化工原理下1-3-精餾的物料衡算

1、1.全塔物料衡算2.精餾段物料衡算3.提餾段物料衡算4.加料板物料衡算雙組分連續(xù)精餾塔的雙組分連續(xù)精餾塔的物料衡算物料衡算1yV全全凝凝器器DxDWyVWxW水蒸氣水蒸氣冷凝水冷凝水L1.5 1.5 雙組分連續(xù)精餾計(jì)算雙組分連續(xù)精餾計(jì)算1.1.理論板的概念理論板的概念理論板：離開塔板的蒸氣和液體呈平衡的塔板。nnxny1 nynnnxxy)1(1 1.5.1 1.5.1 理論板的概念及恒摩爾流假定理論板的概念及恒摩爾流假定2.2.恒摩爾流假設(shè)恒摩爾流假設(shè)1）恒摩爾氣化）恒摩爾氣化V1= V2= V3 = = VV1= V2= V3 = = V2）恒摩爾溢流）恒摩爾溢流L1 = L2= L3 =

2、 = LL1 = L2 = L3 = =LVVF LL加料板加料板1、各組分的摩爾潛熱相同、各組分的摩爾潛熱相同;2、因溫度不同、因溫度不同,氣液接觸交換的顯熱可忽略氣液接觸交換的顯熱可忽略;3、保溫良好。、保溫良好。恒摩爾流假設(shè)的條件恒摩爾流假設(shè)的條件1.1.全塔物料衡算全塔物料衡算全塔物料衡算:F = D + W全塔輕組分物料衡算F xF = D xD+ W xW塔頂易揮發(fā)組分回收率= D xD / (F xF)塔釜難揮發(fā)組分回收率 FxFDxDLWxW)1(WxW FD/ 采采出出率率)1(FxF 1.5.2 1.5.2 物料衡算和操作線方程物料衡算和操作線方程思考思考為什么不再對(duì)重組分

3、進(jìn)行物料衡算？為什么不再對(duì)重組分進(jìn)行物料衡算？答：由于答：由于xB=1-xA，并不是獨(dú)立的，并不是獨(dú)立的， 對(duì)重組分物料衡算所得的方程：對(duì)重組分物料衡算所得的方程： F (1-xF) = D(1- xD)+ W (1-xW) 可由可由F = D + W 與 F xF = D xD+ W xW 相減得出相減得出課本例課本例4 4P18P18質(zhì)量分率化為摩爾分率質(zhì)量分率化為摩爾分率摩爾分率化為質(zhì)量分率摩爾分率化為質(zhì)量分率XG表示輕組分的質(zhì)量分率表示輕組分的質(zhì)量分率BGAGAGMxMxMxx/ )1 (/BAAGMxxMxMx)1 ( 例題例題1:1:將將5000kg/h5000kg/h含正戊烷含正

4、戊烷0.4(0.4(摩爾分率摩爾分率) )的正戊烷正的正戊烷正己烷混合液在連續(xù)精餾塔內(nèi)分離己烷混合液在連續(xù)精餾塔內(nèi)分離, ,餾出液含正戊烷餾出液含正戊烷0.98,0.98,釜液含正戊烷不高于釜液含正戊烷不高于0.03,0.03,求餾出液、釜液的流量及塔求餾出液、釜液的流量及塔頂易揮發(fā)組分的回收率。頂易揮發(fā)組分的回收率。解：解：正戊烷正戊烷 M = 72 正己烷正己烷 M = 86M MF F= =( ( 0.40.472+0.672+0.686)86) = 80.4 g/molF = (5000 / 80.4) = 62.2 kmol/h D =24.6 2 kmol / hW=37.62 k

5、mol / h98. 06 .24 WDF WD2 .62WD03. 098. 04 . 02 .62 WDfWxDxFx 4 . 02 .62 %97 2.2.精餾段物料衡算及操作線方程精餾段物料衡算及操作線方程精餾段總物料衡算V = L+D精餾段輕組分物料衡算V yn+1=Lxn + D xDV=L+DDxDLn1V1ny1y1xnxnyLVDnnxDLDxDLLy 1DnnxDDDLDDxDDDLDLy/1 * 精餾段操作線方程的意義精餾段操作線方程的意義： 在一定的操作條件下，從任一塔板（在一定的操作條件下，從任一塔板（n）向）向下流的液體組成下流的液體組成xn與相鄰的下一塊塔板（與相

