液体精馏（理论课14学时）

1、第 6 章 液体精馏理论课14学时第3讲续：双组分连续精馏的计算与分析 5双组分精馏的设计型问题 ：理论板数的求法与最优加料位置确实定逐板计算法和图解法。8/23/20221 说明：某塔顶蒸汽在冷凝器中作局部冷凝，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定，此时的精馏段操作线方程。虚线范围物料衡算：再分析分凝器与塔顶第一块板之间的关系：结论：符合操作线关系。8/23/20222说明：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R=L0/D 摩尔比，下同，而塔顶第一块板下方的回流比即为塔内实际回流比为R内回流，R=L/D ，1、2、冷回流时

2、精馏段的操作线方程形式不变，即8/23/20223方法：1、逐板计算法；2、图解法； 3、简捷计算法后面计算。6.3 双组分连续精馏的计算与分析-设计型计算理论塔板数和进料位置的计算双组分连续精馏的设计型问题条件：F、xF ，别离要求xD 、xW 计算： 1产品分配；2塔板数和进料位置；3塔径后面计算。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 ，相平衡关系和操作线方程随之确定。8/23/202241、逐板计算法连续精馏、塔顶设全凝器、泡点回流。精馏段操作方程提馏段操作方程相平衡方程两条线交点横坐标8/23/20225注意： 1塔釜相当于一块理论板，塔内的理论板数是

3、 N-1 ； 2假设塔顶设置的是分凝器，那么分凝器也相当于一块理论板,塔内的理论板数是 N-2 。自塔顶开始计算起：(1) y1=xD ;步骤：即：交替使用操作关系和相平衡关系当出现 xi xq 时，由xi计算yi+1时，使用提馏段方程。当出现xNxW时，终止计算。N即为所得的理论塔板数。操作线关系8/23/202262、理论塔板的图解法根据逐板计算法的原理McCabeThiele法，M-T法8/23/20227最适宜的进料位置第 i 块塔板为进料板，通常进料板归属于提馏段内。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 与 进料塔上的汽相组成、液相组成 最接近，在组成上无返混。8

4、/23/20228进料口位置偏下注意：进料口偏下或偏上，都使得到达同样的别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。进料口位置偏上此时，浓度较低的原料进入到浓度较高的进料塔上，对于向上流动的汽体来说，在组成上有返混。8/23/20229实际塔板增浓值与理论塔板增浓值的差异8/23/202210单板效率 即Murphree板效率分析实际塔板增浓值与理论塔板增浓值的差异 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到达平衡，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。理论塔板的Murp

5、hree 板效率等于1 ，即100% 。8/23/202211例：有两股原料，一股为100kmol/h含苯摩尔分率，下同和含甲苯的混合液。另一股为100kmol/h含苯摩尔分率，下同和含甲苯的混合液。拟用精馏操作进行别离，要求馏出液含苯0.9 ，釜液含苯0.05 。塔顶设全凝器，塔釜为水蒸气间接加热。操作回流比为2 。问下述两种方案哪种方案所需的理论板数少？1两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。1段2段3段解： 1两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上全塔物料衡算8/23/2022121段2段3段第2段：操作线方程第3段：操作线方程

6、得：所需理论板8块，自顶数第3块为F1进料，第6块为F2进料。2将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上1段2段两股原料混合后的组成xf F、q=1第2段：操作线方程得：所需理论板10块，自顶数第5块进料。8/23/202213第 9 章 液体精馏理论课14学时第4讲：6.3 双组分连续精馏的计算与分析6塔顶液相最小回流比确实定、最适宜操作回流比的选择; 全回流与最少理论板数(Fenske公式)。7理论板数的捷算法(Gilliland关联式)。8/23/202214到达一定别离要求所需要的N减少了，实质上使得传质推动力( ye-y) 增加了。七、塔顶液相回流比的选择如果操作的回流比R增加

7、，精馏段、提馏段的操作线均改变。8/23/202215精馏设计对于到达预定别离要求时, R对于所需要理论板数的影响8/23/202216七、塔顶液相回流比的选择随着回流比R的增加，完成预定别离任务所需要的塔板数减少，设备费用减少，但当R增大到一定值后，塔中汽相流量的增加使得塔直径增大，故设备费用又增加。8/23/202217NT,min中包含了塔釜。Fenske公式：1、全回流与最小理论塔板数8/23/202218 Fenske公式的推导：逐板计算法前提是全回流平衡关系：操作线关系：自塔顶开始逐板计算：8/23/202219取平均相对挥发度(relative volatility)：8/23/

