化工原理课件95双组分精馏的设计型计算(精)

非理想物系的最小回流比(b)
最小回流比：对规定的分离要求，特定的加料组成与加 料热状态，平衡线已定的情况下，回流比从无穷大减小的过 程中，首次出现挟紧点时的回流比。 最小回流比的特点：完成分离要求所需理论板数为无穷大。
影响最小回流比的因素：分离要求、物系的汽液相平衡、 加料热状况
2. 经济优化——存在最优回流比
q↓即进料前原料经过预热和部分汽化 提馏段 L / V (V W ) / V
结论:
V 不变,q ↓,塔板数减小,
L / V 不变
1.0
q减 小
a
这是以增加热耗为代价的。
QF QB QD QW QC
y
f c
x V 不变，q↓对塔板数的影响
0 xW
xF
xD1.0
三、加料状态的选择依据
R (1.1 ~ 2.0) Rmin
近年，由于能源紧张，其倍数有降低的趋势，甚至 可小至1.05倍。
四．理论塔板数的捷算法
1. 思路 将已有的实验数据以 N N
2.Gilliland关联图 吉利兰关联图的依据：
N N min N 1

N 1
对
R Rmin R 1
作图。
8种物系在广泛的精馏条件下，由 逐板计算得到的结果：组分数目2~11, 加料热状况包括过冷至过热等5种情况， Rmin为0.53~7.0；组分间的相对挥发 度为1.26~4.05；理论板层数为 2.4~43.1。
( xA / xB )D 1 ( yA / yB )2
( yA / yB )2 2 ( xA / xB )2
W
( xA / xB ) D 12 ( xA / xB )2
xW
全回流精馏流程
( xA / xB )D 123
…
N 1 N ( xA / xB )W
( xA / xB )D 123
xD=y1 y2 y3
(1)
(2)
(3)
xm＜xq (3) ym ym+1 ym+2 xm+1 xm+2
… …
xn＜xW yn
…
使用相平衡方程的总次数，就是总理论板数。 冷凝器类型 塔板数 塔顶为全凝器 n(包括塔釜) n-1(不包括塔釜)
塔顶为分凝器
n-1(包括塔釜) n-2(不包括塔釜)
三、图解法
9.5双组分精馏的设计型计算
9.5.1理论板数的计算 9.5.2 9.5.3

