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1、2019/4/9,1,第9章 精馏,2019/4/9,2,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.1 理论板数的计算,（1）逐板计算法,（2）最优加料位置的确定,（3）操作线的实际作法,9.5.2 回流比R的选择,（1）最小理论塔板全回流,（2）最小回流比,（3）理论板数的捷算法,9.5.3 加料热状态q的选择,2019/4/9,3,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.1 理论板数的计算,命题： （1）已知分离要求，（2）选择精馏的操作条件 （3）计算所需的理论板数,分离要求： 对塔顶、塔底产品的质量和数量（产率）提出一要求； 回收率,2019/4/9,4,9.5.1 理论板数的计算,（1
2、）逐板计算法（图9-26）,9.5 双组分精馏的设计型计算,交替地应用相平衡和物料衡算两关系，可以逐板求出离开每层理论板的汽、液组成，这种方法称为逐板计算法。,2019/4/9,5,9.5.1 理论板数的计算,（1）逐板计算法,9.5 双组分精馏的设计型计算,2019/4/9,6,9.5.1 理论板数的计算,（1）逐板计算法,9.5 双组分精馏的设计型计算,注：逐板计算法中，若塔釜为用再沸器间接加热，由于再沸器相当于一次平衡蒸馏或一层理论板，因此提馏段和全塔所需的理论板数应从以上得出的数目减1。 以上过程可编程或通过excel计算,2019/4/9,7,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.
3、1 理论板数的计算,（2）最优加料位置的确定,如5块上不加料，则仍由精馏段操做线求y6，其气相的提纯程度（相当于线段ba）小于该板加料时的提纯程度（相当于ca),不利,过晚加料,p69,图9-27a,2019/4/9,8,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.1 理论板数的计算,（2）最优加料位置的确定,反之，当加料选在第4块，由x4求y5时，改用提馏段的操作线，同样可看出第456的提浓程度有所减少。,也不利,提前加料,p69,图9-27b,2019/4/9,9,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.1 理论板数的计算,（2）最优加料位置的确定,加料板不在最佳位置，则理论板数较多,由此不难
4、看出，最优加料板位置是该板的液相组成 x 等于或略低于 xq（即两操作线交点的横坐标），此处即为第5块。,2019/4/9,10,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.1 理论板数的计算,（3）操作线的实际作法 图解法,（a）精馏段 （b）q线 （c）提馏段,2019/4/9,11,图解法求理论塔板数N,平衡线方程 精馏段操作线方程 提馏段操作线方程 q线,Equilibrium curve,xF,xw,y,xD,1,2,3,4,x,a,f,b,d,xD/(R+1),Rectify curve,stripper curve,（1）在x-y图中作出平衡曲线及对角线。 （2）在x轴上x=xD、x
5、F、xW的点，并通过这三点依次按垂线定出对角线上的点a、f、b。 （3）在y轴上定出yc=xD/(R+1)的点c，联a、c作出精馏段的操作线。 （4）由进料热状况求出q线的斜率q/(q-1)，并通过点f作q线。 （5）将q线、精馏段的操作线ac的交点d与点b联成提馏段的操作线bd。 （6）从点a开始，在平衡线与线ac之间作梯级，直到再跨过点b为止。,c,2019/4/9,12,例题9-6 (大家看一下书）,9.5 双组分精馏的设计型计算,2019/4/9,13,图解法例题,9.5 双组分精馏的设计型计算,需用一常压连续精馏塔分离含苯4%（质量分数，下同）的苯-甲苯混合液，要求塔顶产品含苯97%
6、以上。塔底产品含苯2%以下。采用的回流比R=3.5，试求下述进料状况时所需的理论板数：饱和液体。,解：应用x-y图解法。由于平衡数据是用摩尔分率，还要用到恒摩尔流的简化假定，故需将各个组成从质量分率换算成摩尔分率。现苯、甲苯（组分A、B）的相对分子质量MrA=78.1 ，MrB=92.1，换算后得到：,2019/4/9,14,图解法例题,9.5 双组分精馏的设计型计算,现按以下步骤进行图解（根据 xD=0.974，xW=0.0235）。,饱和液体进料 （1）在x-y图中作出苯-甲苯的平衡线和对角线，如图所示。,2019/4/9,15,9.5 双组分精馏的设计型计算,（2）在对角线上定出点a、f
7、、b。 （3）作精馏段操作线ac，先计算yc： 再在y轴上标定点c，连结a、c （4）作q线，对饱和液体进料，q线为通过点f的垂直线，如图中线fq,2019/4/9,16,9.5 双组分精馏的设计型计算,（5）作提馏段操作bd。由q线与ac线的交点得到两操作线的交点d，联b、d即得。 （6）作梯级，如图从点a开始在平衡线与ac线间作，第7个梯级跨过点d后改在平衡线与bd线间作，直到跨过点b为止。,2019/4/9,17,由图中的梯级数目得知，全塔的理论板数取一位小数约11.9层，减去釜所相当的一层，共需10.9层，其中精馏段需6.1层（分数由过点d的垂线与水平线gh相交于点j，线段jh与gh的
8、长度之比约为0.1）。提馏段需4.8。,9.5 双组分精馏的设计型计算,前面的计算都是在恒摩尔流假设 塔顶为全凝器 塔釜间接蒸汽加热 的条件下进行的，若条件变了，计算应作适当的调整。,2019/4/9,18,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.2 回流比的选择,（1）最小理论塔板全回流,增大回流比，既加大了精馏段的液气比L/V，也加大了提馏段的气液比 ，两者均有利于精馏过程中的传质。,采用的回流比较大,两条操作线均移向对角线,达到指定的分离要求所需的理论板数较少,增大回流比是以增加能耗为代价的,2019/4/9,19,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.2 回流比的选择,（1）最小理论
