(1.2.2)-2.5 双组分精馏的设计型计算12

9.5双组分精馏的设计型计算1理论板数的计算PrinciplesofChemicalEngineering回流比的选择加料热状态的选择123目录双组分精馏过程的其他类型49.5双组分精馏的设计型计算21理论板数的计算1.1设计型计算的命题③

xD,

ηA(xW,

ηB)选择条件：操作压强p，加料位置m，回流比R，进料热状态q求取：理论板数NT规定一种，其余随之而定。①

D，xD(W,

xW)②

xD,

xW

PrinciplesofChemicalEngineering已知：F，xFF,xFD,xDW,xWy1y2yNx1x2xN-1规定：分离要求

9.5双组分精馏的设计型计算31.2逐板计算法计算方程PrinciplesofChemicalEngineering总物料衡算方程：轻组分衡算方程：精馏段操作方程：提馏段操作方程：相平衡方程：q线方程：9.5双组分精馏的设计型计算41.2逐板计算法计算步骤理论板数N块（包括再沸器），加料板为第m块板，精馏段塔板数为m-1，提馏段塔板数为N-m+1。①物料衡算：②相平衡方程：③操作线方程：交替使用相平衡方程和操作方程，至xm

≤xq时，改换提馏段操作方程，至

xN≤xW

止。PrinciplesofChemicalEngineering以连续精馏，塔顶设全凝器，泡点回流为例：F,xFD,xDW,xWy1y2yNx1x2xN-19.5双组分精馏的设计型计算51.3图解法①在y~x图中作出相平衡线和两条操作线；图解步骤PrinciplesofChemicalEngineering②从点a（xD、y1=xD）开始，作水平线使之与平衡线相交，由交点1的坐标（x1、y1）可得知x1。③自点1作垂直线与精馏段操作线相交，交点g的坐标（x1，y2）。④如此交替地在平衡线与精馏段操作线之间作水平线和垂直线。直至xm≤xq时，换提馏段操作线继续作图。直至xN≤xW为止，图中阶梯数即为所需理论板数。9.5双组分精馏的设计型计算61.4最优加料位置的确定最优加料板位置：该板x≤xq(xq

为两操作线交点坐标)PrinciplesofChemicalEngineering(c

)加料板位置合适加料板位置过晚(a

)(b

)加料板位置过早9.5双组分精馏的设计型计算71.4最优加料位置的确定原则：加料后，塔内返混程度最小，传质推动力最大，所需塔板数最少。PrinciplesofChemicalEngineering

xW1.01.0bq0axDghxmxyxq9.5双组分精馏的设计型计算8PrinciplesofChemicalEngineering2回流比的选择两者均有利于传质，NT↓x

yxD

xW

q

xF

根据定义：9.5双组分精馏的设计型计算9全回流时：F=0，D=0，W=0

R=L/D

此时，达到相同的分离程度所需的理论板数最少，以

Nmin

表示。PrinciplesofChemicalEngineering2.1全回流与最少理论板数2回流比的选择Nmin可用逐板计算法或图解法求得。（对角线）操作方程：由图可知，Nmin只与相平衡关系α及分离要求xD,

xW

有关。9.5双组分精馏的设计型计算102.1全回流与最少理论板数芬斯克（Fenske）方程双组分溶液可略去下标A、BPrinciplesofChemicalEngineering对理想溶液，可由芬斯克（Fenske）方程直接计算。全回流应用：只是在设备开工、调试及实验研究时采用。9.5双组分精馏的设计型计算112.2最小回流比Rmin最小回流比(Rmin)：R

，两操作线交点

e落在平衡线上，所需的理论板数为无穷多。qaeyexWxexFxD1.001.0PrinciplesofChemicalEngineeringe点称为挟点，其附近称为恒浓区。注：e点为q线与相平衡线交点，xe与

ye

互成平衡。9.5双组分精馏的设计型计算122.2最小回流比Rminyeqqea01.01.0yqxWxqxFxexD当平衡线有下凹部分时，随R

，q点未落到平衡线上之前，精馏段操作线已与平衡线相切（e点）。PrinciplesofChemicalEngineering最小回流比计算公式相同，为注：e点不是q线与相平衡线交点，但xe与

ye

互成平衡。9.5双组分精馏的设计型计算132.2最小回流比RminRmin计算公式类似，由e点求q点，用(xq,

yq

)代替(xe,

ye

)。qqea01.01.0yeyqxWxqxFxexDPrinciplesofChemicalEngineering随R

，提馏段操作线先与平衡线相切（e点）。恒浓区出现在e

点附近，对应的回流比为最小回流比。注：xq与

yq不是一对平衡数据。9.5双组分精馏的设计型计算142.3最适宜回流比的选取一般选取：PrinciplesofChemicalEngineeringR=

Rmin，

NT

=∞，设备费过大，操作费小，总费用很大。

R=

∞，NT

=

Nmin，设备费偏大，操作费大，总费用偏大。

R=

Ropt

，NT

合适，设备费、操作费合适，总费用最小。

总费用设备费操作费费用回流比RRoptRmin理论板数NRmin回流比RNmin9.5双组分精馏的设计型计算152.4理论板数的捷算法PrinciplesofChemicalEngineering④查吉利兰图得(N-Nmin)/(N+1)

