化工原理chap9_2

1、浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾1/29幻燈片4目錄9.2 二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算 四、回流比的影響及選用四、回流比的影響及選用 五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)習(xí)題課習(xí)題課 例例1 設(shè)計(jì)型問題設(shè)計(jì)型問題例例2 操作型定性分析操作型定性分析例例3 操作型定性分析操作型定性分析 練習(xí)練習(xí)例例4 操作型計(jì)算題操作型計(jì)算題例例5 操作型計(jì)算題操作型計(jì)算題浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾2/29 DRVRDL)1( FqVVqFLL) 1(R ，在在D一一定定的的條條件件下下，L ，V ，V ， y xD a xW b 0 xW xDN 總總費(fèi)費(fèi)用

2、用費(fèi)費(fèi)用用 能能源源費(fèi)費(fèi) 設(shè)設(shè)備備費(fèi)費(fèi) Rmin Roptmin)21 . 1(RRopt DnDnnxVDxVLxRxRRy 11111VWxxVLyWmm 四、回流比的影響及選用四、回流比的影響及選用D, xDW, xWF, xFLVV R，在在D一一定定的的條條件件下下， L， V， V， N 理想物系理想物系浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾3/29 最小回流比操作情況的分析 xe a ye xD xW xF e d f b 夾緊點(diǎn)恒濃區(qū) xeye xe ye四、回流比的影響及選用四、回流比的影響及選用1最小回流比最小回流比Rmin為完成某一分離任務(wù)，為完成某一分離任務(wù)，所需的理論

3、塔板數(shù)為無所需的理論塔板數(shù)為無窮多時(shí)的回流比稱為窮多時(shí)的回流比稱為最最小回流比小回流比。理想物系理想物系思考：思考： 當(dāng)操作中選用的回流比比設(shè)計(jì)當(dāng)操作中選用的回流比比設(shè)計(jì)時(shí)的最小回流比還要小時(shí)，塔能否時(shí)的最小回流比還要小時(shí)，塔能否操作？將出現(xiàn)什么現(xiàn)象操作？將出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 最小回流比只對設(shè)最小回流比只對設(shè)計(jì)型有意義。計(jì)型有意義。浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾4/29 最小回流比操作情況的分析 xe a ye xD xW xF e d f b 夾緊點(diǎn)恒濃區(qū)eDeDxxyxRR 1minmineeeDxyyxR min xeye xe ye如如何何求求取取 Rmin？四、回流比的影響及選用

4、四、回流比的影響及選用理想物系理想物系浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾5/29y yx xedDdDxxyxRR 1minmin四、回流比的影響及選用四、回流比的影響及選用y yx xe恒濃區(qū)在精餾段 恒濃區(qū)在提餾段 非理想物系非理想物系非理想物系非理想物系dd浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾6/29 DLR特點(diǎn)： 操操作作線線與與對對角角線線重重合合， 精精、提提操操作作線線均均為為：xy ；理理論論板板數(shù)數(shù)最最少少y xD a xW b 0 xW xD Nminy1y2L, xDx1x2xN-1L, xMyN-1VVD=0L=V四、回流比的影響及選用四、回流比的影響及選用 2

5、全回流和最少理論板數(shù)全回流和最少理論板數(shù)NminDnnxVDxVLy 11VWxxVLyWmm 浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾7/29 DLR特點(diǎn)： 操操作作線線與與對對角角線線重重合合， 精精、提提操操作作線線均均為為：xy ；理理論論板板數(shù)數(shù)最最少少y xD a xW b 0 xW xD Nminy1y2L, xDx1x2xN-1L, xMyN-1VVD=0L=V四、回流比的影響及選用四、回流比的影響及選用 2 全回流和最少理論板數(shù)全回流和最少理論板數(shù)NminDnnxVDxVLy 11VWxxVLyWmm 浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾8/29對對理理想想物物系系，逐逐板板

