进料热状况及q线方程

化工原理课程论文题目：进料热状况及进料方程院（系）：资源与环境工程学院化学工程与工艺班级：化工09-2 姓名：武欣学号： 22指导教师：熊楚安教师职称：教授进料热状况参数及进料方程武欣黑龙江科技学院资源与环境工程学院, 哈尔滨, 150000摘要：通过改变进料的状态，分析进料热状况对精馏的影响。

并对五种进料热状态进行逐一定性分析，从物料衡算和热量衡算理论推导出q 线方程。

关键词： 热状况 进料方程 理论板数the parameter of Feed condition and feed equation WuxinNatural Resources and Environmental Engineering Faculty.HeiLongJiang Institute of Science and Technology, Haerbin 150000 ,china;Abstract: The paper discusses the influence of Feed condition during rectification. Qualitative analysis these five kinds of Feed condition. Exploiting material balance and heat conservation deduce feed equation.Keywords :condition of material feed equation tne number of theoretical plate引言：在精馏过程中，影响精馏效果及精馏质量的因素，除了与精馏塔的结构有关外，还与进料的状态有密切关系。

精料热状况的不同，使精馏塔内精馏段和提馏段的上升蒸汽和下降液体的流量大不相同。

与此同时，由于进料所携带的热量，决定了精馏塔辅助设备中的，塔底再沸器及塔顶的冷却器的耗热量不同。

这样，在工厂设计中就要考虑设备的尺寸及工作状态。

并且，由于精馏段操作线方程与提馏段操作线方程的交点为q 线方程，所以精料状态的不同是精料方程发生改变。

例如，当液体泡点进料时，q 的值取1，相应的q 线为垂直于x 轴。

而当饱和蒸汽进料时，q 值取0，此时q 线方程为垂直于y 轴的直线。

由于q 值得不同，精馏塔所需的理论板数不同，这样在实际生产中就要考虑实际板数与进料热状况的关系。

一、进料热状况参数在精馏塔内，由于原料的热状况不同，从而使进料板上升的蒸汽量和下降的液体量发生变化。

为了分析进料的流量及热状况对精馏操作的影响，对进料板作为料衡算和热量衡算。

总物料衡算：V L V L F +'='++ （1）总热量衡算：V L V L F VH h L H V Lh Fh +'='++ （2）式中H V ——蒸汽的摩尔焓，kJ/kmol;H L ——液体的摩尔焓，kJ/kmol h F ——原料的摩尔焓，kJ/kmol由于塔内各板上的液体和蒸气均呈饱和状态，相邻两板的温度和气液组成变化不大，所以可近似认为===-h h h F F 1原料在饱和液体状态下的摩尔焓===+H HH 1F F 原料在饱和蒸汽状态下的摩尔焓h L VH H V Lh Fh F '+='++整理后得 h L L Fh H V VF )()(-'-='- （3）将式（1）代入（3）得[]h L L Fh H L L F F )()(-'-=-'-))(()(h H L L h H F F --'=-FLL h H h H F -'=--令 FL L h H h H q F -'=--=（4）即 饱和液体的焓饱和蒸气的焓原料焓饱和蒸气的焓--=q原料的摩尔气化潜热蒸气所需要的热量每摩尔原料汽化为饱和=式中，q 为进料热状况参数，进料热状况不同，q 值亦不同。

由（1）得qF L L +=' （5）代入（1）得F q V V )1(--=' （6）式（5）和（6）关联了精馏塔内的精馏段与提馏段上升蒸气量V 、V ’，下降液体量L 、L ’，原料液量F 及进料热状况q 之间的关系。

二、 进料热状况参数q 的计算根据q （LV FV h H h H q --=）值的大小，精馏塔的进料通常有五种状况。

○1q>1，过冷液体进料。

因为h F <h 进料的温度小于泡点温度，所以当他们预热至饱和状态时必然要吸收热量，这部分热量只有由提馏段上升的蒸汽来提供，从而使用部分蒸汽冷却下来。

进料、提馏段蒸汽冷凝下来的液体以及精馏段下降的饱和液体一起进入提馏段，此时有F L L +>',V V >'○2q=1，饱和液体进料。

因为h F <h 加入的就是饱和液体，所以没有预热过程产生。

进料与精馏段下降的饱和液体一起进入提馏段，而两段上升的蒸汽流量相等。

F L L +='，V V >'○30<q<1，气液混合物进料。

因为进料是气液混合物，设其中液相所占的百分率a ，气相所占的百分率为（1-a ），则进料焓V L F H a ah h )1(-+=，即F○1图’F○2图)(L V F V h H a h H -=-，所以q=a ，此时的进料热状况参数q 正好等于进料中液相分率。

