浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 1/26
幻灯片 4目录
§ 9.4 二元连续精馏的分析与计算四、回流比的影响及选用五、塔板效率与实际塔板数习题课例 1 设计型问题例 2 操作型定性分析例 3 操作型定性分析练习例 4 操作型计算题例 5 操作型计算题浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 2/26

DRV RDL )1(



FqVV
qFLL
)1('
'
R,在 D 一定的条件下,?L,?V,V,
y
x
D
a
x
W
b
0 x
W
x
D
N?
总费用费用能源费设备费
R
m i n
R
o p t
m i n)2~1.1( RR opt?
Dnn xV
Dx
V
Ly
1
''
'
1 V
Wxx
V
Ly W
mm
四、回流比的影响及选用
D,
xD
W,
xW
F,xF
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 3/26
最小回流比操作情况的分析
x
e
a
y
e
x
D
x
W
x
F
e
d
f
b
夹紧点恒浓区
eD
eD
xx
yx
R
R

1m i n
m i n
ee
eD
xy
yxR

m i n
x e y e
x e y e
如何求取 R m i n?
四、回流比的影响及选用
1,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 解析法浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 4/26
y
x
e
dD
dD
xx
yx
R
R

1m i n
m i n
ee
eD
xy
yxR

m i n
四、回流比的影响及选用
y
x
e恒浓区在精馏段 恒浓区在提馏段浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 5/26
最小回流比操作情况的分析
x
e
a
y
e
x
Dx W x
F
e
d
f
b
四、回流比的影响及选用思考:
当操作中选用的回流比比设计时的最小回流比还要小时,塔能否操作? 将出现什么现象? D,xD
W,xW
F,xF
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 6/26
什么是全回流? DLR
特点:
① 操作线与对角线重合,
精、提操作线均为,xy? ;
②理论板数最少
y
x D a
x W b
0 x W x D
Nmin
y
1
y
2
L,x
D
x
1
x
2
x
N- 1
L,x
M
y
N - 1
V
V
D=0
L=V
四、回流比的影响及选用
2,全回流和最少理论板数 Nmin
Dnn xV
Dx
V
Ly
1
''
'
1 V
Wxx
V
Ly W
mm
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 7/26
对理想物系,逐板计算可得:
lg
lg
m i n




W
A
B
DB
A
x
x
x
x
N (包括塔釜 )WD
- - - - - - - - - - - - - - - - - - 芬斯克 ( F e n sk e )方程
FD1
1
m i n
lg
lg
1




F
A
B
DB
A
x
x
x
x
N
-- -- -- -- -- -- -- -- 精馏段所需的最少理论板数四、回流比的影响及选用
Nmin的求取方法,逐板法,图解法浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 8/26
也称默弗里 ( M u rp h r ee )板效。其定义为,
n
xn-1
yn+1
yn
xn
汽相理论增浓程度汽相实际增浓程度?
mVE
1
1

nn
nn
yy
yy
yn*
- - - - - - - 汽相默弗里板效
*1
1
nn
nn
xx
xx

液相理论减浓程度液相实际减浓程度?mLE
xn*
- - -- -- -- 液相默弗里板效说明:
( 1 ) E mV ( n ) 和 E mL ( n ) 不会相等,
( 2 )一般情况单板效率小于 1,特殊情况它们会大于
1,通常出现在塔径较大的精馏塔中。
五、塔板效率与实际塔板数
1.单板效率 EmV,EmL
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 9/26
五、塔板效率与实际塔板数
2.全塔效率 E0
又称总板效率,其定义为:
%1000
eN
NE
实际板数理论板数其值一定小于 1,多数在 0.5~ 0.7之间 。
D,xD
W,xW
F,xF
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 10/26
n
xn-1
yn+1
yn
xn
五、塔板效率与实际塔板数
E0与 Em数值上不一定相等;
E0大,则表明 Em一定大 。
但反过来,Em大,则 E0不一定大,这是因为,板和板之间传质会相互影响,
可能存在着各种不利的操作现象,如漏液,雾沫夹带,液泛等 。
思考,单板效率 Em与全塔效率 E0有何关系?
D,xD
W,xW
F,xF
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 11/26
五、塔板效率与实际塔板数
( 1) 流动状况:汽,液相的流速
( 2) 物性参数:主要为汽液两相的物性如密度,粘度,
表面张力,相等挥发度,扩散系数等;
( 3) 塔板结构参数:主要为塔板的结构如塔板型式,板间距,板上开孔和排列情况等;
( 4) 操作参数:温度,压力等 。
思考,影响塔板效率的因素?
n
xn-1
yn+1
yn
xn
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 12/26

