化工原理二元连续精馏.ppt

F, xF
若 F、xF、q、D、xD、R 相同，则
W* W S
W* W ------间接蒸汽加热流程 V
排出的釜液量大
W xW WxW
xW xW ------间接蒸汽加热流程
排出的釜液浓度小 水蒸汽 S，yS=0
D, xD L W*, xW*
3．直接蒸汽加热流程
适用范围：水溶液，且水是难挥发组分 与间接蒸汽加热流程计算相比：
(1)假设恒摩尔流假定成立，则
D, xD
S V' (R 1)D (q 1)F
L' W
F, xF
V
L
S W*
水蒸汽 S，yS=0 W*, xW*
3．直接蒸汽加热流程
与间接蒸汽加热流程计算相比：
（2）精馏线、q线、提馏线方程形式相同
在相同条件（F、xF、q、D、xD、R相同）下， 直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比，操作线及q
xn-1
也称默弗里（Murphree）板效。其定义为：
E mV

汽相实际增浓程度 汽相理论增浓程度

yn
y
n

yn1 yn1
n
yn
yn*
-------汽相默弗里板效
E mL

液相实际减浓程度 液相理论减浓程度

xn1 xn xn1 xn *
--------液相默弗里板效
E
E
R1
y1

R R1
xL

xD R1
y1 0.5 xL 0.5 0.8
0.71
xW



y1

1 y1
0.499

D


F xF xW
xD xW


66.78kmol /
h
W F D 33.22km ol / h
y1
F=100kmol/h
xW

xF F xD 1 D

0.20 0.533 0.3 1 0.533
0.0859
F
D 0.533 F
＝80％ q=1，xF=0.20
F,xF
D,xD
1
xD=0.30
=3.0
W, xW
操作型问题举例
EmL

xn1 xn xn1 xn *
（2）该层塔板的液相默弗里板效EmL
间距、板上开孔和排列情况等；
xn-1 yn
（4）操作参数：温度、压力等。
n
yn+1 xn
例4
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：
ML
MV
mV
E (1 E )
ML
L
ML
yn+1
xn xn*
说明：
（1）EmV(n) 和 EmL(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。
3．点效率
五、塔板效率与实际塔板数 xn-1
yy
E
n 1
OV y y n 1
n
yn
加料情况：
冷液或泡点进料。
V L
D, xD W, xW
5． 回收塔流程(提馏塔）
已知：xF, F, xW , 泡点进料 L’=F, V’=D
FW ym1 D xm D xW
五、塔板效率与实际塔板数
全塔效率
塔板效率 单板效率
点效率
3
2
1 a
4
5
6
7
d
y
8 f
9
10
11

xF xF

x1 x1*
x1*


y1
1y1

0.3 3.0 2.0 0.3
0.125
q=1，xF=0.20
yw

xw
1 1xw

3.0 0.0859 1 2.0 0.0859

0.22
xF
L L qF F V V q 1F V D
4．多股加料和侧线出料流程
特点：
1. 精、提操作线方程不变
L V

L V

q2 F2 (1 q
2
)F2
V
F1, xF1, q1
2. 两股进料之间的操作线方程可通过虚
V
线范围内的物料衡算得到：
F2, xF2, q2
L' V '
L V

q1 F1 (1 q1
)F1
V
y L x DxD F1 xF1
V
V
D, xD L L
L
W, xW
4．多股加料和侧线出料流程
思考：当多股进料时，如何确定最小回流比？
取e1、e2对应下 的最小回流比中 较大者
V
D, xD L
F1, xF1, q1
V
L
y
e2
a e1
d1
f1
F2, xF2, q2
t-x A
分凝器流程
1
0
x 或y
1
分凝器流程举例
例1 苯、甲苯两组分混合物
V
用如图所示的釜进行常压连
分凝器
全凝器
续蒸馏加以分离（无塔板），
料液直接加入釜中，进料量
y1
L D
为100kmol/h，其组成x苯=0.7，
要求得到组成为0.8的塔顶产
品（以上均为摩尔分率）。
F=100kmol/h
xF=0.7
yn*
yn+1 说明：
只有当板上液体完全混合时，点效率与板效率才相 等
xn xn*
例： 精馏分离相对挥发度为2.5的二元理想溶液。已知回流比
R=3，塔顶xD=0.96，测得第三层塔板（精馏段）的下降液体 浓度为0.4，第二层塔板的下降液体浓度为0.45，试求第三层 塔板的气相单板效率。
五、塔板效率与实际塔板数
§9.4 二元连续精馏的分析与计算 六、关于二元连续精馏的其它流程
1．塔顶设有分凝器 2．冷液回流 3．直接蒸汽加热流程 4．多股加料和侧线出料流程 5． 回收塔流程 七、塔板效率与实际塔板数
七、关于二元连续精馏的其它流程
1．塔顶设有分凝器 2．冷液回流 3．直接蒸汽加热流程
进料
4．多股加料和侧线出料流程 5． 回收塔流程
x1？
yw

