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文檔簡介

1、第八章 傳質(zhì)過程導(dǎo)論 質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞熱量傳遞熱量傳遞動量傳遞動量傳遞三傳三傳 非均相混合物非均相混合物均相混合物均相混合物分分離離場、電場、磁場等加場,如濃度場、溫度分離劑加入另外一種物質(zhì)作為方法利用某種性質(zhì)利用某種性質(zhì)分離過程在全廠的設(shè)備投資分離過程在全廠的設(shè)備投資費和操作費上占很大比重。費和操作費上占很大比重。對一典型的化工廠,分離設(shè)對一典型的化工廠,分離設(shè)備的投資占備的投資占60-7060-70,分離過,分離過程的能耗約占程的能耗約占3030。-在濃度差、溫度差、壓在濃度差、溫度差、壓力差等推動力作用下,從一處力差等推動力作用下,從一處向另一處的轉(zhuǎn)移過程。包括相向另一處的轉(zhuǎn)移過程。包括

2、相內(nèi)傳質(zhì)和相際傳質(zhì)兩類。內(nèi)傳質(zhì)和相際傳質(zhì)兩類。小結(jié)dzdcDJAABzA , zBzAAzAzANNxJN, 2121ppkcckNGLA 一重要概念一重要概念 分子擴(kuò)散、對流傳質(zhì)、擴(kuò)散通量、絕對擴(kuò)散通量、總體流分子擴(kuò)散、對流傳質(zhì)、擴(kuò)散通量、絕對擴(kuò)散通量、總體流動通量、膜模型要點、對流傳質(zhì)機理、影響對流傳質(zhì)的因動通量、膜模型要點、對流傳質(zhì)機理、影響對流傳質(zhì)的因素。素。 二公式二公式菲克定律:菲克定律:對流傳質(zhì)方程:對流傳質(zhì)方程:三三 雙組分、一維穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散雙組分、一維穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散等分子相互擴(kuò)散等分子相互擴(kuò)散單向擴(kuò)散單向擴(kuò)散特點特點第九章 吸 收掌握氣體吸收的基本概念和氣體吸收過程的基本計算方

3、法。 本章重點及難點內(nèi)容:2.兩相間的傳質(zhì)及吸收傳質(zhì)速率方程1.吸收傳質(zhì)的氣液相平衡及亨利定律3.擴(kuò)散傳質(zhì)及理論基礎(chǔ)4.吸收塔的有關(guān)計算任務(wù):不同氣體用同一吸收劑吸收,所得溶液濃度相同時,易溶氣體的平衡分壓小,難溶氣體的平衡分壓大。 當(dāng)總壓不高(5105 Pa)時,一定溫度下,稀溶液上方氣體溶質(zhì)的平衡分壓與該溶質(zhì)在液相中的濃度之間成線性關(guān)系 。亨利定律(Henrys law) AApE xpA* 溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓,kPa;xA 溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù);E 亨利系數(shù),kPa.式中:在同一溶劑中,難溶氣體E值很大,易溶氣體E 值很小。注意:2. E 值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度

4、1. E其值隨物系的特性及溫度而異物系一定,E 值一般隨溫度的升高而增大。一.亨利定律:y*液相組成為x呈平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù);cA 液相中溶質(zhì)的摩爾濃度,kmol/m3;m 相平衡常數(shù);H 溶解度系數(shù);kmol/(m3kPa); *ymx*AAcpH 當(dāng)氣、液相溶質(zhì)濃度用其它組成表示法表示時,通過濃度換算可得其它形式的亨利定律,常用的形式有:二. 亨利定律的其它形式式中:四. 亨利常數(shù)E、H、m之間的關(guān)系三. 溫度和壓力對氣體溶解度(E, H, m)的影響對于大多數(shù)氣體:mHEt,mHEP,即:氣體溶解度隨溫度的升高而減小, 隨壓力的增加而增大。SSMEH1E、H之間的關(guān)系PEm總E、

