精馏1精馏原理1精馏过程

（2）物料衡算方程与相平衡方程的求解
物料衡算方程：
n 1 冷凝器
（qnD qnL）x1 qnV y2 0
n2 ……
qnL x1 （qnL x2 qnV y2） qnV y3 0
n N 1
qn L xN2 （qn L xN1 qn V yN1） qn V yN 0
n N 再沸器
qn L xN 1 （qnW xN qn V yN） 0
yn f (xn ) tn f (xn )
总板效率
ET
N Np
注意：N 不包括塔釜（再沸器）
理论塔板
6.4.2 精馏过程的描述
计算类型： 操作型计算、设计型计算。
计算依据： ▲ 物料衡算； ▲ 热量衡算； ▲ 相平衡关系； ▲ 归一方程。
(1) 精馏过程物料衡算 ① 全塔物料衡算
qnF, zF
联立以上两式消去 (qnV 'qnV )项
q H mV H mF qnL 'qnL
H mV H mL
qnF
q —— 进料的热状态参数
q
H mV
H mF r
每摩尔进料变为饱和蒸 气所需热量
进料的摩尔汽化热
q 值对两段气、液相流量的影响
由
q
H mV
H mF
qnL 'qnL
r
qnF
得到： qnL ' qnL qqnF
说明： ① 进料热状态参数 q 值的大小 → 气、液两相流量分布 → 水力学性能、分离能力 → 设计与操作。 ② q 值在数值上等于进料中液相所占的分率δ（广义）。
H mF H mL (1 )H mV H mV (H mV H mL ) HmV HmF q
HmV H mL
进料热状态对塔内气、液流量的影响
c）气、液混合物 d）饱和蒸气
H mV H mF H mL H mV H mF r 0 q 1 qnL ' qnL qnV ' qnV
H mF H mV q0 qnL ' qnL qnV ' qnV qnF
e）过热蒸气
H mF H mV H mV H mF 0 q0 qnL ' qnL qnV ' qnV qnF
nVn1
nLn1
nLn
nVn
q z nFn Fn q y nVn1 n1 q x nLn1 n1 qnLn xn qnVn yn
(2) 精馏过程热量衡算 ① 无进料和采出塔板的热量衡算
q H nVn1 mVn1 qnLn1 H mLn1 qnVn H mVn qnLn HmLn
qnVn1 qnLn1 qnLn qnVn 联立以上两式，消去 qnLn，解得 qnVn1
④ 热量传递过程 液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。
⑤ 过程控制 精馏过程速率由传质过程控制。 （3） 传质设备
板式塔—逐级接触式设备； 填料塔—微分接触式设备。
板式塔
填料塔
（4）理论塔板（平衡级）的概念 理论塔板：指这样一块塔板，当汽、液两相在其上进行 接触传质时，离开该塔板的两相在传质、传热方面都达 到了平衡。即汽、液两相的温度相同、组成互呈平衡， 常又称为平衡级。
d ) 各板液体焓变与摩尔汽化热相比可忽略不计；
H mLn H mLn1 H mL
则将以上关系代入qnVn+1计算式中，
因为：
HmVn HmLn rn r H mLn H mLn1 0 HmVn1 HmLn rn1 r
又
qnVn qnLn qnVn1 qnLn1 0
所以 qnVn1 qnVn qnV
总物料衡算：
qnF qnD qnW
易挥发组分物料衡算： qnF zF qnD xD qnW xW
qnD, xD
qnW, xW
精馏塔
qnD zF xW qnF xD xW
qnW xD zF qnF xD xW
回收率定义
馏出液中易挥发组分的回收率：
1
qnD xD qnF zF
100 %
R qnV 'r'
b） 冷凝器的热流量
同理 C qnV r c）再沸器 与冷凝器热流量的关系
R qnL qnD
—— 回流比
qnV qnL qnD (R 1)qnD
C qnV r (R 1)qnD r
代入全塔热量衡算中：
qnF H mF R C qnD H m D qnW H mW
④ 全塔热量衡算 不计热损失，则有：
qnF H mF R C qnD H m D qnW H mW
a） 再沸器热流量
qnL ' qnW qnV '
R qnL ' HmL qnW HmW qnV ' HmV 消去qnL '，解得：
R qnW (H mW H mL ) qnV ' (H mV H mL ) 0 qnV ' r'
整理得：
R (R 1)qnD r qnD HmD qnW HmW qnF HmF
说明：
① R 增加 ,R增加, 操作费增加。
② 若物流qnD、qnW带出热流量与qnF带入热量相差不大时，则有：
R (R 1)qnD r qnV r C
③ 一般情况下，再沸器加入塔内的热量近似等于冷凝器从塔顶 移出的热量。
qnV ' qnV (q 1)qnF
五种进料热状态 a）过冷液体
b）饱和液体
H mF H mL H mV H mF r q 1 qn L qnL qn F qnV ' qnV
H mF H mL H mV H mF r q 1 qnL ' qnL qnF qnV ' qnV
qnVn1 [qnVn (H mVn H mLn ) qnLn 1(H mLn H mLn1 )]/(H mVn1 H mLn )
② 恒摩尔流假定 对多数有机同系物和许多相近的理想溶液体系，若 a）热损失很小，可以忽略不计； b）混合热为零； c）各板上混合物的摩尔汽化热近似相等；
rn1 rn1 rn r
qnLn qnLn1 qnL
上式对于没有进料或出料的任一塔板均适用。 注意：汽、液流率应采用摩尔流率，kmol/h 或 kmol/s ③ 进料板的热量衡算 根据恒摩尔流假定的物料衡算和热量衡算：
qnF qnV 'qnL qnV qnL ' qnF HmF qnV ' HmV qnL HmL qnV HmV qnL ' HmL
相平衡关系： yn Kn xn
归一方程：
c
x ji 1 0
i 1
c
y ji 1 0
i 1
求解方法： ① 顺序求解法
② 逐级计算法
釜液中难挥发组分的回收率：
2
qnW qnF
(1 料衡算 a）无进料和采出塔板物料衡算
q q q q nVn1
nLn1
nV n
nLn
qnVn1 yn1 q x nLn1 n1 qnV n yn qnLn xn
b）进料板物料衡算
q q q q q nFn
6.4.3 精馏过程的计算方法
当组分较多、理论板也较多时，通常采用数值方法或试差方法。
(1) 塔内的气、液流量分布 qnL、qnV 及qnL、qnV的确定
如果塔内气、液两相流量按恒摩尔流假设确定，塔顶设全凝器时：
精馏段： qnL RqnD
qnV (R 1)qnD
提馏段： qnL qnL qqnF qnV qnV (1 q)qnF
（2）精馏原理 ① 回流
塔顶液相回流和塔底汽相回流，为偏离平衡的气液相在塔 内各板上提供了接触条件，实现了气液相间的质量传递。
L0 V2
V2与L0是偏离平 衡的气液相，在塔板 上接触，进行质量传 递，浓度变化趋向于 平衡组成。
② 传质推动力 y x
③ 传质方向 易挥发组分：液相→汽相； 难挥发组分：汽相→液相。 易挥发组分沿塔高方向增加，而温度沿塔高方向降低。