进料所含的液体与精馏段下降的饱和液体一起进入提馏段，进料所含的气体则与提馏段上升的饱和蒸汽一起进入精馏段。

F L L L +<'<，V V <'○4q=0，饱和蒸汽进料。

因为h F =H 加入的就是饱和蒸汽，所以没有冷却过程产生。

进料与提馏段上升的饱和蒸汽一起进入精馏段。

L H h F ='>，F V V -='○5q<0，过热蒸汽进料。

因为加入蒸汽的温度大于其露点，所以当他们变成饱和状态时必然要放出热量，这些热量会使精馏段下降的饱和液体部分气化。

进料、液体气化而来的气体以及提馏段上升的饱和蒸汽一起进入精馏段。

广义上讲，进料热状况参数都可以看作是进料中饱和液体的摩尔分率。

饱和液体进料，q=1；饱和蒸汽进料，q=0；气液混合物进料，q=a ，这三种情况下进料热状况参数很容易确定。

而对冷液进料和过热蒸汽进料，q 可采用以下方法进行计算。

过冷液体：rt t C h H h h h H h H h H q F b PL L V F L L V L V F V )(1-+=--+-=--=过热蒸汽：[]rt t C h H t t C H H h H h H q d F PV L V d F PV V V L V F V )()(--=--+-=--=式中，PL C 是进料在温度（t b +t F ）/2下液体的比热容；PV C 是进料在温度(t F +t d )/2下的气体的比热容，r 是进料的摩尔气化潜热，t d 为气相的露点温度，t b 液相的泡点温度。

F○3图F○4图’F○5图’5种进料热状况及精馏段、提馏段气液流量关系三、 q 线方程（进料方程）在精馏塔的分析和计算中，当进料组成(x F )、馏出液组成（x D ）、釜液组成（x W ）、回镏比（R ）和q 已知时，精馏段和提馏段的操作线方程就可确定下来。

精馏段操作线方程可有R 和x D 很方便的求出，而提馏段操作线方程要求根据塔内气液相流量与q 的关系结合全塔物料衡算进行求解。

精馏段、提馏段操作线方程式可分别写成如下形式：D yDx Lx V += （7）W y Wx x L V -'=' （8）全塔物料衡算得 w D F Wx Dx Fx += （9）将式（8）减去式(7)得)()()(W D Wx Dx x L x L y V V ---'=-'将式（5）、（6）、和（9）代入上式并经整理得11---=q x x q qy F （10）式（10）称为q 线方程或进料方程。

在进料热状态一定时，因此其为直线方程。

当x=x F 时，由式得y=x F ,则q 线在x-y 图上式过对角线上e(x F ,x F )点，以q/(q-1)为斜率的直线。

以不同进料热状态，q 值不同，其对q 线的影响也不同。

由于进料方程是联立两操作线方程而得，以此q 线方程表示两操作线交点的轨迹方程。

q 线斜率值及在x-y 图上的方位x F 、x D 和R 一定时，精馏段操作线确定，q 值的大小将直线影响到点d 的位置，从而影响到提馏段的操作线。

五种进料状况下q 线、点d 和提馏段操作线的形状如下。

四、加料热状态的选择前已述及加料热状态可由q 值表征，q 值表示加料中饱和液体所占的分率。

若原料经预热或部分汽化，则q 值较小。

在给定的回流比R 下，q 值的变化不影响精馏段操作线的位置，但明显xy x Wx F x 0c改变了提馏段操作线的位置。

q值越小，即进料前经预热或部分汽化，所需理论板数反而越多。

为理解这一点，应明确比较的标准。

精馏的核心是回流，精馏操作的实质是塔底供热产生蒸汽回流，塔顶冷凝造成液体回流。

由全塔热量衡算可知，塔底加热量、进料带入热量与塔顶冷凝量三者之间有一定关系。

以上对不同q值进料所做的比较是以固定回流比R即以固定的冷却量为基准。

这样，为保持塔顶冷却量不变，进料带热越多，塔底供热则越少，塔釜上升的蒸汽量亦越少；塔釜上升蒸汽量越少，使提馏段的操作线斜率增大，其位置向平衡线移近，所需理论板数必增多。

当然，如果塔釜热量不变，进料带热增多，则塔顶冷却量必增大，回流比相应增大，所需的塔板数将减少。

但必须注意，这是一增加热耗为代价的。

所以，一般而言，在热耗不变的情况下，热量应尽可能的在塔底输入，使所产生的气相回流能在全塔中发挥作用；而冷却量应尽可能施加于塔顶，使所产生的液体回流能经过全塔而发挥最大的效能。

工业上有时采用热态甚至气态进料，其目的不是为了减少塔板数，而是为了减少塔釜的加热量。

尤当塔釜温度过高、物料易产生聚合或结焦时，这样做更有利。

q值理论板数1.2（冷加料）7.81.0（沸点加料）8.00.5（气液混合加料）8.80（饱和蒸汽加料）12不同的q值所需的理论板数参考文献[1] 陈敏恒.《化工原理》（上册）.化学工业出版社.2006.5.1[2]周涛.《化工原理》.科学出版社.2010.6.[3]夏清. 《化工原理》.天津大学出版社.2011.2.（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。