化工原理chap9_2

浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏1/29幻灯片4目录§9.2二元连续精馏的分析与计算四、回流比的影响及选用五、塔板效率与实际塔板数习题课例1设计型问题例2操作型定性分析例3操作型定性分析练习例4操作型计算题例5操作型计算题浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏2/29DRVRDL)1(FqVVqFLL)1(''R，在D一定的条件下，L，V，V，yxDaxWb0xWxDN总费用费用能源费设备费RminRoptmin)2~1.1(RRoptDnDnnxVDxVLxRxRRy1111'''1VWxxVLyWmm四、回流比的影响及选用D,xDW,xWF,xFLVVR，在D一定的条件下，L，V，V，N理想物系浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏3/29最小回流比操作情况的分析xeayexDxWxFedfb夹紧点恒浓区xeyexeye四、回流比的影响及选用1．最小回流比Rmin为完成某一分离任务，所需的理论塔板数为无穷多时的回流比称为最小回流比。理想物系思考：当操作中选用的回流比比设计时的最小回流比还要小时，塔能否操作？将出现什么现象？最小回流比只对设计型有意义。浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏4/29最小回流比操作情况的分析xeayexDxWxFedfb夹紧点恒浓区eDeDxxyxRR1minmineeeDxyyxRminxeyexeye如何求取Rmin？四、回流比的影响及选用理想物系浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏5/29yxedDdDxxyxRR1minmin四、回流比的影响及选用yxe恒浓区在精馏段恒浓区在提馏段非理想物系非理想物系dd浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏6/29DLR特点：①操作线与对角线重合，精、提操作线均为：xy；②理论板数最少yxDaxWb0xWxDNminy1y2L,xDx1x2xN-1L,xMyN-1VVD=0L=V四、回流比的影响及选用2．全回流和最少理论板数NminDnnxVDxVLy1'''1VWxxVLyWmm浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏7/29DLR特点：①操作线与对角线重合，精、提操作线均为：xy；②理论板数最少yxDaxWb0xWxDNminy1y2L,xDx1x2xN-1L,xMyN-1VVD=0L=V四、回流比的影响及选用2．全回流和最少理论板数NminDnnxVDxVLy1'''1VWxxVLyWmm浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏8/29对理想物系，逐板计算可得：lglgminWABDBAxxxxN（包括塔釜）WD------------------芬斯克（Fenske）方程FD11minlglg1FABDBAxxxxN----------------精馏段所需的最少理论板数四、回流比的影响及选用Nmin的求取方法：逐板法、图解法浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏9/29nxn-1yn+1ynxn五、塔板效率与实际塔板数1yabdfxFxWxD8102463791151213理论板数的图解全塔效率单板效率塔板效率浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏10/29也称默弗里（Murphree）板效。其定义为：nxn-1yn+1ynxn汽相理论增浓程度汽相实际增浓程度mVE11nnnnyyyyyn*-------汽相默弗里板效*11nnnnxxxx液相理论减浓程度液相实际减浓程度mLExn*--------液相默弗里板效说明：（1）EmV(n)和EmL(n)不会相等，（2）一般情况单板效率小于1，特殊情况它们会大于1，通常出现在塔径较大的精馏塔中。五、塔板效率与实际塔板数1．单板效率EmV、EmL浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏11/29五、塔板效率与实际塔板数2．全塔效率E0又称总板效率，其定义为：%1000eNNE实际板数理论板数其值一定小于1，多数在0.5～0.7之间。D,xDW,xWF,xF浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏12/29五、塔板效率与实际塔板数思考：单板效率Em与全塔效率E0有何关系？D,xDW,xWF,xFE0与Em数值上相等吗？___________E0大，则Em一定大吗？————————但反过来，Em大，则E0一定大吗？—————不一定相等；一定这是因为，板和板之间传质会相互影响，可能存在着各种不利的操作现象，如漏液、雾沫夹带、液泛等。这是因为，全塔效率不仅和单板效率有关，还和板间相互影响有关。nxn-1yn+1ynxn不一定浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏13/29五、塔板效率与实际塔板数（1）流动状况：汽、液相的流速（2）物性参数：主要为汽液两相的物性如密度、粘度、表面张力、相等挥发度、扩散系数等；（3）塔板结构参数：主要为塔板的结构如塔板型式、板间距、板上开孔和排列情况等；（4）操作参数：温度、压力等。思考：影响塔板效率的因素？nxn-1yn+1ynxn浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏14/29全塔物料衡算操作线方程理论塔板数N的计算相平衡关系xxy)1(1WDFWxDxFxWDF111RxxRRyDnn'''1VWxxVLyWmm图解法逐板法11qxxqqyF习题课公式：DRVRDL)1(FqVVqFLL)1(''浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏15/29习题课例1设计型问题组成为xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中汽液摩尔比为1:2，塔顶xD=0.95（以上均为摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比R=1.5Rmin，塔釜间接蒸汽加热，相对挥发度=2.5。