精馏的全塔物料衡算

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精馏塔的物料衡算

甲苯-四氯化碳混合液的浮阀精馏塔设计系部：化学工程系专业班级：普08应用化工（1）班姓名：指导老师：时间：2010年5月8日新疆轻工职业技术学院目录摘要 (2)关键词 (2)前言 (2)1精馏 (2)2工艺条件 (3)3精馏塔的物料衡算 (4)4板数的确定 (5)5精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (7)6精馏塔的塔体工艺尺寸计 (9)7塔板主要工艺尺寸的计算 (10)8筛板的流体力学验算 (11)9塔板负荷性能图 (13)小结 (16)参考文献 (18)致谢 (19)摘要：精馏在化工生产过程中起着非常重要的作用。

精馏是研究化工及其它相关过程中物质的分离和提纯方法的一门技术。

在许多重要化工工业中，例如化工、石油化工、炼油、等，必须对物料和产物进行分离和提纯，才能使加工过程进行，并得到符合使用要求的产品。

本设计将通过给定的生产操作工艺条件自行设计苯-四氯化碳物系的分离和精馏。

关键词：甲苯四氯化碳塔板数精馏提馏前言化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。

生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。

精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。

精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。

实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。

本次设计任务为设计一定处理量的甲苯和四氯化碳混合物精馏塔。

化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；本课程设计的主要内容是精馏过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。

1 精馏1.1 精馏的原理利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。

精馏计算

利用x-y平衡关系
yn
1
(
xn 1) xn
求得x1，利用精馏段操作线方程
yn1
R R 1
xn
1 R 1
xD
求得y2，再利用x-y平衡关系
求得x2，
两方程交替计算，求得y3,x3,y4……….
那么，如果确定上、下板的气液关系，就可以依次由上至下，逐层计算各层塔板上的气相和液相的摩尔浓度；
同样，也可以从塔底向塔顶计算各层塔板上的气相和液相的摩尔浓度，那么就要知道提馏段的操作线方程！
F
F xD xW
V
原料液
F , xF , IF
L’
2
2
馏出液 L D , xD , ID
V’
釜残液 W , xW , IW
根据 F D W FxF DxD WxW 讨论：
①由全塔物料衡算知，在F、xF、D、xD、W、xW 6个变量中任意4个量已知，则另外2个变量的值已被唯一地确定。
②规定塔顶、塔底产品组成xD、xW 时，即规定了产品质量，则可计算产品的采出率D/F及W/F。换言之，规定了塔顶，塔底的
——称为进料热状况参数
1kmol为基准
17
✓ q值的意义：
①把L’和L、F联系起来：每进料1kmol/h时，提馏段中的液体流量L’较精馏段L中增大的kmol/h值。对于泡点、露点、混合进料，q值相当于进料中饱和液相所占的分率。
②表示进料热状况
进料状况冷液体
饱和液体
进料的焓 IF IF<IL IF=IL
关系——操作关系。
yn xn
y n 1
描述精馏塔内操作关系的方程称为操作线方程，可
通过物料衡算推导出来。

精馏塔的物料衡算

1 精馏塔的物料衡算1.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率甲醇的摩尔质量 A M =32.04kg/kmol 水的摩尔质量 B M =18.02kg/kmol315.002.18/55.004.32/45.004.32/45.0=+=F xxD=(0.98/32.04)/(0.98/32.04+0.02/18.02)=0.898 1.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量F M =0.315⨯32.04+(1-0.315) ⨯18.02=22.44kg/kmol D M =0.898⨯32.04+(1-0.898) ⨯18.02=30.61kg/kmol1.3 物料衡算原料处理量 F=17500000/(330⨯24⨯22.4)=98.467kmol/h 总物料衡算 98.467=D+W甲醇物料衡算 ωX +=⨯W D 898.0315.0467.98联立解得 D=48.462kmol/h W=93.136kmol/h Xw=0.001W M =0.001⨯32.04+(1-0.001) ⨯18.02=18.03kg/kmol2 塔板数的确定2.1 理论板层数N T 的求取2.1.1 相对挥发度的求取将表1中x-y 分别代入)1()1(A A AA y x y x --=α得表2所以==∑1212...21a a a m α 4.22.1.2进料热状态参数q 值的确定根据t-x-y 图查得x F =0.315的温度t 泡=77.6℃ 冷液进料：60℃t m =26.7760+=68.8℃查得该温度下甲醇和水的比热容和汽化热如下：则Cp=2.84×0.315+4.186×0.685=3.7579 kJ/kg K r 汽=1091.25×0.315+2334.39×0.685=1942.8 kJ/kgq=汽汽进泡r r )t -(+t Cp =8.19428.19428.686.77×7579.3+）—（=1.017>1 2.1.3求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比，在x-y 图中、自点（0.315,0.315）作进料线方程： y=1-q Xf 1--x q q =59.8x －18.53 (1) 操作线方程： y=x )1-α(1αx+= 3.2x14.2x + (2)联立（1）（2）得到的交点(0.321,0.668)即为（Xq,Yq ）所以最小回流比R min =－Xq －Yq Xd Yq =321.06658.06658.0898.0--=0.6734取操作回流比为R=2R min =1.34682.1.4求精馏塔的气、液相负荷/h 46.473kmol =34.5061.3468=RD =L ⨯/h80.979kmol =34.506 2.3468=1)D +(R =V ⨯/h 144.94kmol =98.467+46.473=F +L = L' /h 80.979kmol =V =V'2.1.5求操作线方程精馏段操作线方程为1n y +=1R R +n x +1D x R +=3468.23468.1n x +3468.2898.0=0.574n x +0.383 （a ）提馏段操作线方程0004.079.10005.0979.80961.63979.8094.144'''1'-=⨯-=-=+m m W m m x x x VW x V L y （b ）2.1.5采用逐板法求理论板层数由 1(1)q q qx y x αα=+- 得y yx )1(--=αα将 α=4.2 代入得相平衡方程yyyyx 2.32.4)1(-=--=αα （c ）联立（a ）、（b ）、（c ）式，可自上而下逐板计算所需理论板数。