操作型设计型全塔物料衡算操作线方程理论塔板数 N 的计算相平衡关系
x
xy
)1(1



WDF WxDxFx
WDF
111 R
xx
R
Ry D
nn
''
'
1 V
Wxx
V
Ly W
mm


捷算法图解法逐板法
11 q
xx
q
qy F
习题课
D,xD
W,xW
F,xF公式:

DRV RDL )1(



FqVV
qFLL
)1('
'
操作条件包括:进料状况 ( F,xF,q),R
操作压力 P,操作温度 T
冷凝器热负荷 V,再沸器热负荷 V?
D,W。
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 13/26
习题课例 1 设计型问题组成为 xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔,其中汽液摩尔比为 1:2,塔顶 xD=0.95( 以上均为摩尔分率 ),塔顶易挥发组分回收率为 95%,回流比 R=1.5Rmin,
塔釜间接蒸汽加热,相对挥发度
=2.5 。 试求:
( 1) 原料中汽相和液相组成;
( 2) 列出提馏段操作线方程 。
D
xD=0.95
W,xW
F
xF=0.45
95.0?D?
R=1.5Rmin
=2.5
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 14/26


e
e
e
ee
x
x
y
xy
5.11
5.2
45.0
3
2
3
1
x e= 0,3 75y
e= 0,6
设计型问题举例汽液摩尔比为 1:2
D
xD=0.95
W,xW
F
xF=0.45
95.0?D?
R=1.5Rmin
=2.5
解,( 1)原料中汽相和液相组成
t
B
A
x e x F y e
设原料中汽相组成为 ye,液相组成为 xe,则




e
e
e
Fee
x
x
y
xxy
11
3
2
3
1
11 q
xx
q
qy F
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 15/26
FqDR qFRDVL 11
3
2?q
95.0?
F
D
Fx
Dx? 45.0
95.0
45.095.0
F
D
ee
eD
xy
yxR

m i n
3 34.25.1 m i n RR

47.1
1
3
245.03 3 4.3
3
245.03 3 4.2
11




q
F
DR
q
F
DR
设计型问题举例
V
Wxx
V
Ly w
( 2)列出提馏段操作线方程
D
xD=0.95
W,xW
F
xF=0.45
95.0?D?
R=1.5Rmin
=2.5
FqDRV qFRDL )1(1''
最小回流比操作情况的分析
x e
a
y e
x D x
W x F
e
d
f
b
5 5 6.13 7 5.06.0 6.095.0
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 16/26
V
Wxx
V
Ly w

0 1 9 3.047.1 x
1
F
w
F
D
Fx
Wx
Fx
Dx
05.0?
F
w
Fx
Wx
0 1 9 3.01
3
245.03 3 4.3
45.005.0
11
05.0
11
05.0?





q
F
DR
x
FqDR
Fx
V
Wx FFw
设计型问题举例浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 17/26
V
L
V
L
FqVV )1(,F,q 不变 V? 而 L 不变
qFLL,F,q,L 不变,? L?不变,而 V
x
y
故 x D 只能变大
N?,与 N不变这个前提相矛盾 。
故假设不成立 。
例 2 一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液 。 现保持回流液量和进料状况 ( F,xF,q) 不变,而 减小塔釜加热蒸汽量,
试分析 xD,xW如何变化?
操作型定性分析举例解法二:作图 +排除法解法一:快速分析
xD变大
xW变大假设 xD不变,假设 xD变小浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 18/26
x
y
V
L
V
L
至于 xW,也用排除法推知,只能变大 。
操作型定性分析举例浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 19/26
x
y
R 不变,1 R RVL 不变,
D,R,q 和 F 不变,
FqDR
qFRD
V
L
)1()1(