5、m之間的關(guān)系二傳質(zhì)速率方程式的各種表示形式1. 吸收傳質(zhì)速率方程*AyixiyxNkyykxxKyyKxx*AYiXiYXNkYYkXXKYYKXXAGAiLiAGAALAANkppkccKppKcc2. 傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系yGkpkxLkckyGKpKxLKcK11YyikkYY11XxikkXX*11YyKKYY*11XxKKXX濃度低時濃度低時,YyGXxLkkpkkkck,YyGXxLKKpKKKcK氣相液相兩相間兩相間111GGLKkHk3. 總阻力和雙膜傳質(zhì)阻力的關(guān)系(氣液相平衡關(guān)系服從亨利定律 )11LGLHKkk11yyxmKkk111xyxKmkk11YYXmKkk111XY

6、XKmkkGGKk氣膜控制yKky氣膜控制YYKk氣膜控制LLKk液膜控制xxKk液膜控制XXKk液膜控制GLKHKyxmKKYXmKK注意:1. 傳質(zhì)系數(shù)的單位:kmol/(m2s單位推動力)2. 傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)推動力的正確搭配,即傳質(zhì)系數(shù)的表達(dá)形式與推動力的表達(dá)形式一一對應(yīng)。習(xí)習(xí) 題題 課課mabOGyyyN SyyyySSNaaabOG1ln11aabbyxxGLyaKGHyOG OGOGNHh 0min)0 . 22 . 1( GLGL匯總:或lnbambayyyyyyb=ybybya=yaya 習(xí)題課習(xí)題課 操作型操作型設(shè)計型設(shè)計型 ya xa G yb L xb操作條件:l液氣 (

7、L、G)流量、l氣液進(jìn)口濃度(yb、xa)、l操作溫度、壓力等設(shè)計型問題計算設(shè)計型問題計算【例1】常壓下,用煤油從苯蒸汽和空氣常壓下,用煤油從苯蒸汽和空氣混合物中吸收苯,吸收率為混合物中吸收苯,吸收率為99%,混合氣,混合氣量為量為53kmol/h。入塔氣相中含苯。入塔氣相中含苯2%(體(體積積 %), 入塔煤油中含苯入塔煤油中含苯0.02%(摩爾分(摩爾分率)。溶劑用量為最小用量的率)。溶劑用量為最小用量的1.5倍,在操倍,在操作溫度作溫度50下,相平衡關(guān)系為下,相平衡關(guān)系為y* = 0.36x,總傳質(zhì)系數(shù)總傳質(zhì)系數(shù)Kya=0.015kmol/(m3 s),塔徑,塔徑為為1.1米。試求所需填

8、料層高度。米。試求所需填料層高度。 ya xa=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶劑用量為最小用量的1.5倍y* = 0.36x設(shè)計型問題計算設(shè)計型問題計算OGOGNHh 0min5 . 1 GLGL 3600412D m03. 1015. 036001 . 141532 ya xa=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶劑用量為最小用量的1.5倍y* = 0.36x OGHaKGy【解】屬于低濃氣體吸收 bayy 1 0002. 0%99102. 01 bayyababxmyyyGL mi

9、nGLmS 537. 0358. 05 . 1 67. 0537. 036. 0 SmxymxySSNaaabOG1ln11358. 00002. 036. 002. 00002. 002. 0 98.1167. 00002. 036. 00002. 00002. 036. 002. 067. 01ln67. 011 設(shè)計型問題計算設(shè)計型問題計算 ya xa=0.02% =99% D=1.1m G= 53kmol/h L yb=0.02 xb 溶劑用量為最小用量的1.5倍y* = 0.36xmNHhOGOG4 .1298.1103. 10 課后練習(xí):用“平均推動力法”解答。 【例2】 在一填料

10、塔內(nèi)用純?nèi)軇┪諝怏w混合物中的某溶質(zhì)組分,進(jìn)塔氣體溶質(zhì)濃度為0.01(摩爾比,下同),混合氣質(zhì)量流量為1400kg/h,平均摩爾質(zhì)量為29,操作液氣比為1.5,在操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y*=1.5X,當(dāng)兩相逆流操作時,工藝要求氣體吸收率為95,現(xiàn)有一填料層高度為7m、塔徑為0.8m的填料塔,氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)Kya為0.088kmol/(m3s), 問: (1)操作液氣比是最小液氣比的多少倍? (2)出塔液體的濃度? (3)該塔是否合適?解:(1) (1)0.01 (10.95)0.0005abYYmin1.50.951.43/bababbaYYYYLmGYmXX minL1.5G1.05L

