第9章液体精馏（理论课16学时）

1、2021-10-10第 9 章 液体精馏1第第 9 章章 液体精馏液体精馏（理论课16学时）第第4讲：讲：9.4.4 操作线方程典型例题操作线方程典型例题9.5 双组分精馏的设计型计算双组分精馏的设计型计算9.5.1 理论板理论板(theoretical plate)数的求法与最优加料位置的确定。数的求法与最优加料位置的确定。例题。例题。2021-10-10第 9 章 液体精馏2例例3：有如图的精馏流程，以回收二元理想混合物中的易挥发组分：有如图的精馏流程，以回收二元理想混合物中的易挥发组分a ，塔，塔1和塔和塔2的回流比都是的回流比都是3 ，加料、回流均为饱和液体。已知：，加料、回流均为饱和

2、液体。已知：xf=0.6 ,xd=0.9 ,xb=0.3 ,xt=0.5（均为摩尔分数），（均为摩尔分数），f=100kmol/h 。整个流程可使易挥发组分整个流程可使易挥发组分a的回收率达的回收率达90% 。试求：。试求：1、塔、塔2的塔釜蒸发量；的塔釜蒸发量；2、写出塔、写出塔1中间段（中间段（ft)的操作线方程。的操作线方程。dxd,fxf ,bxb,txt,1#2#wxw ,1段段2段段3段段1段段2段段2021-10-10第 9 章 液体精馏3解：解：fdfxdx hkmolxfxddf/609 . 06 . 010090. 0 1#塔物料衡算：塔物料衡算：bdtfbxdxtxfxb

3、dtf 解得：解得：hkmolt/30 hkmolb/70 2#塔物料衡算：塔物料衡算：wtb hkmoltbw/403070 dxd,fxf ,bxb,txt,1#2#wxw ,1段段2段段3段段1段段2段段2021-10-10第 9 章 液体精馏42#塔：塔：31 tlrhkmoltl/9030331 hkmolbll/1607090112 hkmolwlv/1204016022 1#塔：塔：hkmolrdl/1806031 hkmolfll/280100180112 1#塔虚线所围范围物料衡算：塔虚线所围范围物料衡算：bvtl 22hkmolbtlv/240703028022 dxd,f

4、xf ,bxb,txt,1#2#wxw ,1段段2段段3段段1段段2段段2021-10-10第 9 章 液体精馏51#塔虚线所围范围易挥发组分物料衡算：塔虚线所围范围易挥发组分物料衡算：btbxyvtxxl 22ft段操作线方程：段操作线方程：222vbxtxxvlybt 数值代入，得：数值代入，得：025. 0167. 1 xydxd,fxf ,bxb,txt,1#2#wxw ,1段段2段段3段段1段段2段段2021-10-10第 9 章 液体精馏62# 的的1段：段： hkmoltrv/12030131 hkmolrtl/90303 hkmolbll/1607090 hkmolvv/120

5、 或或hkmolwlv/12040160 dxd,fxf ,bxb,txt,1#2#wxw ,1段段2段段3段段1段段2段段2021-10-10第 9 章 液体精馏7例例1：某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的气、液两相互成：某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的气、液两相互成平衡。汽相作产品，液相作回流，见图，该系统符合恒摩尔流的假平衡。汽相作产品，液相作回流，见图，该系统符合恒摩尔流的假定，试推导此时的精馏段操作线方程。定，试推导此时的精馏段操作线方程。解：解：虚线范围物料衡算：虚线范围物料衡算：0dylxvy vdyxvly0 再分析分凝器与塔顶第一块再分析分凝器与塔顶第一块板之间的关

6、系：板之间的关系：0ydx1yfdvl01dylxvyd vdyxvlyd01 vl1vlvvd 0d1yvl1xvly d010 xyyyvl 0d010d010yxyyy1xxyyyy 结论：符合操作线关系。结论：符合操作线关系。将操作线方程中的斜将操作线方程中的斜率和截距用已知参数率和截距用已知参数表示出来表示出来2021-10-10第 9 章 液体精馏8 例例2：某精馏塔顶采用的是冷回流（即回流液的温度低于泡点温：某精馏塔顶采用的是冷回流（即回流液的温度低于泡点温度），其回流比为度），其回流比为r=l0/d （摩尔比，下同），而塔顶第一块板下（摩尔比，下同），而塔顶第一块板下方的回流比

