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1、第一章精馏第四次课1 1第1页，本讲稿共28页操作线方程操作线方程y1=xDx1平衡方程平衡方程y2 x2y3 x2123a.a.精馏段精馏段精馏段精馏段 塔顶为全凝器，当塔顶蒸气全部被冷塔顶为全凝器，当塔顶蒸气全部被冷塔顶为全凝器，当塔顶蒸气全部被冷塔顶为全凝器，当塔顶蒸气全部被冷凝时，则有：凝时，则有：凝时，则有：凝时，则有：y y1 1=x=xDD y y1 1与与与与x x1 1 呈相平衡关系呈相平衡关系呈相平衡关系呈相平衡关系 x x1 1与与与与y y2 2 精馏段操作线方程精馏段操作线方程精馏段操作线方程精馏段操作线方程 与此类推，交替使用相平衡与物料平与此类推，交替使用相平衡与
2、物料平与此类推，交替使用相平衡与物料平与此类推，交替使用相平衡与物料平衡关系，计算精馏两相的组成。衡关系，计算精馏两相的组成。衡关系，计算精馏两相的组成。衡关系，计算精馏两相的组成。b.b.进料板进料板进料板进料板 当当当当 xxxxF F时，物料衡算关系应换为提馏段时，物料衡算关系应换为提馏段时，物料衡算关系应换为提馏段时，物料衡算关系应换为提馏段操作方程。将此更换物料衡算关系式的理操作方程。将此更换物料衡算关系式的理操作方程。将此更换物料衡算关系式的理操作方程。将此更换物料衡算关系式的理论板，作为进料板为宜，即最佳进料位置论板，作为进料板为宜，即最佳进料位置论板，作为进料板为宜，即最佳进料
3、位置论板，作为进料板为宜，即最佳进料位置 （饱和液体进料）（饱和液体进料）（饱和液体进料）（饱和液体进料）2 2第2页，本讲稿共28页同上，交替使用相平衡及物料平衡同上，交替使用相平衡及物料平衡同上，交替使用相平衡及物料平衡同上，交替使用相平衡及物料平衡关系，逐级计算提馏段的组成分布，关系，逐级计算提馏段的组成分布，关系，逐级计算提馏段的组成分布，关系，逐级计算提馏段的组成分布，当计算的液相组成当计算的液相组成当计算的液相组成当计算的液相组成x x略低于或等于略低于或等于略低于或等于略低于或等于x xWW 时，即可结束计算。时，即可结束计算。时，即可结束计算。时，即可结束计算。计算中计算中计算
4、中计算中采用平衡关系的次采用平衡关系的次采用平衡关系的次采用平衡关系的次数即塔满足分离要求所需的理论板数即塔满足分离要求所需的理论板数即塔满足分离要求所需的理论板数即塔满足分离要求所需的理论板数数数数N N N N。由于再沸器存在部分气化，。由于再沸器存在部分气化，。由于再沸器存在部分气化，。由于再沸器存在部分气化，具有分离能力，相当一块理论板。具有分离能力，相当一块理论板。具有分离能力，相当一块理论板。具有分离能力，相当一块理论板。c.提馏段提馏段3 3第3页，本讲稿共28页 2 2 理论板图解法（理论板图解法（理论板图解法（理论板图解法（M-TM-T）理论板的图解法或理论板的图解法或理论板
5、的图解法或理论板的图解法或M-TM-T法也是逐板计算法，不过此方法采用图解方法也是逐板计算法，不过此方法采用图解方法也是逐板计算法，不过此方法采用图解方法也是逐板计算法，不过此方法采用图解方法进行逐板计算法进行逐板计算法进行逐板计算法进行逐板计算图解步骤图解步骤图解步骤图解步骤n n在直角坐标中绘出体系相平衡曲线在直角坐标中绘出体系相平衡曲线在直角坐标中绘出体系相平衡曲线在直角坐标中绘出体系相平衡曲线x xy y，同时连对角线，同时连对角线，同时连对角线，同时连对角线n n通过通过通过通过DD（x xDD,x,xDD)、C(0,xC(0,xDD/(R+1)/(R+1)两点绘出精馏段操作线两点绘
