双组分连续精馏过程物料衡算
精馏塔的计算

FxF= DxD+ WxW
175 = D + WD=76.6kmol/h
175×0.44=0.974D+0.0235WW=98.4kmol/ h
例:将含24%(摩尔分率,以下同)易挥发组分的某混合液送入连续操作的精馏塔。要求馏出液中含95%的易挥发组分,残液中含3%易挥发组分。塔顶每小时送入全凝器850kmol蒸汽,而每小时从冷凝器流入精馏塔的回流量为670kmol。试求每小时能抽出多少kmol残液量。回流比为多少?
Y =nA/nB=yA/yB=yA/(1-yA)kmolA / kmolB
Y =pA/pB=pA/(P - pA)
在吸收操作中,通常A组分:指吸收质
B组分:液相xB指吸收剂,气相yB指惰气
四.吸收推动力:实际浓度与平衡浓度之差。即ΔY=Y–Y*(以气相浓度表示)
ΔX=X*- X(以液相浓度表示)
脱收推动力:ΔY=Y*- Y(以气相浓度表示)
气膜、液膜越厚,传质阻力越大,传质速率就越小,而膜越薄,自然越有利传质。
(三)提高吸收速率:流体力学指出,流速越大,边界膜越薄。因此按照双膜理论,在其它条件不变时,增大流速,就可以减小双膜阻力,从而提高吸收速率。
七.吸收速率
1.吸收速率:是指单位传质面积上,单位时间内吸收的溶质量。
在稳定操作的吸收设备中吸收设备内的任一部位上,相界面两侧的对流传质速率是相等的(否则会在界面处有溶质积累)。因此其中任何一侧有效膜中的传质速率都能代表该处的吸收速率。
阻力阻力
双膜理论模型
通过假设,把整个相际传质的复杂过程简化为吸收质只是经气、液两层的分子扩散过程。因此两膜层就成为吸收过程的两个基本阻力。
(二)在两相主体浓度一定的情况下,两膜层的阻力便决定了传质速率的大小。双膜理论也称双阻力理论。
化工原理下1-3 精馏的物料衡算(课堂PPT)

1(1.61)x1
x1 0.92
R
1
(2) y2R1x1R1xD
2210.9220.9150.93
(3) V (质)= ( R + 1 ) D(质)
= ( 2 + 1 )×50 kg / h = 150 kg / h M氯访= 119.35 kg / kmol M四氯化碳 = 153.8kg / kmol Mm= (0.95×119.35 + 0.05×153.8) kg / kmol
质量分率化为摩尔分率
x
xG/MA
xG/MA(1xG)/MB
摩尔分率化为质量分率
xGxMAx(1M Ax)MB
XG表示轻组分的质量分率
例题1:将5000kg/h含正戊烷0.4(摩尔分率)的正戊烷正 己烷混合液在连续精馏塔内分离,馏出液含正戊烷0.98, 釜液含正戊烷不高于0.03,求馏出液、釜液的流量及塔 顶易挥发组分的回收率。
yn1L内 L 内DxnL内 D DxD
若令 R内L内/D
则yn1R内 R内 1xnR内 xD 1
R内与R关系? 令R内q回流 R
则 q回流 R R 内L L 内 //D DL L 内
LLLpC m (tbtR)/rm
L
L
q回流cpm(tb
tR)rm rm
例题2
例: 氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔内 分离,要求馏出液氯仿浓度为0.95(摩尔分率),流
塔釜难挥发组分回收率
W (1 xW )
F(1xF)
思考
为什么不再对重组分进行物料衡算? 答:由于xB=1-xA,并不是独立的,
对重组分物料衡算所得的方程:
F (1-xF) = D(1- xD)+ W (1-xW) 可由F = D + W 与
化工基础第三章(精馏过程的物料衡算与操作线方程)

1.0
0<q<1
q=1
q>1
a
q=0
d
e
y
q<0
b
c 0 xW xF x 不同加料热状态下的 q 线
2018/6/9
xD
1.0
4、 操作线的作法
用图解法求理论板层数时,需先在x–y图上作出精馏段和提
馏段的操作线。
前已述及,精馏段和提馏段的操作线方程在x-y图上均为直
线。
作图时,先找出操作线与对角线的交点,然后根据已知条 件求出操作线的斜率(或截距),即可作出操作线。
Dx D A 100% FxF
塔釜难挥发组分的回收率ηB:
W (1 x w ) B 100% F (1 x F )
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二、 恒摩尔流的假定
精馏操作时,在精馏段和提馏段内,每层塔板上升的汽相 摩尔流量和下降的液相摩尔流量一般并不相等,为了简化精
馏计算,通常引入恒摩尔流动的假定。
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将以上两式联立后,有:
y n 1
L D L D xn x D xn xD V V LD LD
令R=L/D,R 称为回流比,于是上式可写作:
y n 1
R 1 xn xD R 1 R 1
以上两式均称为精馏段操作线方程。
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两点讨论 (1)该方程表示在一定操作条件下,从任意板下降的液体组 成xn 和与其相邻的下一层板上升的蒸汽组成yn+1 之间的关系。 (2)该方程为一直线方程,该直线过对角线上a(xD,xD)点, 以R/(R+1)为斜率,或在y轴上的截距为xD/(R+1)。
(1)恒摩尔汽流
双组分连续精馏的操作型计算