精馏操作-经典应用手册

日常操作
1. 了解物料性质
物质名称苯甲苯乙苯英文缩写 B T EB 分子式 C6H6 C7H8 C8H10 熔点℃ 5.5 -95 -93.9 沸点℃ 80.1 110.5 136 液体密度 kg/m3 885 867 867
邻二甲苯
间二甲苯对二甲苯
OX
MX PX
C8H10
C8H10 C8H10
3、产品控制
灵敏板温度控制：
设备结构已定，生产负荷和产品比例基本不变的操作过程中，精馏塔的进料量F、组分x 、蒸汽量、冷却剂量、釜液出料量w处于相对稳定状态，往往是通过回流比的调节来控制灵敏板的温度。当灵敏板温度T上升时，通过加大回流量L，来降低灵敏板温度；当灵敏板温度T下降时，通过减少回流量L，来提高灵敏板温度。
3、产品控制
物料平衡控制方案：
对于一个精馏系统来说，其主要目的是在保证产品质量的情况下，得到最大的产品收率。为达到目的，主要是按照工艺要求控制塔的物料平衡，传统的精馏控制方法是以温度为质量指标，以改变回流为主要手段，见下图。
F1
T
L1
F2
L
3、产品控制
上面是一个传统的精馏系统，塔底热量系统是固定的，保证一定的回流比。灵敏板温度是塔顶产品的间接质量指标，调节手段是改变回流量F1，用回流罐液面L1 的高低来控制塔顶产品的抽出量F2，这种方案是建立在热平衡的关系上。回流量F1的给定值是由灵敏板温度T给定的，当天气冷时，使回流温度降低，相应增加了塔的内回流量并影响塔顶温度，此时由于塔顶温度下降温度调节器将改变回流量F1的给定值，减少回流。由于塔本身操作滞后及温度测量滞后，使这一变化缓慢而波动，这一调整直到建立新的热量平衡为止。

化工原理-精馏过程的物料

加料板
L' IL'
(6)式变为：
FI F V IV LI L VIV LI L
V V IV FI F L LIL 将（5）式代入 F L LIV FI F L LIL FIV L LIV FI F L LIL F IV IF L LIV IL
令 q IV IF L L
V 1 qF V y L qF Lx Fx f
q 1Fy qFx Fx f
∴ y q x xf
q 1 q 1
q 1y qx x f
(13)
此式即为加料板的操作线方程，也叫q线方程，
它表示在加料板的上升蒸气组成和回流液组成之间的关系。即y与x的关系。
6、提馏段操作线方程的另一种形式
R 1
精馏段操作线。
2、q线
y q x xf q 1 q 1
若x=xf 时，
y
q
q
1
x
f
xf q 1
xf
在y－x图上，q线通过对角线上y = x = xf一点,
q
斜率为 q 1 的直线，料液的进料状况不同， q线的斜率不同。
冷料
y
饱液
气液混合

-+ +-
饱气
x
过热
xf
14、进料热状况
进料状况 q值
（3）、各组分的气化潜热接近相等。
2、精馏段操作线方程
精馏段的作用：利用回流把上升蒸气中的重组分逐步冷凝下来，同时把回流液中的轻组分气化，从而在塔顶得到比较纯的轻组分。
精馏段的操作线方程可以根据物料衡算导出。按下图圈定的范围（n+1板以上）作
物料衡算：
V
L
D

