浙江大学化工原理(过程工程与控制乙) 2009ppe-chap9_5
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可 见 ， 在 相 同 条 件 下 （ F 、 x F 、 q、 D 、 x D 、 R 相 同 ） 釜 液 排 出 量 ，
W 直 W 间 ， 排 出 组 成 x W , 直 x W ,间
（2）精线、q线、提线方程形式相同
在 相 同 条 件 （ F 、 xF、 q、 D 、 xD、 R 相 同 ） 下 ， 直 接 蒸 汽 加 热 与 间 接 蒸 汽 加 热 相 比 ，操 作 线 及 q 线 不 变 ，但 提 馏 段 操 作 线 需 延 长 至 b（ x W ,0 ） W h y ? 。
4．多股加料和侧线出料流程 思考：当多股进料时，如何确定最小回流比？
a
D , xD V L
d1
F 1, x F1, q 1
V L
y
f1
F 2, x F2, q 2
V L
d2 f2
从上到下，操 作线斜率依次 增大。
x
b xW
W, xW
xF2
xF1
xD
4．多股加料和侧线出料流程
D 1, xD 1
侧线出料流程
V
L I
D 2, xD 2
V L II
F, x F
V
L III
W, xW
5． 回收塔流程 (Recovery column)
F, x F
D , xD
只有提馏段没有精馏段 的精馏塔称为回收塔。
V
L
W, xW
2009-2-18
zhumingqiao@zju.edu.cn
3．直接蒸汽加热流程 思考：与间接蒸汽加热相比，直接蒸汽加热有何优缺点？
优点： 可以用结构简单的塔釜鼓泡 器代替造价昂贵的再沸器，且需 要的加热蒸汽压力较低；
F, x F D , xD
缺点：
需要的理论板数略有增多、 塔釜排出更多的废液。
V
ห้องสมุดไป่ตู้L
S ， y S= 0
W *, xW *
2009-2-18
2 .3 x n x W
3 xD y 2 2 .3 x 1 x W 2 .3 xW 3
0 . 767 x D 2 . 3 x W xW y2 3 0 . 767 x D 2 . 3 x W 3 0 . 256 x D 0 . 767 x W
1．塔顶设有分凝器(Partial condenser) 2．冷液回流(Cooled liquid reflux) 3．直接蒸汽加热流程(Direct steam heating) 4．多股加料和侧线出料流程(Multiple feeds and sidestreams) 5． 回收塔流程(Recovery column)
V0
内回流量 L 外回流量 L 0
据物料、热量衡算知：
( L L0 )r L 0 c p ( t 1 t 0 )
c p (t1 t0 ) L 1 L0 r
冷液回流
D , xD
R
c p (t1 t 0 ) 1 r
t1
V L
0 . 5668
)
其中 X
，Y
N N
min
N 1
，
该 式 的 适 用 范 围 为 X = 0 .1 ～ 0 .5 。
（N、Nmin均包括再沸器在内）
2009-2-18
zhumingqiao@zju.edu.cn
七、关于二元连续精馏的其它流程 冷凝器 1．塔顶设有分凝器 馏出液
泡点回流
yD
注意： N 梯级数 2，
y1
4
2 3
1
a
V, y 1
其余计算过程不变。
5
xL xD
7 8 9 6 d
L , xL 液 相
D , xD
f
P 一定 B t-y t
10 11 12 b
0
t-x A
分凝器流程
xF
1
0 x 或 y 1
2．冷液回流
(Cooled liquid reflux)
2009-2-18
zhumingqiao@zju.edu.cn
六、理论板数的捷算法 (DSTW)
逐板法 图 解 法 捷算法
当 R R min 时 ， N ； 当 R 时 ， N N min
吉利来关联图
Y 0 . 75 ( 1 X R R min R 1
W
W, xW
直接蒸汽加热的回收塔流程举例
x D 0 . 571 3 . 286 x W ------------------------（ 1）
逐板计算：
y n1
L V
xn
Wx W V
115 50
