浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 1/23
幻灯片 3目录
§ 9.4 二元连续精馏的分析与计算一、全塔物料衡算二、精、提馏段物料衡算三、理论塔板数 N的计算浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 2/23
D,xD
W,xW
F,xF
§ 9.4 二元连续精馏的分析与计算计算项目：
塔顶 （ 或塔底 ） 产量和浓度塔内物流量回流量塔板数或填料层高度进料位置塔径
L V
L? V?
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 3/23
恒摩尔流假定理论板假定两个简化假定计算前提：
D,xD
W,xW
F,xF
§ 9.4 二元连续精馏的分析与计算
L V
L? V?
饱和液相
x
0
t
0
y t
L V?
饱和汽相
t,x y
0
T
0
L? V
B
A
A
B
AN
BN
------若组分 A,B的汽化潜热接近，则 NA=NB
V
L
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 4/23
D,xD
W,xW
F,xF


WDF WxDxFx
WDF
易挥发组分回收率,%1 0 01
F
D
Fx
Dx
难挥发组分回收率,%100
)1(
)1(
2?
F
W
xF
xW
§ 9.4 二元连续精馏的分析与计算一、全塔物料衡算浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 5/23
1,精馏段操作线方程全凝器,泡点回流 D,x
D
F,xF V,yn+1L,xn
V,y1


Dnn DxLxVy
DLV
1
Dnn xV
Dx
V
Ly
1
令 DLR? - - - - - - - 回流比


DRV
RDL
)1(
L,xD
111 R
xx
R
Ry D
nn
§ 9.4 二元连续精馏的分析与计算二、精、提馏段物料衡算
n
1
t
B
A
x 或 y
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 6/23
111 R
xx
R
Ry D
nn
- - - - - - - 精馏段的操作线方程过点 a （ x D,x D ）、
斜率小于 1 的直线
y
x
D
a
0 X x
D
xn
yn+1
二、精、提馏段物料衡算
n
xn yn+1
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 7/23
操作线斜率大，意味着经过一块理论板后，汽相的增浓程度变大，液相的减浓程度变大。故 操作线斜率大对精馏段的分离是有利的 。
y
x
D
a
x
n - 1
y
n
n
x
n
y
n +1
0 x
D
xn
yn+1
yn
xn-1
汽相增浓程度液相减浓浓程度二、精、提馏段物料衡算思考,操作线斜率大,对精馏是否有利？
111 R
xx
R
Ry D
nn
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 8/23
x
m +1
L?,x
M
V?,y
W
y
m
V?
L?
x
m - 1
W,x
W
x
m
m+ 1
m
y
m +1
物料衡算得,


Wmm WxyVxL
WVL
1
V
Wxx
V
Ly W
mm

1
- - - - - - 提馏段的操作线方程二、精、提馏段物料衡算
2,提馏段操作线方程浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 9/23
y
x
D
a
x
W
b
0 x
W
x
D
二、精、提馏段物料衡算
V
Wxx
V
Ly W
mm

1
- - - - - - 提馏段的操作线方程直线过点 b （ x W,x W ）、
斜率 1
'
'
WL
L
斜率小，提馏段内塔板的分离能力高。
( a ) 过冷液体 ( b ) 饱和液体 ( c ) 汽液混合物 ( d ) 饱和蒸汽 ( e ) 过热蒸汽
V L
L?V?
F
}
V L
L?V?
F
{V L
L?V?
F
{
V L
L?V?
F
{
}
V L
L?V?
F
}
V? >V,L? > L V? =V,L? > L V? <V,L? > L V? <V,L? = L V? <V,L? <L
P 一定
B
t-y
t
t-x
A
0 1

露露露泡泡泡过热蒸汽：
饱和蒸汽：
饱和液、汽混合物：
饱和液体：
过冷液体：
五种进料热状况
tt
tt
ttt
tt
tt
F
F
F
F
F
3、进料热状况的影响及加料线方程浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 11/23
V,h
V
L,h
L
L?,h?
L
V?,h?
V
F,h
F
VVLL hhhh,近似认为
VLF hVVhLLFh )()(
)())(( FVLV hhFhhLL
LLFVV
VhLLF
对加料板作总物料衡算和热量衡算：


VLVLF VhhLhVLhFh
VLVLF
LV
FV
hh
hh
F
LL

浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 12/23
V,h
V
L,h
L
L?,h?
L
V?,h?
V
F,h
F
LV
FV
hh
hh
F
LL

进料的千摩尔汽化潜热量态变为饱和蒸汽所需热每千摩尔进料从进料状?
- - - - - 进料热状况参数?q


FqVV
qFLL
)1(
LLFVV
( a ) 过冷液体 ( b ) 饱和液体 ( c ) 汽液混合物 ( d ) 饱和蒸汽 ( e ) 过热蒸汽
V L
L?V?
F
}
V L
L?V?
F
{V L
L?V?
F
{
V L
L?V?
F
{
}
V L
L?V?
F
}