9、塔板数全回流,理论溶液-捷算法,双组分,可近似取塔顶和塔底相对挥发度的几何平均值,2019/4/9,20,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.2 回流比的选择,（2）最小回流比技术指标,如选用较小的回流比，两操作线向平衡线移动，达到指定分离程度 所需的理论板数增多 极限（最小）-最小回流比（两操作线的交点e 落在平衡线上） 若比最小回流比小，理论板数不管怎样增加，都达不到分离目的。,2019/4/9,21,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.2 回流比的选择,不同平衡线形状的最小回流比,回流比减小至某一数值时，精馏段操作线首先与平衡线相切，无法跨越切点e 点，该回流比即为最小回流比,2
10、019/4/9,22,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.2 回流比的选择,回流比减小至某一数值时，提馏段操作线首先与平衡线相切，无法跨越e 点，该回流比即为最小回流比,不同平衡线形状的最小回流比,2019/4/9,23,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.2 回流比的选择,（3）理论板数的捷算法,根据设计条件，先求出最小回流比 Rmin，全回流条件下的最少理论 板数Nmin，然后利用吉利兰图， 确定指定回流比R下的理论板数N,2019/4/9,24,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.3 加料热状态的选择,2019/4/9,25,9.5 双组分精馏的设计型计算,9.5.3 加料热
11、状态的选择,由表可见，q值愈小，即进料前预热或部分气化所需理论板应反而愈多。,认真阅读，理解,2019/4/9,26,精馏过程设计中的两个重要观点,（1）关于热在塔底、冷在塔顶的观点,加热的热状态q值也是设计时可以选择的一个参数。 由全塔热量衡算可知，在塔顶冷凝量一定条件下，将塔釜加料量的一部分移用于加热原料，而使q值减小，此时虽则全塔的总热量、总冷量供给没有变化，但后者理论板数增加了。 反之，如果在塔釜加热量一定的条件下，将塔顶加冷量一部分移用于预冷原料，使q值增大，同样使所需的理论板数增加。,？,9.5 双组分精馏的设计型计算,Page 75,76,2019/4/9,27,精馏过程设计中的
12、两个重要观点,（1）关于热在塔底、冷在塔顶的观点,9.5 双组分精馏的设计型计算,2019/4/9,28,精馏过程设计中的两个重要观点,（1）关于热在塔底、冷在塔顶的观点,究其原因： 加热造成的汽相回流理应从塔底开始发挥作用，流经全塔； 冷却造成的液相回流也应从塔顶开始通过全塔发挥传质作用； 从能量利用观点来看，热量应尽可能施于塔底，冷量应尽可能施于塔顶。也正是这一原因，才会出现塔顶必须冷却冷凝、而塔身又必须保温这个矛盾。,9.5 双组分精馏的设计型计算,2019/4/9,29,精馏过程设计中的两个重要观点,（2）分离过程中的局部混合是一个不利因素,两股浓度不同的原料（xA,xB)理应分别在不
13、同的加料口加入，若将两股原料在塔外预混后（组成xF）加入，则使设计的理论数增多。,9.5 双组分精馏的设计型计算,Page 77,2019/4/9,30,精馏过程设计中的两个重要观点,（2）分离过程中的局部混合是一个不利因素,加料板位置选择不当，造成加料组成xi与加料板上液组成xF有较大的差别，这两股流体在加料板上混合，使设计的理论数增多。,9.5 双组分精馏的设计型计算,2019/4/9,31,精馏过程设计中的两个重要观点,（2）分离过程中的局部混合是一个不利因素,塔内的各种返混现象所造成的传质推动力降低； 由于塔内液相或汽相沿塔截面的流量分布不匀，使传质效果不同的两股（或多股）流体混合，总
14、体效应将比均匀时所得的传质效果差，如此等等。,9.5 双组分精馏的设计型计算,2019/4/9,32,关于板效率的各种表示方法及其应用,（1）点效率,9.5 双组分精馏的设计型计算,Page 113,2019/4/9,33,关于板效率的各种表示方法及其应用,（1）点效率,点效率与塔上各点的两相传质速率有关。设塔板上泡沫层高度为Hi，气体的摩尔质量流速为G，气相体积传质系数为Kya，则板上某点的传质速率方程为：,9.5 双组分精馏的设计型计算,Page 113,2019/4/9,34,与离开第n板液相组成xn成平衡的气相组成,气相的默弗里板效率,关于板效率的各种表示方法及其应用,（2）默弗里板效
15、率,塔板上流动的返混 塔板上两相的不均匀流动,且包含了以下两种重要的影响,9.5 双组分精馏的设计型计算,Page 114,2019/4/9,35,与离开第n板液相组成xn成平衡的气相组成,气相的默弗里板效率,关于板效率的各种表示方法及其应用,（3）湿板效率,还考虑了液沫夹带等的影响,9.5 双组分精馏的设计型计算,Page 116,2019/4/9,36,9.5 双组分精馏的设计型计算,2019/4/9,37,关于板效率的各种表示方法及其应用,（4）全塔效率,有些关联式,！板效率本质是反映传递问题，目前还是以实验为主,9.5 双组分精馏的设计型计算,Page 117,2019/4/9,38,鉴于课时，精馏问题暂讲这些,2019/4/9,39,小结,掌握： 精馏过程的解法（重点掌握逐板计算法及其图解） 加料位置的确定 最小回流比 理解精馏过程设计的加料热状态选择 熟悉： 理论板数的捷算法,2019/4/9,40,作业 P100：9-12，9-13,