6、計(jì)計(jì)算算可可得得： lglgmin WABDBAxxxxN （包包括括塔塔釜釜）WD -芬芬斯斯克克（Fenske）方方程程FD 11minlglg1 FABDBAxxxxN-精精餾餾段段所所需需的的最最少少理理論論板板數(shù)數(shù)四、回流比的影響及選用四、回流比的影響及選用Nmin的求取方法：的求取方法： 逐板法、圖解法逐板法、圖解法浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾9/29nxn-1yn+1ynxn五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)1 a d 8 2 4 6 3 7 5 全塔效率全塔效率單板效率單板效率塔板效率塔板效率浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾10/29也也稱稱默默弗

7、弗里里（Murphree）板板效效。其其定定義義為為：nxn-1yn+1ynxn汽汽相相理理論論增增濃濃程程度度汽汽相相實(shí)實(shí)際際增增濃濃程程度度 mVE11 nnnnyyyyyn*-汽相默弗里板效*11nnnnxxxx 液液相相理理論論減減濃濃程程度度液液相相實(shí)實(shí)際際減減濃濃程程度度 mLExn*-液相默弗里板效說說明明：（1）EmV(n)和和 EmL(n)不不會會相相等等，（2）一一般般情情況況單單板板效效率率小小于于 1，特特殊殊情情況況它它們們會會大大于于1，通通常常出出現(xiàn)現(xiàn)在在塔塔徑徑較較大大的的精精餾餾塔塔中中。五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)1單板效率單板效率EmV

8、、EmL 浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾11/29五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)2全塔效率全塔效率E0 又稱總板效率，其定義為：又稱總板效率，其定義為：%1000 eNNE實(shí)際板數(shù)實(shí)際板數(shù)理論板數(shù)理論板數(shù)其值一定小于其值一定小于1，多數(shù)在，多數(shù)在0.50.7之間。之間。D, xDW, xWF, xF浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾12/29五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)思考：思考：單板效率單板效率Em與全塔效率與全塔效率E0有何關(guān)系？有何關(guān)系？D, xDW, xWF, xFvE0與與Em數(shù)值上相等嗎？數(shù)值上相等嗎？_vE0大，則大，則Em一定大

9、嗎？一定大嗎？v但反過來，但反過來，Em大，則大，則E0一定大嗎？一定大嗎？不一定相等；不一定相等；一定一定 這是因?yàn)?，板和板之間傳質(zhì)會相互這是因?yàn)?，板和板之間傳質(zhì)會相互影響，可能存在著各種不利的操作現(xiàn)影響，可能存在著各種不利的操作現(xiàn)象，如漏液、霧沫夾帶、液泛等。象，如漏液、霧沫夾帶、液泛等。 這是因?yàn)?，全塔效率不僅和單板效率這是因?yàn)椋什粌H和單板效率有關(guān)，還和板間相互影響有關(guān)。有關(guān)，還和板間相互影響有關(guān)。nxn-1yn+1ynxn不一定不一定浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾13/29五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)（1）流動狀況：汽、液相的流速）流動狀況：汽、液相

10、的流速（2）物性參數(shù)：主要為汽液兩相的物性如密度、粘度、）物性參數(shù)：主要為汽液兩相的物性如密度、粘度、表面張力、相等揮發(fā)度、擴(kuò)散系數(shù)等；表面張力、相等揮發(fā)度、擴(kuò)散系數(shù)等；（3）塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)：主要為塔板的結(jié)構(gòu)如塔板型式、板）塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)：主要為塔板的結(jié)構(gòu)如塔板型式、板間距、板上開孔和排列情況等；間距、板上開孔和排列情況等；（4）操作參數(shù)：溫度、壓力等。）操作參數(shù)：溫度、壓力等。思考：思考：影響塔板效率的因素？影響塔板效率的因素？nxn-1yn+1ynxn浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾14/29全全塔塔物物料料衡衡算算操操作作線線方方程程理理論論塔塔板板數(shù)數(shù) N 的的計(jì)計(jì)算算相相平平衡衡關(guān)