11、1.43G(2)3()()0.010.95/1.56.3310babababbbYYGGGXXYYYYLLYL bababYYYYY 1 Y*=1.5X()()babaL XXG YY (3)06330.0095bbYX1.50aaYX0.010.00950.0005bbbYYY0.000500.0005aaaYYYm0.00050.000500.00050lnln0.0005babaYYYYY m0.0005baYYY 平均推動力法OGmbaYYNY yb B ya A xa xb OGm0.010.0005190.0005baYYNYY0.01y0.00991Y10.01

12、bbb1400(10.0099)47.8kmol/h29G 2220.7850.80.54ADmOG47.8/36000.30m0.0880.5YGHK aA OGOG0HNh190.30=5.7mh需要=5.7mh實際7m,故該塔合適 操作型問題計算操作型問題計算 ya xa=0 =95% ? G L yb xb 1 . 2 GLy=1.18xKya G0.8氣體流量增加20%【例3】某吸收塔在101.3kPa、293K下用清水逆流吸收丙酮-空氣混合氣體(可視為低濃氣體)中的丙酮。當(dāng)操作液氣比為2.1時,丙酮回收率可達(dá)95%。已知物系平衡關(guān)系為y=1.18x,吸收過程大致為氣膜控制,氣相總體

13、積傳質(zhì)系數(shù)KyaG0.3。若氣體流量增加20%,而液量及氣液進(jìn)口濃度不變,試求: (1)回收率變?yōu)槎嗌伲?(2)單位時間內(nèi)被吸收的丙酮量增加多少倍?氣膜控制【解】(1)回收率變?yōu)槎嗌??分析:氣體流量增加,則導(dǎo)致被吸收的丙酮量增加,ya,故回收率將變小。 1 . 556. 095. 01156. 01ln56. 011 11111ln1ln1ln111/11(1/)bOGaababyNSSSSSSSySyySyy SyyyySSNaaabOG1ln11 ya xa=0 =95% ? G L yb xb 1 . 2 GLy=1.18xKya G0.8氣體流量增加20%氣膜控制56. 01 . 21

14、8. 1 GLmS SSSNOG 111ln610.951.06原工況下: 0.3OGOGHGHGOGOGOGOGHHNN 4.8OGN 0.560.672mmSSL GL G SSSNOG 111ln11bayy 1 4.8%4 .92 新工況下: OGOGNHh 0操作型問題計算操作型問題計算1.20.95bababbababyyGGyyyyyG yyGy倍 ya xa=0 =95% ? G L yb xb 1 . 2 GLy=1.18xKya G0.8氣體流量增加20%(2)單位時間內(nèi)被吸收的丙酮量增加多少倍?可見,單位時間

15、內(nèi)被吸收的丙酮量增加了17V, L L V =V, L L V L V V, L =L V V, L LLVFViiiiFLLq 五種進(jìn)料情況:五種進(jìn)料情況: 例例 常壓下用連續(xù)精餾塔分離含苯常壓下用連續(xù)精餾塔分離含苯44 %的的苯一甲苯混合物。進(jìn)料為泡點液體,進(jìn)料流苯一甲苯混合物。進(jìn)料為泡點液體,進(jìn)料流率為率為100 kmol/h。要求餾出液中含苯不小于。要求餾出液中含苯不小于 94 %。釜液中含苯不大于。釜液中含苯不大于8 %(以上均為摩以上均為摩爾百分率爾百分率)。設(shè)該物系為理想溶液。相對揮。設(shè)該物系為理想溶液。相對揮發(fā)度為發(fā)度為2.47。塔頂設(shè)全凝器,泡點回流,選。塔頂設(shè)全凝器,泡點回

16、流,選用的回流比為用的回流比為3。試計算精餾塔兩端產(chǎn)品的。試計算精餾塔兩端產(chǎn)品的流率及所需的理論塔板數(shù)。流率及所需的理論塔板數(shù)。解:由全塔物料衡算:解:由全塔物料衡算:FDW ; FxFDxDWxW 將已知值代入將已知值代入, 可解得可解得D=41.86 kmol/h; W=58.14kmol/h提餾段操作方程為提餾段操作方程為:精餾段操作方程為精餾段操作方程為: 泡點液體進(jìn)料泡點液體進(jìn)料: q = 1,相平衡方程為相平衡方程為1WmmWxLyxLWLW FqVVqFLL) 1(對于泡點進(jìn)料對于泡點進(jìn)料, xF =xq =0.44設(shè)由塔頂開始計算設(shè)由塔頂開始計算(從上往下從上往下),第,第1塊

