第二节精馏原理、第三节精馏塔物料衡算习

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精馏塔的计算

则F = D + W
FxF= DxD+ WxW
175 = D + WD=76.6kmol/h
175×0.44=0.974D+0.0235WW=98.4kmol/ h
例：将含24%（摩尔分率，以下同）易挥发组分的某混合液送入连续操作的精馏塔。要求馏出液中含95%的易挥发组分，残液中含3%易挥发组分。塔顶每小时送入全凝器850kmol蒸汽，而每小时从冷凝器流入精馏塔的回流量为670kmol。试求每小时能抽出多少kmol残液量。回流比为多少？
Y =nA/nB=yA/yB=yA/（1-yA）kmolA / kmolB
Y =pA/pB=pA/（P - pA）
在吸收操作中，通常A组分：指吸收质
B组分：液相xB指吸收剂，气相yB指惰气
四．吸收推动力：实际浓度与平衡浓度之差。即ΔY=Y–Y*（以气相浓度表示）
ΔX=X*- X（以液相浓度表示）
脱收推动力：ΔY=Y*- Y（以气相浓度表示）
气膜、液膜越厚，传质阻力越大，传质速率就越小，而膜越薄，自然越有利传质。
（三）提高吸收速率：流体力学指出，流速越大，边界膜越薄。因此按照双膜理论，在其它条件不变时，增大流速，就可以减小双膜阻力，从而提高吸收速率。
七．吸收速率
1．吸收速率：是指单位传质面积上，单位时间内吸收的溶质量。
在稳定操作的吸收设备中吸收设备内的任一部位上，相界面两侧的对流传质速率是相等的（否则会在界面处有溶质积累）。因此其中任何一侧有效膜中的传质速率都能代表该处的吸收速率。
阻力阻力
双膜理论模型
通过假设，把整个相际传质的复杂过程简化为吸收质只是经气、液两层的分子扩散过程。因此两膜层就成为吸收过程的两个基本阻力。
（二）在两相主体浓度一定的情况下，两膜层的阻力便决定了传质速率的大小。双膜理论也称双阻力理论。

化工原理下1-3 精馏的物料衡算(课堂PPT)

1(1.61)x1
x1 0.92
R
1
(2) y2R1x1R1xD
2210.9220.9150.93
（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
质量分率化为摩尔分率
x
xG/MA
xG/MA(1xG)/MB
摩尔分率化为质量分率
xGxMAx(1M Ax)MB
XG表示轻组分的质量分率
例题1:将5000kg/h含正戊烷0.4(摩尔分率)的正戊烷正己烷混合液在连续精馏塔内分离,馏出液含正戊烷0.98, 釜液含正戊烷不高于0.03,求馏出液、釜液的流量及塔顶易挥发组分的回收率。
yn1L内 L 内DxnL内 D DxD
若令 R内L内/D
则yn1R内 R内 1xnR内 xD 1
R内与R关系？令R内q回流 R
则 q回流 R R 内L L 内 //D DL L 内
LLLpC m (tbtR)/rm
L
L
q回流cpm(tb
tR)rm rm
例题2
例: 氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔内分离，要求馏出液氯仿浓度为0.95(摩尔分率)，流
塔釜难挥发组分回收率
W (1 xW )
F(1xF)
思考
为什么不再对重组分进行物料衡算？答：由于xB=1-xA，并不是独立的，
对重组分物料衡算所得的方程：
F (1-xF) = D(1- xD)+ W (1-xW) 可由F = D + W 与