6、出精馏段操作线两点绘出精馏段操作线两点绘出精馏段操作线n n通过通过通过通过b(xb(xWW,x,xWW),),提馏操作线的截距提馏操作线的截距提馏操作线的截距提馏操作线的截距-W/(L-W/(L-W)-W)xxWW绘绘绘绘提提提提馏馏馏馏段操作段操作段操作段操作线线线线4 4第4页，本讲稿共28页给出给出q线，线，q线通过线通过F(xF,xF)、G(0,xF/1-q)点，点，给出给出q线与精馏段操作线的交点线与精馏段操作线的交点Q(xq,yq)提馏段操作线通过提馏段操作线通过b(xW,xW),Q(xq,yq)Q线方程（进料方程）线方程（进料方程）两操作线交点轨迹两操作线交点轨迹Vyn+1=L
7、xn+DxDLxLxn n=Vy=Vyn+1n+1+Wx+WxWW5 5第5页，本讲稿共28页 因因因因 y y1 1=x=xDD，故从塔顶，故从塔顶，故从塔顶，故从塔顶 D D点（点（点（点（x xDD,x,xDD)开始作水平线交平衡曲线于开始作水平线交平衡曲线于开始作水平线交平衡曲线于开始作水平线交平衡曲线于1 1点，求得呈平衡的液相组成点，求得呈平衡的液相组成点，求得呈平衡的液相组成点，求得呈平衡的液相组成x x1 1 ，由，由，由，由1 1点作垂线相交精馏段操作线，点作垂线相交精馏段操作线，点作垂线相交精馏段操作线，点作垂线相交精馏段操作线，求得第二板蒸气组成求得第二板蒸气组成求得第二
8、板蒸气组成求得第二板蒸气组成y y2 2 ，同上，在平衡线与精馏段操作线之间作梯，同上，在平衡线与精馏段操作线之间作梯，同上，在平衡线与精馏段操作线之间作梯，同上，在平衡线与精馏段操作线之间作梯级。级。级。级。当求得当求得当求得当求得 x xn nxqxq时，应由精馏更换提馏的操作线，即在平衡线与提时，应由精馏更换提馏的操作线，即在平衡线与提时，应由精馏更换提馏的操作线，即在平衡线与提时，应由精馏更换提馏的操作线，即在平衡线与提馏段操作线之间作梯级，当求得液相组成馏段操作线之间作梯级，当求得液相组成馏段操作线之间作梯级，当求得液相组成馏段操作线之间作梯级，当求得液相组成x xmm xxWW 时
9、结束。此时结束。此时结束。此时结束。此时梯级数时梯级数时梯级数时梯级数NN（含再沸器）为所求的理论塔板数（含再沸器）为所求的理论塔板数（含再沸器）为所求的理论塔板数（含再沸器）为所求的理论塔板数NN，跨过两操作线交点，跨过两操作线交点，跨过两操作线交点，跨过两操作线交点的板为最佳进料板的板为最佳进料板的板为最佳进料板的板为最佳进料板 NNF F6 6第6页，本讲稿共28页n n图解理论板数示例图解理论板数示例上述逐级计算过程亦可在上述逐级计算过程亦可在上述逐级计算过程亦可在上述逐级计算过程亦可在x xy y图上利用图解法进行计算图上利用图解法进行计算图上利用图解法进行计算图上利用图解法进行计算
10、7 7第7页，本讲稿共28页梯级的意义梯级的意义梯级的意义梯级的意义n n图中任一梯级表示该块理论塔板的操作情况。例如图中任一梯级表示该块理论塔板的操作情况。例如图中任一梯级表示该块理论塔板的操作情况。例如图中任一梯级表示该块理论塔板的操作情况。例如图中的梯级三角形图中的梯级三角形图中的梯级三角形图中的梯级三角形bncbncbncbnc的顶点的顶点的顶点的顶点b b b b、n n n n和和和和c c c c的坐标分别表的坐标分别表的坐标分别表的坐标分别表示第示第示第示第n n n n块理论塔板上方，该板和下方，这三对汽、液块理论塔板上方，该板和下方，这三对汽、液块理论塔板上方，该板和下方，
11、这三对汽、液块理论塔板上方，该板和下方，这三对汽、液相的组成。相的组成。相的组成。相的组成。8 8第8页，本讲稿共28页 进料位置的选择进料位置的选择（1 1）进料位置的选择）进料位置的选择）进料位置的选择）进料位置的选择在图解法中跨过两操作交在图解法中跨过两操作交在图解法中跨过两操作交在图解法中跨过两操作交点的塔板就是这一适宜进料板点的塔板就是这一适宜进料板点的塔板就是这一适宜进料板点的塔板就是这一适宜进料板或最佳进料板或最佳进料板或最佳进料板或最佳进料板 适宜进料适宜进料适宜进料适宜进料位置应是进料组成及热状态与位置应是进料组成及热状态与位置应是进料组成及热状态与位置应是进料组成及热状态与
