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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,9.5,雙組分精餾的設(shè)計型計算,,9.5.1,理論板數(shù)的計算,,9.5.2,回流比的選擇,,9.5.3,進(jìn)料熱狀況的選擇,,9.5.4,雙組分精餾過程的其他類型,,用精餾方法分離乙烯,-,乙烷,(,常壓泡點分別為,-88.6℃,，,,-103.7℃,）混合物。,已知,x,F,=0.78,(,指乙烯的摩爾分?jǐn)?shù)，下同,),。要求：,試設(shè)計一板式精餾塔來完成上述設(shè)計任務(wù)。,目標(biāo),:,確定塔板類型、,實際塔板數(shù),、塔徑和塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計,要選擇的變量：操作壓力、回流比、加料熱狀態(tài)。,,9.5.1,理論板數(shù)
2、的計算,一、設(shè)計型計算的命題,根據(jù)規(guī)定的分離要求，選擇精餾的操作條件，計算所需的理論板數(shù)。,規(guī)定分離要求：對塔頂、塔底產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量（產(chǎn)率或回收率）提出一定的要求，即在,D,、,W,、,x,D,、,x,W,、,η,中規(guī)定任意,2,個條件。,,二、逐板計算法,先考慮,操作壓力、回流比、加料熱狀態(tài)均已知,時理論板數(shù)的計算。,,假設(shè)塔頂冷凝器為全凝器，泡點回流，塔釜為間接蒸汽加熱。,1.,計算依據(jù),相平衡方程：,理想溶液,精餾段操作方程：,提餾段操作方程：,精餾段與提餾段交點坐標(biāo),(1),(2),(3),,(1),(2),(3),使用相平衡方程的總次數(shù)，就是總理論板數(shù)。,冷凝器類型,塔板數(shù),塔頂為
3、全凝器,n(,包括塔釜,),,n-1(,不包括塔釜,),塔頂為分凝器,n-1(,包括塔釜,),,n-2(,不包括塔釜,),,三、圖解法,1,、繪對角線,,2,、繪相平衡曲線,,3,、繪精餾段操作線,,4,、繪提餾段操作線,,5,、繪直角梯級 從,a,點開始，在精餾段操作線與平衡線之間作水平線及垂直線，當(dāng)梯級,首次跨過,d,點,時，則改在提餾段操作線與平衡線之間作直角梯級，直至梯級的水平線達(dá)到或跨過,c,點為止。其中,過,d,點的梯級為加料板,，最后一個梯級為再沸器。,,四、最優(yōu)加料位置的確定,1.,加料位置的體現(xiàn)？,2.,設(shè)計型計算時加料位置的改變會不會影響操作線的位置？,不會。,圖解法中
4、，更換操作線；,,逐板計算法中更換精餾段操作方程。,3.,加料位置是否可任選？,不能，必須在,pm,之間。,加料過早或過晚，都會使某些梯級的增濃程度減少而使理論板數(shù)增加。,4.,分離要求不變，改變加料位置對塔板數(shù)的影響？,,加料位置偏高：餾出液難揮發(fā)組分含量偏高。,5.,總板數(shù)不變，改變加料位置偏低或偏高對分離要求的影響？,表現(xiàn)：釜殘液與餾出液不能同時達(dá)到規(guī)定的分離要求。,加料位置偏低：釜殘液易揮發(fā)組分含量偏高。,6.,最優(yōu)加料位置,該板的液相組成,x,等于或略低于,x,q,的板作為加料板。,,9.5.2,回流比的選擇,一、,全回流,(R=∞),與最少理論板數(shù),Nmin,1.,全回流的特點,①