不变,
P
练习 一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液 。 现保持塔顶馏出液量 D,回流比 R,进料状况 ( F,xF,q) 不变,而减小操作压力,试分析 xD,xW如何变化?
解:
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 20/26
x
y
假设 x D 不变
N?,与 N 不变这个前提相矛盾。
故假设不成立。
由物料衡算式可知,x W 也不变假设 x D?,由物料衡算式可知,x W?,
故 x D 只能变大,x W 变小。
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 21/26
F,x F
D,x D
1
W,x W
例 3 操作型计算如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板组成 。 料液由塔顶加入,进料热状况参数 q=1,xF=0.20( 摩尔分率,下同 ) 。 今测得塔顶易挥发组分的回收率为 80%,且 xD=0.30,系统相对挥发度为 3.0。 试求:
( 1) 残液组成 xw;
( 2) 该层塔板的液相默弗里板效 EmL。
设蒸馏釜可视为一个理论板 。
操作型问题举例
q=1,xF=0.20
xD=0.30
= 80%
=3.0
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 22/26
%80
F
D
DF
W
Fx
Dx
DF
DxFx
x
5 3 3.0?FD
0 8 5 9.0
5 3 3.01
3.05 3 3.020.0
1

F
D
x
F
D
x
x
DF
W
操作型问题举例解,( 1)残液组成 xw
q=1,xF=0.20
xD=0.30
= 80%
=3.0
F,x F
D,x D
1
W,x W
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 23/26*1
1
xx
xxE
F
F
mL?

1 2 5.03.00.20.3 3.01 11*1 y
yx

533.0?FD
D
W,x
W
y1
xF
x1 y
w
22.00859.00.21
0859.00.3
11

w
w
w x
xy
FqFLL DVFqVV 1
操作型问题举例
( 2)该层塔板的液相默弗里板效 EmL
q=1,xF=0.20
xD=0.30
0752.0876.1 1 x
V
Wxx
V
Ly w
w

1 D DxFxxDF DF 1
1 5 7.08 7 6.1 0 7 5 2.022.08 7 6.1 0 7 5 2.01 wyx
xW=0.0859
=3.0
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 24/26
%3.571 2 5.02.0 1 5 7.02.0*
1
1?


xx
xxE
F
F
mL
F,x
F
D,x
D
W,x
W
y1
xF
x1 yw
操作型问题举例浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 25/26
D,x
D
1
F,x
F
W,x
W
例 4 某连续操作精馏塔如图所示,已知料液摩尔组成
xF=0.2,料液以饱和液体状态直接加入塔釜,塔顶设全凝器,全塔共两块理论 板
( 包括塔釜 ),塔顶摩尔采出率 D/F=1/3,回流比 R=1,
泡点回流,此条件下物系的相平衡关系可表示为 y=4x,
试计算 xW=?
操作型问题举例
xF=0.2
D/F=1/3
R=1
y=4x
饱和液体浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 26/26

3
1
3
1
12.01 WWF
WFWF
D
x
F
D
x
F
D
x
D
xDFFx
D
WxFx
x



Wx26.0
R = 1 D / F = 1 / 3
1 y
1
q = 1 x
1
y
2
x
F
= 0,2 2
W,x
W
Wxy 42?
Dn
D
nn xxR
xx
R
Ry 5.05.0
111
DD
D
D
xxxy
x
y
x
xy
625.05.05.0
25.0
4
12
1
1
1


WD xx 4625.0?
- - - - - - - - - - - - - - - - ( 1 )
---------- ( 2 )
解式 1,2 得,0 7 1 4.0?Wx
操作型问题举例
y=4x



WDF WxDxFx
WDF