6、鄰的下一塊塔板（n+1）上升蒸汽組成上升蒸汽組成y n+1之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 L = R D V = L+ D =（R + 1）DDnnxDDDLDDxDDDLDLy/1 )( /回流比令RDL111RxxRRyDnn思考思考1）精餾線）精餾線 的推導(dǎo)所用到的前提條件是什么？的推導(dǎo)所用到的前提條件是什么？答：恒摩爾流假設(shè)；答：恒摩爾流假設(shè)；穩(wěn)態(tài)操作；穩(wěn)態(tài)操作；無化學(xué)反應(yīng)；無化學(xué)反應(yīng)；（與氣液是否達(dá)到平衡無關(guān)！）（與氣液是否達(dá)到平衡無關(guān)?。〥nnxDLDxDLLy 1思考思考2）精餾線）精餾線 的推導(dǎo)進(jìn)一步用到的前提條件是什么？的推導(dǎo)進(jìn)一步用到的前提條件是什么？答：泡點(diǎn)回流答：泡點(diǎn)回流（使

7、塔內(nèi)的回流（使塔內(nèi)的回流L內(nèi)內(nèi)與塔外液相回流相等，即與塔外液相回流相等，即L內(nèi)內(nèi)L外外，如果沒有特別說明，如果沒有特別說明，L一般指的是外回流，一般指的是外回流，而精餾線方程中的而精餾線方程中的L應(yīng)按內(nèi)回流算。）應(yīng)按內(nèi)回流算。）111 RxxRRyDnn補(bǔ)充：冷液回流時(shí)的精餾線補(bǔ)充：冷液回流時(shí)的精餾線 L內(nèi)內(nèi)L外外 V V外外V V L外外RD r rm m=L=L外外C Cpmpm(t(tb b-t-tR R) ) L L外外: :塔外的液相回流量塔外的液相回流量,kmol/h,kmol/h : :被冷凝下來的流量被冷凝下來的流量,kmol/h,kmol/h r rm:m:回流液在泡點(diǎn)溫度下

8、的氣化回流液在泡點(diǎn)溫度下的氣化 潛熱，潛熱，kJ/kmolkJ/kmol C Cpm:pm:回流液的平均比熱，回流液的平均比熱，kJ/(kmolkJ/(kmolK)K) t tb:b:回流液的泡點(diǎn)溫度，回流液的泡點(diǎn)溫度，O OC C t tR:R:冷回流液的溫度，冷回流液的溫度，O OC C LD外LV外VDnnxDLDxDLLy內(nèi)內(nèi)內(nèi)1mmRbpmrrttcq)(回流111內(nèi)內(nèi)內(nèi)則RxxRRyDnnDR/L內(nèi)內(nèi)若令RqR回流內(nèi)令關(guān)系？與內(nèi)RRLLDLDLRRq內(nèi)內(nèi)內(nèi)回流則/LrttLCLLLmRbpm/ )( 例例: 氯仿和四氯化碳的混合液在連續(xù)精餾塔內(nèi)氯仿和四氯化碳的混合液在連續(xù)精餾塔內(nèi)分

9、離，要求餾出液氯仿濃度為分離，要求餾出液氯仿濃度為0.95(摩爾分率摩爾分率)，流，流量為量為50kg/h，頂為全凝器，平均相對(duì)揮發(fā)度為頂為全凝器，平均相對(duì)揮發(fā)度為1.6，回流比為回流比為2。 求求: (1) 由上向下數(shù)第一塊理論塔板下降的液體組成由上向下數(shù)第一塊理論塔板下降的液體組成; (2) 第二塊理論塔板上升蒸氣組成。第二塊理論塔板上升蒸氣組成。 (3) 精餾段各板上升蒸氣量及下降的液體量精餾段各板上升蒸氣量及下降的液體量;例題例題2 2解：111)1(1xxy 11)16 . 1(16 . 195. 0 xx 92. 01 x1yDx1x2y2xDxRxRRy11112 (2)1295

10、0920122 .93. 0 (1) y1 = xD= 0.95（3） V （質(zhì)）（質(zhì)）= ( R + 1 ) D(質(zhì)）質(zhì)） = ( 2 + 1 )50 kg / h = 150 kg / h M氯訪氯訪= 119.35 kg / kmol M四氯化碳四氯化碳 = 153.8kg / kmol Mm= (0.95119.35 + 0.05153.8) kg / kmol =121.1 kg / kmol V = (150kg/h) /( 121.1kg/kmol) = 1.24 kmol / h L（質(zhì)）（質(zhì)）= RD = 2 50 kg / h = 100 kg / h L = 100 /