化工原理下1-3精馏的物料衡算

补充：冷液回流时的精馏线
L内＝L外＋Φ V外＝V－Φ L外＝RD Φrm=L外Cpm(tb-tR) L外:塔外的液相回流量,kmol/h Φ:被冷凝下来的流量,kmol/h rm:回流液在泡点温度下的气化潜热，kJ/kmol Cpm:回流液的平均比热，kJ/(kmol·K) tb:回流液的泡点温度，OC tR:冷回流液的温度，OC
y1 = xD= 0.95
解：
（3） V （质）= ( R + 1 ) D(质） = ( 2 + 1 )×50 kg / h = 150 kg / h M氯访= 119.35 kg / kmol M四氯化碳 = 153.8kg / kmol Mm= (0.95×119.35 + 0.05×153.8) kg / kmol =121.1 kg / kmol V = (150kg/h) /( 121.1kg/kmol) = 1.24 kmol / h L（质）= R﹒D = 2 ×50 kg / h = 100 kg / h L = 100 / 121.1 kmol / h = 0.826 kmol / h
V = L+D
精馏段轻组分物料衡算
V yn+1=Lxn + D xD V=L+D
2பைடு நூலகம்精馏段物料衡算及操作线方程
2
1
* 精馏段操作线方程的意义：
上升蒸汽组成y n+1之间的关系。
在一定的操作条件下，从任一塔板（n）向
下流的液体组成xn与相邻的下一块塔板（n+1）
L = R D V = L+ D =（R + 1）D
a
b
c
d
e
t
x(y)

精馏的全塔物料衡算

或
D xF xW
F xD xW
W xD xF 1 D F xD xW F
式中 D/F——馏出液采出率 W/F——釜残液采出率
注：原料液F、塔顶产品D、塔底产品W的量，若改用质量流量（kg/h）表示，则原料液组成xF、塔顶产品组成xD、塔底产品xW也改用质量分数表示,以上公式仍然成立。
2、多次部分汽化，在气相中，可得到高纯度的易挥发组分；多次部分冷凝，在液相中，可
得到高纯度的难挥发组分。 3、精馏就是多次而且同时运用部分汽化
和部分冷凝，使混合物得到较完全分离，以获得接近纯组分的操作。 4、一般将精馏塔分为两段，加料板以上称为精馏段，加料板以下称为提馏段。 5、相组成的表示方法通常有两种，分别是质量分数和摩尔分数。
回收率η
在精馏计算中，对分离过程除要求用塔顶和塔底的产品组成表示外，有时还用回收率表示。
塔顶易挥发组分的回收率ηA：
A
DxD FxF
100%
塔釜难挥发组分的回收率ηB：
B
W (1 xw ) F (1 xF )100Fra bibliotek%练习
某连续操作的精馏塔，每小时蒸馏 5000kg含乙醇20%（质量分数，下同）的乙醇水溶液，要求馏出液中含乙醇95%，釜残液中含乙醇不大于1%，试求馏出液量和釜残液量。
全塔物料衡算
精馏塔各股物料(包括进料、塔顶产品和塔底产品)的流量、组成之间的关系可通过全塔物料衡算来确定。
衡算范围：整个精馏塔（图中虚线范围）衡算基准：单位时间（1小时）衡算依据：质量守恒定律
总物料衡算： F = D ＋ W
(1)
易挥发组分的物料衡算： FxF Dx D WxW (2)

化工原理课程设计_乙醇-水连续浮阀精馏塔的设计 (1)

第一章：塔板的工艺设计一、精馏塔全塔物料衡算F:进料量（kmol/s ） F x :原料组成（摩尔分数，同下） D:塔顶产品流量（kmol/s ） D x :塔顶组成 W:塔底残液流量（kmol/s ）：W x 塔底组成原料乙醇组成：%91.8%10018/8046/2046/20x =⨯+=F塔顶组成：%98.85%10018/646/9446/94=⨯+=D x塔底组成：%12.0%10018/7.9946/3.046/3.0=⨯+=W x进料量：F=25万吨/年=4706.036002430010182.01462.0102543=⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⨯⨯（kmol/s ）物料衡算式为：F=D+W Fx F =Dx D +W W x 联立带入求解：D=0.0482 kmol/s W=0.4424 kmol/s二、常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系1. 温度利用表中数据由差值法可求得t F 、t D 、t W①t F :21.791.80.89t 66.921.77.860.89F --=--, t F =87.41 ℃②t D :72.7498.8541.78t 72.7443.8941.7815.78--=--D ， t D =78.21 ℃③t W ：12.0100t 90.105.95100W --=--， t W =99.72 ℃ ④精馏段的平均温度：81.82221.7841.872t t t 1=+=+=F D ℃ ⑤提馏段的平均温度：57.93272.9941.872t t t 2=+=+=F W ℃ 2. 密度已知：混合液密度：B B A A Lραραρ+=1(α为质量分数，M 为平均相对分子质量) 混合气密度：004.22TP MP T V =ρ塔顶温度：t D =78.21 ℃ 气相组成43.8910015.7821.7843.8915.7815.7841.78y --=--D D y ：， %88.86=D y进料温度：t F =87.41℃ 气相组成FF y 10091.3841.870.8975.4391.387.860.89y --=--：， %26.42y =F塔底温度：t W =99.72℃气相组成WW y 100072.991000.1705.95100y --=--：， W y =1.06%⑴ 精馏段液相组成1x ：1x =2x x FD +, %445.47x 1= 气相组成2y y y y 11FD +=：, %545.64y 1= 所以 286.31)4745.01(184745.0461=-⨯+⨯=L M kg/mol 074.36)6455.01(186455.0462=-⨯+⨯=L M kg/mol三、理论塔板的计算理论板：指离开此板的气液两相平衡，而且上液相组成均匀。