7、即为塔内实际回流比为方的回流比即为塔内实际回流比为r（内回流），（内回流），r=l/d ，试证明：，试证明：1、 rttcrqqrrspm,:参参数数，其其中中回回流流液液的的热热状状态态2、冷回流时精馏段的操作线方程冷回流时精馏段的操作线方程形式不变，即形式不变，即111 rxxrrydnn解：解：drl0 drqlql00 qrdlr drqdrlqvv11100 dlr0 dx1yfdvl0ldx0v2021-10-10第 9 章 液体精馏9 drqdrlqvv11100 drlddrqdrdrdv1 11111 rxxrrdrdxxdrrdvdxxvlydndndnndx1yfdvl0

8、ldx0v结论：冷回流时精馏段的操作线方程形式不变。结论：冷回流时精馏段的操作线方程形式不变。2021-10-10第 9 章 液体精馏10wdf wdfwxdxfx 方法：方法：1、逐板计算法；、逐板计算法；2、图解法；、图解法； 3、简捷计算法、简捷计算法（后面计算）。9.5 双组分（连续）精馏的设计型计算双组分（连续）精馏的设计型计算9.5.1 理论塔板数和进料位置的计算理论塔板数和进料位置的计算设计型问题的命题：设计型问题的命题：已知条件：已知条件：f、xf ，分离要求，分离要求xd 、xw 计算计算： （1）产品分配；（）产品分配；（2）塔板数和进料位置；（）塔板数和进料位置；（3）塔

9、径）塔径（后面计算）。（后面计算）。dfdxfx 随随之之确确定定。、，则则，轻轻组组分分的的回回收收率率）规规定定（wfddxwdfxdxx 13 随随之之确确定定。、，则则）（，重重组组分分的的回回收收率率）规规定定（dfwwxdwxfxwx 1)1(42 物料衡算进行产品分配物料衡算进行产品分配选择操作条件：操作压强（操作温度）、进料热状态、回流比选择操作条件：操作压强（操作温度）、进料热状态、回流比 ，相平衡关系，相平衡关系和操作线方程随之确定。和操作线方程随之确定。2021-10-10第 9 章 液体精馏111、逐板计算法、逐板计算法连续精馏、塔顶设全凝器、泡点回流。连续精馏、塔顶设

10、全凝器、泡点回流。精馏段操作方程精馏段操作方程11 rxxrrydvwxxvlywnn 1提馏段操作方程提馏段操作方程相平衡方程相平衡方程)1(yyyx xxy)1(1 qx2021-10-10第 9 章 液体精馏12注意注意： （1）塔釜相当于一块理论板，塔内的理论板数是塔釜相当于一块理论板，塔内的理论板数是 n-1 ； （2）若塔顶设置的是分凝器，则分凝器也相当于一块理论）若塔顶设置的是分凝器，则分凝器也相当于一块理论板板,塔内的理论板数是塔内的理论板数是 n-2 。自塔顶开始计算起：自塔顶开始计算起：(1) y1=xd ;步骤：步骤：)1()2(111111yyyxxy 即：即：1131

11、221 rxxrryyxd即：即：）（即：交替使用操作关系和相平衡关系即：交替使用操作关系和相平衡关系当出现当出现 xi xq 时，由时，由xi计算计算yi+1时，使用提馏段方程。时，使用提馏段方程。当出现当出现xnxw时，终止计算。时，终止计算。n即为所得的理论塔板数。即为所得的理论塔板数。0ydx1yfdvl操作操作线关线关系系2021-10-10第 9 章 液体精馏132、理论塔板的图解法（根据逐板计算法的原理）、理论塔板的图解法（根据逐板计算法的原理）（mccabethiele法，法，m-t法）法）wx2021-10-10第 9 章 液体精馏14最适宜的进料位置最适宜的进料位置qixx

12、 第第 i 块塔板为进料板，通常进料块塔板为进料板，通常进料板归属于提馏段内。板归属于提馏段内。此时，原料进入到进料塔上后自发分散成的汽相组成、液相组成此时，原料进入到进料塔上后自发分散成的汽相组成、液相组成 与与 进料塔进料塔上的汽相组成、液相组成上的汽相组成、液相组成 最接近，在组成上无返混。最接近，在组成上无返混。2021-10-10第 9 章 液体精馏15进料口位置偏下进料口位置偏下注意：进料口偏下或偏上，都使得达到同样的分离所需要的理论塔板数增加。注意：进料口偏下或偏上，都使得达到同样的分离所需要的理论塔板数增加。此时，浓度较高的原料进入到浓度此时，浓度较高的原料进入到浓度较低的进料

