化工原理第九章

1、化工原理第九章第1页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二（2）q线方程（进料方程）第2页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二 图示：（1）精馏段操作线（2）q 线 （3）提馏段操作线 第3页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二意义：一定的进料状态下，操 作回流比改变时，两操 作线交点的轨迹方程。 可见： q 的值不影响精馏段操作线，但对提馏段操作线有影响。进料状态参数对操作线的影响精馏段操作线方程:q线方程：提馏段操作线方程:第4页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二进料状况的影响：影响到提馏段传质推动力；影响到再沸器的热

2、负荷。 第5页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二说明： q，提馏段操作线斜率增大。 提馏段操作线与进料量F无关。 提馏段操作线方程经变换，与xD，xW，xF，q，R有关。注意q的两个特殊值：饱和液体进料：q=1 饱和蒸汽进料：q=0q=1q10q1q=0q0 xFxDxW第6页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二（3） 逐板计算法精馏塔的逐板计算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

3、-1 Nxm F, xF N1+1N1xN1 第7页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二作出精、提馏段操作线、q线；从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止；（4）图解法麦卡勃-蒂列（Mccabe-Thiele）法，简称M-T法第8页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二所画的总阶梯数就是全塔所需的理论塔板数（包含再沸器），跨过点d的那块板就是加料板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。第9页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二D, xDW, xWF, xF最佳位置

4、进料 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 理论板数的图解（5） 最佳进料位置的确定第10页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二D, xDW, xWF, xF非最佳进料与最佳进料的比较：进料口下移三块板非最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数多。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 13 14 第1

5、1页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二D, xDW, xWF, xF非最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数多。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 6 3 7 9 11 5 12 13 14 非最佳进料与最佳进料的比较：进料口上移一块板第12页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二进料位置对分离的影响第13页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二第14页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二第15页，共69页，2022

6、年，5月20日，17点7分，星期二9.5.2 回流比的选择（1）全回流 与最少理论板数L=Vy xD a xW b 0 xW xD 第16页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二 最小理论板数的确定 :图解法 、 逐板计算法。a） 图解法在平衡线与对角线之间画梯级，直至xnxw为止。第17页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二b) 逐板计算法计算思想：由xD始，依次反复应用平衡关系与操作关系，直至 xnxw为止。 平衡关系：对第n块板：n第n块板A组分对B组分的相对挥发度。 操作关系：第18页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二 逐板计算当塔

7、顶为全凝器时：板序号 平衡关系 操作关系 12n整理得：第19页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二达到规定的分离要求时对双组分： Fenske 方程第20页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二结论：第21页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二（2）最小回流比Rmin为完成某一分离要求，所需的理论塔板数为无穷多时的回流比称为最小回流比。图解法 解析法第22页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二第23页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二特殊平衡关系下的Rmin第24页，共69页，2022年，5月20日，1

8、7点7分，星期二yxe恒浓区在提馏段 dyxe恒浓区在精馏段 d第25页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二（3） 回流比的影响和选择第26页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二适宜回流比第27页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二说明：R N 塔设备费第28页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二（4） 理论板数的捷算法（N、Nmin均包括再沸器在内）第29页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二第30页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二加料热状态的选择 q ， Q点右移，提馏段操作线与

9、平衡线距离 ， 提馏段各塔板分离能力，N 。第31页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二1直接蒸汽加热流程 （1）全塔物料衡算式形式不同与间接蒸汽加热流程相比：双组分精馏过程的其他类型第32页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二（2）精、 提、q线方程形式相同乙醇-水精馏体系直接蒸汽加热abdfxFxWxDxyx*Wb第33页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二 乙醇-水精馏体系直接蒸汽加热abdfxFxWxDxyx*Wb第34页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二第35页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星

10、期二2多股加料流程特点： 1. 精、提操作线方程不变 2. 两股进料之间的操作线方程可通过虚线范围内的物料衡算得到：第36页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二从上到下，操作线斜率依次增大。思考：当多股进料时，如何确定最小回流比？第37页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二第38页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二多股进料的精馏操作线图示第39页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二第40页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二3. 侧线出料流程 第41页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期

11、二第42页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二4 回收塔流程第43页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二第44页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二回收塔的理论板数计算过程第45页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二平衡线为直线时理论板数的解析计算当双组分溶液在很低的含量范围内，气液平衡关系近似为一直线时，应用于高纯度分离过程所需理论板数的计算。第46页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二9.6双组分精馏的操作型计算精馏过程的操作型计算（1） 操作型计算的命题对已有的精馏塔，在给定的精馏条件下，核算其可能