11、關(guān)系系xxy)1(1 WDFWxDxFxWDF111 RxxRRyDnn1VWxxVLyWmm 圖圖解解法法逐逐板板法法11 qxxqqyF習(xí)題課習(xí)題課公式：公式： DRVRDL)1( FqVVqFLL) 1(浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾15/29習(xí)題課習(xí)題課例例1 設(shè)計(jì)型問題設(shè)計(jì)型問題組成為組成為xF=0.45的原料以汽液混的原料以汽液混合狀態(tài)進(jìn)入精餾塔，其中汽液摩爾合狀態(tài)進(jìn)入精餾塔，其中汽液摩爾比為比為1:2，塔頂，塔頂xD=0.95（以上均（以上均為摩爾分率），塔頂易揮發(fā)組分回為摩爾分率），塔頂易揮發(fā)組分回收率為收率為95%，回流比，回流比R=1.5Rmin，塔釜間接蒸汽加熱，

12、相對揮發(fā)度塔釜間接蒸汽加熱，相對揮發(fā)度 =2.5 。試求：。試求：（1）原料中汽相和液相組成；）原料中汽相和液相組成；（2）列出提餾段操作線方程。）列出提餾段操作線方程。DxD=0.95W, xWFxF=0.4595. 0DR=1.5Rmin =2.5 操作型操作型設(shè)計(jì)型設(shè)計(jì)型浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾16/29 eeeeexxyxy5 . 115 . 245. 03231xe=0.375ye=0.6設(shè)計(jì)型問題舉例設(shè)計(jì)型問題舉例汽液摩爾比為汽液摩爾比為1:2DxD=0.95W, xWFxF=0.4595. 0DR=1.5Rmin =2.5解：解：（1）原料中汽相和液相組成）原料中汽

13、相和液相組成 t B A xe xF ye 設(shè)原料中汽相組成為設(shè)原料中汽相組成為ye ，液相組成為，液相組成為xe ，則，則 eeeFeexxyxxy113231 11 qxxqqyF浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾17/29 FqDRqFRDVL11 32 q95. 0 FDFxDx45. 095. 045. 095. 0 FDeeeDxyyxR min334. 25 . 1min RR 47. 113245. 0334. 33245. 0334. 211 qFDRqFDR設(shè)計(jì)型問題舉例設(shè)計(jì)型問題舉例VWxxVLyw （2）列出提餾段操作線方程）列出提餾段操作線方程DxD=0.95W,

14、 xWFxF=0.4595. 0DR=1.5Rmin =2.5 FqDRVqFRDL) 1(1 最小回流比操作情況的分析 xe a ye xD xW xF e d f b 556. 1375. 06 . 06 . 095. 0 汽液摩爾比為汽液摩爾比為1:2浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾18/29VWxxVLyw 0193. 047. 1 x1 FwFDFxWxFxDx05. 0 FwFxWx 0193. 013245. 0334. 345. 005. 01105. 01105. 0 qFDRxFqDRFxVWxFFw設(shè)計(jì)型問題舉例設(shè)計(jì)型問題舉例浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾1

15、9/29操作型定性分析舉例操作型定性分析舉例操作條件包括：進(jìn)料狀況（操作條件包括：進(jìn)料狀況（F、xF、q）、）、R 操作壓力操作壓力P、操作溫度、操作溫度T 冷凝器熱負(fù)荷冷凝器熱負(fù)荷V、再沸器熱負(fù)荷、再沸器熱負(fù)荷V D、W。D, xDW, xWF, xF浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾20/29VLVL FqVV) 1( ，F(xiàn)、q不不變變 V 而而 L 不不變變qFLL ，F(xiàn)、q、L不不變變， L 不不變變，而而V y 故故 xD只能變大只能變大N ，與，與N不變這個(gè)前提相矛盾。不變這個(gè)前提相矛盾。故假設(shè)不成立。故假設(shè)不成立。例例2 一操作中的常壓連續(xù)精餾塔分離某混合液?，F(xiàn)保持回流一操作

