二元蒸餾的計算

1、1第六章第六章 蒸餾蒸餾一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算二、精、提餾段物料衡算二、精、提餾段物料衡算三、三、進(jìn)料狀況的影響和進(jìn)料狀況的影響和q線方程線方程四、理論塔板數(shù)四、理論塔板數(shù)N的計算的計算五、回流比的影響及選用五、回流比的影響及選用六、理論板數(shù)的捷算法六、理論板數(shù)的捷算法七、關(guān)于二元連續(xù)精餾的其它流程七、關(guān)于二元連續(xù)精餾的其它流程第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算2第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算計算項目：計算項目：塔頂（或塔底）產(chǎn)量和濃度塔頂（或塔底）產(chǎn)量和濃度塔內(nèi)物流量塔內(nèi)物流量回流量回流量塔板數(shù)或填料層高度塔板數(shù)或填料層高度進(jìn)料位

2、置進(jìn)料位置 塔徑塔徑第四節(jié)第四節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算D, xDW, xWF, xFLVL V 3第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算 恒恒摩摩爾爾流流假假定定理理論論板板假假定定兩兩個個簡簡化化假假定定計計算算前前提提：D, xDW, xWF, xFLVL V 飽飽和和液液相相 x0 t0 y t L V 飽飽和和汽汽相相 t, x y0 T0 L VBAABANBN-若組分若組分A、B的汽化的汽化潛熱接近，則潛熱接近，則NA=NBVL4第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算 WDFWxDxFxWDFD, xDW, xWF,

3、xF易易揮揮發(fā)發(fā)組組分分回回收收率率： %1001 FDFxDx 難難揮揮發(fā)發(fā)組組分分回回收收率率：%100)1()1(2 FWxFxW 一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算5第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算 1精精餾餾段段操操作作線線方方程程全全凝凝器器，泡泡點(diǎn)點(diǎn)回回流流 DnnDxLxVyDLV1DnnxVDxVLy 1令DLR -回回流流比比 DRVRDL)1(111 RxxRRyDnn-精精餾餾段段的的操操作作線線方方程程D, xDW, xWF, xFV ,yn+1L,xnV,y1L,xD二、精、提餾段物料衡二、精、提餾段物料衡算算6第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔

4、的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算111 RxxRRyDnn-精精餾餾段段的的操操作作線線方方程程過過點(diǎn)點(diǎn) a（xD、xD） 、斜斜率率小小于于 1 的的直直線線y xD a 0 X xDxnyn+17第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算 操作線斜率大，意操作線斜率大，意味著經(jīng)過一塊理論板味著經(jīng)過一塊理論板后，汽相的增濃程度后，汽相的增濃程度變大，液相的減濃程變大，液相的減濃程度變大。故度變大。故操作線斜操作線斜率大對精餾段的分離率大對精餾段的分離是有利的是有利的 。 y xD a xn-1 yn n xn yn+1 0 xD xnyn+1ynxn-1汽相汽相增濃增濃程度程度液

5、相減濃液相減濃濃程度濃程度思考：思考：操作線斜率大，對精餾是否有利？操作線斜率大，對精餾是否有利？8第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算xm+1L , xMV ,yWymV L xm-1W , xWxmm+1mym+1物物料料衡衡算算得得： WmmWxyVxLWVL1VWxxVLyWmm 1-提提餾餾段段的的操操作作線線方方程程 2提餾段操作線方程提餾段操作線方程9第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算y xD a xW b 0 xW xD VWxxVLyWmm 1-提提餾餾段段的的操操作作線線方方程程直直線線過過點(diǎn)點(diǎn) b（xW、xW） 、斜斜率率1

6、WLL斜率小，提餾斜率小，提餾段內(nèi)塔板的分段內(nèi)塔板的分離能力高。離能力高。 浙江大學(xué)化學(xué)工程研究所浙江大學(xué)化學(xué)工程研究所化工化工理理原原10 P一一定定 B t-y t t-x A 0 1 露露露露露露泡泡泡泡泡泡過過熱熱蒸蒸汽汽：飽飽和和蒸蒸汽汽：飽飽和和液液、汽汽混混合合物物：飽飽和和液液體體：過過冷冷液液體體：五五種種進(jìn)進(jìn)料料熱熱狀狀況況tttttttttttFFFFF第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算三、進(jìn)料狀況的影三、進(jìn)料狀況的影 響和響和q線方程線方程浙江大學(xué)化學(xué)工程研究所浙江大學(xué)化學(xué)工程研究所化工化工理理原原11V, hVL, hLL , h LV , h

7、 VF, hFLVFVhhhhFLL 進(jìn)進(jìn)料料的的千千摩摩爾爾汽汽化化潛潛熱熱量量態(tài)態(tài)變變?yōu)闉轱栵柡秃驼粽羝栊锜釤崦棵壳δ枲栠M(jìn)進(jìn)料料從從進(jìn)進(jìn)料料狀狀 -進(jìn)料熱狀況參數(shù) q FqVVqFLL) 1(LLFVV 12第四節(jié)第四節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算 FqVVqFLL) 1(LVFVhhhhFLLq 0011qttqttttqttqttFFFF，過熱蒸汽：過熱蒸汽：，飽和蒸汽：飽和蒸汽：飽和液、汽混合物：飽和液、汽混合物：，飽和液體：飽和液體：，過冷液體：過冷液體：五種進(jìn)料熱狀況五種進(jìn)料熱狀況露露露露泡泡泡泡泡泡q-液 相 分 率 10qtF，露露131415