5、不加料,，也不出料。,F=0,D=0,W=0,②,R=L/D=L/0=∞.,兩操作線合二為一且與對角線重合。,,③ 兩板之間任一截面上，上升蒸汽組成,y,n+1,與下降液體組成,x,n,相等,④全回流時操作線和平衡線的距離最遠(yuǎn)，因此達(dá)到指定分離程度所需的理論板數(shù)最少，以,N,min,表示。,,2.,最少理論板數(shù),N,min,的求法,① 圖解法。,該法繁瑣，但對理想溶液和非理想溶液均適用。,,② 芬斯克（,Fenske,）方程法,待分離物系：理想溶液,相平衡方程,操作方程,自塔頂開始計算,,…,,令,（包括塔釜）,二元精餾,,,（包括塔釜）,3.,應(yīng)用,開工、調(diào)試、實驗研究及一些特殊的場合,,例
6、,1,：,操作中當(dāng)生產(chǎn)中因意外而產(chǎn)生低于純度要求的產(chǎn)品時，進(jìn)行一定時間的全回流，能較快地達(dá)到操作正常；,,例,2,：,在實驗中測定塔的分離效能（塔板效率等）或?qū)嶒炇已芯康哪康氖堑玫綆椎螛O高純度的產(chǎn)品,,二、回流比的選擇,1,技術(shù)限制,——,存在最小回流比,R,min,,,前提：,分離要求,x,D,、,x,W,，加料組成,x,F,、加料熱狀態(tài),q,、物系的相平衡關(guān)系已知。,,分析：,當(dāng)回流比自全回流逐漸減小的過程中會發(fā)生什么現(xiàn)象，回流比能否降至零？,① 理想溶液,兩操作線的交點只能落在,ef,線段上,交點為,e,時,R=∞,交點為,f,時,R=,Rmin,,恒濃區(qū),:,在,e,點上下塔板無增濃作
7、用，所以此區(qū)稱為恒濃區(qū)（或稱挾緊區(qū)），,e,點稱為,挾緊點,,x,e,、,y,e,泡點進(jìn)料,q,=1,，,x,e,=,x,F,,露點進(jìn)料,q,=0,，,y,e,=,x,F,,,②非理想體系,平衡線沒下凹，如甲醇,—,水溶液,x,e,,y,e,平衡線有凹，如乙醇,—,水溶液,,,最小回流比的特點：,完成分離要求所需理論板數(shù)為無窮大。,,最小回流比：,對規(guī)定的分離要求，特定的加料組成與加料熱狀態(tài)，平衡線已定的情況下，回流比從無窮大減小的過程中，首次出現(xiàn)挾緊點時的回流比。,,影響最小回流比的因素：,分離要求、物系的汽液相平衡、加料熱狀況,,2.,經(jīng)濟優(yōu)化,——,存在最優(yōu)回流比,比較基準(zhǔn)：,F,、,x
8、,F,、,q,、,x,D,、,x,W,相同,結(jié)論：,R,↑,，操作費用增加,,R,↑,冷凝器,Q,c,↑,Q,b,↑,再沸器,操作費用,① 回流比對費用的影響,,設(shè)備費用,精餾段,R,↑,(L/V),↑,提餾段,↑,↓,操作線遠(yuǎn)離平衡線,操作線遠(yuǎn)離平衡線,,最適宜回流比應(yīng)通過經(jīng)濟衡算來決定，即按照操作費用與設(shè)備折舊費用之和為最小的原則來確定,R↑,,塔板數(shù)下降，設(shè)備費用降低。,結(jié)論：,② 最適宜回流比,,通常適宜回流比可取最小回流比的,(1.1~2.0),倍，即,近年，由于能源緊張，其倍數(shù)有降低的趨勢，甚至可小至,1.05,倍。,,三．適宜回流比的選擇,,四．理論塔板數(shù)的捷算法,將已有的實驗數(shù)