0
0
10
1
1
qtt
qtt
qttt
qtt
qtt
F
F
F
F
F
，过热蒸汽：
，饱和蒸汽：
，饱和液、汽混合物：
，饱和液体：
，过冷液体：
五种进料热状况露露露泡泡泡
q ---- --液相分率



FqVV
qFLL
)1('
'
V? >V,L? > L V? =V,L? > L V? <V,L? > L V? <V,L? = L V? <V,L? <L
LV
FV
hh
hh
F
LLq
'
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 14/23
前已推得，精馏段和提馏段操作线方程如下,
DDxLxVy
WWxxLyV
)()()( WD WxDxxLLyVV
又


FqVV
qFLL
)1(
，故
11 q
xx
q
qy F- - - - - q 线方程过点 f （ x F,x F ）的直线
d
5
q < 0
x
D
a
c
x
W
x
b
x
F
f
q = 0
0 < q < 1
q = 1
q > 1
d
4
d
3
d
2
d
1
二、精、提馏段物料衡算
q线方程浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 15/23
11?
q
xx
q
qy F
d
5
q < 0
x
D
a
c
x
W
x
b
x
F
f
q = 0
0 < q < 1
q = 1
q > 1
d
4
d
3
d
2
d
1



FqVV
qFLL
)1('
'
二、精、提馏段物料衡算
-----q线方程进料状况的影响：
影响到提馏段传质推动力；
影响到再沸器的热负荷。
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 16/23
三、理论塔板数 N的计算理论板数的求取方法：
捷算法图解法逐板法相平衡方程,
x
x
y
)1(1
精馏段操作线方程,
11
1
R
x
x
R
R
y
D
nn
提馏段操作线方程,
WL
Wx
x
WL
L
y
W
mm
''
'
1
dN
D
xx
xyxyx


1
2211
1
相精操作线相精操作线相
精馏段板数
N1
块
WNN
NNN
xxy
xyx


相提操作线相相提操作线
121 11?
全塔理论板数
N-1
块提馏段板数 ( N - 1 - N 1 ) 块三、理论塔板数 N的计算
1,逐板法精馏塔的逐板计算
y
N - 1
D,x
D
y
1
y
2
L,x
D
x
1
x
n
y
n+1
V L
1
2
n
x
2
y
n
V,y
1
x
N - 1
x
m + 1
L?,x
N - 1
V?,y
W
y
m
V?
L?
x
m - 1
W,x
W
m+ 1
m
y
m + 1
N - 1
N
x
m
F,x
F
N
1
+1
N
1
x
N1
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 18/23
1
y
a
b
d
f
x
F
x
W
x
D
8
10
2
4
6
3
7
9
11
5
12
13
理论板数的图解三、理论塔板数 N的计算
(1) 作出精,提操作线,q线；
(2) 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；
2,图解法 麦卡勃 -蒂列 （ Mccabe-Thiele） 法,
简称 M-T法浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 19/23
1
y
a
b
d
f
x
F
x
W
x
D
8
10
2
4
6
3
7
9
11
5
12
13
理论板数的图解三、理论塔板数 N的计算
(3) 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 。
理论板 12.8块 （ 包括再沸器 ）,
其中精馏段 5.7块,
提馏段板数 =11.8-5.7=6.1块,
加料板在第 6块 。
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 20/23
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
x
F
x
W
x
D
8
10
2
4
6
3
7
9
11
5
12
13
理论板数的图解
y1
x1
y2
思考,为什么一个梯级代表一个理论板？
精馏塔的逐板计算
y
N - 1
D,x
D
y
1
y
2
L,x
D
x
1
x
n
y
n+1
V L
1
2
n
x
2
y
n
V,y
1
x
N - 1
x
m + 1
L?,x
N - 1
V?,y
W
y
m
V?
L?
x
m - 1
W,x
W
m+ 1
m
y
m + 1
N - 1
N
x
m
F,x
F
N
1
+1
N
1
x
N1
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 21/23
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
x
F
x
W
x
D
8
10
2
4
6
3
7
9
11
5
12
13
理论板数的图解
D,xD
W,xW
F,xF
最佳位置进料浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 22/23
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
x
F
x
W
x
D
8
10
2
4
6
3
7
9
11
5
12
13
理论板数的图解
14
D,xD
W,xW
F,xF
非最佳位置进料与最佳进料的比较：进料口下移两块板非最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数多。
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 23/23
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
x
F
x
W
x
D
8
10
2
4
6
3
7
9
11
5
12
13
理论板数的图解
1 4
D,xD
W,xW
F,xF
非最佳位置进料与最佳进料的比较：进料口上移 1块板非最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数多。