化工原理第九章

化工原理第九章第一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（2）q線方程（進(jìn)料方程）第二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日

圖示：（1）精餾段操作線（2）q

線（3）提餾段操作線

第三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日意義：一定的進(jìn)料狀態(tài)下，操作回流比改變時(shí)，兩操作線交點(diǎn)的軌跡方程。可見：

q

的值不影響精餾段操作線，但對(duì)提餾段操作線有影響。進(jìn)料狀態(tài)參數(shù)對(duì)操作線的影響精餾段操作線方程:q線方程：提餾段操作線方程:第四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日進(jìn)料狀況的影響：影響到提餾段傳質(zhì)推動(dòng)力；影響到再沸器的熱負(fù)荷。

第五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日說明：①q↓，提餾段操作線斜率增大。②提餾段操作線與進(jìn)料量F無關(guān)。提餾段操作線方程經(jīng)變換，與xD，xW，xF，q，R有關(guān)。注意q的兩個(gè)特殊值：飽和液體進(jìn)料：q=1飽和蒸汽進(jìn)料：q=0q=1q>10<q<1q=0q<0xFxDxW第六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（3）逐板計(jì)算法精餾塔的逐板計(jì)算yN-1

D,xD

y1

y2

L,xD

x1

xn

yn+1

V

L

1

2n

x2

yn

V,y1

xN-1

xm+1

L￠,xN-1

V￠,yWym

V￠

L￠

xm-1

W,xW

m+1

m

ym+1

N-1

Nxm

F,xF

N1+1N1xN1

第七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日作出精、提餾段操作線、q線；從點(diǎn)a開始在平衡線和精餾段操作線之間畫階梯，當(dāng)梯級(jí)跨過點(diǎn)d時(shí)，就改在平衡線和提餾段操作線之間畫階梯，直至梯級(jí)跨過點(diǎn)b為止；（4）圖解法麥卡勃-蒂列（Mccabe-Thiele）法，簡(jiǎn)稱M-T法第八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日所畫的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論塔板數(shù)（包含再沸器），跨過點(diǎn)d的那塊板就是加料板，其上的階梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。第九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日D,xDW,xWF,xF最佳位置進(jìn)料

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

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（5）最佳進(jìn)料位置的確定第十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日D,xDW,xWF,xF非最佳進(jìn)料與最佳進(jìn)料的比較：進(jìn)料口下移三塊板非最佳位置進(jìn)料比最佳位置進(jìn)料所需的理論板數(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

5

12

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14

第十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日D,xDW,xWF,xF非最佳位置進(jìn)料比最佳位置進(jìn)料所需的理論板數(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

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3

7

9

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5

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非最佳進(jìn)料與最佳進(jìn)料的比較：進(jìn)料口上移一塊板第十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日進(jìn)料位置對(duì)分離的影響第十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.5.2回流比的選擇（1）全回流與最少理論板數(shù)L=Vy

xD

a

xWb

0

xW

xD

第十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日

最小理論板數(shù)的確定:圖解法、逐板計(jì)算法。a）圖解法在平衡線與對(duì)角線之間畫梯級(jí)，直至xn≤xw為止。第十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日b)逐板計(jì)算法計(jì)算思想：由xD始，依次反復(fù)應(yīng)用平衡關(guān)系與操作關(guān)系，直至

xn≤xw為止。平衡關(guān)系：對(duì)第n塊板：αn—第n塊板A組分對(duì)B組分的相對(duì)揮發(fā)度。操作關(guān)系：第十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日逐板計(jì)算當(dāng)塔頂為全凝器時(shí)：板序號(hào)平衡關(guān)系操作關(guān)系