13、塔上，对于向下流动的较低的进料塔上，对于向下流动的液体来说，在组成上有返混。液体来说，在组成上有返混。进料口位置偏上进料口位置偏上此时，浓度较低的原料进入到浓度此时，浓度较低的原料进入到浓度较高的进料塔上，对于向上流动的较高的进料塔上，对于向上流动的汽体来说，在组成上有返混。汽体来说，在组成上有返混。2021-10-10第 9 章 液体精馏16实际塔板增浓值与理论塔板增浓值的差异实际塔板增浓值与理论塔板增浓值的差异nnnnyyyy 11实际上：实际上：理论上：理论上：nnnnxxxx 11实际上：实际上：理论上：理论上：2021-10-10第 9 章 液体精馏17单板效率单板效率 即即murp

14、hree板效率板效率1nx nx1ny ny1nn1nnn,mvyyyye 成平衡的浓度。成平衡的浓度。是与是与nnxy 成平衡的浓度。成平衡的浓度。是与是与nnyx 分析实际塔板增浓值与理论塔板增浓值的差异分析实际塔板增浓值与理论塔板增浓值的差异nnnnxxyy)1(1 )1(nnnnnyyyxx nnnnnlmxxxxe11, 在塔板上汽液两相有限时间的接触过程中，汽、液两相的传质不可能达到在塔板上汽液两相有限时间的接触过程中，汽、液两相的传质不可能达到平衡，离开塔板的汽、液两相平衡，离开塔板的汽、液两相 y i 、xi 不成平衡关系。即传质速率是有限的。不成平衡关系。即传质速率是有限的。

15、理论塔板的理论塔板的murphree 板效率等于板效率等于1 ，即，即100% 。2021-10-10第 9 章 液体精馏18例：有两股原料，一股为例：有两股原料，一股为100kmol/h含苯含苯0.6（摩尔分率，下同）和含甲苯（摩尔分率，下同）和含甲苯0.4的混的混合液。另一股为合液。另一股为100kmol/h含苯含苯0.2（摩尔分率，下同）和含甲苯（摩尔分率，下同）和含甲苯0.8的混合液。拟的混合液。拟用精馏操作进行分离，要求馏出液含苯用精馏操作进行分离，要求馏出液含苯0.9 ，釜液含苯，釜液含苯0.05 。塔顶设全凝器，塔。塔顶设全凝器，塔釜为水蒸气间接加热。操作回流比为釜为水蒸气间接加

16、热。操作回流比为2 。问下述两种方案哪种方案所需的理论板。问下述两种方案哪种方案所需的理论板数少？（数少？（1）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上；）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上；（2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上。）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上。dxd,11,fxfwxw ,1段段2段段3段段22,fxf解：解： （1）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上111 rxxrryd段：段：第第全塔物料衡算全塔物料衡算wdffwxdxxfxfwdff 221121hkmolwhkmold/6

17、5.11735.82200,/35.82 hkmoldrvhkmolrdl/05.247)1(,/7 .164 hkmolfqvvhkmolfqllq/05.247)1( ,/7 .264 , 111111 hkmolfqvvhkmolfqllq/05.247)1( ,/7 .364 , 122222 2021-10-10第 9 章 液体精馏19dxd,11,fxfwxw ,1段段2段段3段段22,fxf第第2段：操作线方程段：操作线方程dfdxxlxfyv 11 vfxdxxvlyfd 第第3段：操作线方程段：操作线方程vwxxvlywnn 1得：所需理论板得：所需理论板8块，自顶数第块，自

18、顶数第3块为块为f1进料，第进料，第6块块为为f2进料。进料。（2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上度的塔板上dxd,fxf,wxw ,1段段2段段两股原料混合后的组成两股原料混合后的组成xf f、q=1hkmolfffxfxfxfff/200, 4 . 0212211 hkmolwhkmold/65.11735.82200,/35.82 111 rxxrryd段：段：第第第第2段：操作线方程段：操作线方程vwxxvlywnn 1得：所需理论板得：所需理论板10块，自顶数第块，自顶数第5块进料。块进料。2021-10-10第 9 章 液体精馏

19、20第第5讲：讲：9.5.2 回流比的选择回流比的选择全回流与最少理论板数、最小回流比全回流与最少理论板数、最小回流比(minimum reflux ratio)，最适宜操作回流比的选择。最适宜操作回流比的选择。理论板数的捷算法。理论板数的捷算法。第第 9 章章 液体精馏液体精馏（理论课16学时）2021-10-10第 9 章 液体精馏21一一定定一一定定时时进进料料11, qxxqqyqxff达到一定分离要求所需要的达到一定分离要求所需要的n减少了，实质上减少了，实质上使得传质推动力使得传质推动力( ye-y) 增加了。增加了。9.5.2 回流比的选择回流比的选择如果操作的回流比如果操作的回

