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习题9思路:3股物流,总变量数Nv=3(C+2)=3c+6独立方程数Nc物料衡算式C个热量衡算式1个相平衡组成关系式C个1个平衡温度等式1个平衡压力等式共2C+3个故设计变量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定设计变量:进料C+2,加上节流后的压力Nx=C+3可调设计变量Na=Ni-Nx=0习题11解:Nx进料C+2(C=7)压力9Nx=9+9=18Na串级单元1传热单元1合计2Ni=Nx+Na=20指定变量:(固定)进料温度、压力、流率、其中6个组分的组成;各板压力;(可调)塔底再沸器负荷、塔顶产物中某组分纯度。(再沸汽提塔)第3章多组分精馏和特殊精馏侯影飞第3章多组分精馏和特殊精馏3.1多组分精馏过程3.2萃取精馏和共沸精馏3.3反应精馏3.4其他特殊精馏3.1多组分精馏过程3.1.1多组分精馏过程分析3.1.2最小回流比3.1.3最少理论塔板数和组分分配3.1.4实际回流比、理论板数、进料位置返回3.1.1多组分精馏过程分析一、关键组分1.关键组分的引出一般精馏:对于设计型计算,5个可调设计变量为:在塔釜回收率—在塔顶回收率—这里:)();(;回流温度;进料位置;jFxWxiFxDxxxRFjWjWjFiDiDiWjWjDiDi5uaNi、j为在精馏中起关键作用的组分,称关键组分。i:挥发度大的组分,称轻关键组分,表示:LK,下标:lj:挥发度小的组分,称重关键组分,表示:HK,下标:h精馏塔的任务:LK尽量多的进入塔顶馏出液;HK尽量多的进入塔釜釜液。为中间关键组分—为重组分,表示:—为轻组分,表示:—若:ihhhihlHNKihhhiLNKihlhi:::对于精馏中的非关键组分:设为非关键组分i对HK的相对挥发度。ih2.关键组分的特点◆LK和HK形成分离界线,且越小,分离越难。◆◆精馏中:LK绝大多数在塔顶出现,在釜中量严格控制;HK绝大多数在塔釜出现,在顶中量严格控制。◆只有无LNK,且较大,塔顶可采出纯LK;只有无HNK,且较大,塔釜可采出纯HK。重轻;WhWDlDhlhlhl3.关键组分的指定方法◆指定回收率◆指定控制量hWlD;lWhWhDlDxxxx或;或注意:同一组分,规定了一端的回收率,另一端的量已确定。不能重复!4.关键组分的指定原则由工艺要求决定例:ABCD(按挥发度依次减少排列)混合物分离◆工艺要求按AB与CD分开:则:B为LK;C为HK◆工艺要求先分出A:则:A为LK;B为HK二、设计计算多组分精馏过程的复杂性1.确定后,顶釜浓度未确定物料衡算确定顶釜浓度jWDxix,二种方法:★清晰分割法假设LNK全部从塔顶采出;假设HNK全部从塔釜采出。★非清晰分割法各组分在顶、釜都有可能存在。2.流量分布、温度分布、浓度分布复杂★流量分布分子汽化潜热相近,可视为恒摩尔流例:苯—甲苯物系★流量分布例:苯—甲苯—异丙苯物系(图3—5)分子汽化潜热不相近,V、L有变化,但V/L变化不大2.流量分布、温度分布、浓度分布复杂★温度分布泡点与组成密切相关,温度分布接近组成分布形状。★浓度分布浓度分布要复杂得多!规定苯在馏出液中的回收率要高,是轻关键组份,该塔主要实现苯和甲苯之间的分离。★浓度分布为了全面分析不同类型组分在多组分精馏中的浓度分布,补充两个实例。★浓度分布1.进料板附近各组分浓度变化较大,原因是引入的组分包含全部组成。2.对非关键组分精馏段:HNK迅速消失;LNK以接近于常数浓度在进料板以上各板中出现,接近顶部急剧增加,在出料液中达到最高。提馏段:LNK迅速消失;HNK在再沸器中浓度最高,从釜向上几板下降较大,然后变化不大,一直延伸到进料板。3.关键组分变化复杂▼若无LNK时:HK分别在二段出现两个最高点,LK表现象LNK。