化工原理-第五章 蒸馏总结课-165

yV3=xD3=0.891
Vy1
1 4
VyV
3
3 4
V
xL3
由回流比R=2；知
V LDL L
∴
2
∴分流量=
3V 2V 1 V 4 3 12
L 2V 3
出口点物料衡算 故 xL1 xL2
1 12 VxL3
xL3
1 4 VxD3 '
xD1
(1V 12
xD2
1 4V )xD3
xD3
t0 yV3 1/4V
序排列，并说明理由。
t0
t0
yV2 1/3V
t0 yV3
1/4V
y1
t1
yV1
xL1 xD1
图1
y1 t2
xL2
xD2
图2
y1
t3
xL3 1/3V
xD3
图3
蒸馏内容总结
七、讨论题
③ 三种情况下，精馏段操作线是否相同？在同一y～x图上表示出
来，并将三种情况下：xD，xL，yV的值在y～x图上表示出来。 已知安托尼常数为：
蒸馏内容总结
七、讨论题
c. 利用平衡关系求解：
y x 1 ( 1)x
取α=2.46
由 y=0.8 时 代 入 上 式 得 ： x=0.62， 则 在 t-x-y 图 得 露 点 t0=89℃ 同理当x=0.8时，得 y=0.91，在t-x-y图得泡点t1=84.3℃。
结论：
（1）混合物冷凝与沸腾时的温度不等，即露点与泡点温度不等 （2）汽液平衡时，两相温度相同。
b. 改变q值，如从q=1变为q>1进料NT精↓ 总结：(1)xD，xW，D，W受物料衡算的限制，不能同时假定；
(2)描述精馏的参数，如F，D，W，xF，xD，xW，η，α，R，
q，NT相互影响，相互制约，它们之间的关系同时满足物料衡算， 汽液相平衡方程，以及理论板数NT 。
蒸馏内容总结
七、讨论题
苯 甲苯
A 6.89740 6.953
B 1206Байду номын сангаас35 1343.94
C 220.237 219.58
t0
y1
t1
yV1
xL1 xD1
图1
t0
yV2 1/3V
y1 t2
xL2
xD2
图2
t0 yV3
1/4V
y1
t3
xL3 1/3V
xD3
图3
蒸馏内容总结
七、讨论题 解：（1）∵t0是露点温度，t1是泡点温度 ∴t0 >t1 ① 图解法： 在t-x-y图上，从x=0.8处作垂线与t-x及t-y线相交于a、b两点， 则a点为泡点，t1=84.3℃，b点为露点 t0=89℃。
① 当满足以上工艺要求时，塔顶，塔底产品量各为多少？
② 采出560 kmol/h行吗？采出最大极限值是多少？
③ 当采出量535 kmol/h时，若仍要满足原来的产品浓度要求， 可采取什么措施？作定性分析。
解：①由已知有：F=1000kmol/h ；xF=0.5 ； xD=0.9 xW=0.1 q=1 R=2
蒸馏内容总结
七、讨论题 （2）解法一
t0 y1 t1 yV1
xL1 xD1
第一种情况：yV1=xL1=xD1=0.8
图1
第二种情况：分凝器，yV2与xL2达平衡，则塔顶分凝器相当于一
块理论板，由汽液平衡关系有：
yV 2
x L 2
1 ( 1)xL2
又由物料衡算
α=2.46
yV 2
2.46 xL2 1 1.46 xL2
xm
W L qF W
xW
（4）q线方程(进料方程)
y q x xF q1 q1
蒸馏内容总结
三 、进料热状况q：
进料中液相所占分率：
q
iV iV
iF iL
将1kmol原料变为饱和蒸汽所需热量 1kmol原料的汽化潜热
L' L qF V V '(1 q)F
四、回流比
蒸馏内容总结
蒸馏内容总结 y
FxF Dx D WxW F DW
代入数据有：1000 D W
1000 0.5 D 0.9 W 0.1
解之得：D=500kmol/h W=500kmol/h
七、讨论题
蒸馏内容总结
② 若采出560 kmol/h，而xD不变是不可能的。 ∵ 进料中含易挥发组分只有D=500kmol/h
五 、理论板数的计算
x
蒸馏内容总结
五 、理论板数的计算 (2)图解法(梯级法)
y
x
注：其中板数的取舍，只能取其整数并大于计算值
蒸馏内容总结
五、理论板数的计算
六、板效率
蒸馏内容总结
蒸馏内容总结
七、讨论题
一 、分离苯—甲苯的精馏塔，按以下三种方式冷凝，塔顶第一块
板上升蒸汽浓度为含苯0.8（摩尔分率）回流比均为2。问：
华北工学院化工原理教研室蒸馏内容总结
化工原理——蒸馏
2007.11
蒸馏内容总结
一、 汽液平衡关系
蒸馏内容总结
二、 二元连续精馏的计算
xD xF
xW
R L D
蒸馏内容总结
二、 二元连续精馏的计算
xD xF
（3）提馏段操作线
xW
L V W Lxm V ym1 wxw
或 ym1
L qF L qF W
x D max
FxF D
500 0.893 560
蒸馏内容总结
七、讨论题
③ D=535 kmol/h< Dmax，故是可能的，措施如下：
a. 增大回流比
