第十章 (三)工艺计算-全塔物料衡算及操作线方程

L L V V F
L L V V F
第四节 双组分连续精馏塔的计算 四、进料热状况[121]

进料热状态参数q

进料热状态描述

分别做进料板的物料平衡和热平衡方程：
V L ' F V ' L VH V L ' h L ' Fh F V ' H V ' Lh L
L L F L L L F V V V F V V
HF HL
q 1
L L V V F
H F HV
H L H F HV
L L V V F H F HV
0 q 1 进料中的液相分率
q0
q0
【例题】——操作线方程
第四节 双组分连续精馏塔的计算
一、全塔物料衡算[118]
由全塔物料衡算式可知，xF一定时：
①如xD、xW即产品质量已规定，产品的采出率D/F、 W/F也随之确定而不能自由选择； ②在规定分离要求时，应使DxD≤FxF，或D/F≤xF/xD。 若D/F取得过大，即使精馏塔有足够的分离能力，塔顶仍
不可能获得高纯度的产品，因其组成必须满足：
3.已知某二元物系采用平衡蒸馏及简单蒸馏进行分离。两种方式控制 液体温度相同，试比较馏出液的组成和数量。
xD,简单 ____ xD,平衡
D简单 ____ D平衡
第十章 蒸 馏
第一节 概述 第二节 二元溶液的汽液相平衡 第三节 精馏原理 第四节 二元连续精馏塔的计算（重点）
第五节 特殊蒸馏
第六节 多元蒸馏
已知苯—甲苯物系：xF =0.25, xD =0.98, xW =0.085, a =2.47, R =5, q =1,塔顶为全凝器，泡点回流。 求：精馏段及提馏段操作线方程。
精馏段操作线方程为：
提馏段操作线方程为：
y 0.8333x 0.1633 y 1.737 x 0.0626
第四节 双组分连续精馏塔的计算 四、进料热状况[126]
1.0
p=const
饱和液相 q>1 q = 1 过冷液相
y
汽液混合 0<q<1
q 线方程：
饱和汽相 q=0 q<0 过热汽相
q xF y x q 1 q 1
精馏段与提馏段操 作线交点轨迹方程
xF
X 1.0
0
第四节 双组分连续精馏塔的计算 四、进料热状况[126]
q线方程的物理意义： 1、进料热状态方程。 2 、进料处的操作线方程，是精馏段操作线、提馏段操 作线交点的轨迹，三线交于一点。 由两操作线合并得出q线方程： Vy=Lx+DxD， V’y=L’x-WxW 相减可得
Lo R D
第四节 双组分连续精馏塔的计算 三、操作线方程[120]
1. 精馏段操作线方程 过（xD,xD）点
y1 1 n n+1 yn
L R D
D、 xD
x1
yn1
L Dx R x xn D xn D V V R 1 R 1
yn+1 xn
…
斜率为液汽比
第四节 双组分连续精馏塔的计算 三、操作线方程[120]
第四节 双组分连续精馏塔的计算
二、精馏计算的两个基本假设[120]
物系 乙醇 水 质量潜热 kJ/kg 854 2260 分子量 kg/kmol 46 18 摩尔潜热 kJ/kmol 39284 40680
苯
甲苯
394
363
78
92
30732
33396
乙醇—水、苯—甲苯物系可近似为恒摩尔流物系。
第十章 蒸 馏

精馏段的操作分析

做精馏段物料平衡：
Vyn1 Lxn DxD

V L D; V R 1 D; L RD
推导出精馏段操作线方程：
L D yn 1 xn xD V V
xD R yn1 xn R 1 R 1
第四节 双组分连续精馏塔的计算 三、操作线方程[120]
2. 提馏段操作线方程 斜率为液汽比
m m+1
ym+1
xm
WxW WxW L L 1 xm ym xm V V L W L W
W、xW
过（xW,xW）点
第四节 双组分连续精馏塔的计算 三、操作线方程[120]

