大学课件-化工原理-蒸馏-4

6.5.3理论塔板数的计算已知,,wDxx,,RqZF确定完成分离任务所需的理论塔板数设计型计算：方法：（1）逐板计算法(2)图解法１、逐板计算法（Lewis-Sorelmethod）条件：（１）塔顶蒸气在冷凝器中全部冷凝；（２）泡点回流N=1:y1(=xD)→→→→→→x1N=2：y2→→→→→→x2N=m：ym→→→→→→xm(进料板)N=m+1：ym+1→→→→→xm+1N=n：yn→→→→→→xn平衡关系提馏段方程提馏段方程精馏段方程精馏段方程…………（1）进料板：xmxF第m块板是进料板NF进料板以上-精馏段N精＝NF－1进料板以下-提馏段进料板-提馏段的第一块板（2）xnxwNT=n为所需的理论板数（3）塔底再沸器相当于一块理论板，故塔内理论板数为(n－1)（1）塔底再沸器相当于一块理论板，故塔内理论板数为n-1；（2）N精＝NF－1；N提＝N－N精；（3）应该清楚每一步计算和塔板情况的对应关系；注意：Input:qnF,zF,q,R,xD,xWqnD,qnW,xq,yqy1=xD,j=1平衡关系求,xjx(j)xWNx(j)xqYN精馏操作线yj+1提馏操作线yj+1NF=j+1j=j+1xj,yj,NFNT,qnD,qnW结束Y（2）图解法步骤（Mccake-Thiela-method）：①作平衡曲线；③由D(xD,xD)和b=xD/(R+1)作精馏段操作线；④由F(zF,zF)点和斜率（q/(q-1)）作q线；⑤由交点Q(xq,yq)和W(xW,xW)作提馏段操作线；⑥由D点开始,在平衡线与操作线之间画梯级求N；②由xD,ZF,xW,作垂线与对角线交于D,F,W点;xD1RxDzFQDWxWN=9(包含釜)汽、液通过任一理论塔板时组成的变化bynxn-1cbcyn+1xn第n-1板第n板ncbxnxn-1yn+1yn水平线长度:通过第n板液相组成变化垂线长度:通过第n板气相组成变化bynxn-1cbcyn+1xnn-1n（3）影响N的因素分析N决定于{平衡线位置：物系，T，P→（）操作线位置：xD，xW，R，ZF，qR：R↑斜率精↑,截距精↓操作线与平衡线距离↑各塔板分离能力↑N↓q=1q10q1q=0q0zFqq↑斜率q↓Q点右移提馏线与平衡线距离↑提馏段各塔板分离能力↑N↓xD：xD↑，D点上移，斜率精不变，精馏线向上平移，操作线与平衡线距离↓，塔板分离能力↓，N↑xW：略。分离要求提高，N增加。ZF：操作型问题。1.0实际进料热状态由前一工序决定。R↑,N↓;R↓,N↑q↑,N↓;q↓,N↑分离要求提高，N↑选择R，需要综合设备费，操作费。故不宜对分离过程提过高要求。6.5.4进料位置和回流比的选择进料位置（1）进料位置的讨论（a）进料位置确定原则两操作线交点Q所在梯级。（b）Q点为最优进料位置的分析上移或下移均对分离不利，导致N增加。（c）关于进料位置的允许范围（２）进料位置的选择（３）最佳进料位置Q点Qpm0xy1.01.0（4）关于进料位置的允许范围结论：对于连续精馏操作，进料位置在Ｐ点与Ｍ点之间，最优进料位置应使理论板数最少。尽管在Ｐ点与Ｍ点之间进料均能进行操作，但最佳进料位置应该是两条操作线的交点。回流比的选择设计型问题：R↑N↓塔的设备费↓R↑qnL=RqnD↑qnV=qnL+qnD↑q'nV=qnV+(q-1)qnF↑R↑,C↑GR↑,GC↑操作费↑再沸器和冷凝器的设备费↑塔径↑设备费↑研究R是一个保证技术要求和保证经济效益的问题。应确定一适宜的回流比。Rmin≤R≤R∞Ⅰ.∵R=qnL/qnD∴R=∞→qnD=0,qnV=qnL,--全回流qnW=qnD=qnF=0•操作线与对角线重合;•塔板分离能力最大;•完成分离任务NT=Nmin(最少理论塔板数)•全回流应用---开工、科研a.全回流和最小理论板数Ⅱ.最小理论板数的确定②逐板计算法①图解法：在平衡线与对角线之间画梯级，直至xn≤xw为止。由xD始，依次反复应用平衡关系与操作关系，直至xn≤xw为止。xDxWNmin=8(包含釜)①图解法：nBAnnBAxxyy)()(平衡关系：对第n块板：n—第n块板A组分对B组分的相对挥发度。AnAnxy1操作关系：Bn1BnxynBA1nBA)xx()yy(②逐板计算法111)()(BABAxxyyNBAnBAxxyy)(..........)(211塔顶为全凝器：板序号平衡关系操作关系112)()(BABAxxyy222)()(BABAxxyy223)()(BABAxxyy…………………………………………………nnBAnnBAxxyy)()(nBAnBAxxyy)()(1整理：DBABAxxyy)()(1wBABAxxxxN)()(分离要求：ABnABABAB,2,1,wBANABDBAxxxx)()(ABWBADBAxxxxNloglogminFenske公式log11logminWWDDxxxxNb.最小回流比（1）定义◇R，两操作线同时向平衡线靠近，NT◇R交点Q移至平衡线上（点Ｅ），NT=N◇对应的回流比--最小回流比Rmin。Rmin确定ceDeDxxyxRR1minmineeeDxyyxRmin（2）计算：设Ｅ（xe,ye)也可由精馏段操作线在y轴上的截距yC确定1minRxyDC1minCDyxR特殊精馏C.适宜回流比min)0.22.1(RRopt作业：P13014、15、16、17、20