12、塔板上组成和热状态差别最小塔板上组成和热状态差别最小塔板上组成和热状态差别最小塔板上组成和热状态差别最小的板，才是最佳进料板。的板，才是最佳进料板。的板，才是最佳进料板。的板，才是最佳进料板。9 9第9页，本讲稿共28页n n无论温差、还是浓差的存在的混合都是一种反混，均给无论温差、还是浓差的存在的混合都是一种反混，均给无论温差、还是浓差的存在的混合都是一种反混，均给无论温差、还是浓差的存在的混合都是一种反混，均给精馏带来不利影响，即增加能耗。精馏带来不利影响，即增加能耗。精馏带来不利影响，即增加能耗。精馏带来不利影响，即增加能耗。当第当第9板进料，即偏下进料如板进料，即偏下进料如图图 所示。
13、为达到相同分离要求，所示。为达到相同分离要求，需增加理论板。若偏上进料，则需增加理论板。若偏上进料，则会导致相同的结果。会导致相同的结果。偏离越远，偏离越远，对塔不利影响越大。对塔不利影响越大。1010第10页，本讲稿共28页进料位置对理论板数的影响进料位置对理论板数的影响1111第11页，本讲稿共28页1212第12页，本讲稿共28页1313第13页，本讲稿共28页1.4.5.1.4.5.进料热状况对精馏操作线的影响进料热状况对精馏操作线的影响n nq线方程线方程两操作线的交点落在进料板上。两操作线的交点落在进料板上。两操作线的交点落在进料板上。两操作线的交点落在进料板上。当当当当q q为定
14、值，改变塔操作回流比为定值，改变塔操作回流比为定值，改变塔操作回流比为定值，改变塔操作回流比时，两操作线交点轨迹即时，两操作线交点轨迹即时，两操作线交点轨迹即时，两操作线交点轨迹即q q线线线线。1414第14页，本讲稿共28页当一定操作回流比条件下，不同热状态对精馏段无当一定操作回流比条件下，不同热状态对精馏段无当一定操作回流比条件下，不同热状态对精馏段无当一定操作回流比条件下，不同热状态对精馏段无影响，对提馏段存在显著的影响影响，对提馏段存在显著的影响影响，对提馏段存在显著的影响影响，对提馏段存在显著的影响 v随进料温度的升高，随进料温度的升高，q值减小，值减小，提馏段液、气比增大提馏段液
15、、气比增大则提馏段操则提馏段操作线斜率增大，作线斜率增大，操作线更靠近操作线更靠近平衡曲线，将导致提馏段分离平衡曲线，将导致提馏段分离能力不断下降。即每块理论板能力不断下降。即每块理论板的传质推动力减小。完成相同的传质推动力减小。完成相同分离任务，所需理论板数会增分离任务，所需理论板数会增加加。1515第15页，本讲稿共28页1.4.6 回流比的选择回流比的选择1.1.回流比回流比回流比回流比RR对设计的影响对设计的影响对设计的影响对设计的影响vR R增大时，精馏段操作线斜率增大时，精馏段操作线斜率R/(R+1)R/(R+1)增大，则操作线远离平衡增大，则操作线远离平衡线，线，传质推动力增大，
16、传质推动力增大，N NT T减少减少，可，可降低塔的高度降低塔的高度vR R的增加的增加,塔内气、液两相流量增塔内气、液两相流量增加，从而引起再沸器热流提高。从加，从而引起再沸器热流提高。从而使精馏过程能耗增加，塔径增加而使精馏过程能耗增加，塔径增加V=(R+1)DV=(R+1)D；V V=V-(1-q)F=V-(1-q)FvR R，全回流，全回流 1616第16页，本讲稿共28页R对理论板数的影响对理论板数的影响1717第17页，本讲稿共28页2.2.最小回流比最小回流比RminRminvR减小，使操作线交减小，使操作线交点向平衡移动，推动力点向平衡移动，推动力减小，减小，NT增加，使塔增加
17、，使塔增高。增高。v 当当R继续减小，使两操继续减小，使两操作线交点落在平衡曲线作线交点落在平衡曲线上上E点点。NT=，Rmin。1818第18页，本讲稿共28页3.Rmin3.Rmin3.Rmin3.Rmin的求法的求法的求法的求法图解法图解法（x x x xe e e e,y,y,y,ye e e e)由平衡线和进料方程求得。由平衡线和进料方程求得。由平衡线和进料方程求得。由平衡线和进料方程求得。解析法解析法解析法解析法R=RminR=RminR=RminR=Rmin时，操作线方程，平衡方程和时，操作线方程，平衡方程和时，操作线方程，平衡方程和时，操作线方程，平衡方程和q q q q线方程