xn
115 x W 50
F, x F
D, xD y1 1 2 x1 y2
精馏段：
a
y
d f
y
R R 1
x
xD R 1
b
提馏段：
y
L' V'
x
W
xW
b x*W xW xF x xD
V'
乙 醇 -水 精 馏 体 系 直 接 蒸 汽 加 热 流 程 的 M－ T 图 解 示 意
3．直接蒸汽加热流程
根据恒摩尔流假定，有：
a
V ' S ,
L' W
L 0, x D , t0
R0
外回流比
内回流比
计 算 时 采 用 内 回 流 比 R， 计 算 过 程 不 变 。
2．冷液回流
V0
思考： 冷液回流与泡点回流相比，有 何优缺点？
t1 V L
冷液回流
D , xD
L 0, x D , t0
冷回流对精馏过程是有利 的，但冷回流操作由于塔 顶移取的热量多，相应地 需要再沸器提供的热量也 多。
第九章 蒸馏
（Chapter 9 Distillation ）
9.4 二元连续精馏的分析与计算(Analysis and calculation of continuous fractionating column for binary systems)
六、理论板数的捷算法(DSTW) 七、关于二元连续精馏的其它流程
V 分凝器 y1 L ,x L 全凝器
L D
D
F = 1 0 0 k m o l/h
x F = 0 .7
分 凝 器 流 程
W xW
x D = 0 .8
分凝器流程举例 解 xD
x L
1 1 x L 2 . 46 x L 1 1 . 46 x L
y1 V 分凝器 全凝器
分 凝 器 流 程
W xW
x D = 0 .8
F x F xW D x D xW W F D
66 . 78 kmol / h 33 . 22 kmol / h
直接蒸汽加热的回收塔流程举例 例9.7 如图所示，用有两块理论板（包括 塔釜）的精馏塔提取水溶液中易挥发组分， 20℃ 饱和水蒸汽S=50kmol/h由塔底进入，加 F=100kmol/h 料组成xF=0.2（摩尔分率，下同），温度 xF=0.2 为20℃，F=100kmol/h，料液由塔顶加入， D , xD 无回流，试求塔顶产品浓度xD及易挥发组 1 1 分的回收率。 y=3x 2 2 在本题范围内平衡关系可表示为 y=3x，液相组成为x=0.2时，泡点为80℃， W, xW 比 热 为 100kJ/kmol℃ ， 汽 化 潜 热 S=50kmol/h 40000kJ/kmol。
直接蒸汽加热的回收塔流程举例 求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率 解 恒摩尔流假定：
W L RD qF 100 q 1 . 15 100 115 kmol / h D 100 50 115 35 kmol / h V S 50 kmol / h r c p t b t F c p t b t F hV h F q 1 20℃ hV h L r r
y1 x D
x1
y1 3
xD
y=3x
S
W, xW
x W 0 . 145 x D
---------（ 2 ）
联 立 求 解 式 1、 2 得 ：
x D = 0 .3 8 7 x W = 0 .0 5 6
易挥发组分的回收率
Dx Fx
D F
35 0 . 387 100 0 . 2
分凝器流程举例 例9.6 苯、甲苯两组分混合 物用如图所示的釜进行常压 连续蒸馏加以分离（无塔 板），原料直接加入釜中， 进料量为100kmol/h，其组成 x 苯 =0.7，要求得到组成为0.8 的塔顶产品（以上均为摩尔 分率）。塔顶用一分凝器， 其中50%的蒸汽冷凝并返回 塔内。出分凝器的蒸汽与冷 凝液体保持相平衡。问塔顶、 塔釜产量为多少？
2．冷液回流
3．直接蒸汽加热流程 4．多股加料和侧线出料流程 5． 回收塔流程 进料
再沸器 釜液
2009-2-18 zhumingqiao@zju.edu.cn
1．塔顶设有分凝器 (Partial condenser) yD 与xL 满足相平衡关系，故分凝器相当 于一块理论板。
分凝器
汽相
D ， yD
2009-2-18
zhumingqiao@zju.edu.cn
3．直接蒸汽加热流程
