化工原理课件：第1章 蒸馏Distillation3

1、第1章 蒸馏Distillation1.1 概述1.2 两组分溶液的汽液平衡1.3 平衡蒸馏与简单蒸馏1.4 精馏原理和流程1.5 两组分连续精馏的计算2022/7/201第三章 蒸馏1.5 两组分连续精馏的计算1.5.1 理论板的概念和恒摩尔流假定1 理论板的概念Concept of ideal plate:理论板的概念 用作衡量实际板分离效率的依据和标准。通常，在工程设计中，先求得理论板层数，再用塔板效率予以校正，即可求得实际塔板层数。 离开该板的气液两相互成平衡； 塔板上各处的液相组成均匀一致。理论板提出的意义2022/7/202第三章 蒸馏2 恒摩尔流Constant molal ov

2、erflow假定恒摩尔汽流： 但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。恒摩尔液流： 但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。若恒摩尔流假定成立，则在塔板上汽液两相接触时，当有1kmol的蒸汽冷凝时便有1kmol液体汽化。2022/7/203第三章 蒸馏1.5.2 物料衡算和操作线方程组成xn、yn表示离开第n块理论板的液、汽相组成。yn xn关系已知，为平衡关系。若已知yn+1 xn关系，则塔内各板汽液组成可逐板确定，由此可计算出在指定分离要求下的理论板数， yn+1 xn关系由精馏条件确定，通过物料衡算求得，称为操作关系。2022/7/204第三章 蒸馏F, xFD, xDW, xW1 全塔物料衡算

3、式中：F、D、W原料液、塔顶馏出液Overhead product 、塔底釜残液Bottom product的流量，kmol/hxF、xD、xW原料液、塔顶馏出液、塔底釜残液的组成，摩尔分率2022/7/205第三章 蒸馏全塔物料衡算 精馏塔各股物料(包括进料、塔顶产品和塔底产品)的流量、组成之间的关系可通过全塔物料衡算来确定。 精馏塔的物料衡算馏出液釜残液原料液2022/7/206馏出液采出率釜残液采出率塔顶轻组分回收率塔底重组分回收率说明通常F、xF已知，xD、xW由分离要求确定。物料衡算式中各物理量单位要对应。 流量 组成 kmol/h 摩尔分率 kg/h 质量分率分离程度的表示。202

4、2/7/207第三章 蒸馏 在精馏段中，任意塔板（n 板）下降的液相组成 xn与由其下一层塔板（n+1 板）上升的气相组成 yn1之间的关系称之为操作关系，描述该关系的方程称为精馏段操作线方程。 精馏段的物料衡算2 操作线Operating lines方程(1). 精馏段操作线方程2022/7/208令 回流比 精馏段操作线方程an equation for the operating line of the rectifying section. (1). 精馏段操作线方程2022/7/209第三章 蒸馏描述了n与n+1层板间的操作关系，适用于精馏段内任意两板。当R, D, xD为一定值时,

5、该操作线为一直线.说明yxxDab2022/7/2010第三章 蒸馏已知D，可得L，V：L=RD，V=L+D=(R+1)D本方程只适用于符合恒摩尔流假定的物系斜率:截距:过点a(xD, xD),b(0, )，xy图上联a、b点得精馏段操作线Operating line of rectifying section。yxxDab2022/7/2011第三章 蒸馏例题在双组分连续精馏塔中精馏段的某一理论板n上，进入该板的气相组成为0.8(摩尔分率，下同)，离开该板的液相组成为0.7，物系相对挥发度为2.4，气液比为21，计算离开该板的气相组成和进入该板的液相组成。 ？nn+1xnxn+1ynyn+1

6、xn-12022/7/2012第三章 蒸馏(2). 提馏段操作线方程 在提馏段中，任意塔板（m 板）下降的液相组成 与由其下一层塔板（m+1 板）上升的气相组成 之间的关系称之为操作关系，描述它们之间关系的方程称为提馏段操作线方程。 提馏段的物料衡算2022/7/2013第三章 蒸馏提馏段操作线方程(2). 提馏段操作线方程2022/7/2014第三章 蒸馏说明描述提馏段内相邻两板间的操作关系。L、W、xm、xW一定时，为一直线，过点c(xW,xW)。L与L、F及进料热状况q有关，所以不能直接在xy图上作出提馏段操作线。本方程只适用于符合恒摩尔流假定的物系。2022/7/2015第三章 蒸馏1

7、.5.3 进料热状况的影响1.5.3.1 进料热状况原料液的可能的5种不同的热状况：1. 冷液体Subcooled liquid原料温度低于泡点进料。原料全部进入提馏段。L由三部分组成：LF提馏段蒸汽冷凝液流量FLVLV2022/7/2016第三章 蒸馏2. 饱和液体Saturated liquid （泡点）进料原料温度等于泡点。原料全部进入提馏段。FLVLV3. 气液混合物 Vapor-liquid mixture原料温度介于泡点和露点之间。进料中液相部分成为L的一部分，汽相部分成为V的一部分。FqF(1-q)FLVLV2022/7/2017第三章 蒸馏4. 饱和蒸汽Saturated va

8、por （露点进料）原料温度等于露点。原料全部进入精馏段。FLVLVFLVLV5.过热蒸汽Superheated vapor原料全部进入精馏段。V由三部分组成：VF精馏段回流液体部分汽化的蒸汽流量2022/7/2018第三章 蒸馏加料板F, IFL,ILV,IVL,ILV,IV1.5.3.2 加料板的物料及热量衡算1、加料板的物料衡算Material balance of feed plate物料恒算：F+V+L=V+L2022/7/2019第三章 蒸馏加料板F, IFL,ILV,IVL,ILV,IV2、加料板的热量衡算Enthalpy balance of feed plateFIF+LIL

9、+VIV=VIV+LIL恒摩尔流假定成立，则：IV=IV；IL=IL联立以上各式，得：F(IV-IF)=(L-L)(IV-IL)q称进料热状况参数2022/7/2020第三章 蒸馏1.5.3.3 q值的意义及计算冷液进料泡点进料气液混合物进料露点进料过热蒸气进料 对于饱和液体、气液混合物及饱和蒸汽三种进料而言，q值就等于进料中的液相分率2022/7/2021第三章 蒸馏说明q线方程是精馏段操作线和提馏段操作线交点的轨迹方程。在xy图上是过点e(xF,xF)，斜率为q/(q-1)的直线。3 进料方程Feed condition q线方程加料板处于精馏段和提馏段的结合处，因而进料的操作关系应同时满足精馏段和提馏段操作方程式，将方程式中变量略去下标，使精馏段、提馏段中两式变量相同： 2022/7/2022第三章 蒸馏1.5.3.4 进料热状况对精馏操作过程的影响1.q值对q线的影响。进料热状况IFqq/(q-1)q线在xy图上的位置冷液体IF1+ef1()泡点IF=IL=1ef2()汽液混合物ILIFIV0+ef5()f1f2f3f4f5yxFexDx