化工原理下13 精馏的物料衡算

上升蒸汽组成y n+1之间的关系。
L=RD
V = L+ D =（R + 1）D
思考
1）精馏线
L
D
yn1LDxnLDxD
的推导所用到的前提条件是什么？
答：恒摩尔流假设；
稳态操作；
无化学反应；
（与气液是否达到平衡无关！）
思考
2）精馏线 yn1RR 1xnRxD1
的推导进一步用到的前提条件是什么？
答：泡点回流
解：正戊烷 M = 72 正己烷 M = 86
MF=( 0.4×72+0.6×86)
= 80.4 g/mol
F = (5000 / 80.4)
62.2 DW 6 .2 2 0 .4 0 .9 D 8 0 .0 W
D =24.6 2 kmol / h
W=37.62 kmol / h
= 62.2 kmol/h
xn
yn
1(
xn 1)xn
2.恒摩尔流假设
LV
F
加料板
L'
V'
1）恒摩尔气化
V1= V2= V3 = ······= V
V1’= V2’= V3’ = ······= V’
2）恒摩尔溢流
L1 = L2= L3 = ······= L
L1’ = L2’ = L3’ = ······=L’
恒摩尔流假设的条件
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。
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
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LL 内 //D DLL 内
1、各组分的摩尔潜热相同; 2、因温度不同,气液接触交换的显热可忽略; 3、保温良好。
1.5.2 物料衡算和操作线方程
1.全塔物料衡算
全塔物料衡算:
F=D+W
L
全塔轻组分物料衡算
F xF = D xD+ W xW
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F xF
D xD
塔顶易挥发组分回收率
W xW
采 出率 D/F
η= D xD / (F xF)
yn 1L /D L /D D /D x nL /D D /D D /D x D
L /D
D /D
yn 1L /D D /D x nL /D D /D x D
令L/DR(回流)比
yn1RR1xnRxD1
** 精馏段操作线方程的意义：
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）
（使塔内的回流L内与塔外液相回流相等，即L内 ＝L外，如果没有特别说明，L一般指的是外回流， 而精馏线方程中的L应按内回流算。）
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)
V外
L外
VL
D
L外:塔外的液相回流量,kmol/h Φ:被冷凝下来的流量,kmol/h
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
量为50kg/h，顶为全凝器，平均相对挥发度为1.6， 回流比为2。
求: (1) 由上向下数第一块理论塔板下降的液体组成; (2) 第二块理论塔板上升蒸气组成。 (3) 精馏段各板上升蒸气量及下降的液体量;
100 kg/h; ②根据恒摩尔流假设,每块塔板回流液的量应皆为
0.826 kmol/h;
3、提馏段物料衡算及操作线方程
L’ = V’ + W
m V ' L' m1 y m 1 x m
V’ = L’ - W
V’ ym+1 = L’xm －WxW
ym1
L' V'
xmW V' xW
yW
W
xW
L'
W
L'WxmL'WxW
24 .6 0.98
F D W
62 . 2 0 . 4
Fxf DD xWW x
97%
2.精馏段物料衡算及操作线方程
精馏段总物料衡算
V = L+D
V
1
y1 L
x1
yn
n
V yn1 x n L
精馏段轻组分物料衡算
V yn+1=Lxn + D xD V=L+D
D xD
L
D
yn1LDxnLDxD
=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
问题:下面说法是否正确? ①根据恒摩尔流假设,每块塔板回流液的量应皆为
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
F xF = D xD+ W xW 相减得出
课本例4 P18
解：
y2
y1
x1 x2
(1) y1 = xD= 0.95
xD
y1
x1 1( 1)x1
0.95 1.6x1
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
1.5 双组分连续精馏计算
双组分连续精馏塔的物料衡算 全凝器
V y1
1.全塔物料衡算 2.精馏段物料衡算 3.提馏段物料衡算
L
D xD
4.加料板物料衡算
V ' yW 水蒸气
W xW 冷凝水
1.5.1 理论板的概念及恒摩尔流假定
1.理论板的概念 理论板：离开塔板的蒸气和液体呈平衡的塔板。
yn
n
yn1