3.关键组分▼若无LNK时:HK分别在二段出现两个最高点,LK表现象LNK。▼若无HNK时:LK分别在二段出现两个最高点,HK表现象HNK。3.关键组分▼有LNK、HNK,且都不同时出现在顶、釜时:LK在精馏段出现一个最大值,然后降到所规定的浓度;HK在提馏段出现一个最大值,然后降到所规的浓度。返回多元精馏与二元精馏区别关键组分有极大值非关键组分是非分配的非关键组分有上下恒浓区进料板组成不等于进料组成温度分布反应物流组成;级间流量分布反应热量衡算的限制。Why?3.1.2最小回流比1.时,恒浓区出现的情况塔中出现恒浓区时,NRRmeeeDmxyyxRmR恒浓区——精馏塔中全部浓度不变的区域eDxWxxy恒浓区二元精馏:恒浓区:一个,出现在进料板多元精馏:定义:顶釜同时出现的组分——分配组分只在顶或釜出现的组分——非分配组分一般:LK、HK和中间关键组分为分配组分;非关键组分可以是分配组分,也可以是非分配组分。多元精馏特点:▼各组分相互影响,存在上、下恒浓区▼所有进料组分中有非分配组分的影响▼恒浓区位置不一定在进料板处只有HNK为非分配组分只有LNK为非分配组分所有组分为分配组分LNK和HNK都为非分配组分——上恒浓区——下恒浓区最小回流比下,沿塔高气相含量变化规律.2.的计算mR采用Underwood法计算:该法假设:1.恒摩尔流2.在全塔可看成常数hi依据:恒浓区概念关联式:相平衡、物料平衡)33(1)33(1)(,,bqxaRxriFirimrimDiriUnderwood公式:式中:——i对基准组分r的相对挥发度取基准:①最难挥发的组分(最重的组分)②HKrimDix)(,——最小回流比操作下,i的摩尔分数,DimDixx,,)(q——进料状态参数——方程的根,为多根方程,取rhrl误差:10~20%mbrhrlmRaR式代入将试差确定中设在解法:式.2],[.1,最后取平均值。几个,解出之间试差出几个挥发度不相邻,可在、注意:若mrhrlRHKLK,例3—1计算最小回流比已知:解:由(3—3b)试差将代入(3—3a)得306.1mR325.10.1,,,,qxxDiFi325.1返回3.1.3最少理论板数和组分分配mNNR时,3.1.3.1最少理论板数特点:★F=D=W=0★L=V;L/V=1★操作线方程:★板效率最高ininxy,,1意义:◆操作前的准备工作◆测出mN采用Fenske方程求最少理论板数,推导如下:)()()()(,板序由上向下分别表示二个不同组分、设BABABBAAABxxyyxyxyBA)()()(21\nBAnBAyyxx全回流)又(,,1,,1BnBnAnAnxyxy)1((nBAnABnBAxxyy)()()块板:对于第n用(1)、(2)式推导Fenske方程:Why?设塔顶采用全凝器(板序由上向下):DBABAABBAxxxxyyn)()()()):(由(开始:从11111321)()()()(BAABABDBAyyxx\3222)()())代入:(又将(BAABBAyyyy2221)()()):(又由(BAABBAxxyy212)()())代入:(将(BAABDBAyyxx第一块理论板物料衡算:V2yA,2=L1xA,1+DxA,DV2yB,2=L1xB,1+DxB,D第二块理论板物料衡算:V3yA,3=L2xA,2+DxA,DV3yB,3=L2xB,2+DxB,DV2=L1V3=L2D=0以次类推:WBANABNABABABDBAxxxx)()()()()()(121L方程——)()()(,省去“均”:表示由于全回流,用FenskexxxxNNNABWBADBAmm83lg]lg[\WBANABDBANNABNABABABABxxxx)()()有:(—代入式中—)()()()()取(均均121L)—()()(用摩尔浓度表示:83lg]lg[ABWBADBAmxxxxNFenske方程的各种形式:)—()()(不用对数表示:123BmABAwdNwd)—()()(量表示:用摩尔量、体积量、重113lg]lg[ABBAmwdwdNFenske方程说明:为其汽相产品浓度比。)