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。

精馏的物料衡算培训

精馏的物料衡算培训精馏是一种常用的分离技术，用于将多种物质按照其不同的沸点进行分离。

在精馏过程中，需要对物料的衡算进行准确的计算，以确保分离的效果和产品质量。

以下是一篇关于物料衡算培训的文章：精馏的物料衡算是实施高效、优质分离的关键之一。

物料衡算的正确性直接影响到产品的纯度和产量。

因此，在进行精馏操作之前，我们需要了解并掌握一些物料衡算的基本原则和方法。

首先，衡算的基本原则是物料的质量守恒。

在精馏过程中，原料中的组分会被分离出来形成不同的馏分。

但无论如何，原料中的总质量不会发生变化。

这是因为所有输入的原料和输出的馏分都是从同一批原料中获得的。

因此，在进行物料衡算时，必须确保总输入和总输出的质量相等。

其次，物料衡算还要考虑到物料的组成变化。

在精馏过程中，原料中的不同组分会因为其不同的沸点而分离出来。

因此，在计算过程中，需要将每个组分的质量变化进行分开计算。

通常，我们会使用质量分数或摩尔分数来表示每个组分的含量。

在进行物料衡算时，还需要考虑到各个操作阶段的效率和损失。

例如，精馏塔上部的馏分质量往往要高于下部，因为上部以较低的温度进行，较轻组分会更容易挥发出来。

当然，馏分会伴随着一定的损失，这是正常的。

但在操作过程中，我们要尽量降低这种损失，以提高产品的质量和产量。

最后，在进行物料衡算时，还需要注意时间的衡算。

精馏通常是一个连续的过程，输入和输出是不间断进行的。

因此，要确保衡算的时间范围一致，以避免计算错误。

总之，物料衡算是精馏过程中不可或缺的一环。

正确的衡算可以帮助我们预测和控制输出产品的质量和产量，以实现高效的分离。

因此，在实施精馏操作之前，我们必须严格遵守物料衡算的原则和方法，以确保良好的操作结果。

继续写相关内容：物料衡算是精馏过程中不可或缺的一环。

通过合理的衡算，我们可以对精馏过程中的输入和输出进行准确地计算和控制，以实现高效的分离。

下面将详细讨论精馏物料衡算的基本原则和相关计算方法。

1. 质量守恒原则：在精馏过程中，总体输入的质量应该等于总体输出的质量。

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。

化工原理_精馏

IV I F IV I F q IV I L rm
IV - IF相当于将1kmol的原料液由20 ℃变成92.5 ℃的饱和蒸气所需要的热量。 IV – IF= (92.5-20)CPm +rm
CPm为混合液体的平均比热；rm为混合液体的平均潜热
rm =r1 x1 + r2 x2
y2
x2
操作关系
y3
……
xm x w
提馏段理论板数＝m－1
再沸器
结论：全塔理论板数NT=(n-1)+(m-1) （不含再沸器）
其中精馏段理论板数NT1＝n－1 （或注明第n块为加料板）
关于理论板数的确定注意: ∵xn是加料板浓度，而加料板属于提馏段，∴精
馏段板数在采用全凝器时为 n-1
y y1 y2
f
2
1
•a
3
4 5 6
d • e
b
xD R 1
•
8
7
•c xW
x1(xn )
xF
x2
x 1 xD
x
5.进料热状况对q线及操作线的影响 (1) 冷液进料ef1 q>1
内容回顾
一、精馏原理
（1）无中间加热及冷凝器的多次部分气化和多次部分冷凝（2）顶部回流及底部气化是保证精馏过程稳定操作的必不可缺少的条件。（3）精馏操作流程（4）相邻塔板温度及浓度的关系
tn1 tn tn1 xn1 xn xn1 yn1 yn yn1
ym1
W/F=1-0.3476=0.6524
1.1123 1 0.6524 xm 0.025 1.447 xm 0.0112 1.1123 1 0.6524 1.1123 1 0.6524

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)