12…………………n整理得：第十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日達(dá)到規(guī)定的分離要求時(shí)對(duì)雙組分：——Fenske方程第二十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日結(jié)論：第二十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（2）最小回流比Rmin為完成某一分離要求，所需的理論塔板數(shù)為無窮多時(shí)的回流比稱為最小回流比。圖解法解析法第二十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第二十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日特殊平衡關(guān)系下的Rmin第二十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日yxe恒濃區(qū)在提餾段

dyxe恒濃區(qū)在精餾段

d第二十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（3）回流比的影響和選擇第二十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日適宜回流比第二十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日說明：R↑→N↓→塔設(shè)備費(fèi)↓第二十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（4）理論板數(shù)的捷算法（N、Nmin均包括再沸器在內(nèi)）第二十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第三十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.5.3加料熱狀態(tài)的選擇

q

↑

，Q點(diǎn)右移，提餾段操作線與平衡線距離↑，提餾段各塔板分離能力↑，N

↓。第三十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日1．直接蒸汽加熱流程（1）全塔物料衡算式形式不同與間接蒸汽加熱流程相比：9.5.4雙組分精餾過程的其他類型第三十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（2）精、提、q線方程形式相同乙醇-水精餾體系直接蒸汽加熱ab￠dfxFxWxDxyx*Wb第三十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日

乙醇-水精餾體系直接蒸汽加熱ab￠dfxFxWxDxyx*Wb第三十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第三十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日2．多股加料流程特點(diǎn)：

1.精、提操作線方程不變

2.兩股進(jìn)料之間的操作線方程可通過虛線范圍內(nèi)的物料衡算得到：第三十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日從上到下，操作線斜率依次增大。思考：當(dāng)多股進(jìn)料時(shí)，如何確定最小回流比？第三十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第三十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日多股進(jìn)料的精餾操作線圖示第三十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第四十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日3.側(cè)線出料流程

第四十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第四十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日4．

回收塔流程第四十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第四十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日回收塔的理論板數(shù)計(jì)算過程第四十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.5.5平衡線為直線時(shí)理論板數(shù)的解析計(jì)算當(dāng)雙組分溶液在很低的含量范圍內(nèi)，氣液平衡關(guān)系近似為一直線時(shí)，應(yīng)用于高純度分離過程所需理論板數(shù)的計(jì)算。第四十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.6雙組分精餾的操作型計(jì)算9.6.1精餾過程的操作型計(jì)算（1）操作型計(jì)算的命題對(duì)已有的精餾塔，在給定的精餾條件下，核算其可能達(dá)到的分離程度。如已知對(duì)運(yùn)行中的精餾塔，當(dāng)某一操作條件改變時(shí)，分析分離效果的變化，是否能獲得合格產(chǎn)品？如不能需采取何措施？還會(huì)產(chǎn)生何影響等。如第四十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（2）精餾塔操作型問題的分析方法定性分析方法第四十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日定量計(jì)算方法需用試差法計(jì)算公式包括精餾段操作線方程提餾段操作線方程q線方程相平衡方程全塔物料衡算方程例：一正在運(yùn)行中的精餾塔，由于前段工序的原因，導(dǎo)致原料組成xF下降，試分析L、V、L’、D、W、xD、xW

如何變化？第四十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第五十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（3）回流比增加對(duì)精餾結(jié)果的影響（4）進(jìn)料組成變動(dòng)的影響第五十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第五十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.6.2精餾塔的溫度分布和靈敏板

（1）精餾塔的溫度分布溶液的泡點(diǎn)與總壓及組成有關(guān)。精餾塔內(nèi)各塊塔板上物料的組成及總壓并不相同，因而塔頂至于塔底形成某種溫度分布。（2）靈敏板仔細(xì)分析操作條件變動(dòng)前后溫度分別的變化，即可發(fā)現(xiàn)在精餾段或提餾段的某些塔板上，溫度變化量最為顯著。或者說，這些塔板的溫度對(duì)外界干擾因素的反映最靈敏，故將這些塔板稱之為靈敏板。第五十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.7其他精餾方式與多元精餾一、水蒸汽蒸餾原理：使沸點(diǎn)降低適用范圍：不相溶物系（其中一相為水）水蒸汽消耗量的計(jì)算：由于水蒸汽與液體接觸時(shí)間有限，A的實(shí)際分壓一般用直接蒸汽時(shí)，由于接觸時(shí)間較短，所帶出的A的分壓達(dá)不到飽和狀態(tài)。第五十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日消耗水水蒸汽蒸餾的代價(jià)負(fù)荷增加由于多一組分水，對(duì)傳質(zhì)不利，同樣要求下，所需板數(shù)將增加。第五十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日思考：間歇精餾與簡(jiǎn)單蒸餾有何相同和不同之處？間歇精餾通常有恒回流比、恒餾出液組成這兩種操作方式二、間歇精餾第五十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日1．恒回流比操作2．恒餾出液組成操作第五十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日在被分離的混合液中加入第三組分，以改變?cè)旌衔锝M分間的相對(duì)揮發(fā)度，從而用精餾將它們分離。三、特殊精餾第五十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日1．

