第五節(jié)間歇精餾

1、蒸餾第五節(jié)間歇精餾 間歇精餾又稱分批精餾，全部物料一次加入蒸餾釜中，精餾時(shí)自塔頂蒸出的蒸氣經(jīng)冷凝后，一部分作為塔頂產(chǎn)品，另一部分作為回流送回塔內(nèi)；操作終了時(shí)，殘液一次從釜內(nèi)排出，然后再進(jìn)行下一批的精餾操作。間歇操作的特點(diǎn)：（1）釜中液體的組成隨精餾的進(jìn)行而不斷降低，塔內(nèi)操作參數(shù)（如溫度、濃度）也隨時(shí)間而變化，因此間歇精餾屬于不穩(wěn)定操作過程。（2）間歇精餾塔只有精餾段，物料全部加到精餾釜中，操作中沒有進(jìn)料、出料過程。 1.恒定R（3）塔頂產(chǎn)品組成隨操作方式而異 2. R恒定3.5.1 回流比恒定時(shí)的間歇精餾計(jì)算R恒定一、確定理論塔板層數(shù)在一定，圖解法求理論板層數(shù)的步驟如下： 1.在xy圖上繪平衡

2、曲線和對(duì)角線。 2.根據(jù)規(guī)定的餾出液平均組成，將精餾開始時(shí)的組成提高到,由和分別在圖的對(duì)角線和平衡線上定出a、d兩點(diǎn)。直線ad即為餾出液瞬間組成，為時(shí)在最小回流比下的操作線，因此可確定精餾最初瞬間的最小回流比.間歇精餾，一次性進(jìn)料，加熱到泡點(diǎn)開始大量氣化，所以相當(dāng)于飽和液體進(jìn)料。 （ ）式中： 原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分率； 與成平衡的氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分率。前已述及，操作回流比可取為最小回流比的某一倍數(shù)，即：R（1.12.0）3由操作線截距值在y軸上定出點(diǎn)b，連ab，即得操作線。4自點(diǎn)a開始在平衡平衡線和操作線之間繪梯級(jí)，直至某梯級(jí)得垂直線達(dá)到或小于為止，所得梯級(jí)數(shù)即為理論板層數(shù)，（包括

3、再沸器）。如圖三塊理論板。一、 對(duì)具有一定板數(shù)的精餾塔，確定操作過程中各瞬間的的關(guān)系。由于操作過程中回流比不變，因此各個(gè)操作瞬間的操作線斜率都相同，各操作線為彼此平行的直線。若在餾出液的初始和終了組成的范圍內(nèi)，任意選定若干個(gè)值，通過點(diǎn)（）作一系列斜率為的平行線，這些直線分別對(duì)應(yīng)于某的瞬間操作線。然后，在每條操作線和平衡線間繪梯級(jí)，使其等于理論板層數(shù)，最后一個(gè)梯級(jí)所達(dá)到的液相組成，就是與值相對(duì)應(yīng)的值。實(shí)際上這是一種初步估算，即粗略的計(jì)算，所以依據(jù)作為精餾段操作線的斜率。N3，而是不斷下降的。 即 即 但是都是經(jīng)歷三塊理論板后的變化值。初始為三、對(duì)具有一定理論塔板層數(shù)的精餾塔，計(jì)算精餾過程中與釜液

4、量W，餾出液量D間的關(guān)系。由于間歇精餾過程中，故間關(guān)系應(yīng)通過微分物料衡算導(dǎo)出。假設(shè)某瞬間釜液量為Wkmol，組成；經(jīng)過微分時(shí)間后，蒸出的釜液量為-dWkmol。W-W=dW dW（負(fù)值）蒸出的釜液量不能為負(fù)，所以-dW。后，余下釜液量為 W=W+dW，組成變?yōu)橄鄳?yīng)的餾出液量為dDkmol，組成變?yōu)閤D(餾出液量是增加的，dD是正值)。在微分時(shí)間內(nèi)作物料衡算，得： 總物料 dD=dw 時(shí)間內(nèi)蒸出得釜液量變成餾出液量。 易揮發(fā)組分 前某瞬間釜液中易揮發(fā)組分摩爾數(shù)后余下釜液量中易揮發(fā)組分得摩爾數(shù)蒸出的釜液量中易揮發(fā)組分的摩爾數(shù)（dWdD而dD中易揮發(fā)組分為dW）對(duì)某一瞬間，蒸餾釜中易揮發(fā)組分的減少量