L V
x1

Wxw V

F D
x1

FxF
DxD D
y1＝xD
D
xD=0.30
yw
D 0.533
F
=3.0
1.876x1 0.0752
x1

yw 0.0752 1.876
0.22 0.0752 0.157 1.876
W, xxWW=0.0859
乙醇-水精馏体系直接蒸汽加热流程的 M－T 图解示意
3．直接蒸汽加热流程
思考：与间接蒸汽加热相比，直接蒸汽加热有何优缺点？
优点：
用结构简单的塔釜鼓泡器代替造价昂贵的 再沸器
加热蒸汽压力较低；
缺点：
F, xF
需要的理论板数略有增多
V
塔釜排出更多的废液。
D, xD L
S，yS=0 W*, xW*
操作型问题举例
F,xF
y1
D,xD
xF
EmL

xF xF
x1 x1*

0.2 0.157 0.2 0.125
57.3%
x1
yw
W, xW
12
13 b
xW
xF
xD
理论板数的图解
xn-1 yn
n yn+1 xn
七、塔板效率与实际塔板数 1．全塔效率E0
又称总板效率，其定义为：
D, xD
理论板数 N E0 实际板数 N e 100%
F, xF
其值一定小于1，多数在0.5～0.7之间。
W, xW
五、塔板效率与实际塔板数
2．单板效率EmV、EmL
d f
V'
V'
b
过点b（xW* ,0）
b xW* xW
xF x
a
F, xF V
D, xD L
xD
S，yS=0 W*, xW*
3．直接蒸汽加热流程
与间接蒸汽加热流程计算相比： （3）理论板数 多一些
a
D, xD
y
d
f
b
F, xF
V
L
b
x*W xW
xF x
xD
S，yS=0 W*, xW*
全凝器 馏出液
泡点回流
再沸器 釜液
1．塔顶设有分凝器
yD与xL满足相平衡关系，故分凝器相当 于一块理论板。
分凝器
yD y1 注意：N 梯级数 2，
21 a 3
4
其余计算过程不变。
5
xL xD
6
7
d
汽相
D，y0
V, y1
L, x0
液 相
D, xD
8
f

9
10
11 12
b
0
xF
P 一定 B
t-y t
线不变，但提馏段操作线需延长至b（ xw,0） D, xD
间接蒸汽加热
直接蒸汽加热
L' V 'W
L' xn V ' yn1 WxW
yn1

L' V'
xn

W V'
xW
L'V0 V 'W
L' xn V0 y0 V ' yn1 WxW 一般y0 0
yn1

L' V'
t0
)

R0
t1 V
冷液回流 D, xD
L0, xD, t0 L
内回流比 L/D
外回流比 L0/D
计算时采用内回流比 R，计算过程不变。
yn1
L V
xn

DxD V

R R1
xn

xD R1
2．冷液回流
思考：
冷液回流与泡点回流相比， 有何优缺点？
冷回流对精馏过程是有 利的，但冷回流操作由于 塔顶移取的热量多，相应 地需要再沸器提供的热量 也多。
d2
V
L
f2
b
xW
xF2
x
xF1
xD
W, xW
4．多股加料和侧线出料流程
侧线出料流程
自学
VL I
V L
D1, xD1 D2, xD2
II
F, xF
V L III
W, xW
5． 回收塔流程(提馏塔）
只有提馏段没有精馏段 的精馏塔称为回收塔。 F, xF
特点：
从第一块板加料，无精馏段， 无回流，下降的液体由进料 提供。
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。
yn+1
D, xD W, xW
xn
五、塔板效率与实际塔板数
思考：影响塔板效率的因素？
（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
q=1，xF=0.20 F,xF
＝80％
1 实际板
D,xD xD=0.30
（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。
=3.0 W, xW
操作型问题举例
解：（1）残液组成xw

xW

FxF DxD FD

Dx
D
80%
FxF
D
xn

W V'
xW
F, xF
V
L
S，yS=0 W*, x、xD、R相同）下， 直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比，操作线及q 线不变，但提馏段操作线需延长至b（ xw,0）
精馏段： y R x x D R1 R1
提馏段： y L' x W xW y
塔顶用一分凝器，其中50%
的蒸汽冷凝并返回塔内。出
分凝器的蒸汽与冷凝液体保
L,xL
分 凝
D xD=0.8
器 ＝2.46
流
程
持相平衡。问塔顶、塔釜产
W xW
量为多少？已知＝2.46
分凝器流程举例
解
xD

x L
1 1xL

2.46x L 1 1.46xL
V 分凝器
全凝器
xL=0.619
t1 V
V0
冷液回流 D, xD L0, xD, t0
L
3．直接蒸汽加热流程
适用范围：水溶液，且水是难挥发组分 与间接蒸汽加热流程计算相比：
（1）全塔物料衡算式形式不同
直：
F S D W
FxF

DxD
W xW
间：
F D W FxF DxD WxW
xF=0.7
L D
L,xL
D
分 凝
xD=0.8
器 ＝2.46
流
程
W xW
2．冷液回流
内回流量L 外回流量L0
V0
据物料、热量衡算知：
( L L0 )r L0c p (t1 t0 )
L

1

c
p (t1 r
t0
) L0
R
1

c
p (t1 r
思考：单板效率Em与全塔效率E0有何关系？
F, xF
E0与Em数值上相等吗？_不__一__定__相__等__；
这是因为，全塔效率不仅和单板效率
有关，还和板间相互影响有关。
E0大，则Em一定大吗？———一—定————
xn-1 yn
但反过来，Em大，则E0一定大吗？—不——一—定 这是因为，板和板之间传质会相互 n