第9章精馏

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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
stripper curve y
3
d
f
线。
（5）将q线、精馏段的操作线
c
ac的交点d与点b联成提馏段的
操作线bd。
4
（6）从点a开始，在平衡线与 xD/(R+1)
线ac之间作梯级，直到再跨过 点b为止。
b
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9.5 双组分精馏的设计型计算
9.5.2 回流比的选择
（1）最小理论塔板数—全回流
理论溶液---捷算法
双组分
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可近似取塔顶和塔底相对挥发度 的几何平均值
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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
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。
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
Rmin xD ye Rmin 1 xD xe
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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，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
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
DxD
FxF
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9.5 双组分精馏的设计型计算
9.5.1 理论板数的计算
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。
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9.5 双组分精馏的设计型计算
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
由此不难看出，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。
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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
yq

q q 1
xq

xF q 1
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作业 P100：9-12，9-13
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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
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鉴于课时，精馏问题暂讲这些
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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
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9.5.1 理论板数的计算
（2）最优加料位置的确定
提前加料
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4\5\6的提 浓程度有所减少。
也不利
p69,图9-27b
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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
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。
Rmin xD ye Rmin 1 xD xe
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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
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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
（1）在x-y图中作出平衡曲线
及对角线。
Equilibrium curve
（2）在x轴上x=xD、xF、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
Rectify curve
1
a
yc=xD/(R+1)的点c，联a、c
11
xw
x xF
xD
9.5 双组分精馏的设计型计算
例题9-6 (大家看一下书）
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9.5 双组分精馏的设计型计算
图解法例题
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%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。
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。
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9.5 双组分精馏的设计型计算
（2）在对角线上定出点a、f、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
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Emv

yn yn*
yn1 yn1
还考虑了液沫夹带等的影响
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
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9.5 双组分精馏的设计型计算
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9.5 双组分精馏的设计型计算
关于板效率的各种表示方法及其应用
（4）全塔效率
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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
过晚加料
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
p69,图9-27a
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9.5 双组分精馏的设计型计算
第9章 精馏
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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
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• 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，总体效应将比均匀时所 得的传质效果差，如此等等。
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9.5 双组分精馏的设计型计算
关于板效率的各种表示方法及其应用
（1）点效率
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9.5 双组分精馏的设计型计算
9.5.3 加料热状态的选择
q
I iF I i

1Kmol原料变成饱和蒸汽所需 原料的摩尔气化热
的热
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9.5 双组分精馏的设计型计算
9.5.3 加料热状态的选择
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
（1）逐板计算法（图9-26）
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。
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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
y x
(1)
1 ( 1)x
yn1

R R 1
xn
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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
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9.5 双组分精馏的设计型计算
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
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• 两股浓度不同的原料（xA,xB) 理应分别在不同的加料口加入， 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。
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9.5 双组分精馏的设计型计算
Rmin xD yq Rmin 1 xD xq
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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
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9.5 双组分精馏的设计型计算
关于板效率的各种表示方法及其应用
（1）点效率
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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：
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9.5 双组分精馏的设计型计算
关于板效率的各种表示方法及其应用

xD R 1
(2)
RD qF
FD
yn1 (R 1)D (1 q)F xn (R 1)D (1 q)F xw (3)
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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
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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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 。
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9.5 双组分精馏的设计型计算
• 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。
？？？？？？？？？？？？
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9.5 双组分精馏的设计型计算
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
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9.5 双组分精馏的设计型计算
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：
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9.5 双组分精馏的设计型计算
图解法例题
现按以下步骤进行图解（根据 xD=0.974，xW=0.0235）。
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的长 度之比约为0.1）。提馏段需4.8。
前面的计算都是在①恒摩尔流假设 ②塔顶为 全凝器 ③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。
（2）默弗里板效率
Emv

yn yn*
yn1 yn1
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且包含了以下两种重要的影响
•塔板上流动的返混 •塔板上两相的不均匀流动
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
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9.5 双组分精馏的设计型计算
关于板效率的各种表示方法及其应用
（3）湿板效率
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9.5 双组分精馏的设计型计算
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
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• 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。