8、202220Fenske公式：8/23/202221求挟点(夹紧点)e (xe ,ye)坐标1解析法；2做图法。2、最小回流比Rmin 确实定对于设计型问题Rmin与别离要xD 、相平衡关系和xF 、q均有关。8/23/202222平衡线形状不规那么时，求Rmin只能采用图解法8/23/202223最适宜回流比的选取8/23/202224Gilliland 吉利兰关联式和关联图的依据是：8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211个；进料热状态包括冷料至过热蒸汽等5种情况；Rmin为0.537.0 ；组分间的相对挥发度为1.264.05 ；理论塔板数为2.443.1

9、。注意：NT , NT,min中 均为包含塔釜的理论板数。利用Fenske公式 和 Gilliland 吉利兰关联式求解八、理论塔板的简捷计算法为了便于用计算机计算，8/23/2022251利用Fenske公式计算全回流时的 Nmin 和 Nmin,1 理论塔板的捷算法的步骤：(2) 求最小回流比Rmin 和操作回流比R(3)利用Gilliland关联式或关联图求N 、N18/23/2022262001华东石油大学试题 在一连续常压精馏塔中别离某混合液，要求xD，xW。此塔进料q线方程为，采用回流比为最小回流比的倍，混合液在操作条件下的相对挥发度为2。求： 精馏段操作线方程；假设塔底产品量W=

10、150kmol/h，求进料量F和塔顶产品量D；提馏段操作线方程。解：8/23/202227例：2000年华东理工大学硕士入学考试试题 用连续精馏塔别离某双组分混合液，混合液中含易挥发组分xF摩尔分率，下同，原料以饱和液体状态参加塔中部，塔顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度=2 . 5 ，要求塔顶产品浓度xD=0.8 ，塔顶易挥发组分的回收率=0. 9 。塔釜间接蒸汽加热。试求：1完成上述别离任务的最小回流比；2假设min ,那么进入塔顶第一块塔板的汽相组成为多少？解：q线方程平衡线方程8/23/202228例：华东理工大学1999年硕士入学考试试题 采用连续精馏塔别离某双组分混合物，

11、进料组成为 易挥发组分摩尔分率，进料汽液比为 1：1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到达98% ，塔釜难挥发组分回收率到达99% 。该物系的相对挥发度为 3 试求：1塔顶、塔底产品的组成和塔顶采出率；2Rmin3min ,试写出提馏段的操作线方程。解：1均代入3式8/23/202229解得：2解交点坐标(xe , ye )8/23/2022308/23/202231例：华东理工大学1998年硕士入学考试试题 采用一连续操作的常压精馏塔，别离某A轻组分B重组分双组分混合物，进料组成为 易挥发组分摩尔分率，进料温度为50oC。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔

12、顶产品含易挥发组分95% ，塔釜产品含易挥发组分3% 。该物系的相对挥发度为 2. 5 ，实际操作回流比为1.95 。 试求：1组分A的回收率；2Rmin (3) 写出提馏段的操作线方程。4假设塔顶第一块板下降的液相浓度为 0. 9 ，求该塔板以气相组成表示的 Emv由平衡数据，xF=0.4 , AB混合液的泡点为 95. 2oC ,定性温度下，原料液的 Cp=39kcal/(kmol.oC) , r=8800kcal/kmol )解：8/23/2022328/23/2022338/23/202234第5讲：双组分连续精馏的计算与分析 8连续精馏的热量衡算 9双组分连续精馏过程的其它类型 直接

13、水蒸气加热的塔、塔釜加料的塔、提馏塔。第 6章 液体精馏14学时8/23/202235 连续精馏装置的热量平衡如果F、D、W保持不变，假设回流比R已定，QB+QF 那么总量已定。为了进行加料热状态的选择8/23/202236为什么 q 值增大冷态，Qf数值减小，所需要的NT减少呢？1回流比R一定精馏操作所需要的总热流量一定。假设q值增加，QF减小，那么意味着QB增加了，这样到达预定别离程度所需要的NT数量减少。QB值大，使NT减小的原因： QB值大，意味着 数值大，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NT减少。根据热量平衡原理 和 理论塔板数的求解，分析进料热状态的选择，分