11、121.1 kmol / h = 0.826 kmol / h 問題問題:下面說法是否正確下面說法是否正確?根據(jù)恒摩爾流假設(shè)根據(jù)恒摩爾流假設(shè),每塊塔板回流液的量應(yīng)皆為每塊塔板回流液的量應(yīng)皆為100 kg/h;根據(jù)恒摩爾流假設(shè)根據(jù)恒摩爾流假設(shè),每塊塔板回流液的量應(yīng)皆為每塊塔板回流液的量應(yīng)皆為0.826 kmol/h;3、提餾段物料衡算及操作線方程、提餾段物料衡算及操作線方程 L = V + W V = L - W V ym+1 = Lxm WxWWxWmWy1 myVWmmxVWxVLy1 WmxWLWxWLLL1 mmxabcdetx(y)1.5.3 進(jìn)料熱狀況的影響1.五種熱狀況五種熱狀況1

12、 1）冷液進(jìn)料）冷液進(jìn)料; ;2 2）泡點(diǎn)進(jìn)料（飽和液體進(jìn)料）泡點(diǎn)進(jìn)料（飽和液體進(jìn)料）; ;3 3）氣液混合物進(jìn)料）氣液混合物進(jìn)料; ;4 4）露點(diǎn)進(jìn)料（飽和氣體進(jìn)料）露點(diǎn)進(jìn)料（飽和氣體進(jìn)料）; ;5 5）過熱蒸氣進(jìn)料）過熱蒸氣進(jìn)料; ;LILLILVIVVIVFIF 進(jìn)料板物料衡算進(jìn)料板物料衡算FVLVL 進(jìn)料板熱量衡算進(jìn)料板熱量衡算LLVVFIIFIVLIVILVVLL IIII 其中：，( )VVFLL2.進(jìn)料熱狀況參數(shù)進(jìn)料熱狀況參數(shù)q定義和計(jì)算定義和計(jì)算LILLILVIVVIVFIFLVFLVFIVLIIIVL I則：VLFV VFIL IIL則：（）（）FVVLIIILLIF則：VV

13、FLIILLFII令q=FVVLIIILLIFq=v 進(jìn)料熱狀況參數(shù)進(jìn)料熱狀況參數(shù)q的意義的意義1FVVLIIIk oIm l將進(jìn)料變?yōu)轱柡驼魵馑锜崃縬=原料液的kmol汽化潛熱LLFq=：因進(jìn)料引起的提留段與精餾段液體流量差異v 進(jìn)料熱狀況參數(shù)進(jìn)料熱狀況參數(shù)q的應(yīng)用的應(yīng)用(1)LLqFVVqF，LILLILVIVVIVFIF1）溫度低于泡點(diǎn)的冷液體）溫度低于泡點(diǎn)的冷液體abcdetx(y)V=V-LLF部分量部分蒸氣冷凝蒸氣冷凝量()1LVLpFVbFIIIrcttIqrLLqF (1)VVqFabcdetx(y)2）飽和液體）飽和液體LLFVVFVLVIqIIILFII1FVVLIIIq

14、I3）氣液混合液）氣液混合液FV=V+FLL中的液體中的蒸氣abcdetx(y)LLFq=：氣液共存進(jìn)料時(shí)的液化率LLFq=：因進(jìn)料引起的提留段與精餾段液體流量差異01q4）飽和蒸氣）飽和蒸氣V=V+FLLabcdetx(y)FVLVIqIIIVFII0FVVLIIIqI5）過熱蒸氣）過熱蒸氣-V=VLLF部分量部液體汽化液分體汽化量abcdetx(y)()()0VdVVVFLpFFIIIcttqrrIIILLqF (1)VVqF進(jìn)料熱狀況對(duì)塔內(nèi)氣、液流量的影響q q 值對(duì)值對(duì)V V與與V V、L L與與L L之間關(guān)系的影響之間關(guān)系的影響1 1）冷液進(jìn)料）冷液進(jìn)料q1 VV LL+F2 2）泡點(diǎn)進(jìn)料）泡點(diǎn)進(jìn)料q = 1 V = V L = L +F3 3）氣液混合物進(jìn)料（為液化率）氣液混合物進(jìn)料（為液化率）1q0 V V LL +F 4）露點(diǎn)進(jìn)料）露點(diǎn)進(jìn)料q = 0 V =V +F L = L5）過熱蒸氣進(jìn)料）過熱蒸氣進(jìn)料 q0 V V LLL LVVFL = L + q FV