精馏计算 ppt课件

少使提馏段操作线越来
越靠近平衡线。
q=1
q>1
e
xW
xF
xD
20
(1)五种进料热状况：
1、冷液进料； 2、泡点进料（饱和液体进料）； 3、气液混合物进料； 4、露点进料（饱和气体进料）； 5、过热蒸气进料
21
(2)进料热状况对进料板物流的影响
（1）冷液进料
tF tV ,
L'LF V' V
（2）对于泡点进料
1、精馏段操作线方程
L
D
yn1LDxnLDxD
令 R L(回流比得）精馏段操作线方程：
D
R
1
1
yn1R1xnR1xD
2
n
V y1
V LL
y2 x 1L x
2
L V xn yn+1
馏出液
D , xD
R
1
yn1R1xnR1xD
精馏段操作线方程物理意义：
➢表示精馏段内任意相邻两板间气液组成之间的关系。即xn 与yn+1之间的关系。 ➢斜率为R/(R+1)，截距为 xD/(R+1)，过（xD，xD） ➢在稳定操作条件下，精馏段操作线方程为一直线 ab
提馏段原始的物料衡算方程： V'yL'xW xW
两式相减，可得： ( V ' V )y (L ' L )x (D x D W x W )
DxDWxWFxF
V'V=(q-1)F
y q x xF q 1 q 1
L' L=qF
➢在 x-y
截距为
图上，该式为通过点（
x F 的直线方程。
xF

精馏塔全塔物料衡算

一、精馏塔全塔物料衡算)(:)(:)(:skmol W skmol D skmol F 塔底残液流量塔顶产品流量进料量：塔底组成：塔顶组成、下同）：原料组成（摩尔分数xx x wD Fat F 4102.1⨯= 00F 46=x 00D 93=x 00W 1=xkmolkg04.32=M甲醇kmolkg02.18=M水原料甲醇组成：00F 4.3202.18/5404.32/4604.32/46=+=x塔顶组成：00D 2.8802.18/704.32/9304.32/93=+=x塔底组成：00W 6.002.18/9904.32/104.32/1=+=x进料量：s kmol a t F 234410205.2360024300]02.18/)324.01(04.32/324.0[10102.1102.1-⨯=⨯⨯-+⨯⨯=⨯= 物料衡算式为：x x x WD F W D WD F F +=+=联立代入求解：3108-⨯=D 210405.1-⨯=W二、常压下甲醇—水气液平衡组成（摩尔）与温度关系1、温度C C C o o o t t t t t t t t t 2.99..........................06.010031.509.9210076.66......................1002.887.6441.871009.667.6452.68....................67.74.323.9026.967.79.883.90WW W D D D F F F =--=--=--=--=--=--：：：精馏段平均温度：C o t t t64.67276.6652.682DF1=+=+=提馏段平均温度：C o t t t 86.83276.6652.682W F2=+=+=2、密度已知：pTaaooBB A A LTp a 4.22M)M (1V=+=ρρρρ混合气密度：为相对分子质量为质量分数，混合液密度：塔顶温度：C o t76.66D=气相组成：00DDD 5.92 (1001007).6476.6610096.917.649.66=--=--y yy ：进料温度：C ot52.68F= 气相组成：00FFF4.88 (100)92.8452.687062.8992.846870=--=--y yy ：塔底温度：C ot 2.99W= 气相组成：00WWW 19.3.........................10002.9910034.2809.92100=--=--y yy： 1>精馏段：液相组成：001F D 13.60 (2))(=+=x x x x气相组成：001FD145.90 (2))(=+=y y y y所以：kmolkg7.309045.0102.189045.004.32Vkmol kg 474.26603.0102.18603.004.32LM M 11=-+⨯==-+⨯=）（）（2>提馏段：液相组成：002F W 25.16 (2))(=+=x x x x气相组成：002FW215.46 (2))(=+=y y y y所以：kmolkg49.244615.0102.184615.004.32Vkmol kg33.20165.0102.18165.004.32LM M 22=-+⨯==-+⨯=）（）（由不同温度下甲醇和水的密度：求得在tD、tF、tD下的甲醇和水的密度（单位：3-⋅m kg ）51.962 (852).96501.01716.720.011852.965...................3.9652.991003.9654.9589010072.716 (7162).99100725716901002.99204.759 (55).97993.01564.74693.0155.979..................8.97776.66702.9838.9776070564.746 (74376).6670751743607076.66015.855 (599).97846.01628.74446.01599.978................8.97752.68702.9838.9776070628.744 (74352).6870751743607052.68W WwW wWcW cWWD DcD wDcD cDDF FwF wFcF cFF=-+==--=--=--=--==-+==--=--=--=--==-+==--=--=--=--=ρρρρρρρρρρρρρρρρρρCC C o oott t所以：11.8072204.759015.8552L D F 1=+=+=）（）（ρρρ 76.9082015.85551.9622L F W 2=+=+=）（）（ρρρ845.02V 0985.12V 605.015.2734.2215.273112.115.2734.2215.273085.115.2734.2215.273kmolkg 4385.242V kmolkg 699.302V kmol kg 467.181kmol kg 41.301kmol kg 9885.301kmolkg 33.22L kmol kg 474.262L kmolkg 10.181kmol kg56.221kmolkg 39.301VW VF VD VF W VWVWD VDVDF VFVFVF VW VF VD W W VW F F VF D D VD LF LW LF LD W W LW F FLF D D LD 212121MMMM M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M MM M M M =+==+==+⨯==+⨯==+⨯==+==+==-+==-+==-+==+==+==⨯-+⨯==⨯-+⨯==⨯-+⨯=）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇ρρρρρρρρρt t t y y y y y y x x x x x x3、混合液体表面张力：二元有机物—水溶液表面张力可用下列公式计算：414141OsOwsW mσϕσϕσ+= 注：VV VOOWWWWWx x x +=σVV V OOOOOOOx x x +=σVV SWsW sWx =ϕVVSososox =ϕQB A ]3232)[(441.0)lg(VWW+=-⨯==σσϕϕqT q Q B V oo owq 12lg A soswsosw=+=ϕϕϕϕ）（式中，下脚标w 、o 、s 分别代表水、有机物及表面部分；xw、x o指主体部分的分子数；Vw、Vo指主体部分的分子体积；σW、σo为纯水、有机物的表面张力；对甲醇q=1。