17、板上升蒸氣組成塊板上升蒸氣組成y1=xD=0.94. 第第1塊板下降液體組成塊板下降液體組成 x1由相平衡方程式計算由相平衡方程式計算: 第第2板上升蒸汽組成由精餾段操作方程計算板上升蒸汽組成由精餾段操作方程計算習(xí)題課習(xí)題課xxy)1(1 WDFWxDxFxWDF111 RxxRRyDnn1VWxxVLyWmm 圖解法圖解法逐板法逐板法11 qxxqqyF公式:公式: DRVRDL)1( FqVVqFLL) 1(全塔物料衡算全塔物料衡算 操作線方程操作線方程 相平衡關(guān)系相平衡關(guān)系理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)N的計算的計算例例1用一連續(xù)精餾塔分離由組分用一連續(xù)精餾塔分離由組分A、B所組成的理想混合液。所

18、組成的理想混合液。原料液中含原料液中含A 0.44,餾出液中含,餾出液中含A 0.957(以上均為摩爾分率)。(以上均為摩爾分率)。已知溶液的平均相對揮發(fā)度為已知溶液的平均相對揮發(fā)度為2.5,最小回流比為,最小回流比為1.63,說明原,說明原料液的熱狀況,并求出料液的熱狀況,并求出q值。值。 解:采用最小回流比時,精餾段操作線方程為解:采用最小回流比時,精餾段操作線方程為 即即 由相平衡方程由相平衡方程 ,得,得 聯(lián)立兩方程聯(lián)立兩方程 解得解得 x = 0.367,y = 0.592 此點坐標(biāo)(此點坐標(biāo)(0.367,0.592)即為()即為(xq,yq)。)。 因因 xF = 0.44,即,即

19、xqxFyq,說明進(jìn)料的熱狀況為氣液,說明進(jìn)料的熱狀況為氣液混合進(jìn)料?;旌线M(jìn)料。 由由q線方程線方程 此線與平衡線的交點即是操作線與平衡線的交點,有此線與平衡線的交點即是操作線與平衡線的交點,有 解出解出 q = 0.676 DxD=0.95W, xWFxF=0.4595. 0 R=1.5Rmin =2.5設(shè)計型問題舉例設(shè)計型問題舉例【例例2】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,其中汽液摩爾比合狀態(tài)進(jìn)入精餾塔,其中汽液摩爾比為為1:2,塔頂,塔頂xD=0.95(以上均為摩爾分(以上均為摩爾分率),塔頂易揮發(fā)組分回收率為率),塔頂易揮發(fā)組分回收率為95%,回流

20、比回流比R=1.5Rmin,塔釜間接蒸汽加熱,塔釜間接蒸汽加熱,相對揮發(fā)度相對揮發(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。汽液摩爾比為汽液摩爾比為1:2 eeeeexxyxy5 . 115 . 245. 03231xe=0.375ye=0.6汽液摩爾比為汽液摩爾比為1:2DxD=0.95W, xWFxF=0.4595. 0 R=1.5Rmin =2.5【解解】(1)原料中汽相和液相組成)原料中汽相和液相組成 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

21、為xe ,則,則 eeeFeexxyxxy113231 11 qxxqqyF-物料衡算物料衡算-相平衡相平衡汽液摩爾比為汽液摩爾比為1:2DxD=0.95W, xWFxF=0.4595. 0 R=1.5Rmin =2.5 FqDRqFRDVL11 32 q95. 0 FDFxDxeeeDxyyxR min334. 2 47. 113245. 0334. 33245. 0334. 211 qFDRqFDRVWxxVLyw (2)列出提餾段操作線方程)列出提餾段操作線方程 FqDRVqFRDL) 1(1556. 1375. 06 . 06 . 095. 0 最小回流比操作情況的分析 xe a ye

