化工原理课件95双组分精馏的设计型计算

1、9.5双组分精馏的设计型计算 9.5.1理论板数的计算 9.5.2 回流比的选择 9.5.3 进料热状况的选择 9.5.4双组分精馏过程的其他类型 9.5双组分精馏的设计型计算 9.5.1理论板数的计算 用精馏方法分离乙烯-乙烷(常压泡点分别为-88.6，-103.7）混合物。已知xF=0.78(指乙烯的摩尔分数，下同)。要求：试设计一板式精馏塔来完成上述设计任务。目标:确定塔板类型、实际塔板数、塔径和塔板结构设计要选择的变量：操作压力、回流比、加料热状态。 用精馏方法分离乙烯-乙烷(常压泡点分别为-889.5.1理论板数的计算 一、设计型计算的命题 根据规定的分离要求，选择精馏的操作条件，计

2、算所需的理论板数。 规定分离要求：对塔顶、塔底产品的质量和数量（产率或回收率）提出一定的要求，即在D、W、xD、xW、中规定任意2个条件。9.5.1理论板数的计算 一、设计型计算的命题 根二、逐板计算法 先考虑操作压力、回流比、加料热状态均已知时理论板数的计算。 假设塔顶冷凝器为全凝器，泡点回流，塔釜为间接蒸汽加热。 1.计算依据 相平衡方程： 理想溶液 精馏段操作方程： 提馏段操作方程： 精馏段与提馏段交点坐标 (1)(2)(3)二、逐板计算法 先考虑操作压力、回流比、加料(1)(2)(3)使用相平衡方程的总次数，就是总理论板数。冷凝器类型塔板数塔顶为全凝器n(包括塔釜)n-1(不包括塔釜)

3、塔顶为分凝器n-1(包括塔釜)n-2(不包括塔釜)(1)(2)(3)使用相平衡方程的总次数，就是总理论板数。冷三、图解法 1、绘对角线 2、绘相平衡曲线 3、绘精馏段操作线 4、绘提馏段操作线 5、绘直角梯级 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，当梯级首次跨过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c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。 三、图解法 1、绘对角线四、最优加料位置的确定 1. 加料位置的体现？ 2. 设计型计算时加料位置的改变会不会影响操作线的位置？不会。 图解法中，更换操作线； 逐板计算法中更换精馏段操

4、作方程。3. 加料位置是否可任选？不能，必须在pm之间。 加料过早或过晚，都会使某些梯级的增浓程度减少而使理论板数增加。4. 分离要求不变，改变加料位置对塔板数的影响？四、最优加料位置的确定 1. 加料位置的体现？ 加料位置偏高：馏出液难挥发组分含量偏高。 5. 总板数不变，改变加料位置偏低或偏高对分离要求的影响？表现：釜残液与馏出液不能同时达到规定的分离要求。加料位置偏低：釜残液易挥发组分含量偏高。 6. 最优加料位置 该板的液相组成x等于或略低于xq的板作为加料板。加料位置偏高：馏出液难挥发组分含量偏高。 5. 总板数不变，9.5.2 回流比的选择 一、全回流(R=)与最少理论板数Nmin

5、1. 全回流的特点 不加料，也不出料。F=0,D=0,W=0 R=L/D=L/0=.两操作线合二为一且与对角线重合。 两板之间任一截面上，上升蒸汽组成yn+1与下降液体组成xn相等 全回流时操作线和平衡线的距离最远，因此达到指定分离程度所需的理论板数最少，以Nmin表示。9.5.2 回流比的选择 一、全回流(R=)与最少理论板数2. 最少理论板数Nmin的求法 图解法。 该法繁琐，但对理想溶液和非理想溶液均适用。 2. 最少理论板数Nmin的求法 图解法。 该法繁琐，但 芬斯克（Fenske）方程法 待分离物系：理想溶液相平衡方程操作方程自塔顶开始计算 芬斯克（Fenske）方程法 待分离物系

6、：理想溶液相平衡令（包括塔釜） 二元精馏 （包括塔釜） 3. 应用 开工、调试、实验研究及一些特殊的场合 例1：操作中当生产中因意外而产生低于纯度要求的产品时，进行一定时间的全回流，能较快地达到操作正常； 例2：在实验中测定塔的分离效能（塔板效率等）或实验室研究的目的是得到几滴极高纯度的产品 令（包括塔釜） 二元精馏 （包括塔釜） 3. 应用 开二、回流比的选择 1 技术限制存在最小回流比Rmin 前提：分离要求xD、xW，加料组成xF、加料热状态q、物系的相平衡关系已知。 分析：当回流比自全回流逐渐减小的过程中会发生什么现象，回流比能否降至零？ 理想溶液 两操作线的交点只能落在ef线段上 交