多元连续精馏的计算简介

多元连续精馏的计算简介一、全塔物料衡算在多元精馏塔中，通常吧对分离程度起决定作用而必须这种控制的组分称为关键组分，其中挥发度较大的称为轻关键组分，挥发度较小的称为重关键组分。

图9—40挥发度(a)中若规定塔1的分离目标是A 、B ，则A 是轻关键组分，B 是重关键组分；而在图9—40（b ）中，若规定塔1的分离目标是B 、C ，则B 是轻关键组分，C 是重关键组分。

对二元连续精馏过程，全塔物料应该满足式（9—24）和（9－25）。

若已知原料液量F 、组成F x 以及分离要求D W x x 、，则馏出液量D 和釜液量W 就能计算出来。

而对多元连续精馏过程而言，在馏出液和釜液重仍只能规定一个组分的浓度（通常式关键组分的浓度），因为在该设计条件下就可确定精馏塔的理论板数，从而随之确定其余组分的浓度。

换句话说，另外组分的浓度不能任意规定，它们受到精馏塔分离能力的制约。

由于上述原因，多元连续精馏塔重单凭全塔物料衡算还不能确定塔顶、底的量和组成。

以精馏A 、B 、C 三元物系的精馏塔为例，全塔物料衡算关系为AF AD AW BFBD BW F D WFx D x W x Fx D x W x=+⎧⎪=+⎨⎪=+⎩ （9—87）若已知原料液量F 和组成AF BF x x 、，以及选定的关键组分A 、B 在塔底和塔顶的浓度要求AW BD x x 、，则剩余的四个未知数——馏出液量D 、釜液量W 、组成AD x 和B W x 不能根据式（9—87）直接计算，尚缺一个方程。