提馏段的操作分析

做提馏段物料平衡：
L ' V ' W ; L ' L RD; V ' V 1 q F
第十章 蒸 馏
第一节 概述 第二节 二元溶液的汽液相平衡 第三节 精馏原理 第四节 二元连续精馏塔的计算（重点）
第五节 特殊蒸馏
第六节 多元蒸馏
【提问】
相平衡、简单蒸馏与平衡蒸馏
1.某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA=0.4时，相应的 泡点为 t1；汽相组成yA=0.4时，相应的露点温度为t2。则t1与 t2的大 小关系为______。 2.有A、B两组分组成理想汽液平衡体系。已知A在液相中的摩尔分 率xA=0.9，相对挥发度数据aBA=3，据此请断定气相中低沸点组分 的摩尔分率为______。 A. 0.75 B. 0.65 C. 0.45 D. 0.25
第四节 双组分连续精馏塔的计算
一、全塔物料衡算[118]
F D W F xF D xD W xW
D、xD F、xF
塔顶采出率
D xF xW F xD xW
塔底采出率
W xD x F F xD xW
W、xW
第四节 双组分连续精馏塔的计算
2. 恒摩尔流—— L1 L2
L1 L2
恒摩尔流成立的条件：
Ln L L Lm
V1 V2 V1 V2
Vn V V Vm
①两组分的摩尔潜热相等； ②汽液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；
③保温良好，塔的热损失可以忽略不计。
第一节 概述
第二节 双组分溶液的汽液相平衡
第三节 精馏原理 第四节 双组分连续精馏塔的计算 一、全塔物料衡算 二、精馏计算的两个基本假设 三、操作线方程
第四节 双组分连续精馏塔的计算 三、操作线方程[120]

精馏段的分析与图解

求解方法

物料平衡 热平衡 相平衡

回流比定义

精馏段操作线方程
y
Dx WxW L L' q 1 x D x xF V V ' V V ' q 1 q 1
3、q线与相平衡线的交点是最小回流比对应的（xe,ye）
本次课内容及要求
第五节 双组分连续精馏塔的计算 一、全塔物料衡算
二、精馏计算的两个基本假设
三、操作线方程 四、进料热状况 自学：【例10-10】 【例10-11】 作业： P182—3，P183—8 预习： 理论板数的计算[124]
一、全塔物料衡算[118]
D xD 塔顶易挥发组分的回收率 D 100% F xF
W (1 xW ) 100% 塔底难挥发组分的回收率 W F (1 xF )
第四节 双组分连续精馏塔的计算
一、全塔物料衡算
【例题】某苯与甲苯精馏塔进料量为1000 kmol/h， 浓度为0.5。要求塔顶产品浓度不低于0.9，塔釜浓度不 大于0.1（皆为苯的摩尔分率）。塔顶采出560 kmol/h 行吗？采出最大极限值是多少？
第四节 双组分连续精馏塔的计算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
常规的精馏计算的任务及其相关数据

计算任务

精馏塔的计算：主要涉及两个方面：

设计型计算：新精馏装置的设计
核算型计算：现有装置的操作分析

计算内容，也涉及两方面：

工艺条件

设备结构
蒸馏塔的设计步骤
第四节 双组分连续精馏塔的计算
设计型计算的内容： 1. 确定产品的流量和组成；
xF xD D F
第十章 蒸 馏
第一节 概述
第二节 双组分溶液的汽液相平衡
第三节 精馏原理 第四节 双组分连续精馏塔的计算 一、全塔物料衡算 二、精馏计算的两个基本假设
第四节 双组分连续精馏塔的计算
二、精馏计算的两个基本假设[119]
1. 理 论 板——离开塔板的汽液两相传质与传热均达平衡。
L RD V ( R 1) D
第四节 双组分连续精馏塔的计算 四、进料热状况[270]
过冷液相
L F V F
饱和液相 （泡点）
L V
汽液混合
L F V F
饱和汽相 （露点）
L V
过热汽相
L F V
L’
V’
L’
V’
L’
V’
L’
V’
L’
V’
L L F V V
HF HL
q 1
第四节 双组分连续精馏塔的计算 四、进料热状况[121]
过冷液相
F L V F
饱和液相 （泡点）
L V
汽液混合
F L
V
饱和汽相 （露点）
F L
过热汽相
F L V
V
L’
V’
L’
V’
L’
V’
L’
V’
L’
V’
L L F V V
L L F L L L F V V V F V V
V ' ym1 WxW L ' xm

推导出提馏段操作线方程：
L' W ym1 ' xm ' xW L W L W
第十章 蒸 馏
第一节 概述
第二节 双组分溶液的汽液相平衡 第三节 精馏原理
第四节 双组分连续精馏塔的计算
一、全塔物料衡算 二、精馏计算的两个基本假设 三、操作线方程 四、进料热状况

假定相邻塔板温度变化不大，故可认为HV’~HV， 籍此可以推导出进料的热状态参数q的定义。
第四节 双组分连续精馏塔的计算 四、进料热状况[122]
L L H V H F q F HV H L 1kmol原料变成饱和蒸汽所需热量 原料的千摩尔汽化热
L L qF V V (1 q) F
2. 选定操作压力和进料热状态；
3. 计算精馏塔的塔板层数和加料板位置； 4. 选择塔板类型，确定塔高、塔径、塔板结构尺寸； 5. 计算冷凝器、再沸器的热负荷，并确定设备的类型和尺寸。
第十章 蒸 馏
第一节 概述
第二节 双组分溶液的汽液相平衡
第三节 精馏原理 第四节 双组分连续精馏塔的计算 一、全塔物料衡算