恒沸精餾第五十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日乙醇水共沸物無水乙醇廢水乙醇水共沸物補(bǔ)充苯稀乙醇無水乙醇生產(chǎn)共沸精餾工藝流程第六十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日恒沸劑的選擇原則：（1）新的最低恒沸物沸點(diǎn)要與另一從塔底排出的組分要有足夠大的差別，一般要求大于10℃。（2）希望能與料液中含量較少的那個(gè)組分形成恒沸物，而且夾帶組分的量要盡可能高，這樣夾帶劑用量較少，能耗較低。（3）最好能形成非均相恒沸物，以便于回收其中的夾帶劑。如在環(huán)己烷－苯恒沸精餾中的萃取加精餾的辦法，乙醇－水恒沸精餾中靜置分層的辦法。（4）還應(yīng)滿足其它的工業(yè)要求，如具備熱穩(wěn)定性、無毒、不腐蝕、來源容易、價(jià)格低廉等。第六十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日

2．萃取精餾第六十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日乙醇－水無水乙醇乙二醇－水乙二醇水無水乙醇生產(chǎn)萃取精餾工藝流程第六十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日萃取劑的選擇原則：（1）選擇性高加入少量萃取劑就能使原組分間的相對(duì)揮發(fā)度顯著增大。（2）

溶解度大能和任何濃度的原溶液互溶，以避免分層，否則難以充分發(fā)揮萃取精餾的作用。（3）揮發(fā)性小其沸點(diǎn)比混合液的其它組分高得多，以保證塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量，也易與另一組分分離，但沸點(diǎn)也不能太高，否則會(huì)造成回收困難。（4）具有穩(wěn)定性、無毒、不腐蝕、來源容易、價(jià)格低廉等其它工業(yè)要求。第六十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日多元精餾一、多元精餾的特點(diǎn)將多個(gè)組分進(jìn)行精餾分離的單元操作過程。對(duì)n個(gè)組分，一般需要n1個(gè)精餾塔。塔序的排列原則：對(duì)熱敏性物質(zhì)，應(yīng)優(yōu)先分出；

對(duì)純度要求高的組分，應(yīng)設(shè)計(jì)從塔頂采出或側(cè)線采出；

如有難分離的相鄰組分，應(yīng)置于最后（原因是在最后負(fù)荷最小，此時(shí)需理論板數(shù)較多，回流比較大，較經(jīng)濟(jì)）；各組分在流程中的汽化、冷凝次數(shù)應(yīng)盡可能減小，以降低設(shè)備的負(fù)荷和能耗。單塔分離重點(diǎn)：

關(guān)鍵組分第六十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日二、多元精餾的計(jì)算簡(jiǎn)介1.多元物系的相平衡相對(duì)揮發(fā)度：相平衡常數(shù)：2.多元精餾的物料衡算清晰分割

只考慮輕、重關(guān)鍵組分，比輕關(guān)鍵組分更輕的組分全部從塔頂蒸出，釜出忽略不計(jì)；比重關(guān)鍵組分更重的組分全部從塔釜排出，頂出忽略不計(jì)。非清晰分割全塔整體考慮。第六十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日本章小結(jié)一．

概念理想溶液理想物系揮發(fā)度iiixpv=相對(duì)揮發(fā)度BAvv=aBBAAxpxp=BBAAxyxy=平衡級(jí)理論板恒摩爾流假定精餾原理最佳位置進(jìn)料易揮發(fā)組分回收率1=FDFxDxh難揮發(fā)組分回收率)1()1(2--=FWxFxWh五種進(jìn)料狀態(tài)回流比DLR=單板效率

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