为此通常采用一些假定给予补足。

若组分数增多，则需要补足的方程数也增多，因为每增加一个组分，方程数增加一个，而未知数却要增加两个。

总体来说，对C 各组分的多元精馏，全塔物料衡算需要补足的方程数为C —2个。

根据补足方程的不同形式，全塔物料衡算可分为清洗分割和非清晰分割两种。

1、1、清晰分割若选取的轻、重关键组分式相邻组分，且这两个关键组分间的相对挥发度较大，其分离要求也较高，即轻、重关键组分分别在塔底、塔顶产品中的浓度较低。

第三节二元连续精馏的计算

截距:
xD R 1
b
xD R 1
F, xF
V ,yn+1 L ,x n
过点a(xD, xD),b(0,
xD R 1)
x
xD
x~y图上联a、b点得精馏段操作线。
3、思考：操作线斜率大，对精馏是否有利？
y xD
汽相增浓程度
复习：平衡级和精馏原理
1．平衡级（理论塔板）定义使不平衡的汽液两相（汽相温
Vy Lx Dx D
V y L x Wx W
(V V ) y ( L L) x ( DxD WxW )
L L qF V V (q 1)F
d1
d4 d5
；其蒸气的平均比热容 cp,V=1.26kJ.kg-1.K-1 ；在总压
若将 F ' , kg / h F , kmol / h F F' ; M F M A x F M B (1 x F ); MF
釜残液采出率:
例 10-6 一精馏塔用于分离乙苯 - 苯乙烯混合物，进料量 3100kg.h-1，其中乙苯的质量分数为0.6，塔顶，塔底产品中质量分数分别要求是 0.95、 0.25。求塔顶，塔底产品的质量流率和摩尔流率。分析：已知F，xF，xD，xW，求D，W 总物料衡算
问题1：L、V如何计算？问题2：与精馏段L、V有何关系？
(a)过冷液体
}
}
} V L (b)饱和液体
V L (c)汽液混合物
V L (d)饱和蒸汽
V L (e)过热蒸汽
V, iV F, iF
L, iL
V > V ， L > L

化工单元操作：全塔物料衡算

所以
F=14000 / 117.7=118.95 kmol/h
工艺参数计算
全塔物料衡算
例：在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。已知原料液流量为14000kg/h，组成为0.3（二硫化碳的质量分数，下同）。若要求釜液组成不大于0.05，馏出液回收率为90％。试求：馏出液的流量和组成？（分别以摩尔流量和摩尔分数表示）
工艺参数计算
全塔物料衡算
例：在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。已知原料液流量为14000kg/h，组成为0.3（二硫化碳的质量分数，下同）。若要求釜液组成不大于0.05，馏出液回收率为90％。试求：馏出液的流量和组成？（分别以摩尔流量和摩尔分数表示）
解：
xF
wF / M A wF / M A (1 wF ) / M B
解：
馏出液回收率
DxD / FxF =90% DxD=0.9×118.95×0.465=49.78 由全塔物料衡算
F=D+W
FxF=DxD+WxW 解之
118.95=D+W 118.95×0.465=0.9×118.95×0.465+0.096W
D=61.33kmol/h xD=49.78 / 61.33=0.81
精馏技术 ---全塔物料衡算
工艺参数计算
全物料衡算, 以单位时间为基准
列式：衡算式（质量守恒）、关系式
总物料： F D W
易挥发组分： FxF DxD Wxw
F、D、W —摩尔流量 kmol/s xF、xD、xW—摩尔分率
工艺参数计算
全塔物料衡算
工程计算中，通常F和xF、xD、xW为已知，由以上两式联立求解，可得馏出液量D和残液量W。

2 精馏计算

1kmol为基准
18

q值的意义：
①把L’和L、F联系起来：每进料1kmol/h时，提馏段中的液体流量L’较精馏段L中增大的kmol/h值。对于泡点、露点、混合进料，q值相当于进料中饱和液相所占的分率。
②表示进料热状况
进料状况
冷液体饱和液体气液混合物
进料的焓 IF
IF<IL IF=IL IL<IF<IV
（一）基本假定
（1）恒mol气化在精馏段内，单位时间内从每块塔板上升蒸气的mol数都相等。在提馏段也是一样，但两段的上升蒸气mol数不一定相等。在精馏段：V1=V2=…=Vn=V mol数在提馏段：V1＇=V2＇=…=Vn＇=V＇ mol数
但V不一定等于V＇
6
（2）恒mol溢流在精馏段内单位时间内从每块塔板下降的液体的mol 数都相等，在提馏段也一样，但两段的下降液体mol数不一定相等。在精馏段：L1=L2=…=Ln=L mol数
f 0 < q <1
q=1
e
xW
xF
xD
20
(1)五种进料热状况：
1、冷液进料； 2、泡点进料（饱和液体进料）； 3、气液混合物进料； 4、露点进料（饱和气体进料）； 5、过热蒸气进料
21
(2)进料热状况对进料板物流的影响
（1）冷液进料
tF tV ,
L' L F
V ' V
（2）对于泡点进料
相邻塔板任意板下降液相组成xn及由其下一层板上升的蒸汽组成yn＋1之间关系——操作关系。通过物料衡算推导出来。
n 1
yn xn
y n 1
n
n 1
描述精馏塔内操作关系的方程称为操作线方程，可

精馏的物料衡算

编号：SM-ZD-31385 精馏的物料衡算Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives编制：____________________审核：____________________时间：____________________本文档下载后可任意修改精馏的物料衡算简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。

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一、全塔物料衡算连续精馏过程中，塔顶和塔底产品的流量与组成，是和进料的流量与组成有关的。