22、 xD xW xF e d f b 45. 095. 045. 095. 0 FDmin5 . 1RR 1VWxxVLyWmm VWxxVLyw 0193. 047. 1 x1 FwFDFxWxFxDx05. 0 FwFxWx 0193. 013245. 0334. 345. 005. 01105. 01105. 0 qFDRxFqDRFxVWxFFw例例3 今有含苯今有含苯40%和甲苯和甲苯60%(摩爾百分?jǐn)?shù),下同摩爾百分?jǐn)?shù),下同)的混的混合液合液, 欲用精餾塔分離出含苯欲用精餾塔分離出含苯95%的塔頂產(chǎn)品。進(jìn)料為的塔頂產(chǎn)品。進(jìn)料為飽和液體飽和液體, 塔內(nèi)平均相對揮發(fā)度為塔內(nèi)平均相對揮發(fā)度為

23、2.5。若操作回流比取。若操作回流比取為最小回流比的為最小回流比的1.5倍倍, 寫出精餾段操作線方程。此溶液寫出精餾段操作線方程。此溶液可視為理想溶液??梢暈槔硐肴芤?。 解:因是泡點進(jìn)料,解:因是泡點進(jìn)料,xe = xF 由相平衡方程由相平衡方程 最小回流比最小回流比 eeeeeeeeeDxyyxR min回流比回流比 R = 1.5Rmin = 1.51.44 = 2.16 精餾段操作線方程精餾段操作線方程 111 RxxRRyDnn例例4 用連續(xù)精餾塔每小時處理用連續(xù)精餾塔每小時處理100 kmol含苯含苯40%和甲苯和甲苯60%的混合物,要求餾出液中含苯的混合物,要求餾出液中含苯90%,

24、殘液中含苯,殘液中含苯1%(組成均以(組成均以mol%計),求:計),求:(1)餾出液和殘液的流率(以)餾出液和殘液的流率(以kmol/h計);計); (2)飽和液體進(jìn)料時,若塔釜的氣化量為)飽和液體進(jìn)料時,若塔釜的氣化量為132 kmol/h,寫出精餾段操作線方程。寫出精餾段操作線方程。 解:(解:(1) 代入數(shù)據(jù)代入數(shù)據(jù) 解此方程組,得解此方程組,得 D = 43.8 kmol/h,W = 56.2 kmol/h (2)飽和液體進(jìn)料時,)飽和液體進(jìn)料時, V = V, V = 132 kmol/h,則,則 L = V D = 132 43.8 = 88.2 kmol/h R = L/D =

25、 88.2/43.8 = 2 精餾段操作線方程精餾段操作線方程 DRDLVRDL) 1( FqVVqFLL) 1(例例5 某連續(xù)操作精餾塔如圖所示,已知料液摩爾組成某連續(xù)操作精餾塔如圖所示,已知料液摩爾組成xF=0.2,料液以飽和液體狀態(tài)直接加入塔釜,塔頂設(shè)全凝器,全塔共料液以飽和液體狀態(tài)直接加入塔釜,塔頂設(shè)全凝器,全塔共兩塊理論板(包括塔釜),塔頂摩爾采出率兩塊理論板(包括塔釜),塔頂摩爾采出率D/F=1/3,回流比,回流比R=1,泡點回流,此條件下物系的相平衡關(guān)系可表示為,泡點回流,此條件下物系的相平衡關(guān)系可表示為y=4x,試計算試計算xW=? D,xD F,xF W, xW 313112

26、 . 01WWFWFWFDxFDxFDxDxDFFxDWxFxx Wx26 . 0 R=1 D/F=1/3 y1q=1 x1 y2xF=0.2 W , xWWxxy4422DnDnnxxRxxRRy5 . 05 . 0111 DDDDxxxyxyxxy625. 05 . 05 . 025. 0412111 WDxx4625. 0 -(1)-(2) 解式解式 1、2 得:得:0714. 0 Wx操作型問題舉例操作型問題舉例 WDFWxDxFxWDF1y=4x例例6 由一層理論板及塔釜組成的常壓連續(xù)回收塔,每小時加入由一層理論板及塔釜組成的常壓連續(xù)回收塔,每小時加入甲醇水溶液甲醇水溶液100kmo