试求：（1）原料中汽相和液相组成；（2）列出提馏段操作线方程。DxD=0.95W,xWFxF=0.4595.0DR=1.5Rmin=2.5操作型设计型浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏16/29eeeeexxyxy5.115.245.03231xe=0.375ye=0.6设计型问题举例汽液摩尔比为1:2DxD=0.95W,xWFxF=0.4595.0DR=1.5Rmin=2.5解：（1）原料中汽相和液相组成tBAxexFye设原料中汽相组成为ye，液相组成为xe，则eeeFeexxyxxy11323111qxxqqyF浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏17/29FqDRqFRDVL1132q95.0FDFxDx45.095.045.095.0FDeeeDxyyxRmin334.25.1minRR47.113245.0334.33245.0334.211qFDRqFDR设计型问题举例VWxxVLyw（2）列出提馏段操作线方程DxD=0.95W,xWFxF=0.4595.0DR=1.5Rmin=2.5FqDRVqFRDL)1(1''最小回流比操作情况的分析xeayexDxWxFedfb556.1375.06.06.095.0汽液摩尔比为1:2浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏18/29VWxxVLyw0193.047.1x1FwFDFxWxFxDx05.0FwFxWx0193.013245.0334.345.005.01105.01105.0qFDRxFqDRFxVWxFFw设计型问题举例浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏19/29操作型定性分析举例操作条件包括：进料状况（F、xF、q）、R操作压力P、操作温度T冷凝器热负荷V、再沸器热负荷VD、W。D,xDW,xWF,xF浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏20/29VLVLFqVV)1(，F、q不变V而L不变qFLL，F、q、L不变，L不变，而Vxy故xD只能变大N，与N不变这个前提相矛盾。故假设不成立。例2一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持回流液量和进料状况（F、xF、q）不变，而减小塔釜加热蒸汽量，试分析xD、xW如何变化？操作型定性分析举例解法二：作图+排除法解法一：快速分析xD变大xW变大假设xD不变、假设xD变小浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏21/29xyVLVL至于xW，也用排除法推知，只能变大。操作型定性分析举例浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏22/29xyR不变，1RRVL不变，D、R、q和F不变，FqDRqFRDVL)1()1(不变，P练习一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量D、回流比R、进料状况（F、xF、q）不变，而减小操作压力，试分析xD、xW如何变化？解：浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏23/29xy假设xD不变N，与N不变这个前提相矛盾。故假设不成立。由物料衡算式可知，xW也不变假设xD，由物料衡算式可知，xW，故xD只能变大，xW变小。浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏24/29F,xFD,xD1W,xW例3操作型计算如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板组成。料液由塔顶加入，进料热状况参数q=1，xF=0.20（摩尔分率，下同）。今测得塔顶易挥发组分的回收率为80%，且xD=0.30，系统相对挥发度为3.0。试求：（1）残液组成xw；（2）该层塔板的液相默弗里板效EmL。设蒸馏釜可视为一个理论板。操作型问题举例q=1，xF=0.20xD=0.30＝80％=3.0浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏25/29%80FDDFWFxDxDFDxFxx533.0FD0859.0533.013.0533.020.01FDxFDxxDFW操作型问题举例解：（1）残液组成xwq=1，xF=0.20xD=0.30＝80％=3.0F,xFD,xD1W,xW浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏26/29*11xxxxEFFmL125.03.00.20.33.0111*1yyx533.0FDDW,xWy1＝xDxFx1yw22.00859.00.210859.00.311FqFLLDVFqVV1操作型问题举例（2）该层塔板的液相默弗里板效EmLq=1，xF=0.20xD=0.300752.0876.11xVWxxVLyww1DDxFxxDFDF1157.0876.10752.022.0876.10752.01wyxxW=0.0859=3.0浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏27/29%3.57125.02.0157.02.0*11xxxxEFFmLF,xFD,xDW,xWy1xFx1yw操作型问题举例浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏28/29D,xD1F,xFW,xW例4某连续操作精馏塔如图所示，已知料液摩尔组成xF=0.2，料液以饱和液体状态直接加入塔釜，塔顶设全凝器，全塔共两块理论板（包括塔釜），塔顶摩尔采出率D/F=1/3，回流比R=1，泡点回流，此条件下物系的相平衡关系可表示为y=4x，试计算xW=?操作型问题举例xF=0.2D/F=1/3R=1y=4x饱和液体浙江大学本科生课程化工原理第九章蒸馏29/29313112.01WWFWFWFDxFDxFDxDxDFFxDWxFxxWx26.0R=1D/F=1/31y1q=1x1y2xF=0