20、流比r增加，精馏段、提馏段的增加，精馏段、提馏段的操作线均改变。操作线均改变。11 rxxrrydrdl drdlv)1( qfll fqvv 1ccrvq 塔顶冷凝器负荷：塔顶冷凝器负荷：bbrvq 塔釜加热器负荷：塔釜加热器负荷： qfdrxfdxqfdrqfdrywnn 111111fqdrwvwvwvvl)1()1(11 2021-10-10第 9 章 液体精馏22nt,min中包含了塔釜。中包含了塔釜。fenske公式：公式：11, rrr1、全回流与最小理论塔板数、全回流与最小理论塔板数2021-10-10第 9 章 液体精馏23 fenske公式的推导：逐板计算法公式的推导：逐板

21、计算法前提是全回流前提是全回流平衡关系：平衡关系：ibaiibaxxyy 操作线关系：操作线关系：ibaibaxxyy 1自塔顶开始逐板计算：自塔顶开始逐板计算：dbabaxxyy 1dbababaxxyyxx 111111 dbababaxxxxyy 1121 dbababaxxyyxx 2122211 ibaiibayyxx 12021-10-10第 9 章 液体精馏24dbanwbanbaxxxxxx 211取平均相对挥发度取平均相对挥发度(relative volatility)：nn 21nn 21dbanwbaxxxx 1wbadbanxxxx ln11lnlnlnmin awaw

22、adadwbadbaxxxxxxxxn2021-10-10第 9 章 液体精馏25 ln11lnlnlnmin awawadadwbadbaxxxxxxxxnfenske公式：公式： lnxx1x1xlnlnxxxxlnnaqaqadadqbadba1min, 底底顶顶 进料板进料板顶顶 fqxx 此时，此时，2021-10-10第 9 章 液体精馏26求挟点求挟点e (xe ,ye)坐标坐标（1）解析法；（）解析法；（2）做图法。）做图法。 x11xy 1qxx1qqyf 2、最小回流比、最小回流比rmin 对于设计型问题对于设计型问题rmin与分离要与分离要xd 、相平衡关系和、相平衡关系

23、和xf 、q均均有关。有关。2021-10-10第 9 章 液体精馏27平衡线形状不规则时，求平衡线形状不规则时，求rmin只能采用图解法只能采用图解法2021-10-10第 9 章 液体精馏28均均增增加加，塔塔径径增增加加。减减少少，但但vlvlnrt,: 。的的达达到到一一定定分分离离要要求求所所需需 tnr:3、最适宜回流比的选取、最适宜回流比的选取min,tnr时，时， tnrr时，时，min。流流比比存存在在着着最最适适宜宜的的操操作作回回务务，为为了了完完成成一一定定的的分分离离任任r2021-10-10第 9 章 液体精馏29gilliland （吉利兰）关联式和关联图的依据（

24、吉利兰）关联式和关联图的依据是：是：8种物系，在广泛的精馏条件下，由逐板种物系，在广泛的精馏条件下，由逐板计算得出理论塔板数。组分数为计算得出理论塔板数。组分数为211个；进个；进料热状态包括冷料至过热蒸汽等料热状态包括冷料至过热蒸汽等5种情况；种情况；rmin为为0.537.0 ；组分间的相对挥发度为；组分间的相对挥发度为1.264.05 ；理论塔板数为；理论塔板数为2.443.1 。注意：注意：nt , nt,min中中 均为包含塔釜的理论板数。均为包含塔釜的理论板数。利用利用fenske公式公式 和和 gilliland （吉利兰）关联式求解（吉利兰）关联式求解4、理论塔板的捷算法、理论

25、塔板的捷算法1rrrx,1nnnyminmin 双对数坐标：双对数坐标：1nnnmin 为了便于用计算机计算，为了便于用计算机计算，范围内，范围内，在在9 . 0101. 0min rrrxxy002743. 0591422. 0545827. 0 17. 01rrr9 . 01nnnlg17. 01rrr,minminmin 时：时：当在当在或者或者2021-10-10第 9 章 液体精馏30 ln11lnmin awawadadxxxxn（1）利用）利用fenske公式计算全回流时的公式计算全回流时的 nmin 和和 nmin,1 底底顶顶 eeedxyyxr minminnr时，时， n