27、l,其中甲醇含量為,其中甲醇含量為0.3(摩爾分率,下同摩爾分率,下同),要求塔頂?shù)玫郊状己繛橐笏數(shù)玫郊状己繛?.6的餾出液。塔頂采用全凝器,泡的餾出液。塔頂采用全凝器,泡點進(jìn)料,由于該塔只有一層板,且料液就在這一板上加入,故點進(jìn)料,由于該塔只有一層板,且料液就在這一板上加入,故塔可以不用回流。在操作范圍內(nèi),相對揮發(fā)度塔可以不用回流。在操作范圍內(nèi),相對揮發(fā)度 5.8。試求:。試求:1)釜液組成;釜液組成;2)塔頂餾出液量塔頂餾出液量(kmol/h)。 y1 D,xD F,xF L x1 yW W, xW 解解: (1)釜液組成)釜液組成操作型問題操作型問題 WDFWxDxFxWDF W

28、WWWWDWFxxxxxxxxFD 6 . 0100306 . 03 . 0100(1)()FDwFxDxFD x()()FWDWF xxD xx y1 D,xD F,xF x1 yW W, xW WWWWWxxxxy8 . 418 . 511 WWWWxxxx100306 . 05 . 96 . 08 . 418 . 5 (2)(3)6 . 01 Dxy1112110.60.20515.84.8 0.6100100 059.50.6WFDWyxyLFVVDWxFxDxLFyyxxVVDDDDDD,將式將式1、3代入式代入式2得:得:xxy)1(1 FqVVqFLL) 1(W

29、DFWxDxFx每小時加入甲醇水溶液100kmol,其中甲醇含量為0.3,要求塔頂?shù)玫郊状己繛?.6的餾出液。泡點進(jìn)料,5.8 。 y1 D,xD F,xF L x1 yW W, xW 396. 0 Wx0914. 0 Wx解之得:解之得: D=41.01kmol/h(舍去)(舍去)(2)餾出液量()餾出液量(kmol/h) WWWWWDWFxxxxxxxxFD 6 . 0100306 . 03 . 0100由公式(由公式(1)得:)得:例例7 用常壓精餾塔分離雙組分理想混合物,泡點進(jìn)料,進(jìn)料量用常壓精餾塔分離雙組分理想混合物,泡點進(jìn)料,進(jìn)料量100kmol/h,加料組成為,加料組成為50%

30、,塔頂產(chǎn)品組成,塔頂產(chǎn)品組成xD=95%,產(chǎn)量,產(chǎn)量D=50kmol/h,塔釜間接蒸汽加熱?;亓鞅?,塔釜間接蒸汽加熱?;亓鞅萊=2Rmin,設(shè)全部塔,設(shè)全部塔板均為理論板,以上組成均為摩爾分率。相對揮發(fā)度板均為理論板,以上組成均為摩爾分率。相對揮發(fā)度 3。 求:求: (1)最小回流比)最小回流比Rmin; (2)精餾段和提餾段的上升蒸汽量;)精餾段和提餾段的上升蒸汽量; (3)列出該情況下提餾段操作線方程。)列出該情況下提餾段操作線方程。解:(解:(1)最小回流比)最小回流比Rminmin0.950.750.80.750.5DeeexyRyx3 0.50.751112 0.5eeexyx xD

31、axWxbxFePey設(shè)計型問題舉例設(shè)計型問題舉例minDeeexyRyx hkmolVFqVVhkmolDRVRR/1301/1305016 . 116 . 18 . 022min hkmolqFRDL/1801001506 . 1 hkmolDxFxWxDFw/5 . 295. 0505 . 0100 0192. 038. 11305 . 2130180 xxVWxxVLyw(2)精餾段和提餾段的上升蒸汽量)精餾段和提餾段的上升蒸汽量(3)列出該情況下提餾段操作線方程)列出該情況下提餾段操作線方程泡點進(jìn)料,進(jìn)料量泡點進(jìn)料,進(jìn)料量100kmol/h,加料組成為,加料組成為50%,塔頂產(chǎn)品,塔

