括精餾段的第n+1層板以上塔段及冷凝器）作物料衡算，以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，即總物料

V=L+D

易揮發(fā)組分

Vyn+1=Lxn+DxD回流比R=L/D精餾段操作線方程的物理意義:在一定操作條件下，精餾段內(nèi)自任意第n層板下降的液相組成Xn與其相鄰的下一層板（如第n+1層板）上升蒸氣氣相組成Yn+1之間的關(guān)系。--精餾段操作線方程二、物料衡算和操作線方程2.精餾段操作線方程：斜率3.提餾段操作線方程：總物料：輕組分：二、物料衡算和操作線方程上式為提餾段操作線方程提餾操作線：c點(diǎn)：（xW

，xW）截距：-WxW

/V'精餾操作線：a點(diǎn)：(xD，xD）截距：xD

/(R+1)

精餾段操作線方程提餾段操作線方程y操作線方程在x-y圖上的畫法：xy01.01.0xD

abxW

cde二、物料衡算和操作線方程4.進(jìn)料操作線方程：

在實(shí)際生產(chǎn)中,如圖所示,引入精餾塔內(nèi)的原料可能有五種不同狀況,即：①低于泡點(diǎn)的冷液體；②泡點(diǎn)下的飽和液體；③氣液混合物；④飽和蒸氣；⑤過(guò)熱蒸氣。

進(jìn)料熱狀況不同,將直接影響其上.下兩段上升蒸氣和下降液體的流量。（1）進(jìn)料5種熱狀況圖FLV’L’V冷液進(jìn)料泡點(diǎn)進(jìn)料FLV’L’VFLV’L’V汽液混合進(jìn)料16（2）進(jìn)料情況對(duì)上升蒸氣量和下降液體量的影響FLV’L’V過(guò)熱蒸汽進(jìn)料FLV’L’V飽和蒸汽進(jìn)料17（2）進(jìn)料情況對(duì)上升蒸氣量和下降液體量的影響二、物料衡算和操作線方程4.進(jìn)料操作線方程：（3）進(jìn)料熱狀況參數(shù)對(duì)右圖所示的進(jìn)料板分別作總物料衡算及熱量衡算，即IV≈IV′及IL≈IL′定義

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加料熱狀態(tài)參數(shù)二、物料衡算和操作線方程4.進(jìn)料操作線方程：（3）進(jìn)料熱狀況參數(shù)加料熱狀態(tài)參數(shù)q的大小與進(jìn)料焓值IF直接相關(guān).可得：q的意義:以1kmol/h進(jìn)料為基準(zhǔn)時(shí),提餾段中的液體流量較精餾段增大的kmol/h數(shù)。提餾段操作方程的常用表達(dá)式.二、物料衡算和操作線方程4.進(jìn)料方程（q線方程）：

作圖①②二、物料衡算和操作線方程q線的作法：③改變操作條件(如R)，操作線改變，但交點(diǎn)總在q線上。說(shuō)明：②只要熱狀況不變，q線不變；①q線方程是兩條操作線交點(diǎn)軌跡的方程。二、物料衡算和操作線方程5.進(jìn)料熱狀況對(duì)q值及q線的影響：二、物料衡算和操作線方程進(jìn)料組成

回流比R

分離要求保持一定二、物料衡算和操作線方程5.進(jìn)料熱狀況對(duì)q線及操作線的影響：1.全回流和最少理論板數(shù)若D=0(通常也有F=0,W=0)操作線：

(即L=V)任一塔截面上升蒸汽和下降液體的組成均相等全回流：三、回流比的影響與選擇1.全回流和最少理論板層數(shù)

三、回流比的影響與選擇說(shuō)明：全回流為回流比的上限；

對(duì)應(yīng)著最少理論板數(shù)Nmin。

2.最小回流比：分析:(平衡線與操作線越近)當(dāng)四條線交于一點(diǎn)時(shí)交點(diǎn)附近板上無(wú)增濃作用即夾（緊）點(diǎn)三、回流比的影響與選擇3.適宜回流比的選擇：選擇依據(jù)：費(fèi)用最低總費(fèi)用=操作費(fèi)用+設(shè)備費(fèi)(1)精餾操作費(fèi)主要取決于回流比有兩個(gè)極限值,上限為全回流時(shí)的回流比,下限為最小回流比,實(shí)際回流比為介于兩極限值之間的某適宜值.三、回流比的影響與選擇(2)設(shè)備費(fèi)包括精餾塔、再沸器、冷凝器的費(fèi)用精餾塔費(fèi)用高三、回流比的影響與選擇三、回流比的影響與選擇適宜回流比一般取四、精餾塔的操作和調(diào)節(jié)1.影響精餾操作的主要因素：（1）物料平衡的影響和制約保持精餾裝置的物料平衡是精餾塔定態(tài)操作的必要條件。（2）回流比的影響回流比是影響精餾塔分離效果的主要因素，生產(chǎn)中經(jīng)常用改變回流比來(lái)調(diào)節(jié)、控制產(chǎn)品的質(zhì)量。（3）進(jìn)料組成和進(jìn)料熱狀況的影響當(dāng)進(jìn)料狀況（xF和q）發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)適當(dāng)改變進(jìn)料位置。四、精餾塔的操作和調(diào)節(jié)2.精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié)：分析塔內(nèi)沿塔高的溫度分布可以看到，在精餾段或提餾段的某塔板上溫度變化最顯著，也就是說(shuō)這些塔板的溫度對(duì)于外界因素的干擾反映最為靈敏，通常將它稱之為靈敏板。因