26、r nr时，时，min ln11ln1min, ffddxxxxn理论塔板的捷算法的步骤：理论塔板的捷算法的步骤：进料板进料板顶顶 (2) 求最小回流比求最小回流比rmin 和操作回流比和操作回流比rmin)22 . 1(rr (3)利用利用gilliland关联式或关联图求关联式或关联图求n 、n1nnnnyrrrx 11minmin111min,1min11nnnnyrrrx 2021-10-10第 9 章 液体精馏312001华东石油大学试题华东石油大学试题 在一连续常压精馏塔中分离某混合液，要求在一连续常压精馏塔中分离某混合液，要求xd=0.94，xw=0.04。已知此塔。已知此塔进料

27、进料q线方程为线方程为y=6x-1.5，采用回流比为最小回流比的，采用回流比为最小回流比的1.2倍，混合液在倍，混合液在操作条件下的相对挥发度为操作条件下的相对挥发度为2。求：。求： 精馏段操作线方程；精馏段操作线方程；若塔底产品量若塔底产品量w=150kmol/h，求进料量，求进料量f和塔顶产品量和塔顶产品量d；提馏段操作线方程。提馏段操作线方程。11 qxxqqyf解：解：61 qq2 . 1 q5 . 112 . 11 ffxqx3 . 0 fx5 . 16 xyxxy)12(12 ee, yxeeedminxyyxr 2021-10-10第 9 章 液体精馏32例：例：2000年华东理

28、工大学硕士入学考试试题年华东理工大学硕士入学考试试题 用连续精馏塔分离某双组分混合液，混合液中含易挥发组分用连续精馏塔分离某双组分混合液，混合液中含易挥发组分xf=0.4（摩尔分率，下同），原料以饱和液体状态加入塔中部，塔（摩尔分率，下同），原料以饱和液体状态加入塔中部，塔顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度=2 . 5 ，要求，要求塔顶产品浓度塔顶产品浓度xd=0.8 ，塔顶易挥发组分的回收率，塔顶易挥发组分的回收率=0. 9 。塔釜间接。塔釜间接蒸汽加热。试求：（蒸汽加热。试求：（1）完成上述分离任务的最小回流比；）完成上述分离任务的最小

29、回流比；（2）若）若r=1.5rmin ,则进入塔顶第一块塔板的汽相组成为多少？则进入塔顶第一块塔板的汽相组成为多少？解：解：q线方程线方程4 . 0 fxx平衡线方程平衡线方程 xxxxy5 . 115 . 211 4 . 0 fexx625. 04 . 05 . 114 . 05 . 2 ey78. 04 . 0625. 0625. 08 . 0min eeedxyyxr17. 178. 05 . 1 r117. 18 . 0117. 117. 1 xy8 . 01 dxy 615. 08 . 05 . 15 . 28 . 01111 yyx 70. 017. 28 . 0615. 017

30、. 217. 12 y2021-10-10第 9 章 液体精馏33例：华东理工大学例：华东理工大学1999年硕士入学考试试题年硕士入学考试试题 采用连续精馏塔分离某双组分混合物，进料组成为采用连续精馏塔分离某双组分混合物，进料组成为 0.4（易挥发（易挥发组分摩尔分率），进料汽液比为组分摩尔分率），进料汽液比为 1：1（摩尔量比）。塔顶泡点回流，（摩尔量比）。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶易挥发组分回收率达到塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶易挥发组分回收率达到98% ，塔釜，塔釜难挥发组分回收率达到难挥发组分回收率达到99% 。已知该物系的相对挥发度为。已知该物系的相对挥发度为 3 试求：

31、试求：（1）塔顶、塔底产品的组成和塔顶采出率；（）塔顶、塔底产品的组成和塔顶采出率；（2）rmin（3）r=1.5rmin ,试写出提馏段的操作线方程。试写出提馏段的操作线方程。解：（解：（1）fdxxfd %981 fwfwxxfdxfxw 11111%992 wdwfxxxxfd )1()2()3(fdxxfd98. 0 fdxxfw 1199. 01均代入（均代入（3）式）式2021-10-10第 9 章 液体精馏34 fdxfdxfdxxfdffff1199. 0198. 01199. 01解得：解得：4 . 0398. 0 fd98. 04 . 04 . 098. 098. 0 fd