(Direct steam heating)
适用范围：水溶液，且水是难挥发组分
与间接蒸汽加热流程相比： （1）全塔物料衡算式形式不同
直： F S D W Fx F S 0 Dx
67 . 7 %
x L = 0 .6 1 9
R 1
y1 R R1 xL xD R1
L D
L ,x L D
y 1 0 .5 x L 0 .5 0 .8
F = 1 0 0 km ol/h
x F = 0 .7
0 . 71
xW y1
1 y 1
0 . 499
y d f
提 馏 段 操 作 线 过 点 b （ x W ,0 ）
又
L' V'
RD qF
b
R
1 D q 1 F
不变
b x*W xW xF x xD
乙 醇 -水 精 馏 体 系 直 接 蒸 汽 加 热 流 程 的 M－ T 图 解 示 意
2009-2-18
zhumingqiao@zju.edu.cn
x
Dx
D
F1 x F 1 V
V
L
L' L q1 F1 V ' V ( 1 q 1 ) F 1
F 2, x F2, q 2
V L
L L q 2 F 2 V V ( 1 q 2 ) F 2
W, xW
1 100 80 20 40000
全塔物料衡算：
F=100kmol/h
1 . 15
xF=0.2
D , xD L
W
F S D W Fx F Dx D Wx
1 2
V
y=3x
S=50kmol/h
100 50 D W 100 0 . 2 Dx D Wx
zhumingqiao@zju.edu.cn
4．多股加料和侧线出料流程 (Multiple feeds and sidestreams) 特点： 1. 精、提操作线方程不变
V 2. 两股进料之间的操作线方程可通过虚 线范围内的物料衡算得到： F 1, x F1, q 1 D , xD L
y
L V
D , xD
D
W xW
F, x F
W
间：
F D W Fx F Dx D Wx
若 F、 x F 、 q、 D、 x D 、 R 相 同 ，则
V
L
W* W S
W
W* W
x W Wx
W
xW xW
S ， y S= 0 W *, xW *
3．直接蒸汽加热流程
W 直 W 间 ， 排 出 组 成 x W , 直 x W ,间
（2）精线、q线、提线方程形式相同
在 相 同 条 件 （ F 、 xF、 q、 D 、 xD、 R 相 同 ） 下 ， 直 接 蒸 汽 加 热 与 间 接 蒸 汽 加 热 相 比 ，操 作 线 及 q 线 不 变 ，但 提 馏 段 操 作 线 需 延 长 至 b（ x W ,0 ） W h y ? 。
4．多股加料和侧线出料流程 思考：当多股进料时，如何确定最小回流比？
a
D , xD V L
d1
F 1, x F1, q 1
V L
y
f1
F 2, x F2, q 2
V L
d2 f2
从上到下，操 作线斜率依次 增大。
x
b xW
W, xW
xF2
xF1
xD
4．多股加料和侧线出料流程
D 1, xD 1
侧线出料流程
V
L I
D 2, xD 2
V L II
F, x F
V
L III
W, xW
5． 回收塔流程 (Recovery column)
F, x F
D , xD
只有提馏段没有精馏段 的精馏塔称为回收塔。
V
L
W, xW
2009-2-18
zhumingqiao@zju.edu.cn
3．直接蒸汽加热流程 思考：与间接蒸汽加热相比，直接蒸汽加热有何优缺点？
优点： 可以用结构简单的塔釜鼓泡 器代替造价昂贵的再沸器，且需 要的加热蒸汽压力较低；
F, x F D , xD
缺点：
需要的理论板数略有增多、 塔釜排出更多的废液。
V
ห้องสมุดไป่ตู้L
S ， y S= 0
W *, xW *
2009-2-18
2 .3 x n x W
3 xD y 2 2 .3 x 1 x W 2 .3 xW 3
0 . 767 x D 2 . 3 x W xW y2 3 0 . 767 x D 2 . 3 x W 3 0 . 256 x D 0 . 767 x W