5、應(yīng)等于塔頂蒸氣所含的易揮發(fā)組分量。將展開（忽略二階無窮小項(xiàng)）整理得： 始 終積分 W瞬時(shí)釜液量，操作時(shí)由投料量F降為殘液量W；X瞬時(shí)釜液組成，由。積分值用圖解積分法求得 從而可求得與任一相對(duì)應(yīng)的釜液量W 釜液量W，餾出液量D及其平均組成之間關(guān)系可由一批操作的物料衡算求得，即 總物料 D=F-W 易揮發(fā)組分 聯(lián)立可解得： 由于精餾過程中回流比R恒定不變，故氣化量V可按下式計(jì)算，即：V=(R+1)D V批料液操作的塔釜總的氣化量（蒸發(fā)量）kmol 精餾所需時(shí)間氣化速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間的氣化量kmol/s F,一定，當(dāng)一定，W一定，D一定，V一定，一定。3.5.2 餾出液組成恒定時(shí)的間歇精餾計(jì)算一、確定餾

6、出液量和釜?dú)堃毫?原則上與連續(xù)精餾的完全相同，所不同的是，物料衡算時(shí)應(yīng)以一段操作時(shí)間為基準(zhǔn)，且忽略塔內(nèi)液體滯留量，聯(lián)立 F=D+W (1) (2)(1)代入(2)式可得：整理得： 二、求理論板層數(shù) 由于這種方式的間歇精餾最后階段，釜?dú)堃航M成很低，相應(yīng)的分離程度最高，因此所需得理論板層數(shù)應(yīng)按最終精餾階段進(jìn)行計(jì)算。 設(shè)餾出液組成為，精餾終了時(shí)釜液組成為，用圖解法求理論板層數(shù)的步驟。1. 在xy圖上繪出平衡曲線和對(duì)角線。2. 由餾出液組成及最終得釜?dú)堃航M成，按下式求最小回流比，即： 式中，成平衡的氣相組成 再按R（1.12.0）得關(guān)系確定精餾最后階段得操作回流比R 。3. 由點(diǎn)a（）及點(diǎn)b（0，）作

7、操作線ab，在操作線和平衡線之間繪梯級(jí)，直至某梯級(jí)的垂直線達(dá)到或小于為止，所繪梯級(jí)即為理論板層數(shù)（包括再沸器）。三、確定與R的關(guān)系 在一定的理論板層數(shù)下，不同的釜?dú)堃航M成與回流比R間具有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。若已知精餾過程某階段的回流比，對(duì)應(yīng)的可參下圖步驟作出。 1.計(jì)算操作線截距值在y軸上定出點(diǎn)。 2.聯(lián)點(diǎn)a()和點(diǎn)，得到的直線即為回流比下的操作線。3.從點(diǎn)a開始在平衡線和操作線間繪梯級(jí)，使其等于理論板層數(shù)，到最后一個(gè)梯級(jí)所達(dá)到的液相組成即為釜液組成。四、求氣化量 設(shè)時(shí)間內(nèi)，溶液的氣化量為dVkmol,餾出液量為dDkmol,回流液量為dLkmol，則回流比為： 對(duì)塔頂冷凝器作物料衡算，得： （1） dD=dW代入（1）得： （2） dV=(R+1)dW （3） 代入上式得： 積分得： V為對(duì)應(yīng)釜液組成為時(shí)的氣化總量，而間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可由上面第三項(xiàng)的方法