32、頂產(chǎn)品組成組成xD=95%,產(chǎn)量,產(chǎn)量D=50kmol/h,回流比,回流比R=2Rmin,設(shè)全部,設(shè)全部塔板均為理論板,相對揮發(fā)度塔板均為理論板,相對揮發(fā)度 3。 DRVRDL)1( FqVVqFLL) 1(VWxxVLyw D=50 xD=0.95W, xWF=100 xF=0.5設(shè)計型問題舉例設(shè)計型問題舉例例例8 用常壓連續(xù)精餾塔分離苯一甲苯混合物,原料用常壓連續(xù)精餾塔分離苯一甲苯混合物,原料中含苯中含苯0.40,塔頂餾出液中含苯,塔頂餾出液中含苯0.9(以上為摩爾分以上為摩爾分率率)。進(jìn)料為飽和蒸汽,苯對甲苯的相對揮發(fā)度。進(jìn)料為飽和蒸汽,苯對甲苯的相對揮發(fā)度 2.5,操作回流比為最小回流

33、比的,操作回流比為最小回流比的1.5倍,塔頂采用倍,塔頂采用全凝器。試求離開塔頂?shù)诙永碚摪宓恼羝M成。全凝器。試求離開塔頂?shù)诙永碚摪宓恼羝M成。進(jìn)料為飽和蒸汽進(jìn)料為飽和蒸汽4 . 00Fexyq0.400.2112.52.5 10.40eeeyxymin0.90.402.630.400.21DeeexyRyx945. 363. 25 . 15 . 1min RRxDaxWxbxFe精餾段操作線方程為:精餾段操作線方程為:解:解:xD=0.91y2y1x111 RxxRRyDnnxxy)1(1 設(shè)計型問題舉例設(shè)計型問題舉例182. 0798. 0945. 49 . 0945. 4945. 3

34、111 nnDnnxxRxxRRy1110.90.783112.5 1.5 0.9DDyxxyx807. 0182. 0783. 0798. 0182. 0798. 012 xyxDaxWxbxFd2exD=0.91y2y1xxxy)1(1 操作型定性分析舉例操作型定性分析舉例操作條件包括:操作條件包括:l 進(jìn)料狀況(進(jìn)料狀況(F、xF、q)l Rl 操作壓力操作壓力Pl 操作溫度操作溫度Tl 冷凝器熱負(fù)荷冷凝器熱負(fù)荷Vl 再沸器熱負(fù)荷再沸器熱負(fù)荷V l D、WD, xDW, xWF, xF x y 操作型定性分析舉例操作型定性分析舉例VLVL 回流液量和進(jìn)料狀況(回流液量和進(jìn)料狀況(F、xF

35、、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xD變大變大xW變大變大此法的依據(jù)是:此法的依據(jù)是: 精餾段操作線斜率精餾段操作線斜率L/V越小,越靠近平衡越小,越靠近平衡線,對精餾分離越不利,會導(dǎo)致線,對精餾分離越不利,會導(dǎo)致xD變??;變?。?提餾段操作線斜率提餾段操作線斜率L /V 越大,越靠近平越大,越靠近平衡線,對精餾分離越不利,會導(dǎo)致衡線,對精餾分離越不利,會導(dǎo)致xW變大變大。而而L不變不變V -快速分析法快速分析法1DnnDxLyxVV1VWxxVLyWmm V 分凝器分凝器 全凝器全凝器 y1 L,xL D,xD=0.8 xF=0.7 W xW F=100kmol/h

36、 習(xí)習(xí) 題題 課課DL 分凝器流程舉例分凝器流程舉例【例例1】苯、甲苯兩組分混合物用苯、甲苯兩組分混合物用如圖所示的釜進(jìn)行常壓連續(xù)蒸餾加如圖所示的釜進(jìn)行常壓連續(xù)蒸餾加以分離(無塔板),料液直接加入以分離(無塔板),料液直接加入釜中,進(jìn)料量為釜中,進(jìn)料量為100kmol/h,其組,其組成成x苯苯=0.7,要求得到組成為,要求得到組成為0.8的的塔頂產(chǎn)品(以上均為摩爾分率)。塔頂產(chǎn)品(以上均為摩爾分率)。塔頂用一分凝器,其中塔頂用一分凝器,其中50%的蒸汽的蒸汽冷凝并返回塔內(nèi)。出分凝器的蒸汽冷凝并返回塔內(nèi)。出分凝器的蒸汽與冷凝液體保持相平衡。問塔頂、與冷凝液體保持相平衡。問塔頂、塔釜產(chǎn)量為多少?已