32、xxfd 01. 04 . 016 . 099. 011199. 01 fdxxfw（2）5 . 0 q8 . 011 xqxxqqyf xxxxy21311 解交点坐标解交点坐标(xe , ye )2021-10-10第 9 章 液体精馏35eeedxyyxr minmin5 . 1rr qfrdl fqdrv 11 fqdrxdfxfqdrqfrdvwxxvlyww 1111 qfdrxfdxqfdrqfdryw 111112021-10-10第 9 章 液体精馏36例：华东理工大学例：华东理工大学1998年硕士入学考试试题年硕士入学考试试题 采用一连续操作的常压精馏塔，分离某采用一连续操

33、作的常压精馏塔，分离某a（轻组分）（轻组分）b（重组分）（重组分）双组分混合物，已知进料组成为双组分混合物，已知进料组成为 0.4（易挥发组分摩尔分率），进（易挥发组分摩尔分率），进料温度为料温度为50。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶产品。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶产品含易挥发组分含易挥发组分95% ，塔釜产品含易挥发组分，塔釜产品含易挥发组分3% 。已知该物系的。已知该物系的相对挥发度为相对挥发度为 2. 5 ，实际操作回流比为，实际操作回流比为1.95 。 试求：（试求：（1）组分）组分a的回收率；（的回收率；（2）rmin (3) 写出提馏段的操作线方程。写出提馏

34、段的操作线方程。（4）若塔顶第一块板下降的液相浓度为）若塔顶第一块板下降的液相浓度为 0. 9 ，求该塔板以气相组，求该塔板以气相组成表示的成表示的 emv（由平衡数据已知，（由平衡数据已知，xf=0.4 , ab混合液的泡点为混合液的泡点为 95. 2 ,定性温度定性温度下，原料液的下，原料液的 cp=39kcal/(kmol.) , r=8800kcal/kmol )解：解：40. 003. 095. 003. 04 . 0 wdwfxxxxfd95. 04 . 095. 040. 01 fdxxfd 2 . 18800502 .953988000 rttcrqsp2021-10-10第

35、9 章 液体精馏37262 . 04 . 02 . 02 . 111 xxqxxqqyf xxxxy5 . 115 . 211 44. 0 ex66. 0 ey32. 144. 066. 066. 095. 0min eeedxyyxr qfdrxfdxqfdrqfdryw 11111 013. 043. 12 . 114 . 0195. 103. 04 . 012 . 114 . 0195. 12 . 14 . 095. 1 xxy2021-10-10第 9 章 液体精馏382*121yyyyemv 95. 01 dxy1112 rxxrryd92. 0195. 195. 09 . 0195

36、. 195. 12 y 96. 09 . 05 . 119 . 05 . 21111*1 xxy 75. 092. 096. 092. 095. 02*121 yyyyemv2021-10-10第 9 章 液体精馏39例：例：9-18习题习题 (西北大学西北大学1999年硕士入学考试试题年硕士入学考试试题) 两股组成不同的原料液两股组成不同的原料液分别预热至泡点，从塔分别预热至泡点，从塔的不同部位连续加入。的不同部位连续加入。已知：已知：xd=0.98 , xs=0.56xf=0.35 , xw=0.02 （均（均为易挥发组分的摩尔分为易挥发组分的摩尔分率）。物系的相对挥发率）。物系的相对挥发

37、度度=2.4 ，s=0.2f试求：（试求：（1）塔顶易挥）塔顶易挥发组分的回收率；发组分的回收率；（2）为达到上述分离）为达到上述分离要求所需的要求所需的 rmin .56. 0, sxs35. 0, fxf98. 0, dxd02. 0, wxw1232021-10-10第 9 章 液体精馏40解解:物料衡算：物料衡算：wdff 2 . 0wdff02. 098. 02 . 056. 035. 0 46. 0 fd98. 056. 02 . 035. 098. 046. 02 . 02 . 0 sfdsfdxxxfdxffxdx 11221212:, 1vlvlllvvq有有 解得：解得：5

38、6. 0, sxs35. 0, fxf98. 0, dxd02. 0, wxw1232021-10-10第 9 章 液体精馏41fx1e2e1ey2ey两股进料均为泡点，应根据两股进料均为泡点，应根据 哪哪股加料求股加料求 rmin ？分别求解后再做比较。分别求解后再做比较。首先根据首先根据s确定确定rmin11221212:, 1vlvlllvvq有有 如果第如果第2段的操作段的操作线到线到e2点时，如点时，如图所示，则可以图所示，则可以按照按照s进料求进料求rmin75. 056. 04 . 1156. 04 . 2ye 21. 156. 075. 075. 098. 0rmin 56.