18、交线方程交线方程交线方程交于一点于一点于一点于一点e e e e联立求解三方程联立求解三方程联立求解三方程联立求解三方程Rmin,(xe,ye)1919第19页，本讲稿共28页4.其他体系和操作的最小回流比其他体系和操作的最小回流比n n 特殊体系，如图所示。特殊体系，如图所示。特殊体系，如图所示。特殊体系，如图所示。其精馏操作线的斜率或截距确其精馏操作线的斜率或截距确其精馏操作线的斜率或截距确其精馏操作线的斜率或截距确定定定定RminRmin。此类情况均会使最小回流比此类情况均会使最小回流比此类情况均会使最小回流比此类情况均会使最小回流比RminRmin增大，减小了增大，减小了增大，减小了增
19、大，减小了回流比的调节范围。回流比的调节范围。回流比的调节范围。回流比的调节范围。a b2020第20页，本讲稿共28页5.回流比的选择回流比的选择v Rmin，NT=,塔为无穷高，投资塔为无穷高，投资费用直线上升为无穷大。费用直线上升为无穷大。vR增大增大，精馏操作线远离平衡线，精馏操作线远离平衡线，NT下降，塔高降低，设备费减少，但下降，塔高降低，设备费减少，但V,V增加，塔径和塔顶和塔釜换热器面增加，塔径和塔顶和塔釜换热器面积增加；塔顶冷凝量和塔釜加热量增加，积增加；塔顶冷凝量和塔釜加热量增加，操作费升高。操作费升高。总费用与总费用与R的关系先急剧下降，而后上升的关系先急剧下降，而后上升
20、以获得精馏总成本最低的回流比为以获得精馏总成本最低的回流比为最优回流比最优回流比。R=1.1R=1.11.2Rmin1.2Rmin2121第21页，本讲稿共28页1 1 1 1.在连续精馏塔中，分离某二元理想溶液。进料为汽在连续精馏塔中，分离某二元理想溶液。进料为汽在连续精馏塔中，分离某二元理想溶液。进料为汽在连续精馏塔中，分离某二元理想溶液。进料为汽-液混液混液混液混合物进料，进料中气相组成为合物进料，进料中气相组成为合物进料，进料中气相组成为合物进料，进料中气相组成为0.4280.4280.4280.428，液相组成为，液相组成为，液相组成为，液相组成为0.2720.2720.2720.2
21、72，进料平均组成进料平均组成进料平均组成进料平均组成xf=0.35xf=0.35xf=0.35xf=0.35，假定进料中汽、液相达到平衡。，假定进料中汽、液相达到平衡。，假定进料中汽、液相达到平衡。，假定进料中汽、液相达到平衡。要求塔顶组成为要求塔顶组成为要求塔顶组成为要求塔顶组成为0.930.930.930.93（以上均为摩尔分率），料液中易挥（以上均为摩尔分率），料液中易挥（以上均为摩尔分率），料液中易挥（以上均为摩尔分率），料液中易挥发组分的发组分的发组分的发组分的96%96%96%96%进入馏出液中。取回流比为最小回流比的进入馏出液中。取回流比为最小回流比的进入馏出液中。取回流比为最
22、小回流比的进入馏出液中。取回流比为最小回流比的1.2421.2421.2421.242倍。试计算：（倍。试计算：（倍。试计算：（倍。试计算：（1 1 1 1）塔底产品组成；（）塔底产品组成；（）塔底产品组成；（）塔底产品组成；（2 2 2 2）写出精馏）写出精馏）写出精馏）写出精馏段方程；（段方程；（段方程；（段方程；（3 3 3 3）写出提馏段方程。）写出提馏段方程。）写出提馏段方程。）写出提馏段方程。2222第22页，本讲稿共28页解题思路解题思路2323第23页，本讲稿共28页解题过程解题过程2424第24页，本讲稿共28页2525第25页，本讲稿共28页2626第26页，本讲稿共28页2727第27页，本讲稿共28页2828第28页，本讲稿共28页