1．塔顶设有分凝器(Partial condenser) 2．冷液回流(Cooled liquid reflux) 3．直接蒸汽加热流程(Direct steam heating) 4．多股加料和侧线出料流程(Multiple feeds and sidestreams) 5． 回收塔流程(Recovery column)
V0
内回流量 L 外回流量 L 0
据物料、热量衡算知：
( L L0 )r L 0 c p ( t 1 t 0 )
c p (t1 t0 ) L 1 L0 r
冷液回流
D , xD
R
c p (t1 t 0 ) 1 r
t1
V L
0 . 5668
)
其中 X
，Y
N N
min
N 1
，
该 式 的 适 用 范 围 为 X = 0 .1 ～ 0 .5 。
（N、Nmin均包括再沸器在内）
2009-2-18
zhumingqiao@zju.edu.cn
七、关于二元连续精馏的其它流程 冷凝器 1．塔顶设有分凝器 馏出液
泡点回流
yD
注意： N 梯级数 2，
y1
4
2 3
1
a
V, y 1
其余计算过程不变。
5
xL xD
7 8 9 6 d
L , xL 液 相
D , xD
f
P 一定 B t-y t
10 11 12 b
0
t-x A
分凝器流程
xF
1
0 x 或 y 1
2．冷液回流
(Cooled liquid reflux)
2009-2-18
zhumingqiao@zju.edu.cn
六、理论板数的捷算法 (DSTW)
逐板法 图 解 法 捷算法
当 R R min 时 ， N ； 当 R 时 ， N N min
吉利来关联图
Y 0 . 75 ( 1 X R R min R 1
W
W, xW
直接蒸汽加热的回收塔流程举例
x D 0 . 571 3 . 286 x W ------------------------（ 1）
逐板计算：
y n1
L V
xn
Wx W V
115 50
xn
115 x W 50
F, x F
D, xD y1 1 2 x1 y2
精馏段：
a
y
d f
y
R R 1
x
xD R 1
b
提馏段：
y
L' V'
x
W
xW
b x*W xW xF x xD
V'
乙 醇 -水 精 馏 体 系 直 接 蒸 汽 加 热 流 程 的 M－ T 图 解 示 意
3．直接蒸汽加热流程
根据恒摩尔流假定，有：
a
V ' S ,
L' W
L 0, x D , t0
R0
外回流比
内回流比
计 算 时 采 用 内 回 流 比 R， 计 算 过 程 不 变 。
2．冷液回流
V0
思考： 冷液回流与泡点回流相比，有 何优缺点？
t1 V L
冷液回流
D , xD
L 0, x D , t0
冷回流对精馏过程是有利 的，但冷回流操作由于塔 顶移取的热量多，相应地 需要再沸器提供的热量也 多。
第九章 蒸馏
（Chapter 9 Distillation ）
9.4 二元连续精馏的分析与计算(Analysis and calculation of continuous fractionating column for binary systems)
六、理论板数的捷算法(DSTW) 七、关于二元连续精馏的其它流程
V 分凝器 y1 L ,x L 全凝器
L D
D
F = 1 0 0 k m o l/h
x F = 0 .7
分 凝 器 流 程
W xW
x D = 0 .8
分凝器流程举例 解 xD
x L
1 1 x L 2 . 46 x L 1 1 . 46 x L
y1 V 分凝器 全凝器
分 凝 器 流 程
W xW
x D = 0 .8
F x F xW D x D xW W F D
66 . 78 kmol / h 33 . 22 kmol / h
直接蒸汽加热的回收塔流程举例 例9.7 如图所示，用有两块理论板（包括 塔釜）的精馏塔提取水溶液中易挥发组分， 20℃ 饱和水蒸汽S=50kmol/h由塔底进入，加 F=100kmol/h 料组成xF=0.2（摩尔分率，下同），温度 xF=0.2 为20℃，F=100kmol/h，料液由塔顶加入， D , xD 无回流，试求塔顶产品浓度xD及易挥发组 1 1 分的回收率。 y=3x 2 2 在本题范围内平衡关系可表示为 y=3x，液相组成为x=0.2时，泡点为80℃， W, xW 比 热 为 100kJ/kmol℃ ， 汽 化 潜 热 S=50kmol/h 40000kJ/kmol。