回流比的选择
进料热状况的选择
9.5.4双组分精馏过程的其他类型
用精馏方法分离乙烯-乙烷(常压泡点分别为-88.6℃， -103.7℃）混合物。
已知xF=0.78(指乙烯的摩尔分数，下同)。要求：
xD 0.996
R↑
L / V ( R 1) / R
R V / W R ↑
(L/V)↑ 操作线远 离平衡线
L /V
↓
操作线远 离平衡线
1.0 q
y
1.0
a
a q
R↑ f c
y
f R↑ c
xD1.0
x R增大时精馏段操作线的变化规律
0 xW
xF
x R增大时提馏段操作线的变化规律
0 xW
xF
xD1.0
1. 一般而言，在热耗不变的情况下 热量应尽可能在塔底输入 冷量应尽可能施加于塔顶
2. 前道工序的来料状态就是进料状态 3. 工业上有时采用热态甚至汽态进料的原因
减少塔釜的加热量。尤其是塔釜温度过高，物料易 产生聚合或结焦的情况。
9.5.4双组分精馏过程的其他类型
一、直接蒸汽加热
操作前提： 1、物料中有水 2、水是重组分，从塔釜出去
xW 0.0035
试设计一板式精馏塔来完成上述设计任务。
目标:确定塔板类型、实际塔板数、塔径和塔板结构设计 要选择的变量：操作压力、回流比、加料热状态。
9.5.1理论板数的计算
一、设计型计算的命题 根据规定的分离要求，选择精馏的操作条件， 计算所需的理论板数。
规定分离要求：对塔顶、塔底产品的质量和数 量（产率或回收率）提出一定的要求，即在D、W、 xD、xW、η中规定任意2个条件。
理论板数N
结论： R↑,塔板数下降，设 备费用降低。
Rmin 回流比R 回流比与理论板数的关系
Nmin
总费用
② 最适宜回流比 最适宜回流比应通过经 济衡算来决定，即按照操作 费用与设备折旧费用之和为 最小的原则来确定
设备费用
费用
操作费用 Ropt 回流比R 最适宜回流比的选择
三．适宜回流比的选择 通常适宜回流比可取最小回流比的(1.1~2.0)倍，即
二、逐板计算法 先考虑操作压力、回流比、加料热状态均 已知时理论板数的计算。 假设塔顶冷凝器为全凝器，泡点回流，塔釜 为间接蒸汽加热。 1.计算依据 相平衡方程： yn f ( xn ) 理想溶液 精馏段操作方程： 提馏段操作方程：
yn
xn yn (1) ( 1) y n
Rmin
x y 1 ( 1) x
xD ye ye xe
xe、ye
1.0
a q e f c
ye
xF q y x q 1 q 1
y
泡点进料 q=1，xe=xF 露点进料 q=0，ye=xF
x 理想溶液的最小回流比
0 xW
xe x F
xD1.0
xF ye 1 ( 1) xF
N N min N 1
R Rmin 0.5667 0.751 R 1
适用条件：
R Rmin 0.1 0.5 R 1
9.5.3 进料热状况的选择
讨论前提：处理量Ｆ、xF及分离要求xD、xW不变
1.0 2 1 a
y
3
4 c 0 xW
d
q线
xq x F x
理论板数图解
x D 1.0
四、最优加料位置的确定
1. 加料位置的体现？ 图解法中，更换操作线； 逐板计算法中更换精馏段操作方程。 2. 设计型计算时加料位置的改变 会不会影响操作线的位置？ 不会。 3. 加料位置是否可任选？ 不能，必须在pm之间。
② 芬斯克（Fenske）方程法
y1 1 y2 x1 2 x2 N-1 y N xD
待分离物系：理想溶液
相平衡方程 操作方程 自塔顶开始计算
( xA / xB )D ( yA / yB )1
( yA / yB )1 1 ( xA / xB )1 ( yA / yB )n n ( xA / xB )n
1、绘对角线 2、绘相平衡曲线 3、绘精馏段操作线 4、绘提馏段操作线 5、绘直角梯级 从a点开 始，在精馏段操作线与平衡 线之间作水平线及垂直线， 当梯级首次跨过d点时，则改 在提馏段操作线与平衡线之 间作直角梯级，直至梯级的 水平线达到或跨过c点为止。 其中过d点的梯级为加料板， 最后一个梯级为再沸器。
令
N 1 2 N
N 1 N ( xA / xB )W
x A x B log x x B D A W N min （包括塔釜） log x D 1 xW log[( )( )] 1 xD xW （包括塔釜） 二元精馏 N min log
① 理想溶液
两操作线的交点只能落在ef线段上 R=∞ 交点为e时
1.0
a q e f c
ye
交点为f时 R=Rmin
恒浓区:在e点上下塔板无增浓 作用，所以此区称为恒浓区（或称挟 紧区）， e点称为挟紧点
0 xW
y
x 理想溶液的最小回流比
xe x F
xD1.0
xD ye Rmin Rmin 1 xD xe
一、R不变时q对过程的影响
q↓即进料前原料经过预热和部分汽化 结论:R不变,q ↓,塔板数增加
1.0
q减 小
a
QF QB QD QW QC
总结论：在总供热量不变的 情况下，热量尽可能自塔低输入。
y
f c
x R不变，q↓对塔板数的影响
0 xW
xF
xD1.0
二、 V 不变时q对过程的影响
③ 两板之间任一截面上，上升蒸汽组成yn+1与下降液体组成xn 相等
④全回流时操作线和平衡线的距离最远，因此达到指定分离 程度所需的理论板数最少，以Nmin表示。
2. 最少理论板数Nmin的求法
① 图解法。
1.0
y
0 xW
x
xD1.0
图解法求全回流时的理论板数
该法繁琐，但对理想溶液和非理想溶液均适用。
yn1 xn
W
xW
全回流精馏流程
( xA / xB )D 1 ( xA / xB )1
yA xA ( )n n ( )n yB xB
yn1 xn
y1 1 y2 x1 2 x2 N-1 y N xD
( xA / xB )D 1 ( xA / xB )1
( xA / xB )1 ( yA / yB )2
R 1 xn xD R 1 R 1
L W x n xW V V
(2) (3)
yn
精馏段与提馏段交点坐标 ( xq，y q )
yn xn ( 1) y n R 1 yn xn xD R 1 R 1
L W y n x n xW V V x1 x2 x3 … (1) (2)
Rmin
0 xW xq xF xe xD1.0 x x 非理想物系的最小回流比 (a)
xD ye ye xe
1.0