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当前位置:首页 > 行业资料 > 能源与动力工程 > 化工原理天大下册第二部分
第九章蒸馏9.5两组分连续精馏的计算9.5.6几种特殊情况理论板层数的计算一、直接蒸汽加热物系在低浓度下的相对挥发度较大,无精馏段也可达到希望的馏出液组成1.提馏塔的特点及应用背景提馏塔的应用背景塔顶进料,塔顶馏出物全部采出,无回流提馏塔的特点只有提馏段,而没有精馏段回收稀溶液中的轻组分二、提馏塔提馏塔装置示意图FFnxq,,DDnxq,,WWnxq,,正丁醇-水物系分离的双塔流程示意图Fnq,提馏塔2.提馏塔的理论板层数的计算提馏塔的操作线方程与一般精馏塔的提馏段操作线方程相同。WVnWnmVnLnmxqqxqqy,,,,1FnLnqqq,,FnDnVnqqqq,,,)1(WnLnVnqqq,,,二、提馏塔对于泡点进料FnLnqq,,DnVnqq,,WDnWnmDnFnmxqqxqqy,,,,1操作线方程为二、提馏塔xDabxWcxFefd1234提馏塔理论板层数的图解法三、塔顶采用分凝器精馏塔的上升蒸气先进入分凝器,在分凝器中蒸气部分冷凝,冷凝液作为回流返回塔内,未被冷凝的蒸气进入全凝器,在全凝器中被全部冷凝,冷凝液作为产品采出。通过调整分凝器中冷却介质的流量或进口温度,即可调整精馏塔的回流比。塔顶采用分凝器的精馏装置1-精馏塔2-分凝器3-全凝器y1≠xD(yL=xD)yL与xL平衡关系Vnq,Dnq,Dnq,Lnq,y1与xL操作关系操作线方程DVnDnLVnLnxqqxqqy,,,,1//四、多侧线的精馏塔在工业生产中,时常会遇到所分离的原料液组成不同或所需的产品组成不同,此种情况需要采用多侧线的精馏塔。多侧线进料多侧线出料多侧线的精馏塔1.多侧线进料分离组分相同而浓度不同原料液,则应在不同塔板位置上设置相应进料口多侧线进料。两股进料的精馏塔四、多侧线的精馏塔精馏段提馏段中间段总物料衡算DnLnFnVnqqqq,,,,1易挥发组分衡算DDnsLnFFnsVnxqxqxqyq,,11,1,VnFFnDDnsVnLnsqxqxqxqqy,1,,,,11操作线方程中间段四、多侧线的精馏塔1,1,,)1(FnVnVnqqqq1,1,,FnLnLnqqqq各段间气、液负荷的关系1,1,1,1,,,)1()1(FnDnFnDnVnLnqqqRqqRqqq四、多侧线的精馏塔2,2,,FnLnLnqqqq2,2,,)1(FnVnVnqqqq22,21,1,,21,1,,,)1()1()1(FnFnDnFnFnDnVnLnqqqqqRqqqqRqqq四、多侧线的精馏塔两股进料的精馏塔最小回流比的确定由ab线斜率求Rmin1由ck线斜率求Rmin2选则较大者作为Rmin两股进料的精馏塔理论板的图解NT=17(包括再沸器)NF1=5(包括再沸器)NF2=92.多侧线出料为了获得不同规格的精馏产品,则可根据所要求的产品组成在塔的不同位置上开设侧线出料口多侧线出料。四、多侧线的精馏塔有侧线采出的精馏塔精馏段提馏段中间段2,1,,,DnDnLnVnqqqq总物料衡算易挥发组分衡算221,1,,1,DDnDDnsLnsVnxqxqxqyq操作线方程212121,,,2,1,,,,,1DnDnLnDDnDDnsDnDnLnLnsqqqxqxqxqqqqy中间段四、多侧线的精馏塔有侧线采出精馏塔的操作线五、非理想物系对于非理想物系,其理论板的求解方法与理想物系相同,但气液平衡关系需按非理想物系计算。