，即可求得所需的

N；式中①根据分离要求，求出Rmin；②求全回流时Nmin；③选R，计算出(R-Rmin)/(R+1)；注：第④步也可以由公式计算：

(1)R一定（塔顶冷量一定）3加料热状态的选择9.5双组分精馏的设计型计算PrinciplesofChemicalEngineeringq值的变化不影响精馏段操作线的位置，但明显改变了提馏段操作线的位置。预热原料：q↓，NT↑，原因：q↓，↓，，结论：热量尽可能施于塔底!!传质推动力↓。eacbdq<0q=00<q<1q=1q>101.0xWxy1.0xDxF16塔顶冷量:

(2)一定（塔釜加热量一定）3加料热状态的选择9.5双组分精馏的设计型计算PrinciplesofChemicalEngineering结论：冷量尽可能施于塔顶!!原因：q↑，R↓，L/V=R/（R+1）↓预冷原料：q↑，NT↑，

传质推动力↓eacbdq<0q=00<q<1q=1q>101.0xWxy1.0xDxF17塔釜加热量：9.5双组分精馏的设计型计算184双组分精馏过程的其他类型4.1直接蒸汽加热直接蒸汽加热不影响精馏段操作线。F,xFD,xDW,xW加热蒸气S

VLPrinciplesofChemicalEngineering此式与间接蒸汽加热时相同。精馏段操作方程：提馏段操作方程：

9.5双组分精馏的设计型计算194.1直接蒸汽加热xWyxbq01.0a1.0xD特点：在y~x图中，通过x=xw，y=0的点。PrinciplesofChemicalEngineering饱和蒸汽

例1：F，xF，q，R，xD，xW

相同，比较能耗及η顶

9.5双组分精馏的设计型计算204.2精馏方案的比较PrinciplesofChemicalEngineering(1)直接蒸汽加热间接蒸汽加热(2)由(1)知D直<D间，又因R不变(3)由图可知，NT直<NT间

9.5双组分精馏的设计型计算21PrinciplesofChemicalEngineering4.2精馏方案的比较例2：F，xF，q，R，xD，η相同，比较能耗及NT

因S冷凝后，由釜底排出，由图可知xW直↓，NT直↑(1)相同D相同冷却及加热能耗相同。提馏段操作线斜率相同。(2)相同相同9.5双组分精馏的设计型计算224.3多股加料PrinciplesofChemicalEngineering全塔物料衡算：塔顶轻组分回收率：ⅠⅡW,xWF1,q1,xF1D,xDⅢF2,q2,xF2则必有：各段气液负荷：9.5双组分精馏的设计型计算234.3多股加料PrinciplesofChemicalEngineering各段操作线方程:Ⅰ段:Ⅱ段:Ⅲ段:ⅠⅡW,xWF1,q1,xF1D,xDⅢF2,q2,xF29.5双组分精馏的设计型计算244.3多股加料回流比减小，三操作线均向相平衡线靠拢。挟点可能为平衡线与I-II两条操作线，或与II-III两条操作线的交点。yⅠⅡⅢq2xWx01.01.0xF2xF1xDq1PrinciplesofChemicalEngineeringRmin根据操作线与平衡线的挟点来确定。计算该类塔的Rmin时，应分别计算两个交点对应的Rmin1，Rmin2，然后取若平衡线不规则，挟点位置有多种可能，9.5双组分精馏的设计型计算254.3多股加料原因：任何混合都是分离的逆过程，对传质不利。对设计型问题，为完成同样分离任务将增加理论板数；对操作型问题，将使产品质量下降。比较：为完成同样分离任务，两股分开进料与混合进料所需理论板数。PrinciplesofChemicalEngineering结论：混合进料需要更多理论板数。yⅠⅡⅢq2xWx01.01.0xF2xF1xDq19.5双组分精馏的设计型计算264.4侧线出料当需要获得不同组成的两种或多种产品时，可在塔内相应组成的塔板上安装侧线以抽出产品。PrinciplesofChemicalEngineering侧线出料的产品可为板上的饱和液体或板间的饱和蒸汽。9.5双组分精馏的设计型计算274.4侧线出料饱和液体PrinciplesofChemicalEngineering可以证明：无论侧线产品为液相还是汽相，总有：挟点：一般在q线与平衡线交点处。饱和蒸汽9.5双组分精馏的设计型计算4.5