39、0 sexxeeedxyyxr min2021-10-10第 9 章 液体精馏42可能出现如图所示：尽管第可能出现如图所示：尽管第2段斜率增加，但仍然出现不符合实段斜率增加，但仍然出现不符合实际的情况。际的情况。此时应考虑根据此时应考虑根据f股股进料出现挟点，根进料出现挟点，根据第据第3段操作线的斜段操作线的斜率率,上推到第上推到第1段的段的参数，确定参数，确定rmin 。此时则不能按照此时则不能按照s进料求进料求rmin 。fx2esy1e见下页见下页2021-10-10第 9 章 液体精馏43fdrfdrdrffdrvl )1(2 . 1)1(2 . 0minminminmin3346.

40、0 fdfx2esy2eywfwexxxyvl 23356. 0)1(12 ffexxy 此时应根据第此时应根据第3段操作线的斜率段操作线的斜率,上推到第上推到第2段，再上推到第段，再上推到第1段确段确定定rmin 。33vl斜率可有可有2种方式来表示种方式来表示ffdrl 2 . 0min3drvvv)1(23 min2021-10-10第 9 章 液体精馏4446. 0 fdwfwexxxyfdrfdrvl 2minmin33)1(2 . 1636. 102. 035. 002. 056. 0)1(46. 02 . 146. 0minmin rr53. 1min r如果考虑不周全，仅根据如

41、果考虑不周全，仅根据s股股进料，则得出进料，则得出rmin=1.21的错的错误结论误结论。53. 1min rfx2esy2ey2021-10-10第 9 章 液体精馏45第第6讲：讲：9.5.3 加料热状态的选择加料热状态的选择精馏操作的热量衡算精馏操作的热量衡算9.5.4 双组分连续精馏过程的其它类型双组分连续精馏过程的其它类型（塔釜加料的塔、提馏塔、水蒸气直接加热的塔）（塔釜加料的塔、提馏塔、水蒸气直接加热的塔）9.5.5 平衡线为直线时理论板数的解析计算平衡线为直线时理论板数的解析计算第第 9章章 液体精馏液体精馏（16学时）2021-10-10第 9 章 液体精馏46 连续连续 精馏

42、装置的热量平衡精馏装置的热量平衡 bbbrfqdrrvq 11fiqff= cccrdrvrq 1diqdd wiqww bwlttaq 如果如果f、d、w保持不变，若回流比保持不变，若回流比r已定，已定，qb+qf 则总量已定。则总量已定。cqdqlqfqbqwq9. 5. 3 加料热状态的选择加料热状态的选择lwdcfbqqqqqq+=+2021-10-10第 9 章 液体精馏47fxdxwx为什么为什么 q 值增大（冷态，值增大（冷态，qf数值减小），数值减小），所需要的所需要的nt减少呢？减少呢？（1）回流比）回流比r一定一定精馏操作所需要的总热流量一定。精馏操作所需要的总热流量一定。

43、若若q值增加，值增加，qf减小，则意味着减小，则意味着qb增加了，增加了，这样达到预定分离程度所需要的这样达到预定分离程度所需要的nt数量数量减少。减少。qb值大，使值大，使nt减小的原因：减小的原因： qb值大，意味着值大，意味着 数值大，数值大，v数值小，数值小，vl使得提馏段操作线与平衡线距离增大，传使得提馏段操作线与平衡线距离增大，传质推动力增大，故所需质推动力增大，故所需nt减少。减少。根据热量平衡原理根据热量平衡原理 和和 理论塔板数的求解，分析进料热状态的选择，分为理论塔板数的求解，分析进料热状态的选择，分为2种情况种情况结论：结论：在需要总热量一定的情况下，热量应从塔釜（再沸器

44、）加入，而不在需要总热量一定的情况下，热量应从塔釜（再沸器）加入，而不应该是从原料带入。即：热量应从塔底（塔釜）加入。应该是从原料带入。即：热量应从塔底（塔釜）加入。为什么为什么 当当qt一定时，一定时，qb增加，可以使得增加，可以使得n减少？减少？lwdcfbqqqqqq+=+2021-10-10第 9 章 液体精馏48（2）如果塔釜加热能力一定（即）如果塔釜加热能力一定（即 一定，一定，qb一定）时，加料热状一定）时，加料热状态变化，对于态变化，对于nt的影响的影响 vlcfbqqqqqq+=+wd cccrdrvrq 1若若qf增加增加，则提供给精馏操作的总热量增加，意味着，则提供给精馏