8、16第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算前前已已推推得得，精精餾餾段段和和提提餾餾段段操操作作線線方方程程如如下下： DDxLxVy WWxxLyV )()()(WDWxDxxLLyVV 又又 FqVVqFLL)1(，故故 11 qxxqqyF-q 線線方方程程過過點(diǎn)點(diǎn) f（xF、xF）的的直直線線 d5 q0 xD a c xW x b xF f q=0 0q1 d4 d3 d2 d1 q線方程線方程17第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算11 qxxqqyFd5q0 xDacxWxbxFfq=00q1d4d3d2d1 FqVVqFLL) 1(-q

9、線方程線方程進(jìn)料狀況的影響：進(jìn)料狀況的影響：影響到提餾段傳質(zhì)推動力；影響到提餾段傳質(zhì)推動力； 影響到再沸器的熱負(fù)荷。影響到再沸器的熱負(fù)荷。 18第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算四、理論塔板數(shù)四、理論塔板數(shù)N的計算的計算理論板數(shù)的求取方法：理論板數(shù)的求取方法： 捷捷算算法法圖圖解解法法逐逐板板法法19第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算相相平平衡衡方方程程： xxy)1(1 精精餾餾段段操操作作線線方方程程： 111 RxxRRyDnn提提餾餾段段操操作作線線方方程程： WLWxxWLLyWmm 1dNDxxxyxyx 122111相相精精操操作作

10、線線相相精精操操作作線線相相WNNNNNxxyxyx 相相提提操操作作線線相相相相提提操操作作線線12111 1 逐板法逐板法 精餾段板數(shù)N1塊全塔理論板數(shù)N-1塊提餾段板數(shù)(N-1-N1)塊yN-1 D, xD y1 y2 L, xD x1 xn yn+1 V L 1 2 n x2 yn V, y1 xN-1 xm+1 L, xN-1 V,yW ym V L xm-1 W, xW m+1 m ym+1 N-1 N xm F, xF N1+1 N1 xN1 20第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算 1 y a b d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9

11、 11 5 12 13 理理論論板板數(shù)數(shù)的的圖圖解解 (1) 作出精、提操作線、作出精、提操作線、q線；線； (2) 從點(diǎn)從點(diǎn)a開始在平衡線開始在平衡線和精餾段操作線之間畫階和精餾段操作線之間畫階梯，當(dāng)梯級跨過點(diǎn)梯，當(dāng)梯級跨過點(diǎn)d時，時，就改在平衡線和提餾段操就改在平衡線和提餾段操作線之間畫階梯，直至梯作線之間畫階梯，直至梯級跨過點(diǎn)級跨過點(diǎn)b為止；為止；2圖解法圖解法麥卡勃麥卡勃-蒂列（蒂列（Mccabe-Thiele）法，簡稱）法，簡稱M-T法法21第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算 1 y a b d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5

12、 12 13 理論板數(shù)的圖解理論板數(shù)的圖解 理論板 12.8 塊（包括再沸器） ，其中精餾段 5.7 塊，提餾 段 板 數(shù) =11.8-5.7=6.1 塊，加料板在第 6 塊。 (3) 所畫的總所畫的總階梯數(shù)就是全塔階梯數(shù)就是全塔所需的理論塔板所需的理論塔板數(shù) （ 包 含 再 沸數(shù) （ 包 含 再 沸器），跨過點(diǎn)器），跨過點(diǎn)d的那塊板就是加的那塊板就是加料板，其上的階料板，其上的階梯數(shù)為精餾段的梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。理論塔板數(shù)。22第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算D, xDW, xWF, xF最佳位置進(jìn)料最佳位置進(jìn)料 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0

13、 0.2 0.4 0.6 0.8 xy a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 理論板數(shù)的圖解理論板數(shù)的圖解23第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算D, xDW, xWF, xF非最佳進(jìn)料與最佳進(jìn)料的非最佳進(jìn)料與最佳進(jìn)料的比較：進(jìn)料口下移三塊板比較：進(jìn)料口下移三塊板 非最佳位置進(jìn)非最佳位置進(jìn)料比最佳位置料比最佳位置進(jìn)料所需的理進(jìn)料所需的理論板數(shù)多。論板數(shù)多。0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 x y 1 a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11

14、 5 12 13 14 24第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算D, xDW, xWF, xF 非最佳位置進(jìn)非最佳位置進(jìn)料比最佳位置料比最佳位置進(jìn)料所需的理進(jìn)料所需的理論板數(shù)多。論板數(shù)多。1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 x y a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 14 非最佳進(jìn)料與最佳進(jìn)料的非最佳進(jìn)料與最佳進(jìn)料的比較：進(jìn)料口上移一塊板比較：進(jìn)料口上移一塊板25DRVRDL) 1(FqVVqFLL) 1(y xD a xW b 0 xW xD R，在在D一一定定的的條條

15、件件下下， L， V， V， 總總費(fèi)費(fèi)用用費(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 DnnxVDxVLy11VWxxVLyWmm五、回流比的影響及選用五、回流比的影響及選用第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算26第三節(jié)第三節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算 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)eDeDxxyxRR 1minmineeeDxyyxR min xeye xe ye如如何何求求取取 Rmin？1最小回流比最小回流比Rmin為完成某一分離要求，為完成某一分離

16、要求，所需的理論塔板數(shù)為所需的理論塔板數(shù)為無窮多時的回流比稱無窮多時的回流比稱為為最小回流比最小回流比。圖解法 解析法27第四節(jié)第四節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算什么是全回流？ 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=V2 全回流和最少理論板數(shù)全回流和最少理論板數(shù)Nmin28第四節(jié)第四節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計算雙組分連續(xù)精餾塔的計算對對理理想想物物系系，逐逐板板計計算算可可得得： lglgmin WABDBAxxxxN （包包括括塔塔釜釜）WD-芬芬斯斯克克（Fenske）方方