它们之间的关系可通过全塔物料衡算求得。

衡算范围如图10—2虚线框内所示。

总物料平衡F＝D+W (10—1)易挥发组分平衡Fxr＝DxD+Wxw (10—2)式中 F 原料液摩尔流量，kmol／h；D——馏出液摩尔流量，kmol／h；W——釜残液摩尔流量，kmol／h；XF——料液中易挥发组分的摩尔分数；XD 馏出液中易挥发组分的摩尔分数；XW 釜残液中易挥发组分的摩尔分数。

只要已知其中4个参数，就可以求出其他二参数。

一般情况下F、cF、cD、Xw由生产任务规定。

上式中F、D、W也可采用质量流量，相应地XF、XD、Xw用质量分数。

式中D／F，W／F——工程上分别称其为馏出液采出率和残液采出率。

精馏生产中还常用回收率的概念。

所谓回收率，是指某组分通过精馏回收的全塔物料衡算方程虽然简单，但对指导精馏生产却是至关重要的。

实际生产中，精馏塔的进料是由前——工序送来的，因此进料组成XF为定值。

精馏塔全塔物料衡算

一、精馏塔全塔物料衡算原料甲醇组成: 塔顶组成: 塔底组成: 进料量:s kmol a t F 234410205.2360024300]02.18/)324.01(04.32/324.0[10102.1102.1-⨯=⨯⨯-+⨯⨯=⨯= 物料衡算式为:联立代入求解:二、常压下甲醇—水气液平衡组成(摩尔)与温度关系1、温度精馏段平均温度: 提馏段平均温度: 2、密度已知:pTaaooBB A A LTp a 4.22M)M (1V=+=ρρρρ混合气密度：为相对分子质量为质量分数，混合液密度：塔顶温度: 气相组成:进料温度:气相组成:塔底温度:气相组成:1>精馏段:液相组成:气相组成:所以:2>提馏段:液相组成:气相组成:所以:由不同温度下甲醇与水得密度:求得在、、下得甲醇与水得密度(单位:)51.962 (852).96501.01716.720.011852.965...................3.9652.991003.9654.9589010072.716 (7162).99100725716901002.99204.759 (55).97993.01564.74693.0155.979..................8.97776.66702.9838.9776070564.746 (74376).6670751743607076.66015.855 (599).97846.01628.74446.01599.978................8.97752.68702.9838.9776070628.744 (74352).6870751743607052.68W WwW wWcW cWWD DcD wDcD cDDF FwF wFcF cFF=-+==--=--=--=--==-+==--=--=--=--==-+==--=--=--=--=ρρρρρρρρρρρρρρρρρρCCC o o ottt所以:845.02V 0985.12V 605.015.2734.2215.273112.115.2734.2215.273085.115.2734.2215.273kmolkg 4385.242V kmol kg 699.302V kmol kg 467.181kmol kg 41.301kmol kg 9885.301kmolkg 33.22L kmol kg 474.262L kmolkg 10.181kmol kg 56.221kmolkg 39.301VW VF VD VF W VWVWD VDVDF VFVFVF VW VF VD W W VW F F VF D D VD LF LW LF LD W W LW F F LFD D LD 212121MMMM M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M M =+==+==+⨯==+⨯==+⨯==+==+==-+==-+==-+==+==+==⨯-+⨯==⨯-+⨯==⨯-+⨯=）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇水甲醇ρρρρρρρρρt t t y y y y y y x x x x x x3、混合液体表面张力:二元有机物—水溶液表面张力可用下列公式计算: 注:式中,下脚标w 、o 、s 分别代表水、有机物及表面部分;、指主体部分得分子数;、指主体部分得分子体积;、为纯水、有机物得表面张力;对甲醇q=1。