W=F-D=465 kmol/h
xW
FxF DxD W
500 535 0.9 465
0.04
即xW↓,所以提馏段板数↑，为保证全塔NT不变；在xD不变时只 能增大R，其结果使NT精↓，而且增大R的同时，需提高加料板的位 置。
第二种Ⅱ线顶点 y1=0.8 x=xL2 yV3
第三种Ⅲ线顶点 y1=0.8 x=xL2
yV2 yV1
实际②延长即是①图
总结：① 操作线的作法；
②
② 分凝器xD～xL达平衡，
③ ①
xD≠xL，即相当于一块理论板
xD2 xL2 xL3xxDL11xD3
蒸馏内容总结
七、讨论题
二、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）泡点液相进料，间接蒸汽加热，回流比为2。
则要求采出的560 kmol/h中含易挥发组分应为： 560×0.9=504 kmol/h
∴达不到xD=0.9的工艺要求。而塔顶的最大采出量
Dmax xD F xF D
FxF xD
500 555.6kmol / h 0.9
要保证采出量为560kmol/，则塔顶产品所能达到的最大浓度为：
若求泡点：则设
t1 PA , PB x 00
P=760mmHg
若求露点：则设 t0 y 假设泡点t1=84.3℃,则PA0=863.98mmHg PB0=338.84mmHg
x 760 338.84 0.802 863.98 338.84
假设正确
同理，设露点t0=89℃ 则：PA0=991.62mmHg PB0=396.06mmHg y=0.797 假设正确
①
Vy1
1 3
VyV
2
2 3
V
xL 2
得
1
2
0.8 3 yV 2 3 xL2
②
t0
yV2 1/3V
y1 t2
xL2
xD2
图2
联立可解出：xL2=0.757； yV2=xD2=0.884
蒸馏内容总结
七、讨论题
a. （2）解法一
第三种情况： ∴ xL3=0.769
yV 3
2.46 xL3 1 1.46 xL3
y1 t3 xL3 1/3V 图3 xD3
得：xD3 0.861
0.8 0.757 0.769
0.8 0.884 0.861
∴xL1 >xL3 > xL2
xD2> xD3 >xD1
以xL为横坐标，t-x-y查泡点线得：t2>t3>t1
解法二：用杠杆规则
蒸馏内容总结
七、讨论题
（3）作三种情况下的操作线
三、在精馏塔的操作中，若F、V维持不变，而xF由于某种原因 降低，问可用哪些措施使xD维持不变？并比较这些方法优点。
①增大回流比 ——降低主品量 ②降低进料位置 ——使xW下降 ③改变q值，使q=1变为q>1 ——塔内热负荷加大
蒸馏内容总结
例4-5 一列管换热器外表面积为40m2，列管为φ25×2.5mm的钢管 。用饱和水蒸气将处理量为2.5×104kg/h的油从40加热到80℃油 走管程且为湍流。蒸汽走壳程，压力为2at (绝压)，冷却对流传热 系数α2＝1.2×104W/m2K,油的平均比热cp=2.1×103kJ/kgK (1) 当油的处理量增加一倍时，油的出口温度为多少？若要保持 油的出口温度仍为80℃，换热器是否能用？ (2) 若不能用，可采取那些措施？ (3) 并联或串联多大面积的换热器才够用？要考虑那些问题？ (4) 处理量增大一倍，若将加热蒸汽压力提高到3at(绝压)，能否 保持油的出口温度80 ℃ ？ (5) 油处理量不变，如果油的粘度增大一倍，仍为湍流流动，其 他物性不变，油的出口温度为多少？ (6) 由于换热器运行时间较长，使得管壁增加了一层污垢，其厚 度为1mm，导热系数λ＝0.2W/mK，此时油的出口温度为多少？
t
t0
b ,t0
t1 a,t1
0.8 x,y
蒸馏内容总结
七、讨论题
解： ② 解析（试差法） 由x、y与PA0、PB0的关系：
xA
P PB 0 PA0 PB 0
yA
PA 0 P
xA
其中：lg
PA0
6.8974
t
1206.35 220.237
lg
PB 0
6.953
1343.94 t 219.58
解法一：将分凝器作为第0块理论板，包括在操作线之中，此时
操作线斜率
R R 1
互为平行，过点（xDi,xDi）如图所示：
yV3
xL3
yV2
yV1
② ③ ①
xL1 xL2 xD1 xD3 xD2
蒸馏内容总结
七、讨论题
（3）作三种情况下的操作线
解法二：将分凝器去掉，以第一块板组成为精馏段的操作顶点
第一种Ⅰ线顶点 y1=0.8 x=xL1
①采用全凝器冷凝，在塔顶及回流处插两支温度计，测得温度分
别为t0，t1，问t0，t1是否相等？为什么？并求t0，t1的值？
② 在图1、2、3三种冷凝情况下，第一块板浓度y1含苯0.8。
a. 比较温度t1，t2，t3的大小；b. 比较回流液浓度xL1,xL2,xL3的大
小；c. 比较塔顶产品浓度xD1,xD2,xD3的大小，将以上参数分别按顺