理想物系iiixppy*总iiiiixkxppy总*总ppkii*故气液平衡常数非理想物系气相理想,液相非理想iiiixppy*总iiiiiixkxppy总*总ppkiii*故五、非理想物系活度系数活度系数计算方法范拉方程威尔逊方程NRTL方程UNIQUAC方程UNIFAC方程√√√五、非理想物系非理想物系气相非理想,液相非理想iiiiixppy*ˆ总iiiiiiixkxppy总ˆ*总ppkiiiiˆ*故五、非理想物系逸度系数逸度系数计算方法范德华方程维理方程R-K方程BWR方程对应状态原理法√√√五、非理想物系六、非气液恒摩尔流对于气液恒摩尔流,需求解方程物料衡算方程(M方程)平衡方程(E方程)加和方程(S方程)EMS方程组对于气液非恒摩尔流,需求解方程物料衡算方程(M方程)平衡方程(E方程)热量衡算方程(H方程)EMHS方程组加和方程(S方程)课外资料:精馏模拟计算常用软件包采用不同的方法,求解MEHS方程组。在软件包中存储了常见物系的物性参数及气液平衡数据,对缺乏数据的物系,可通过软件包内的计算模块,求出相关的参数。给定相应的设计参数,通过模拟计算,即可获得所需的理论板层数;进料板位置;各层理论板气液相负荷、气液相密度与粘度;各层理论板的温度与压力等。ASPEN软件包PRECESSⅡ软件包第九章蒸馏9.5两组分连续精馏的计算9.5.6几种特殊情况理论板层数的计算9.5.7连续精馏装置的热量衡算与节能一、连续精馏装置的热量衡算)(,,,LDDnLDLnVDVnCHqHqHqQ冷凝器的热量衡算kJ/h冷凝器的热负荷Dnq,Lnq,LDHCQVnq,VDHLDH以单位时间为基准,对冷凝器热量衡算(忽略热损失)1.冷凝器的热负荷及冷却介质消耗量冷却介质消耗量)(12,ttcQqPcCcmDnDnLnVnqRqqq,,,,)1(由则kg/hDDnCrqRQ,)1(故)()1(,LDVDDnCHHqRQ汽化热一、连续精馏装置的热量衡算再沸器的热量衡算以单位时间为基准,对再沸器热量衡算LLmLnLWWnVWVnBQHqHqHqQ,,,kJ/h再沸器的热负荷Wnq,Lnq,VWHBQVnq,LWHLmHLQ一、连续精馏装置的热量衡算2.再沸器的热负荷及加热介质消耗量WnLnVnqqq,,,由设LmLWHH则LWVnBQrqQ,故汽化热LLWVWVnBQHHqQ)(,一、连续精馏装置的热量衡算再沸器热损失加热介质消耗量21,BBBhmHHQq饱和蒸汽加热rQqBhm,QL=(0.2~0.3)QBkg/h加热蒸汽的汽化热一、连续精馏装置的热量衡算练习题目思考题作业题:12、131.对于采用分凝器的精馏塔,在计算理论板时应注意哪些事项?2.多侧线的精馏塔与无侧线的精馏塔在计算上有何不同?3.何为冷凝器和再沸器的热负荷,如何计算?第九章蒸馏3.5两组分连续精馏的计算3.5.7连续精馏装置的热量衡算与节能一、连续精馏装置的热量衡算二、精馏过程的节能途径1.减小操作回流比R~~~能耗R~NTNP一定,需提高ET示例采用高性能新型塔板代替原有塔板,提高效率采用高效塔填料代替原有塔板,提高效率VnLnVnLnqqqq,,,,、、2.降低塔釜操作温度塔压降△P~釜温tW~能耗采用高效塔填料代替原有塔板,降低塔压降示例二、精馏过程的节能途径3.热泵精馏将塔顶蒸汽绝热压缩升温,作为再沸器的热源,将再沸器中的液体部分汽化,而压缩气体本身冷凝成液体,经节流阀后一部分作为塔顶产品采出,另一部分作为塔顶回流液。二、精馏过程的节能途径热泵精馏技术1.精馏塔;2.压缩机3.再沸器;4.节流阀二、精馏过程的节能途径4.多效精馏将几个精馏塔串联,操作压力依次降低,前一精馏塔的塔顶蒸汽作为后一精馏塔的再沸器的加热介质,故除两端精馏塔外,中间的精馏塔不需从外界引入加热和冷却介质。二、精馏过程的节能途径多效精馏技术p1p2p3t1t2t3二、精馏过程的节能途径Fnq,Dnq,Fnq,Fnq,Dnq,Dnq,Wnq,Wnq,Wnq,5.原料预热将原料预热可回收精馏过程的热能,减少精馏过程的能耗。