分凝器,为其液相产品浓度比;)全凝器,DBADBAxxxx((.1HKBLKABABA为为多元:;为挥发性小的组分为挥发性大的组分二元:元导出,可用于二元和多、公式由.3二级。数,包括塔釜、分凝器求出的mN.2返回Fenske方程说明:.(.5mWABDBANxxxx,)、),式中(若分离要求34.ABABABABABABABAB均釜顶釜进顶()的一般计算()()或;()()()返回6、该方程的本质:精确度取决于相对挥发度;最少理论板数取决于分离要求。3.1.3.2非关键组分分配iiihmhiiwdfiwdNwd组分物料衡算:)—()()(123WiDiiiwdfihmrixxWDwdwdwdNiii,,,123,,,解出)()由()、(、已知应用:解:a.,清晰分割法物料衡算HKCLKC为;为选34WD10015015610010520020415-0.025D0.025D153(HK)0.05W35-0.05W352(LK)0551wdf组分例3—2:计算已知:1.2.分离要求05.0025.0,,WlDhxx和物料分配mN均;,Fix列方程;16.6284.37100025.0)05.035(5WDWDDDW解出:将D、W代入表中,完成物料衡算表(略)b.求最少理论板数79.6lg]lg[hlhlmwdwdN)()(c.核实清晰分割的合理性有:代入上式)()将()()()核实式:,看是否,核实对于hmhiiiiiiiiiiWiiwdNwdwdfwwdfwdwfxwLNK\1;1(0,569.61001.510Wwx\对于甲烷,;清晰分割假设对甲烷成立核算式)(hmhiiiwdNfw1有:代入上式)()()(将)()(核实式:,看是否,核实对于hmhiiihmhiiiiiiiDiiwdNfwwdNwdfwfwddxdHNK110,核算式)()(hmhiihmhiiwdNfwdNd1344340.64480.017:0DDHNKCiCnCCdxCx对:,,进行核算::,不成立,须调整清晰分割假设对3C\d.调整以前面结果为初值,进行试差0.644814d设,其它不变,重复步计算,至前后二次结果相近为止。结果:第二次与第一次相近635.0C3d例3-3:计算已知:1。2.分离要求和物料分布mN003.0;0015.0,,WTDcxx)异丙苯)二甲苯)甲苯)物系:苯CXTB((((TiFix;,解:选甲苯为LK,异丙苯为HK,二甲苯为中间关键组分。物料分配时要对二甲苯试差1.设(依据相对挥发度估计)其他组分按清晰分割法处理,初算结果如下表。9,1xxxxdfwdCTTTTCTTCTTCTCCTmKKKKKKwdwdN式中:)()(42.7lg]lg[49.07150.92910039.9240.074640C(HK)9110X0.14729.85330T(LK)02020Bwdf组分2.由初算结果核算1近似为0wwdxx;及是否,核算中间组分:计算与初值相差大,需再次—)()()()(481.9519.01xxxCmNcxxCmNcxxdfwwdfwdd核算LNH组分B:清晰分割法假设成立—)()(0104.214CmNcBBBwdfw42.7lg]lg[TCCTmwdwdN)()(49.55450.44610039.9240.075740C(HK)9.4810.51910X0.14829.8523
本文标题:31多级精馏
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