16、中的常壓連續(xù)精餾塔分離某混合液?，F(xiàn)保持回流液量和進(jìn)料狀況（液量和進(jìn)料狀況（F、xF、q）不變，而）不變，而減小塔釜加熱蒸汽量，減小塔釜加熱蒸汽量，試分析試分析xD、xW如何變化？如何變化？操作型定性分析舉例操作型定性分析舉例解法二：作圖解法二：作圖+排除法排除法解法一：快速分析解法一：快速分析xD變大變大xW變大變大假設(shè)假設(shè)xD不變不變 、假設(shè)、假設(shè)xD變小變小浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾21/29xyVLVL 至于至于xW，也用排除法推知，只能變大。，也用排除法推知，只能變大。操作型定性分析舉例操作型定性分析舉例浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾22/29 x y R 不不變變

17、，1 RRVL不不變變，D、R、q 和和 F 不不變變， FqDRqFRDVL)1()1( 不不變變， P 練習(xí)練習(xí) 一操作中的常壓連續(xù)精餾塔分離某混合液?，F(xiàn)保持塔一操作中的常壓連續(xù)精餾塔分離某混合液?，F(xiàn)保持塔頂餾出液量頂餾出液量D、回流比、回流比R、進(jìn)料狀況（、進(jìn)料狀況（F、xF、q）不變，而）不變，而減小操作壓力，減小操作壓力，試分析試分析xD、xW如何變化？如何變化？解：解： 浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾23/29xy假設(shè) xD不變N ，與與 N 不不變變這這個(gè)個(gè)前前提提相相矛矛盾盾。故故假假設(shè)設(shè)不不成成立立。由物料衡算式可知，由物料衡算式可知，xW也不變也不變假假設(shè)設(shè) xD

18、，由由物物料料衡衡算算式式可可知知，xW ，故故 xD只只能能變變大大，xW變變小小。浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾24/29 F,xF D,xD 1 W, xW 例例3 操作型計(jì)算操作型計(jì)算 如圖所示的精餾塔由一只蒸餾釜及一如圖所示的精餾塔由一只蒸餾釜及一層實(shí)際板組成。料液由塔頂加入，進(jìn)層實(shí)際板組成。料液由塔頂加入，進(jìn)料熱狀況參數(shù)料熱狀況參數(shù)q=1，xF=0.20（摩爾（摩爾分率，下同）。今測得塔頂易揮發(fā)組分率，下同）。今測得塔頂易揮發(fā)組分的回收率為分的回收率為80%，且，且xD=0.30，系，系統(tǒng)相對揮發(fā)度為統(tǒng)相對揮發(fā)度為3.0。試求：。試求：（1）殘液組成）殘液組成xw；（2）該

19、層塔板的液相默弗里板效）該層塔板的液相默弗里板效EmL。 設(shè)蒸餾釜可視為一個(gè)理論板。設(shè)蒸餾釜可視為一個(gè)理論板。操作型問題舉例操作型問題舉例q=1，xF=0.20 xD=0.30 80 =3.0浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾25/29 %80FDDFWFxDxDFDxFxx533. 0 FD0859. 0533. 013 . 0533. 020. 01 FDxFDxxDFW操作型問題舉例操作型問題舉例解：解：（1）殘液組成）殘液組成xwq=1，xF=0.20 xD=0.30 80 =3.0 F,xF D,xD 1 W, xW 浙江大學(xué)本科生課程化工原理第九章 蒸餾26/29*11xxxxEFFmL 125. 03 . 00 . 20 . 33 . 0111*1 yyx 533. 0 FD D W, xW y1xDxFx1yw 22. 00859. 00 . 210859. 00 . 311 wwwxxy FqFLL DVFqVV 1操作型問題舉例操作型問題舉例（2）該層塔板的液相默弗里板效）該層塔板的液相默弗里板效EmLq=1，xF=0.20 xD=0.300752. 0876. 11 xVWxxVLyww 1DDxFxxDFDF 1157. 0876. 10752. 022. 0876. 10752. 01 wyxxW=0.0859 =3.0浙江大學(xué)本科