直接蒸汽加热的回收塔流程举例 求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率 解 恒摩尔流假定：
W L RD qF 100 q 1 . 15 100 115 kmol / h D 100 50 115 35 kmol / h V S 50 kmol / h r c p t b t F c p t b t F hV h F q 1 20℃ hV h L r r
y1 x D
x1
y1 3
xD
y=3x
S
W, xW
x W 0 . 145 x D
---------（ 2 ）
联 立 求 解 式 1、 2 得 ：
x D = 0 .3 8 7 x W = 0 .0 5 6
易挥发组分的回收率
Dx Fx
D F
35 0 . 387 100 0 . 2
分凝器流程举例 例9.6 苯、甲苯两组分混合 物用如图所示的釜进行常压 连续蒸馏加以分离（无塔 板），原料直接加入釜中， 进料量为100kmol/h，其组成 x 苯 =0.7，要求得到组成为0.8 的塔顶产品（以上均为摩尔 分率）。塔顶用一分凝器， 其中50%的蒸汽冷凝并返回 塔内。出分凝器的蒸汽与冷 凝液体保持相平衡。问塔顶、 塔釜产量为多少？
2．冷液回流
3．直接蒸汽加热流程 4．多股加料和侧线出料流程 5． 回收塔流程 进料
再沸器 釜液
2009-2-18 zhumingqiao@zju.edu.cn
1．塔顶设有分凝器 (Partial condenser) yD 与xL 满足相平衡关系，故分凝器相当 于一块理论板。
分凝器
汽相
D ， yD
2009-2-18
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3．直接蒸汽加热流程
(Direct steam heating)
适用范围：水溶液，且水是难挥发组分
与间接蒸汽加热流程相比： （1）全塔物料衡算式形式不同
直： F S D W Fx F S 0 Dx
67 . 7 %
x L = 0 .6 1 9
R 1
y1 R R1 xL xD R1
L D
L ,x L D
y 1 0 .5 x L 0 .5 0 .8
F = 1 0 0 km ol/h
x F = 0 .7
0 . 71
xW y1
1 y 1
0 . 499
y d f
提 馏 段 操 作 线 过 点 b （ x W ,0 ）
又
L' V'
RD qF
b
R
1 D q 1 F
不变
b x*W xW xF x xD
乙 醇 -水 精 馏 体 系 直 接 蒸 汽 加 热 流 程 的 M－ T 图 解 示 意
2009-2-18
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x
Dx
D
F1 x F 1 V
V
L
L' L q1 F1 V ' V ( 1 q 1 ) F 1
F 2, x F2, q 2
V L
L L q 2 F 2 V V ( 1 q 2 ) F 2
W, xW
1 100 80 20 40000
全塔物料衡算：
F=100kmol/h
1 . 15
xF=0.2
D , xD L
W
F S D W Fx F Dx D Wx
1 2
V
y=3x
S=50kmol/h
100 50 D W 100 0 . 2 Dx D Wx
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4．多股加料和侧线出料流程 (Multiple feeds and sidestreams) 特点： 1. 精、提操作线方程不变
V 2. 两股进料之间的操作线方程可通过虚 线范围内的物料衡算得到： F 1, x F1, q 1 D , xD L
y
L V
D , xD
D
W xW
F, x F
W
间：
F D W Fx F Dx D Wx
若 F、 x F 、 q、 D、 x D 、 R 相 同 ，则
V
L
W* W S
W
W* W
x W Wx
W
xW xW
S ， y S= 0 W *, xW *
3．直接蒸汽加热流程