37、知塔釜產(chǎn)量為多少?已知 2.46。 2.46 V 分分凝凝器器 全全凝凝器器 y1 L,xL D,xD=0.8 xF=0.7 W xW F=100kmol/h 分凝器流程舉例分凝器流程舉例DL 2.468 . 05 . 05 . 01 Lxy DFWxxxxFDWDWFLLLLDxxxxxy46. 1146. 211分凝器1 R 111 yyxW 71. 0 499. 0 hkmolhkmol/22.33/78.66 【解解】111 RxxRRyDL WDFWxDxFxWDFxxy)1(1 直接蒸汽加熱的回收塔流程舉例直接蒸汽加熱的回收塔流程舉例【例例2】如圖所示,用有兩塊理論板如圖所示,用有

38、兩塊理論板(包括塔釜)的精餾塔提取水溶液中易(包括塔釜)的精餾塔提取水溶液中易揮發(fā)組分,飽和水蒸汽揮發(fā)組分,飽和水蒸汽S=50kmol/h由塔由塔底進(jìn)入,加料組成底進(jìn)入,加料組成xF=0.2(摩爾分率,下摩爾分率,下同同),溫度為,溫度為20,F(xiàn)=100kmol/h,料液,料液由塔頂加入,無回流,試求塔頂產(chǎn)品濃由塔頂加入,無回流,試求塔頂產(chǎn)品濃度度xD及易揮發(fā)組分的回收率。及易揮發(fā)組分的回收率。 在本題范圍內(nèi)平衡關(guān)系可表示為在本題范圍內(nèi)平衡關(guān)系可表示為y=3x,液相組成為液相組成為x=0.2時,泡點為時,泡點為80,比熱,比熱為為100kJ/kmol ,汽化潛熱,汽化潛熱40000 kJ/km

39、ol。12y=3x20 D, xD 1 2 W, xW S=50kmol/hxF=0.2F=100kmol/h D, xD W, xW 直接蒸汽加熱的回收塔流程舉例直接蒸汽加熱的回收塔流程舉例 WDFWxDxFxWDSF WDWxDxWD2 . 010050100qqFRDLW1000 hkmol /11510015. 1 1100802011.1540000pbFpbFVFVLrcttcttiiqiirr 【解解】 求塔頂產(chǎn)品濃度求塔頂產(chǎn)品濃度xD及易揮發(fā)組分的回收率及易揮發(fā)組分的回收率S=50kmol/hxF=0.2F=100kmol/h12y=3x20泡點為泡點為80,比熱為比熱為100

40、kJ/kmol ,汽化潛熱汽化潛熱40000kJ/kmol。hkmolD/3511550100 WDxx286. 3571. 0 L V 恒摩爾流假定:恒摩爾流假定:全塔物料衡算:全塔物料衡算:-(1 1) WDWDWWDWDWxxxxyxxxxxxxy767. 0256. 033 . 2767. 033 . 2767. 033 . 23 . 2212 F, xF D, xD y1 1 x1 y2 2 S W, xW 直接蒸汽加熱的回收塔流程舉例直接蒸汽加熱的回收塔流程舉例50 VSWDxx286. 3571. 0 -(1 1) WnWnWnnxxxxVWxxVLy 3 . 250115501

41、15133111DDxyxxy DWxx145. 0 y=3xS=50kmol/h逐板計算:逐板計算:恒摩爾流假定恒摩爾流假定-(2 2) 聯(lián)立求解式聯(lián)立求解式1、2得:得: 056.0387.0 WDxx易揮發(fā)組分的回收率易揮發(fā)組分的回收率%7 .672 . 0100387. 035 FDFxDx 小小 結(jié)結(jié)一一 概念概念理想溶液理想溶液理想物系理想物系揮發(fā)度揮發(fā)度iiixpv 相對揮發(fā)度相對揮發(fā)度BAvv BBAAxpxp BBAAxyxy 平衡級平衡級理論板理論板恒摩爾流假定恒摩爾流假定精餾原理精餾原理梯級的物理含義梯級的物理含義最佳位置進(jìn)料最佳位置進(jìn)料易揮發(fā)組分回收率易揮發(fā)組分回收率%1001 FDFxDx 難揮發(fā)組分回收率難揮發(fā)組分回收率%100)1()1(2

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