12、达到 的分离程度。如已知对运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时，分析分离效果的变化，是否能获得合格产品？如不能需采取何措施？还会产生何影响等。如第47页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二（2） 精馏塔操作型问题的分析方法定性分析方法第48页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二定量计算方法需用试差法计算公式包括精馏段操作线方程提馏段操作线方程q线方程相平衡方程全塔物料衡算方程例：一正在运行中的精馏塔，由于前段工序的原因，导致 原料组成xF下降，试分析L、V、L、D、W、xD、xW 如何变化？第49页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二第50

13、页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二（3）回流比增加对精馏结果的影响（4）进料组成变动的影响第51页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二第52页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二9.6.2 精馏塔的温度分布和灵敏板 （1）精馏塔的温度分布 溶液的泡点与总压及组成有关。精馏塔内各块塔板上物料的组成及总压并不相同，因而塔顶至于塔底形成某种温度分布。（2）灵敏板 仔细分析操作条件变动前后温度分别的变化，即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上，温度变化量最为显著。或者说，这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏，故将这些塔板称之为灵敏板。第53页

14、，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二9.7其他精馏方式与多元精馏一、水蒸汽蒸馏原理：使沸点降低适用范围：不相溶物系（其中一相为水）水蒸汽消耗量的计算：由于水蒸汽与液体接触时间有限，A的实际分压一般用直接蒸汽时，由于接触时间较短，所带出的A的分压达不到饱和状态。第54页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二消耗水水蒸汽蒸馏的代价负荷增加由于多一组分水，对传质不利， 同样要求下，所需板数将增加。第55页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二思考：间歇精馏与简单蒸馏有何相同和不同之处？间歇精馏通常有恒回流比、恒馏出液组成这两种操作方式二、间歇精馏第5

15、6页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二1恒回流比操作2恒馏出液组成操作第57页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二 在被分离的混合液中加入第三组分，以改变原混合物组分间的相对挥发度，从而用精馏将它们分离。三、特殊精馏第58页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二1 恒沸精馏第59页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二乙醇水共沸物无水乙醇废水乙醇水共沸物补充苯稀乙醇无水乙醇生产共沸精馏工艺流程第60页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二恒沸剂的选择原则： （1）新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要有

16、足够大的差别，一般要求大于10。 （2）希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物，而且夹带组分的量要尽可能高，这样夹带剂用量较少，能耗较低。 （3）最好能形成非均相恒沸物，以便于回收其中的夹带剂。如在环己烷苯恒沸精馏中的萃取加精馏的办法，乙醇水恒沸精馏中静置分层的办法。 （4）还应满足其它的工业要求，如具备热稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等。第61页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二 2萃取精馏第62页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二乙醇水无水乙醇乙二醇水乙二醇水无水乙醇生产萃取精馏工艺流程第63页，共69页，2022年，5月20日，17点

17、7分，星期二萃取剂的选择原则： （1）选择性高 加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大。 （2） 溶解度大 能和任何浓度的原溶液互溶，以避免分层，否则难以充分发挥萃取精馏的作用。 （3）挥发性小 其沸点比混合液的其它组分高得多，以保证塔顶产品的质量，也易与另一组分分离，但沸点也不能太高，否则会造成回收困难。 （4）具有稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等其它工业要求。第64页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二多元精馏一、多元精馏的特点 将多个组分进行精馏分离的单元操作过程。对n个组分，一般需要n1个精馏塔。塔序的排列原则： 对热敏性物质，应优先分出； 对纯度

18、要求高的组分，应设计从塔顶采出或侧线采出； 如有难分离的相邻组分，应置于最后（原因是在最后负荷 最小，此时需理论板数较多，回流比较大，较经济）； 各组分在流程中的汽化、冷凝次数应尽可能减小，以降低 设备的负荷和能耗。单塔分离重点： 关键组分 第65页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二二、多元精馏的计算简介1. 多元物系的相平衡相对挥发度：相平衡常数：2. 多元精馏的物料衡算清晰分割 只考虑轻、重关键组分，比轻关键组分更轻的组分全部从塔顶蒸出，釜出忽略不计；比重关键组分更重的组分全部从塔釜排出，顶出忽略不计。非清晰分割 全塔整体考虑。第66页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二本章小结一 概念理想溶液理想物系挥发度iiixpv=相对挥发度BAvv=aBBAAxpxp=BBAAxyxy=平衡级理论板恒摩尔流假定精馏原理最佳位置进料易挥发组分回收率1=FDFxDxh难挥发组分回收率)1()1(2-=FWxFxWh五种进料状态回流比DLR=单板效率 11*)(+-=nnnnmVyyyynE*)(11nnnnmLxxxxnE-=-、全塔效率eNNE=0等板高度有分凝器的流程多股进料流程间歇精馏特殊精馏第67页，共69页，2022年，5月20日，17点7分，星期二二 公式1 理想物系的相平衡关系拉乌尔定律=BBBAA