9、據(jù)以,作圖。,對,2.Gilliland,關(guān)聯(lián)圖,8,種物系在廣泛的精餾條件下，由逐板計算得到的結(jié)果：組分?jǐn)?shù)目,2~11,,加料熱狀況包括過冷至過熱等,5,種情況，,Rmin,為,0.53~7.0,；組分間的相對揮發(fā)度為,1.26~4.05,；理論板層數(shù)為,2.4~43.1,。,1.,思路,吉利蘭關(guān)聯(lián)圖的依據(jù)：,吉利蘭關(guān)聯(lián)圖可用于兩組分和多組分精餾的計算。對甲醇,-,水一類非理想物系也可適用，但其條件應(yīng)盡量與上述條件相似。,3.,應(yīng)用,,適用條件：,適用條件：,4,．吉利蘭關(guān)聯(lián)式,,9.5.3,進(jìn)料熱狀況的選擇,討論前提：,處理量,Ｆ,、,x,F,及分離要求,x,D,、,x,W,不變,一、,R
10、,不變時,q,對過程的影響,q↓,即進(jìn)料前原料經(jīng)過預(yù)熱和部分汽化,結(jié)論,:,R,不變,,,q,,↓,,塔板數(shù)增加,總結(jié)論：,在總供熱量不變的情況下，熱量盡可能自塔低輸入。,,二、,q,↓,即進(jìn)料前原料經(jīng)過預(yù)熱和部分汽化,這是以增加熱耗為代價的。,不變時,q,對過程的影響,提餾段,不變,結(jié)論,:,不變,,,q,↓,,塔板數(shù)減小,,,,三、加料狀態(tài)的選擇依據(jù),1.,一般而言，在熱耗不變的情況下,熱量應(yīng)盡可能在塔底輸入,冷量應(yīng)盡可能施加于塔頂,2.,前道工序的來料狀態(tài)就是進(jìn)料狀態(tài),3.,工業(yè)上有時采用熱態(tài)甚至汽態(tài)進(jìn)料的原因,減少塔釜的加熱量。尤其是塔釜溫度過高，物料易產(chǎn)生聚合或結(jié)焦的情況。,,,9.
11、5.4,雙組分精餾過程的其他類型,一、直接蒸汽加熱,操作前提：,1,、物料中有水,,2,、水是重組分，從塔釜出去,特殊點,:,(,x,w,,0),,二、多股進(jìn)料,1,． 應(yīng)用場合,兩種成分相同但濃度不同的料液,2.,過程的數(shù)學(xué)描述,(,以兩股進(jìn)料為例,),,?,Ⅰ,段???????,Ⅱ,段,,Ⅲ,段,,回流比,R,減小，三條操作線均向平衡線靠攏。當(dāng),R,減小至某個值時，?挾點可能出現(xiàn)在,Ⅰ-Ⅱ,兩段操作線的交點,e,1,處，也可能出現(xiàn)在,Ⅱ-Ⅲ,兩段操作線的交點,e,2,處。對非理想性很強的物系，挾點也可能出現(xiàn)在某個中間位置，,先出現(xiàn)挾點時的回流比為最小回流比,。,最小回流比,R,min,,三、側(cè)線出料,有側(cè)線出料時操作線斜率通常?,Ⅱ<Ⅰ??,，在最小回流比,R,min,時，挾點一般出現(xiàn)在,q,線與平衡線交點處。,,四、回收塔（提餾塔）,從第一塊板加料，無精餾段，無回流，下降的液體由進(jìn)料提供。,一般用于回收稀溶液中的易揮發(fā)組分。,加料情況：,冷液或泡點進(jìn)料。,操作線方程,,塔板數(shù)求取,從,y,1,=,x,D,的,a,點作為起點開始作梯級。,,注意：,a,點只是操作線上的一特殊點，并無物理意義，并不表示第一板上方的汽液濃度間的操作關(guān)系。因回收塔的操作線不適用于第一板的上方截面。,,最大可能獲得的餾出液含量,x,Dmax,(,以泡點加料為例,),,
化工原理課件 95 雙組分精餾的設(shè)計型計算