精馏塔的物料衡算

1 精馏塔的物料衡算1.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率甲醇的摩尔质量 A M =32.04kg/kmol 水的摩尔质量 B M =18.02kg/kmol315.002.18/55.004.32/45.004.32/45.0=+=F x 898.002.18/06.004.32/94.004.32/94.0=+=D x1.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量FM =0.315⨯32.04+(1-0.315) ⨯18.02=22.44kg/kmol DM=0.898⨯32.04+(1-0.898) ⨯18.02=30.61kg/kmol1.3 物料衡算原料处理量 h kmol F /467.9844.22243301075.17=⨯⨯⨯=总物料衡算 98.467=D+W甲醇物料衡算 ωX +=⨯W D 898.0315.0467.98联立解得 D=48.462kmol/h W=93.136kmol/h 0005.0=WxWM =0.0005⨯32.04+(1-0.0005) ⨯18.02=18.03kg/kmol2 塔板数的确定2.1 理论板层数N T 的求取2.1.1 相对挥发度的求取将表1中x-y 分别代入)1()1(A A A A y x y x --=α得表2所以==∑1212...21a a a m α 4.22.1.2进料热状态参数q 值的确定根据t-x-y 图查得x F =0.315的温度t 泡=77.6℃ 冷液进料：60℃t m =26.7760+=68.8℃查得该温度下甲醇和水的比热容和汽化热如下：则Cp=2.84×0.315+4.186×0.685=3.7579 kJ/kg K r 汽=1091.25×0.315+2334.39×0.685=1942.8 kJ/kg q=汽汽进泡r r )t -(+t Cp =8.19428.19428.686.77×7579.3+）—（=1.017>12.1.3求最小回流比及操作回流比采用作图法求最小回流比，在x-y 图中、自点（0.315,0.315）作进料线方程： y=1-q Xf 1--x q q =59.8x －18.53 (1)操作线方程： y=x)1-α(1αx += 3.2x14.2x+ (2)联立（1）（2）得到的交点(0.321,0.668)即为（Xq,Y q ）所以最小回流比R min =－Xq－Yq Xd Yq =321.06658.06658.0898.0--=0.6734取操作回流比为R=2R min =1.34682.1.4求精馏塔的气、液相负荷/h46.473kmol =34.5061.3468=RD =L ⨯/h 80.979kmol =34.506 2.3468=1)D +(R =V ⨯/h 144.94kmol =98.467+46.473=F +L = L'/h80.979kmol =V =V'2.1.5求操作线方程精馏段操作线方程为1n y +=1R R +n x +1D x R +=3468.23468.1n x +3468.2898.0=0.574n x +0.383 （a ）提馏段操作线方程0004.079.10005.0979.80961.63979.8094.144'''1'-=⨯-=-=+m m W m m x x x VW x VL y（b ）2.1.5采用逐板法求理论板层数由 1(1)qq qx y x αα=+- 得yyx )1(--=αα将 α=4.2 代入得相平衡方程yy yyx 2.32.4)1(-=--=αα （c ）联立（a ）、（b ）、（c ）式，可自上而下逐板计算所需理论板数。

精选精馏过程的物料衡算与操作线方程论述

故提馏段操作线通常按以下方法作出（两点式）
先确定提馏段操作线与对角线的交点c，再找出提馏段操作线与精馏段操作线的交点d，直线cd即为提馏段操作线。
两操作线的交点可由联解两操作线方程而得，亦可由精馏操作线与q线的交点确定。
五、理论塔板数的确定
1、理论板的假定
所谓理论板是指离开该板的汽液两相互成平衡，塔板上各处的液相组成均匀一致的理想化塔板。
计算前提：双组分溶液为理想溶液，即汽液平衡关系可用下式表示：
对于连续精馏塔，从塔顶最上一层塔板（序号为1）上升的蒸汽经全凝器全部冷凝成饱和温度下的液体，因此馏出液和回流液的组成均为y1，即：
y1＝xD
根据理论板的概念，自第一层板下降的液相组成x1与y1互成平衡，由相平衡方程得：
式中：V——精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h； V’——提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。
（2）恒摩尔溢流
恒摩尔溢流是指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板下降的液相摩尔流量分别相等，但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。
精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等，即：
其前提条件是汽液两相皆充分混合、各自组成均匀、塔板上不存在传热、传质过程的阻力。
理论板层数的确定是精馏计算的主要内容之一，它是确定精馏塔有效高度的关键。计算理论板层数通常层采用逐板计算法和图解法。
有关理论塔板的两点说明
（1）实际上，由于塔板上汽液间的接触面积和接触时间是有限的，在任何形式的塔板上，汽液两相都难以达到平衡状态，除非接触时间无限长，因而理论板是不存在的。
解得： F＝788.6kmol/h（进料量） W＝608.6kmol/h（釜液量）
（2）据 R＝L/D
故回流比为：

物料衡算和操作线方程

5－2 物料衡算和操作线方程
一、全塔物料衡算 F=D+W FxF DxD WxW
D

Dx D FxF
100%
W
W (1 xD ) 100% F(1 xF )
二、精馏段操作线方程
总物料衡算 V=L+D
①
易挥发组分衡算 Vyn+1=Lxn+DxD ②
①代入② 令 R L
D
回流比
三、q 线方程（进料方程）
Vy=Lx+DxD ① V'y=L'x－WxW ②
进料板连接着精馏段与提馏段，因此组成相同，下标省略！
① － ②：
1.0
（V'－V）y=(L'－L)x－(DxD+WxW)
q=1 q>1
a
0<q<1
（q－1)F y=q F x－F xF
y q x xF q 1 q 1 ——q线方程
L
D
yn1 L D xn L D xD
yn1

R R
1
xn

R
1
1
xD
精馏段操作线方程
V, y1
L, xD 1 2
3
n
L, xn
n+1 V, yn+1
D, xD
精馏段操作线方程式表示在一定条件下，精馏段内任意一块
板（第n板）下降的液相组成xn与其相邻的下一块板（第n+1
板）上升的气相组成yn+1
IL≈IL'
代入②式并与①联立
V,IV
L,IL
V’, IV’ L’, IL’
（V－V'） IV =F IF－(L'－L) IL