7、点为e时R=交点为f时R=Rmin 恒浓区:在e点上下塔板无增浓作用，所以此区称为恒浓区（或称挟紧区）， e点称为挟紧点二、回流比的选择 1 技术限制存在最小回流比Rmin xe、ye泡点进料 q=1，xe=xF 露点进料 q=0，ye=xF xe、ye泡点进料 q=1，xe=xF 露点进料 q=0，y非理想体系 平衡线没下凹，如甲醇水溶液xeye平衡线有凹，如乙醇水溶液非理想体系 平衡线没下凹，如甲醇水溶液xe平衡线有凹，如 最小回流比的特点：完成分离要求所需理论板数为无穷大。 最小回流比：对规定的分离要求，特定的加料组成与加料热状态，平衡线已定的情况下，回流比从无穷大减小的过程中，首次出现

8、挟紧点时的回流比。 影响最小回流比的因素：分离要求、物系的汽液相平衡、加料热状况 最小回流比的特点：完成分离要求所需理论板数为无穷大。2. 经济优化存在最优回流比 比较基准：F、xF、q、xD、xW相同 结论：R，操作费用增加 R冷凝器 Qc Qb 再沸器 操作费用 回流比对费用的影响 2. 经济优化存在最优回流比 比较基准：F、xF、q、x设备费用精馏段R(L/V)提馏段操作线远离平衡线操作线远离平衡线设备费用精馏段R(L/V)提馏段操作线远离平衡线操作 最适宜回流比应通过经济衡算来决定，即按照操作费用与设备折旧费用之和为最小的原则来确定 R,塔板数下降，设备费用降低。结论： 最适宜回流比

9、最适宜回流比应通过经济衡算来决定，即按照操作费通常适宜回流比可取最小回流比的(1.12.0)倍，即 近年，由于能源紧张，其倍数有降低的趋势，甚至可小至1.05倍。 三适宜回流比的选择通常适宜回流比可取最小回流比的(1.12.0)倍，即 四理论塔板数的捷算法 将已有的实验数据以作图。对2.Gilliland关联图 8种物系在广泛的精馏条件下，由逐板计算得到的结果：组分数目211,加料热状况包括过冷至过热等5种情况，Rmin为0.537.0；组分间的相对挥发度为1.264.05；理论板层数为2.443.1。1. 思路吉利兰关联图的依据： 吉利兰关联图可用于两组分和多组分精馏的计算。对甲醇-水一类非

10、理想物系也可适用，但其条件应尽量与上述条件相似。3.应用 四理论塔板数的捷算法 将已有的实验数据以作图。对2.Gil适用条件：适用条件：4吉利兰关联式适用条件：适用条件：4吉利兰关联式9.5.3 进料热状况的选择 讨论前提：处理量、xF及分离要求xD、xW不变 一、R不变时q对过程的影响 q即进料前原料经过预热和部分汽化 结论:R不变,q ,塔板数增加 总结论：在总供热量不变的情况下，热量尽可能自塔低输入。 9.5.3 进料热状况的选择 讨论前提：处理量、xF及分离二、q即进料前原料经过预热和部分汽化 这是以增加热耗为代价的。 不变时q对过程的影响提馏段不变结论:不变,q ,塔板数减小,二、q

11、即进料前原料经过预热和部分汽化 这是以增加热耗为代价三、加料状态的选择依据 1. 一般而言，在热耗不变的情况下热量应尽可能在塔底输入 冷量应尽可能施加于塔顶 2. 前道工序的来料状态就是进料状态 3. 工业上有时采用热态甚至汽态进料的原因 减少塔釜的加热量。尤其是塔釜温度过高，物料易产生聚合或结焦的情况。 三、加料状态的选择依据 1. 一般而言，在热耗不变的情况下热9.5.4双组分精馏过程的其他类型 一、直接蒸汽加热 操作前提：1、物料中有水2、水是重组分，从塔釜出去特殊点: (xw,0)9.5.4双组分精馏过程的其他类型 一、直接蒸汽加热 操作前二、多股进料1 应用场合 两种成分相同但浓度不

12、同的料液 2. 过程的数学描述(以两股进料为例) 二、多股进料1 应用场合 两种成分相同但浓度不同的料液 2段段段段段段 回流比R减小，三条操作线均向平衡线靠拢。当R减小至某个值时，挟点可能出现在-两段操作线的交点e1处，也可能出现在-两段操作线的交点e2处。对非理想性很强的物系，挟点也可能出现在某个中间位置，先出现挟点时的回流比为最小回流比。 最小回流比Rmin 回流比R减小，三条操作线均向平衡线靠拢。当R减三、侧线出料 有侧线出料时操作线斜率通常，在最小回流比Rmin时，挟点一般出现在q线与平衡线交点处。 三、侧线出料 有侧线出料时操作线斜率通常，在四、回收塔（提馏塔） 从第一块板加料，无精馏段，无回流，下降的液体由进料提供。一般用于回收稀溶液中的易挥发组分。加料情况：冷液或泡点进料。 操作线方程四、回收塔（提馏塔）