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。

资料精馏塔中的物料衡算

0000 0000 3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算00000003.4.1操作温度的计算00000001.)塔顶温度计算0000000查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.70和0.80时,其沸点分别为78.7℃78.4℃塔顶温度为DT ,则由内插法:0000000 0.7078.70.800.7078.478.7D Dx T --=--,0000000078.24D T ⇒=℃000000003.)塔釜的温度00000000查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.00和0.05时,其沸点分别为100℃和90.6℃设塔顶温度为WT ,则由内插法:00000000.001000.050.0090.6100W Wx T --=--,0000000096.92W T ⇒=℃00000000则精馏段的平均温度:0000000278.2482.1380.192m T +==℃0000000提馏段的平均温度:0000000196.9282.1389.532m T +==℃00000003.4.2操作压强00000000塔顶压强：P D =100 kpa0000000取每层塔板压降:ΔP=133.322 pa0000000则进料板压力: 1000.77104.9F P kpa =+⨯=0000000塔釜压力: 1000.77104.9W P kpa =+⨯=0000000则精馏段的平均操作压强:00000001100104.9102.52m P kpa +== 提馏段的平均操作压强:00000002110.5104.9107.72m P +== .）液相的平均密度00000000.843D x =0.013W x =由11ii i n αρρ==∑ 计算00000000（1.）对于塔顶0000000078.24D T C =查文献 3741.83/A kg m ρ=，3972.9/B kg m ρ= 00000000质量分率 ()0.84346.070.93210.84346.0710.84318.02A α⨯==⨯+-⨯0000000010.0679B A αα=-= 则1A B DA Bααρρρ=+⇒A B A LBD 1L ρααρρ=+0000000D ρ31775.2/0.93210.0679763.6972.9m kg ==+（2.）对于进料板000000082.13F T C =查文献 3739.6/A kg m ρ=，3970.50/B kg m ρ= 0000000质量分率 ()0.215746.070.41270.215746.0710.215718.02A α⨯==⨯+-⨯0000000010.5102B A αα=-= 则1A B FA Bααρρρ=+⇒A B A LB1F L ρααρρ=+0000000F ρ31862.1/0.41270.5873739.6970.5m kg ==+（3.）对于塔釜0000000096.92W T C = 160.009195x =查文献 3721.2/A kg m ρ=，3955.1/B kg m ρ= 0000000质量分率 ()0.012446.070.03110.012446.0710.012418.02A α⨯==⨯+-⨯0000000010.9689B A αα=-= 则1A B WA Bααρρρ=+⇒A B A LB1w L ρααρρ=+0000000w ρ31945.6/0.03110.9689721.2955.1m kg ==+则精馏段的液相平均密度：000000031769.2862.1815.6/22D F Lm kg m ρρρ++===提馏段的液相平均密度：000000032945.6862.1903.8/22F W Lm kg m ρρρ++===3.4.5液体表面张力的计算0000000由 1ii i n x σσ==∑ 计算0000000（1.）对于塔顶0000000078.24D T C = 10.702x =查文献 18.45/A mN m σ=，62.98/B mN m σ= 00000000 则()0.84318.7510.843663.4225.44/LD mN mσ=⨯+-⨯=00000000（2.）对于进料板000000052.75/LF mN m σ= （3.）对于塔釜0000000096.92W T C =查文献 16.60/A mN m σ=，59.49/B mN m σ=00000000则 ()0.012416.6010.012459.4958.96/LW mN m σ=⨯+-⨯=0000000则精馏段的液体平均表面张力：0000000125.4452.7539.10/22D F Lm mN m σσσ++===提馏段的液体平均表面张力：0000000258.9652.7555.85/22F W Lm mN m σσσ++===物料衡算00000000原料液及塔顶，塔底产品的摩尔分率0000000 乙醇的摩尔质量 46.07/A M kg kmol =0000000水的摩尔质量 18.02/B M kg kmol=0000000原料加料量 W=(59000*1000)/24*365=6735kg/h0000000进料组成 x F ＝0.450000000馏出液组成 x D ＝0.930000000 塔顶压力 p ＝1.03atm0000000水乙醇M x M X M F F F )1(-+⨯==0.45*46.07+0.55*8.02=30.6kg/kmol0000000F=6735/30.6=220kmol/h 0000000物料衡算式00000000F=D+W0000000W D F x W x D x F ⋅+⋅=⋅解得 D=105.43kmol/h W=114.56kmol/h X W =0.008300000000精馏塔二元系物系00000003.2回流比的确定00000003.2.1平均相对挥发度的计算0000000查[1]由相平衡方程1(1)x y x αα=+- 得(1)(1)y x x y α-=-0000000由常压下乙醇-水溶液的平衡数据0000000x 0.250.300.350.400.50 0.60 0.700.800.894 0.95 y 0.551 0.575 0.595 0.610.657 0.698 0.755 0.820.894 0.942由道尔顿分压定律i yp p =及A A Ai B B BP x P x ναν==0000000得)1()1(y aa a a y x x -⋅-⋅=α00000000将上表数据代入得：0000000序号 123453.6815 3.1569 2.7254 2.3501 1.977 序号 6789101.541 1.32 1.14 1.000.85则 80.11010321=⋅⋅⋅=ααααα00000000则平衡线方程：xx xx 80.0180.1y)1(1+==-+αα00000003.2.2最小回流比的计算和适宜回流比的确定0000000x F ＝0.45 x D ＝0.93 x w ＝0.0083 α=1.80 因为q=1所以x q = x f ＝0.450000000由相平衡方程1(1)xy xαα=+-= 0.610000000最小回流比qq q D x y x X R --=min00000000解得 R MIN =200000000操作回流比取最小回流比的1.2倍0000000R =1.2min R =2.400000000 3.3板数的确定00000000i αiα3.3.1精馏塔的气液相负荷0000000精馏段：L=RD=2.4×105.43=253.03 kmol/h 0000000V=（R+1）D=（2.4+1）×105.43=358.46kmol/h0000000提馏段：L =L+qF=253.03+220=473.03kmol/h 0000000V =V+(q －1)F=V=358.46kmol/h0000000.3.2精馏段与提馏段操作线方程0000000精馏段操作线方程 27.071.0111y n +=+++=n D n x x R x R R 0000000提馏段操作线方程：003.032.1y n -=-=n D wn x x VWx x V L 00000003.3.3逐板法确定理论板数及进料位置（也可用芬克斯方程)0000000对于甲醇—水属物系，可采用逐板计算法求理论板层数。