45、操作的总热量增加，意味着qc增加了（消耗更多的冷增加了（消耗更多的冷量），回流比量），回流比 r 增加了，传质推动力增加了，故所需要的增加了，传质推动力增加了，故所需要的nt可以减少。可以减少。结论：结论： 精馏操作，热量尽量加在塔底；冷量尽量加在塔顶。精馏操作，热量尽量加在塔底；冷量尽量加在塔顶。2021-10-10第 9 章 液体精馏49如果是饱和水蒸气，如果是饱和水蒸气，q=0 ,水蒸气的流率为水蒸气的流率为s sq10v qslw ohohch,ohnh2323 精馏段操作线、进料线不变，提馏段精馏段操作线、进料线不变，提馏段操作线有了变化。操作线有了变化。9.5.4 双组分精馏过程的

46、其它类型双组分精馏过程的其它类型1、水蒸气直接加热的精馏、水蒸气直接加热的精馏水蒸气的热状态参数为水蒸气的热状态参数为q wlsv ,提馏段轻组分衡算提馏段轻组分衡算wwxyvxl vwxxvlywnn 1swxxswywnn 1过点（过点（xw , 0）2021-10-10第 9 章 液体精馏50全塔物料衡算全塔物料衡算wdfwxdxfxwdsf wdwfxxfsxxfd )1(fdfsfw 1塔釜间接加热时的物料衡算塔釜间接加热时的物料衡算wdf wdfwxdxfx fdfwxxxxfdwdwf 1,qfrdwl fqsdrv)1()1( 如果是饱和水蒸气，如果是饱和水蒸气，q=0 ,水蒸

47、气的流率为水蒸气的流率为s2021-10-10第 9 章 液体精馏51分析直接蒸汽加热提馏段方程式的特点：分析直接蒸汽加热提馏段方程式的特点：wnnxswxswy 1过点（过点（xw , 0）wxfxdx1rxx1rryd 11 qxxqqyf2021-10-10第 9 章 液体精馏52直接蒸汽加热与间接釜式加热相比较：直接蒸汽加热与间接釜式加热相比较：分分2种情况种情况第一种情况：第一种情况：f、xf 、q 、r 、xd 、xw 相同，比较热能消耗、轻组分的回收相同，比较热能消耗、轻组分的回收率和理论塔板数率和理论塔板数n由于由于s直接进入塔釜，出塔的物料总量（直接进入塔釜，出塔的物料总量（

48、d+w）必然增加。）必然增加。d? w?wdwfxxfsxxfd )1(fdfsfw 1塔釜间接加热时的物料衡算塔釜间接加热时的物料衡算wdf wdfwxdxfx fdfwxxxxfdwdwf 1,wdfwxdxfxwdsf 间接间接直接直接 fdfd。水水蒸蒸气气直直接接加加热热能能耗耗小小间间接接直直接接 vfqdrv)1()1( wd, fdfxdx 2021-10-10第 9 章 液体精馏53wxfxdxwxfxdx间间接接直直接接ttnn第一种情况：第一种情况：f、xf 、q 、r 、xd 、xw 相同，比较热能消耗、轻组分的回收率和相同，比较热能消耗、轻组分的回收率和理论塔板数理论

49、塔板数n直接直接间接间接2021-10-10第 9 章 液体精馏54wxfxdxwxfxdx第二种情况：第二种情况：f、xf 、q 、r 、xd 相同，要求轻组分的回收率相同，要求轻组分的回收率相同，比较热能相同，比较热能消耗、和理论塔板数消耗、和理论塔板数n间接间接直接直接wwxx间接间接直接直接ww间接间接直接直接ttnnvlwlw 间间接接直直接接,由于由于d、xd相同，则相同，则(r+1)d相同，相同，q相同，相同，v相同，则能耗相同。精馏段方程、相同，则能耗相同。精馏段方程、q线方程相同，提馏段的液汽流量和液汽比也相同，直接蒸汽加热时的提馏段操作线方程相同，提馏段的液汽流量和液汽比也相同，直接蒸汽加热时的提馏段操作线只是将间接加热的操作线延长到横坐标上。线只是将间接加热的操作线延长到横坐标上。直接直接间接间接2021-10-10第 9 章 液体精馏55例：含甲醇例：含甲醇0.45（摩尔分率，下同）的甲醇水溶液在一常压连续精馏塔中进行（摩尔分率，下同）的甲醇水溶液在一常压连续精馏塔中进行分离。原料流量为分离。原料流量为100kmol