原料预热有两种流程:用塔顶蒸气预热原料用塔釜采出液预热原料二、精馏过程的节能途径二、精馏过程的节能途径原料预热回收精馏过程的热能二、精馏过程的节能途径原料预热回收精馏过程的热能第九章蒸馏9.5两组分连续精馏的计算9.5.7连续精馏装置的热量衡算与节能9.5.8精馏过程的操作型计算与调节精馏过程的操作型计算与调节(自学)自学提纲①了解影响精馏操作的主要因素。②了解操作型计算与设计型计算的区别。③了解精馏过程的控制与调节。第九章蒸馏9.5两组分连续精馏的计算9.6.1间歇精馏概述9.6间歇精馏一、间歇精馏的特点与操作方式1.间歇精馏的特点间歇精馏特点非稳态操作过程只有精馏段操作灵活、适应性强~xDxWtDtW一、间歇精馏的特点与操作方式2.间歇精馏的操作方式间歇精馏操作方式馏出液组成恒定回流比恒定xD恒定R~R恒定xD~间歇精馏适用场合所分离的原料是分批获得的分离的原料多变多组分混合物的分离二、间歇精馏的应用场合原料种类多变原料组成多变间歇精馏曲线形式三、间歇精馏曲线馏出液组成~精馏时间塔顶温度~精馏时间间歇精馏曲线作用指导试车和生产对精馏过程进行分析比较项目间歇精馏连续精馏塔数1n-1塔径大小流程短长能耗高低劳动强度大小多组分(n个组分)混合物分离四、间歇精馏与连续精馏的比较第九章蒸馏9.5两组分连续精馏的计算9.6.1间歇精馏概述9.6间歇精馏9.6.2间歇精馏计算一、恒R下间歇精馏的计算1.确定理论塔板层数计算基准:初态馏出液组成xD1釜液组成xW1(xF)最小回流比)(1minFqqqqDxxxyyxR操作回流比min)2~1.1(RR恒R下间歇精馏时理论板层数的确定2.确定xD~xW的关系因操作过程中回流比不变,各个瞬间的操作线斜率都相同,各操作线为彼此平行的直线。恒R下间歇精馏时xD和xW的关系一、恒R下间歇精馏的计算3.物料衡算恒回流比间歇精馏的物料衡算关系与简单蒸馏的物料衡算关系类似。FWxxWFxydxnnlnFWeexxWDWWFxxdxnnln一、恒R下间歇精馏的计算简单蒸馏过程物料衡算关系恒R下间歇蒸馏过程物料衡算关系4.馏出液平均组成xDm计算WFDnnnWFWWFFDmnnxnxnxWWFFDxnxnxnDm联立得一、恒R下间歇精馏的计算由馏出液的平均组成5.每批精馏所需的时间每批操作的汽化量DVnRn)1(每批操作所需的时间VnVqn,一、恒R下间歇精馏的计算每批操作的馏出量kmol汽化速率kmol/h1.确定理论塔板层数计算基准:终态馏出液组成xD釜液组成xWe最小回流比)(minWeqqqqDxxxyyxR操作回流比min)2~1.1(RR二、恒xD下间歇精馏的计算恒xD下间歇精馏时理论板层数的确定2.确定xW和R的关系若已知精馏过程某一时刻下釜液组成xW1,对应的R可采用试差作图的方法求得。恒xD下间歇精馏时R和xW的关系二、恒xD下间歇精馏的计算3.物料衡算瞬间的回流比为RdDVdnRdn)1(则二、恒xD下间歇精馏的计算设时间内溶液的汽化量为dnVkmol馏出液量为dnDkmolWDWFFDxxxxnn每批操作中任一瞬间前馏出液量微分得WWDDFFDdxxxxxndn2)()(二、恒xD下间歇精馏的计算对应釜液组成xW的汽化总量WnxxWDFDFVVdxxxRxxndnnVFWe02)()1()(代入得WWDDFFVdxxxRxxndn2)()1()(二、恒xD下间歇精馏的计算4.每批精馏所需的时间VnVqn,二、恒xD下间歇精馏的计算汽化速率kmol/h确定xW和R的关系积分求出nV则练习题目思考题作业题:无1.精馏过程有哪些节能途径?2.影响精馏操作有哪些主要因素?3.馏出液组成恒定的间歇精馏有何特点,其理论板层数如何确定?4.回流比恒定的间歇精馏有何特点,其理论板层数如何确定?第九章蒸馏9.5两组分连续精馏的计算9.
本文标题:化工原理天大下册第二部分
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