化工原理天大Shi25-26学时

第一章蒸馏1.5两组分连续精馏的计算1.5.1计算的基本假定1.5.2物料衡算与操作线方程1.5.3理论板层数的计算一、逐板计算法二、梯级图解法3.适宜的进料位置进料位置对应于两操作线交点d所在的梯级，这一位置即为适宜的进料位置。适宜的进料板位置二、梯级图解法4.进料热状况对理论板层数的影响进料热状况参数q值不同，q线的斜率也就不同，q线与精馏段操作线的交点d随之而变动，从而影响提馏段操作线的位置，进而影响所需的理论板层数。二、梯级图解法进料热状况对q线的影响进料热状况q值q/（q-1）q线的形状冷液进料1q泡点进料1q气液混合物进料10q露点进料0q过热蒸气进料0q0二、梯级图解法4.进料热状况对理论板层数的影响（一）当进料及产品组成一定时，q值减小，精馏段所需板数增多，提馏段所需板数减少，适宜的进料位置将下移；q值增大时，情况则相反。4.进料热状况对理论板层数的影响（二）q值减小时，精馏所需的最小回流比将增大，因此冷凝器的热负荷需增加。（三）当回流比一定时，q进料值减小，可使再沸器热负荷减小。进料热状况对理论板层数的影响q值越大，进料温度越低，平衡线与操作线距离越远，所需的理论板层数越少。第一章蒸馏1.5两组分连续精馏的计算1.5.1计算的基本假定1.5.2物料衡算与操作线方程1.5.3理论板层数的计算1.5.4回流比的影响及其选择回流比R对操作的影响回流比是精馏过程计算不可缺少的重要参数，塔所需的理论板数、塔顶冷凝器和塔釜再沸器的热负荷均与回流比有关；精馏过程的投资费用和操作费用都取决于回流比的值。全回流一、全回流和最小回流比回流比R对操作的影响回流比是精馏过程计算不可缺少的重要参数，塔所需的理论板数、塔顶冷凝器和塔釜再沸器的热负荷均与回流比有关；精馏过程的投资费用和操作费用都取决于回流比的值。一、全回流和最小回流比增大回流比R，精馏段和提馏段操作线靠近对角线，美意梯级的跨度增大，即每块理论板的分离能力增大。在此回流比下，达到同样的分离要求所需的理论板数减小，如右图所示。增大回流比对理论板数的影响1.全回流和最少理论板层数(1)全回流的概念若上升至塔顶的蒸气经全凝器冷凝后，冷凝液全部回流到塔内，该回流方式称为全回流。全回流0LDLR精馏的开工阶段全回流的应用一、全回流和最小回流比操作线的斜率和截距分别为全回流操作时不向塔内进料，也不从塔内取出产品，全塔无精馏段和提馏段之区分，两段的操作线合二为一。11RR01RxD操作线与对角线重合，操作线方程为nnxy1一、全回流和最小回流比一、全回流和最小回流比一、全回流和最小回流比(2)最少理论板层数回流比愈大，完成一定的分离任务所需的理论板层数愈少。当回流比为无限大，两操作线与对角线重合，此时，操作线距平衡线最远，气液两相间的传质推动力最大，因此所需理论板层数最少，以Nmin表示。一、全回流和最小回流比xDxWxF回流比与理论板层数的关系R越大NT越少R1R2R3用芬斯克(Fenske)方程式计算全回流时所需的最少理论板数Nmin，取全塔平均相对挥发度：一、全回流和最小回流比1lg)]1)(1lg[(minmWWDDxxxxN注意WDm芬斯克方程式求得的最小理论板层数不含再沸器为全塔平均相对挥发度m2.最小回流比(1)最小回流比的概念对于一定分离任务，减小操作回流比R，两操作线向平衡线靠近，所需理论板层数增多。当回流比减小到某一数值，两操作线的交点d落到平衡线上，此时，若在平衡线与操作线之间绘阶梯，将需要无穷多阶梯才能到达点d，相应的回流比即为最小回流比，以Rmin表示。一、全回流和最小回流比xDxWxFR1R2夹紧区夹紧点最小回流比斜率1minminRRxqyqg(2)最小回流比的求法①作图法qDqDxxyxRR1minminqqqDxyyxRmin一、全回流和最小回流比最小回流比计算式非正常平衡曲线最小回流比的求法一、全回流和最小回流比②解析法泡点进料Fqxx]1)1([11minFDFDxxxxR露点进料Fqyy1]11[11minFDFDyxyxR一、全回流和最小回流比二、适宜回流比的选择分离任务一定R～～操作费用设备费用塔径～能耗VnLnVnLnqqqq,,,,、、～R设备费用塔高理论板数～～适宜回流比的选择1－操作费用2－设备费用3－总费用选择适宜的回流比需进行经济权衡，根据生产实践经验，取min0.2~1.1RR统计表明，实际生产中的操作回流比以下列范围使用较多：min9.1~6.1RR二、适宜回流比的选择适宜回流比计算式第一章蒸馏1.5两组分连续精馏的计算1.5.1计算的基本假定1.5.2物料衡算与操作线方程1.5.3理论板层数的计算1.5.4回流比的影响及其选择1.5.5简捷法求理论板层数一、吉利兰(Gilliland)关联图精馏塔理论板层数除了可用前述的逐板计算法和图解法求算外，还可用简捷法计算。通常采用的简捷法为吉利兰关联图。吉利兰关联图一、吉利兰(Gilliland)关联图二、求理论板层数的步骤简捷法求理论板层数的步骤先按设计条件求出最小回流比Rmin，并选择操作回流比R。计算全回流下的最少理论板层数Nmin。利用吉利兰关联图，计算全塔理论板层数N。用精馏段的最小理论板层数Nmin1代替全塔的Nmin，确定适宜的进料板位置。二、求理论板层数的步骤说明：图中N为在回流比下所需理论板数，N及Nmin均不包含再沸器。吉利兰图不能应用于非理想溶液的精馏计算。1lg)]1)(1lg[(minmWWDDxxxxN由芬斯克方程式1lg)]1)(1lg[(11minmFFDDxxxxNαm1为精馏段平均相对挥发度FDm1二、求理论板层数的步骤现成塔的操作分析第一章蒸馏1.5两组分连续精馏的计算1.5.1计算的基本假定1.5.2物料衡算与操作线方程1.5.3理论板层数的计算1.5.4回流比的影响及其选择1.5.5简捷法求理论板层数1.5.6几种特殊情况理论板层数的计算一、直接蒸汽加热待分离的物系为水溶液1.直接蒸汽加热应用背景及意义直接蒸汽加热的应用背景直接蒸汽加热的意义省掉再沸器，减少设备费水为难挥发组分提高加热蒸汽利用率，节约能耗，减少操作费直接蒸汽加热直接蒸汽加热精馏塔的精馏段操作线和q线与常规塔相同，但提馏段操作线方程应予修正。2.直接蒸汽加热理论板层数的计算总物料衡算WVVL0易挥发组分衡算WmmxWyVyVxL100一、直接蒸汽加热对于塔内恒摩尔流动WLVV0WmmxWyVxW10)(01WmmxxVWy01myWmxx当则提馏段操作线与横轴的交点坐标为g(xW,0)一、直接蒸汽加热提馏段操作线方程xDabxWcxFefd12345直接蒸汽加热时理论板层数的图解法练习题目思考题1.全回流操作的特点是什么，有何实际意义？2.回流比对理论板层数有何影响？3.简捷法求理论板层数的原理是什么？4.直接蒸汽加热有何应用背景，其理论板层数如何用图解法求解？