化工原理课件 95 双组分精馏的设计型计算.ppt

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1、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回流比的选择9.5.3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：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

2、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。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：理想溶液精馏段操作方程：提馏段操作方程：精馏段与提馏段交点坐标(1)(2)(3)(1)(2)(3)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

3、、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。四、最优加料位置的确定1.加料位置的体现？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。图解法中，更换操作线；逐板计算法中更换精馏段操作方程。3.加料位置是否可任选？不能，必须在pm之间。加料过早或过晚，都会使某些梯级的增浓程度减少而使理论板数增加。4.分离要求不变，改变加料位置对塔板数的影响？加料位置偏高：馏出液难

4、挥发组分含量偏高。5.总板数不变，改变加料位置偏低或偏高对分离要求的影响？表现：釜残液与馏出液不能同时达到规定的分离要求。加料位置偏低：釜残液易挥发组分含量偏高。6.最优加料位置该板的液相组成x等于或略低于xq的板作为加料板。9.5.2回流比的选择一、全回流(R=∞)与最少理论板数Nmin1.全回流的特点①不加料，也不出料。F=0,D=0,W=0②R=L/D=L/0=∞.两操作线合二为一且与对角线重合。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

5、Nmin表示。2.最少理论板数Nmin的求法①图解法。该法繁琐，但对理想溶液和非理想溶液均适用。②芬斯克（Fenske）方程法待分离物系：理想溶液相平衡方程操作方程自塔顶开始计算…令（包括塔釜）二元精馏（包括塔釜）3.应用开工、调试、实验研究及一些特殊的场合例1：操作中当生产中因意外而产生低于纯度要求的产品时，进行一定时间的全回流，能较快地达到操作正常；例2：在实验中测定塔的分离效能（塔板效率等）或实验室研究的目的是得到几滴极高纯度的产品二、回流比的选择1技术限制——存在最小回流比Rmin前提：分离要求xD、xW，加料组成xF、加料热状态q、

6、物系的相平衡关系已知。分析：当回流比自全回流逐渐减小的过程中会发生什么现象，回流比能否降至零？①理想溶液两操作线的交点只能落在ef线段上交点为e时R=∞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xe、ye泡点进料q=1，xe=xF露点进料q=0，ye=xF②非理想体系平衡线没下凹，如甲醇—水溶液xeye平衡线有凹，如乙醇—水溶液最小回流比的特点：完成分离要求所需理论板数为无穷大。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

7、，首次出现挟紧点时的回流比。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——存在最优回流比比较基准：F、xF、q、xD、xW相同结论：R↑，操作费用增加R↑冷凝器Qc↑Qb↑再沸器操作费用①回流比对费用的影响设备费用精馏段R↑(L/V)↑提馏段↑↓操作线远离平衡线操作线远离平衡线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R↑,塔板数下降，设备费用降低。结论：②最适宜回流比通常适宜回流比可取最小回流比的(1.1~2.0)倍，即近年，由于能源紧张，其倍数有降低的趋势，甚至可小至

8、1.05倍。三．适宜回流比的选择四．理论塔板数的捷算法将已有的实验数据以作图。对2.Gilliland关联图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