14、为2种情况结论：在需要总热量一定的情况下，热量应从塔釜再沸器参加，而不应该是从原料带入。即：热量应从塔底塔釜参加。为什么 当Qtotal一定时，QB增加，可以使得N减少？8/23/202237（2）如果塔釜加热能力一定（即 一定，QB一定）时，加料热状态变化，对于NT的影响 在QB一定时，假设QF增加，那么提供给精馏操作的总热量Qtotal增加，意味着Qc增加了消耗更多的冷量，回流比 R 增加了，传质推动力增加了，故所需要的NT可以减少。结论： 精馏操作，热量尽量加在塔底；冷量尽量加在塔顶。8/23/202238如果是饱和水蒸气，q=0 ,水蒸气的流率为S精馏段操作线、进料线不变，提馏段操作线

15、有了变化。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的热状态参数为q 提馏段轻组分衡算过点xw , 08/23/202239全塔物料衡算塔釜间接加热时的物料衡算如果是饱和水蒸气，q=0 ,水蒸气的流率为S水蒸气直接加热精馏与间接加热精馏的比较在F xF xD xW 相同时，8/23/202240分析直接蒸汽加热提馏段方程式的特点：过点xw , 08/23/202241直接蒸汽加热与间接釜式加热相比较：分2种情况第一种情况：F、xF、q 、R 、xD 、xW 相同，比较热能消耗比较V 、轻组分的回收率和理论塔板数N由于S直接进入塔釜，出塔的物料总量D+W必然增加。D? W?塔釜间接加

16、热时的物料衡算8/23/202242第一种情况：F、xF 、q 、R 、xD 、xW 相同，比较热能消耗比较V 、轻组分的回收率和理论塔板数N间接加热直接加热8/23/202243第二种情况：F、xF、q 、R 、xD 相同与教材P299所述情况相同，要求轻组分的回收率相同，比较热能消耗比较V 、和理论塔板数N 要求回收率相同，那么D相同。由于D、xD相同，那么(R+1)D相同，q相同，L 、V相同，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只是将间接加热的操作线延长到横坐标上。间接加热直接加热8/23/202244【6-25】 在压力下连

17、续操作的提馏塔，如下图，用直接水蒸气加热，别离含氨摩尔分数的氨水溶液。塔顶进料，为饱和液体，进料流量为。塔顶产品流量为，氨的回收率为98%。塔顶蒸气全部冷凝为液体产品而不回流。试求所需要的理论板数及水蒸气用量。在压力时氨水溶液汽液相平衡数据如下。（氨的摩尔分数）（氨的摩尔分数）（氨的摩尔分数）（氨的摩尔分数）（氨的摩尔分数）（氨的摩尔分数）0.00.10530.20940.00.4740.7420.3120.4140.5140.8910.9430.9770.6140.7120.8090.9870.990.9958/23/202245解：釜液流量b和组成xb的计算 加热水蒸气饱和用量S的计算塔内

18、的操作线方程【6-25】对易挥发组分作衡算8/23/202246【6-25】理论板数为5包括蒸馏釜。 8/23/202247例：含甲醇摩尔分率，下同的甲醇水溶液在一常压连续精馏塔中进行别离。原料流量为100kmol/h ，泡点进料。要求馏出液中含甲醇0.95 ，釜液含甲醇0.05 。塔釜用饱和水蒸气直接加热。回流比为1.8 。甲醇水溶液在操作条件下的汽、液相平衡数据见表。图解法确定理论塔板数。是饱和水蒸气(q=0 )水蒸气的流率为S解：泡点进料(q=1)8/23/202248对q0或q1 的情况应具体计算。2、多股加料的连续精馏当回流比R变化时，各段操作线的斜率均发生变化。挟点位置有多种可能。8/23/202249假设液相侧线，那么引出下降的液相物。3、侧线出料的连续精馏挟点一般出现在q线与平衡线的交点处。假设汽相侧线，那么引出上升的汽相物。8/23/2022504、只有精馏段的塔精馏