化工原理：10_4双组分精馏的设计计算

1、双组分精馏的设计计算,(一)理论塔板数的计算,(二)回流比的影响与选择,(三)理论板的捷算法,(四)塔板效率,根据精馏操作分离要求： （1）D, xD (W, xW)；或 （2）xD , xW；或,（3）,选择条件： 操作压力p，回流比R，进料热状态q。,确定：塔板数N,设计型命题,10-11理论塔板数的计算,1.逐板计算法,xnyn符合平衡关系； yn +1 xn符合操作关系。,塔顶设全凝器，泡点回流。,塔顶全凝器,精馏段（n-1）块板，第n块为加料板。,精馏段：,d,n,提馏段：,提馏段（m-1）块板,n+m,塔顶设分凝器,分凝器也相当于一块理论板，可以x0、y0计，其它相同 。,精馏段（

2、n-2）块板 提馏段（m-1）块板,n,n+1,n+1,例题讲解：指南p205 例7-6,例题讲解：指南p203 例7-3,2. 图解法,图6-13 理论板数图解法示意图,（2）画精馏段操作线 （3）画提馏段操作线,（4）画直角梯级 从a点开始，在精馏段操作线与平衡线之间作水平线及垂直线，当梯级跨过d点时，则改在提馏段操作线与平衡线之间作直角梯级，直至梯级的水平线达到或跨过b点为止。其中过d点的梯级为加料板，最后一个梯级为再沸器,d,xf,例 1（求理论板数） 在一常压连续精馏塔内分离苯-甲苯混合物，已知进料液流量为80kmol/h，料液中苯含量40%（摩尔分率，下同），泡点进料，塔顶流出液含

3、苯90%，要求苯回收率不低于90%，塔顶为全凝器，泡点回流，回流比取2，在操作条件下，物系的相对挥发度为2.47。 求：分别用逐板计算法和图解法计算所需的理论板数。,3 理论版的增浓度,1,1,2,2,3,3,结论：操作线越远离相平衡线( )，理论板的增浓度越 大，所需NT越小。,设计型问题分析 根据规定的分离要求，选择合适的操作参数，分析计算所需理论板数NT 分离要求：xD , xw 操作参数：回流比R ；进料热状况q ；操作压力等,q=1,q1,（1）,其他条件不变，q值变化只会影响提留段操作线，精馏段不变。 R , xf , xD , xW不变，q减小 提馏段操作线靠近相平衡线，理论板增

4、浓度减小，所需理论板数NT增大。,(2) 最优加料位置的确定,加料过晚,加料过早,最优加料板位置：,(3),xD, xF , xw, q不变，R增大 因xF ，q不变：q线不变； 由图可知： 提馏段操作线也远离相平衡线，理论板增浓度增大，所以NT减小。,10-15 回流比的影响与选择,1. 回流比对精馏操作的影响,2. 全回流与最少理论板数,D=0 , W=0 ,F=0 ,2) 操作线：,特点：1),3),双组分：,（不包括再沸器）,求最小理论板数方法： 1）逐板计算法； 2）作图法； 3）Fenske方程 (P106-107),(10-44) P99,最小回流比：对于一定的分离任务，所需理论

5、板为无穷多时所对应的回流比。,3. 最小回流比,e,时，,e点称为挟点,特点：,（ ）,1) 斜率法:,2）截矩法:,求Rmin的方法：,xe , ye的求法：,x=xe y=ye,求 关键是挟点坐标 、 值， 、 既满足相平衡关系，又满足 线方程， （1）对理想溶液（ 视为常数）： 解出 、 值 有以下两种特殊情况： 泡点进料 ， , 将 代入相平衡方程求 。联想 （ 是已知的），把 代入精馏段操作线方程即可求出 饱和蒸汽进料 ， ，将 代入相平衡方程求 联想 ，（ 或 是已知的），把 代入精馏段操作线方程即可求出 讨论：对汽液混合物进料 ， 线方程中 指汽相、液相中易挥发组分的总组成，不是

6、指其中液相的易挥发组分组成。求汽液混合物进料中液相组成 、汽相组成 用什么方法？,（2）对非理想溶液,平衡线没下凹，如甲醇水溶液,解出 、 值。,平衡线有下凹，如乙醇水溶液 、 不是 q线与平衡线的交点坐标（挟点不在q线与平衡线交点处）又分为两种情况：一是最小回流比时平衡线与精馏段操作线相切（乙醇水）；二是最小回流比时平衡线与提馏段操作线相切。,在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，已知XF=0.4（摩尔分率、下同），XD=0.97, Xw=0.04 相对挥发度=2.47。 试分别求以下三种进料方式下的最小回流比。 （1）冷液进料q=1.387（2）泡点进料（3）饱和蒸汽进料,例2 (求最小回

7、流比）,4. 适宜回流比,适宜回流比：,例题讲解：指南p203 例7-4, 例7-5, 例7-8,10-16理论板的捷算法,1、先算Rmin,2、R=(1.1-2)Rmin X,3、X 由坐标Y、NminN,注意： N,Nmin不包括再沸器。,图10-29 吉利兰关联图,书上式10-48(P100)为吉利兰关联式,1、全塔板效率ET,NT：不包括塔釜再沸器,10-12塔板效率,2、单板效率(默弗里板效率)Emv, EmL,ET,汽相默弗里板效率 ：,式中： 第 块实际板的汽相默弗里板效率； 、 分别为离开第 、 块实际板的汽相组成， 摩尔分率； 与离开第 块实际板液相组成 成平衡的汽 相组成，

8、摩尔分率。,xn,yn* yn yn+1,液相默弗里板效率： 式中： 第 块实际板的液相默弗里板效率； 、 分别为离开第 、 块实际板的液相组成， 摩尔分率； 与离开第 块实际板汽相组成 成平衡的液相 组成，摩尔分率。,xn* xn xn-1,yn,例题讲解： 指南p206 例7-7 P208 例7-9,操作型问题的命题： 此类计算的任务是在设备已定的条件下，由指定的操作条件预计精馏操作的结果。 已知量： 全塔总板数及加料板位置（第n块板）。 操作条件：进料状况（F ,xF , q），回流比，等。 待求量： 当某个操作条件改变时，塔顶、塔底产品组成 （xD , xW)如何变化？,操作型问题计算

9、与分析,操作型问题定量计算 需试差，例10-14，10-15（自学）P101 操作型问题定性分析 方法：指南p196 液汽比对理论板分离能力的影响,结论：xD , xW P211 例7-12, 7-13,R 对xD, xW 的影响,1. 回流比的影响 F, xF , q , D不变， R，讨论xD,xW如何变化？,结论： xD , xW ,xF 对xD, xW 的影响,2. 进料组成变动的影响 D,F, R , q 不变， xF，讨论xD , xW如何变化？ F, q, R,V不变， xF， 讨论xD , xW如何变化？ 可采用什么方法维持xD不变？,P219作业(7-21),例：一个正常操作的精馏塔，泡点进料，塔顶塔底产品均合乎要求，由于某种原因，xF。,问： （1）此时产品组成将有何变化？ （2）若