化工原理_32两组分连续精馏的计算之梯级图解法解读

xW
xF
xq
xD
最小回流比
一、全回流和最小回流比
(2)最小回流比的求法 ① 作图法
Rmin xD yq Rmin 1 xD xq
Rmin
xD yq yq xq
最小回流 比计算式
一、全回流和最小回流比
非正常平衡曲线最小回流比的求法
一、全回流和最小回流比
② 解析法
泡点进料 xq xF
Rmin
第九章 蒸 馏
9.5 两组分连续精馏的计算 9.5.1 计算的基本假定 9.5.2 物料衡算与操作线方程 9.5.3 理论板层数的计算 9.5.4 回流比的影响及其选择 9.5.5 简捷法求理论板层数 9.5.6 几种特殊情况理论板层数的计算
对于一定分离任务，减小操作回流比，两操作 线向平衡线靠近，所需理论板层数增多。当回流比
减小到某一数值，两操作线的交点d落到平衡线上，
此时，若在平衡线与操作线之间绘阶梯，将需要无
穷多阶梯才能到达点d，相应的回流比即为最小回
流比，以Rmin表示。
斜率
g
Rm in
yq
夹 紧
Rmin 1
区
夹
R2
紧
点 R1
0 q 1
露点进料
q0
0
过热蒸气进料 q 0
q线的形状
q 值越大，进料
温度越低，平衡 线与操作线距离 越远，所需的理 论板层数越少。
进料热状况对理论板层数的影响
第九章 蒸 馏
9.5 两组分连续精馏的计算 9.5.1 计算的基本假定 9.5.2 物料衡算与操作线方程 9.5.3 理论板层数的计算 9.5.4 回流比的影响及其选择
适宜回流比的选择
二、适宜回流比的选择
选择适宜的回流比需进行经济权衡，根据生
产实践经验，取
R 1.1 ~ 2.0Rmin
适宜回流 比计算式
统计表明，实际生产中的操作回流比以下列 范围使用较多：
R 1.6 ~ 1.9Rmin
第九章 蒸 馏
9.5 两组分连续精馏的计算 9.5.1 计算的基本假定 9.5.2 物料衡算与操作线方程 9.5.3 理论板层数的计算 9.5.4 回流比的影响及其选择 9.5.5 简捷法求理论板层数
❖ 用精馏段的最小理论板层数Nmin1代替全塔的
Nmin ，确定适宜的进料板位置。
二、求理论板层数的步骤
由芬斯克方程式
lg[(
xD
1 )(
xW
)]
N min
1 xD xW
lg m
1
lg[( xD )(1 xF )]
Nmin 1
1 xD xF
lg m1
1
αm1为精馏段平均相对挥发度
m1 DF
1 [xD
1 xF
(1 xD ) ]
1 xF
露点进料 yq yF
Rmin
1
x
[
D
1 yF
1 xD 1 yF
]1
二、适宜回流比的选择
分离任务一定
R
～ qn,L、qn,V qn,L、qn,V
～ 能耗
操作费用
～ 塔径
设备费用
～ 理论
R
板数
～ 塔高 ～ 设备费用
1－操作费用 2－设备费用 3－总费用
2
则
xA xB
D
1 2
xA xB
2
重复上述的计算过程，直至塔釜（塔釜视
作第 N+1 层理论板）为止，可得
xA xB
D
1 2
N 1
xA xB
W
一、全回流和最小回流比
令 m N 11 2 N 1
几何
xA xB
D
N m
1
xA xB
W
平均
对于全回流操作，N =Nmin
N min
4.进料热状况对理论板层数的影响
进料热状况参数 q 值不同，q 线的斜率也就 不同，q 线与精馏段操作线的交点 d 随之而变动，
从而影响提馏段操作线的位置，进而影响所需的 理论板层数。
二、梯级图解法
进料热状况对q线的影响
进料热状况 q 值 q/（q-1）
冷液进料
q 1
泡点进料
q 1
气液混合 物进料
第1层理论板的汽 液平衡关系为
yA yB
1
xA xB
D
yA yB
1
1
xA xB
1
xA xB
D
第1层和第2层理论 板之间操作关系为
yA yB
2
xA xB
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1
所以
xA xB
D
1
yA yB
2
一、全回流和最小回流比
第2层理论板的气 液平衡关系为
yA yB
2
2
xA xB
最少，以Nmin表示。
R 越大 NT 越少
R1 R2 R3
xW
xF
xD
回流比与理论板层数的关系
一、全回流和最小回流比
Nmin用芬斯克(Fenske)方程式计算，芬斯克方
程式通过逐板计算法推得。
由汽液平衡方程得
yA yB
n
n
xA xB
n
操作线方程为
yn1 xn
一、全回流和最小回流比
对于塔顶全凝器
lg[(
xA xB
)
D
(
xB xA
)W
]
1
lg m
一、全回流和最小回流比
对两组分物系，略去下标 A、B
lg[(
xD
1 )(
xW
)]
N min
1 xD xW
lg m
1
注意
芬斯克 方程式
❖ 求得的最小理论板层数不含再沸器
❖ m为全塔平均相对挥发度
m DW
一、全回流和最小回流比
2. 最小回流比 (1)最小回流比的概念
一、吉利兰(Gilliland)关联图
精馏塔理论 板层数除了可用 前述的逐板计算 法和图解法求算 外，还可用简捷 法计算。通常采 用的简捷法为吉 利兰关联图。
吉利兰关联图
二、求理论板层数的步骤
简捷法求理论板层数的步骤
❖ 先按设计条件求出最小回流比Rmin，并选择操
作回流比R。
❖ 计算全回流下的最少理论板层数Nmin。 ❖ 利用吉利兰关联图，计算全塔理论板层数N。
操作线的斜率和截距分别为
R 1 R 1
xD 0 R 1
操作线与对角线重合，操作线方程为
yn1 xn
一、全回流和最小回流比
(2)最少理论板层数 回流比愈大，完成一定的分离任务所需的理
论板层数愈少。当回流比为无限大，两操作线与 对角线重合，此时，操作线距平衡线最远，气液 两相间的传质推动力最大，因此所需理论板层数
第九章 蒸 馏
9.5 两组分连续精馏的计算 9.5.1 计算的基本假定 9.5.2 物料衡算与操作线方程 9.5.3 理论板层数的计算
一、逐板计算法 二、梯级图解法
二、梯级图解法
3.适宜的进料位置
进料位置 对应于两操作
线交点d所在
的梯级，这一 位置即为适宜 的进料位置。
适宜的进料板位置
二、梯级图解法
一、全回流和最小回流比
1.全回流和最少理论板层数 (1)全回流的概念
若上升至塔顶的蒸气经全凝器冷凝后，冷凝液 全部回流到塔内，该回流方式称为全回流。
全回流
R qn,L qn,L qn,D 0
全回流的应用
❖精馏的开工阶段
一、全回流和最小回流比
全回流操作时不向塔内进料，也不从塔内取出 产品，全塔无精馏段和提馏段之区分，两段的操作 线合二为一 。