精馏过程的物料衡算与操作线方程论述

精馏过程的物料衡算与操作线方程论述1. 引言精馏是化工过程中常用的分离技术之一，它通过物料在不同沸点下的汽液平衡来分离混合物中不同挥发性组分。

在精馏过程中，物料衡算和操作线方程的论述非常重要，可以帮助我们确定操作条件、优化设备设计和提高产品质量。

2. 精馏过程的基本原理精馏过程基于挥发性组分的沸点差异，利用加热和冷凝来实现分离。

在精馏塔中，混合物被加热至沸腾并蒸发，产生蒸汽。

蒸汽上升到精馏塔顶部，通过冷凝器被冷凝成液体，与从塔底部向上流动的液体相接触，发生质量传递。

通过连续冷凝和汽化，塔顶收集到的液体（称为顶物）和塔底排出的液体（称为底物）具有不同的成分。

3. 物料衡算物料衡算是精馏过程设计和优化的基础。

在精馏塔中，我们需要确定几个关键的物料衡算参数，包括塔顶和塔底的组分和流量。

3.1 塔顶组分塔顶收集到的液体（顶物）的组分是通过分析塔顶收集液体的样品得到的。

通过对样品进行化学分析，我们可以确定顶物中各组分的浓度，从而衡算出塔顶液体的组分。

3.2 塔底组分塔底排出的液体（底物）的组分可以通过分析底物样品得到。

同样地，化学分析可以帮助我们确定底物中各组分的浓度。

3.3 塔顶和塔底流量塔顶和塔底的流量是通过流量计测量得到的。

通过测量塔顶和塔底的液体流量，我们可以进行物料衡算，确定物料平衡。

4. 操作线方程操作线方程是精馏过程中的一个重要数学模型，用于描述在设定操作条件下塔中液相和汽相之间的质量传递。

操作线方程基于物料衡算和热平衡原理，可以用来计算塔的塔顶和塔底组分的变化。

操作线方程通常用来解决以下问题：•确定操作变量：通过操作线方程，我们可以计算出在给定操作条件下，塔底组分的变化。

这有助于我们确定适当的操作变量，例如塔底温度、塔顶温度、回流比等。

•优化设备设计：操作线方程可以用来优化精馏塔的设计。

通过改变操作条件，例如增加回流比或改变塔顶温度，可以改善精馏塔的分离效率。

•提高产品质量：操作线方程可以帮助我们确定最佳操作条件，以提高产品的纯度和收率。

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

精馏塔的计算

kmol吸收质/kmol惰性气V，Y1L，X1
X1、X2—分别为出塔和进塔液体的组成，
（1）分子扩散的阻力和速率主要决定于扩散物质和流体的温度以及某些物理性质。
（2）分子扩散速率与其在扩散方向上的浓度梯度成正比。
分子扩散系数是物质的物理性质之一。扩散系数大，表示分子扩散快。
（3）分子在液体中扩散速率比在气体中要慢的多。因为液体的密度比气体的密度大得多，其分子间距小。
2．涡流扩散：通过流体质点的湍动和旋涡而传递物质的现象。主要发生在湍流流体中。
所以气体的摩尔分率为yA=pA/P=vA/V；xD
yB=PB/P= vB/V或yB=1-yAF，xF
三．物料衡算（双组分）
对总物料衡算F =D+W
对易挥发组分衡算FxF=DxD+ WxW
式中：W
F——原料液、塔顶产品（馏出液）、塔底产品（釜残液）流量，kmol/hxW
xF、xD、xW——分别为原料液、馏出液、釜残液中易挥发组分的摩尔分率
二．吸收分类
组分数目：单组分吸收，多组分吸收。
化学反应：物理吸收，化学吸收。
热效应：等温吸收，非等温吸收。
三．相组成表示
1．比质量分率XW（YW）：混合物中两组分的质量之比。
XW（YW）= GA/GB=αA/αBkgA / kgB
2．比摩尔分率X（Y）：混合物中两组分的摩尔数之比。
X =nA/nB=xA/xB=xA/（1-xA）kmolA / kmolB
3．对流扩散：湍流主体与相界面间的涡流扩散与分子扩散两种传质作用的总称。
它与传热过程的对流传热类似。
六．吸收机理
（一）吸收机理（双膜理论要点）
1．相互接触的汽液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄的有效层流膜层。吸收质以分子扩散方式通过两膜层。

精馏塔物料衡算

设计题目：乙醇-水连续精馏筛板塔的设计
任务要求：原料：乙醇~水溶液，年产量48000吨
乙醇含量：32.6%(质量分数)，原料液温度：25℃设计要求：塔顶的乙醇含量不小于83%(摩尔分率)
塔底的乙醇含量不大于1%(摩尔分率)
原料处理量：质量流量= 4.61 t/h
物料衡算
查表得：
M（乙醇）=46 kg/kmol M（水）=18 kg/kmol
1．原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率
塔顶物流：
进料物流：
塔底物流：
2．原料液及塔顶、塔底产品的摩尔质量
塔顶物流D的平均摩尔质量：
进料物流F的平均摩尔质量：
塔底物流W的平均摩尔质量：
3．物料衡算
进料流速：
根据：
总物料守恒：F=D+W
易挥发组分物料守恒：F*x F=D*x D+W*x Ws
得：D=45.48 kmol/h
W=204.82 kmol/h
4．甲醇回收率
η=(D*x D)/(F*x F)= (45.48*0.83)/(250.3*0.159)=0.949 三．理论板数N T的确定
查手册得：
表1：乙醇-水气液平衡数据
1．最小回流比R min
根据表1数据画出气液平衡x-y图，过（0.159,0.159）作垂直于x轴的直线，为进料线，于气液平衡线交于点（0.159,0.503），即为（x q，y q）
R min=（x D-y q）/（y q-x q）=（0.83-0.503）/（0.503-0.159）=0.95。

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。

精馏的物料衡算

编号：AQ-JS-07379( 安全技术)单位：_____________________审批：_____________________日期：_____________________WORD文档/ A4打印/ 可编辑精馏的物料衡算Material balance of distillation精馏的物料衡算使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

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。

由式(10—4)、式(10—5)可知，塔的产品产量和组成是相互制约的。

工业精馏分离指标一般有以下几种形式：①规定馏出液与釜残液组成XD、Xw，此种情况下，D／F、W ／F为定值，该塔的产率已经确定，不能任意选择。

②规定馏出液组成XD。

和采出率D／F，此时塔底产品的采出率W／F和组成XW，也不能自由选定，反之亦然。