常见命题:
NT(包括塔径),物系一定,当操作条件如R, q, xF ,
甚至加料位置发生变化时,预计操作结果 xD、 xW 一、定性分析
(1) 根据已知和变化条件确定
如何变化
(2) 根据NT及
变化确定两段塔的分离能力
(3) 确定xD、 xW变化趋势,且受全塔物料衡算约束
1
例1 F、xF、D、q不变,R
xD、 xW如何变化?
结论: R(分离能力,D、
y
W不变) xD , xW
此时 xD 受以下约束:
xW’ xW
xF
x
xD xD’
(3)RV,V′受冷凝器和再沸器A约束
问:其他条件不变,泡点回流改为冷回流, xD、 xW如何? 2
例2 F、xF 、D、R不变, q
提馏段分离难度降低
结论: xD , xW 思考:如 xF ,要维持xD
不变,可采取什么措施?
xW’xW xF’xF x
xD’ xD
当xF降低过多,如果F不变:D
4
• 措施一:R
y
y
xW’xW xF’xF x
xD’ xD
xW’xW xF’xF x
xD’ xD
5
•措施二: q
y
xW xF’xF
xD
x
y
xW’xW xF’xF x
xD’ xD
6
•措施三:加料口下移
y
y
xWxW’xF’xF x
xD’ xD
xW’xW xF’xF x
xD’ xD
7
思考题: (1) F、xF、q,L不变,釜QB,问 xD、xW变化?
(2) q>1、xF、q、R、V′不变,F,问 xD , xw变化? (3) F、xF、q、V不变,D,问 xD、xW变化?
1章蒸馏4第五节两组分连续精馏的计算(简捷法)+其他精馏

会形成另外一条温度分 布曲线。 布曲线。 受外界影响温度变化 最大的板——灵敏板。 灵敏板。 最大的板 灵敏板 t t
例:
1. 某精馏塔在操作时,加料热状态由原来的饱和液体 进料改为冷液进料,且保持F, xf,回流比R 和提馏段 上升蒸汽量V'不变,则此时D ,xD ,W 。 (增加,不变,减少,无法确定) 2. 某精馏塔在操作时,加料热状态由原来的饱和液 体进料改为冷液进料,且保持F, xf,V,D不变,则此 时xD ,xw ,R ,L/V 。 (增加,不变, 减少)
xn1 xn EML = (1-51a) xn1 x *n
实验时, 通常在R 下测取单板效率。 实验时 通常在 ∞下测取单板效率。
3、点效率 EO 、
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指塔板上各点的局部效率。以气相推动力为例: 指塔板上各点的局部效率。以气相推动力为例:
Байду номын сангаас
y yn+1 EOV = * yo yn+1
1. 全塔效率 E (总板效率 总板效率) 总板效率 是塔内各单板效率的平均值: 是塔内各单板效率的平均值:
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xD, , D
E= (NT / NP)×100% × 实际板数: 实际板数: NP= NT / E 目前公认的较为符合实际的是美国 化工学会的预测板效率的A Ch. 化工学会的预测板效率的 A.I.Ch.E 法和奥康奈尔法 法和奥康奈尔法。 奥康奈尔
Y = 0.545827 0.591422X + 0.002743/ X (1-50)
N Nmin = N +2
上式适用于 0.01<X<0.9
9.5双组份连续精馏的计算—本章的核心内容

5
f
6
xn xd xF x2
1a x1 xD 1
第十七页,共七十一页。
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⑤ 将q线、精馏段操作线的交
点d与点b连成提馏段操作线bd;
⑥ 从点a开始,在平衡线与
1 y1
精馏段操作线之间作梯级,当梯
y2 y3
级跨过点d时(这个梯级相当于加
料板),然后在平衡线与提馏段
操作线之间作梯级,直到跨过点b 为止。数梯级的数目,就可以分 别得出精馏段和提馏段的理论板 数,同时(tóngshí)也就确定了加料 板的位置。
L L qF
V V 1 qF
F,xF
V (1-q)F
L
qF L
L
V 精馏段
进料板 属提馏段
V
提馏段
图 加料板上的物流关系示意图 (进料为汽液混合物)
(7-52)
(7-53)
第二十二页,共七十一页。
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二 、进料状态及各种进料状况下的q值
(1)进料状态
根据进料的料液温度有五种状态
求 yn 1 相平衡
提馏段
求 xn 1
求 yn 2 相平衡 求 xn 2
。。。,
直至 xnm xW 为止。
计算过程总共用了n+m次相平衡关系,因而(yīn ér)全塔所需的理论 板数N = n + m块(包括再沸器)。为什么理论板数中包含再沸器的
呢?
第十五页,共七十一页。
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1 y1
角线;
y2
② 在x轴上定出xD、xF、xw的点,y3
并通过这三点作垂线(chuíxiàn)定出对
角线上的点a、f、b;
化工原理下1-3精馏的物料衡算

L内=L外+Φ V外=V-Φ L外=RD Φrm=L外Cpm(tb-tR) L外:塔外的液相回流量,kmol/h Φ:被冷凝下来的流量,kmol/h rm:回流液在泡点温度下的气化 潜热,kJ/kmol Cpm:回流液的平均比热,kJ/(kmol·K) tb:回流液的泡点温度,OC tR:冷回流液的温度,OC
y1 = xD= 0.95
解:
(3) V (质)= ( R + 1 ) D(质) = ( 2 + 1 )×50 kg / h = 150 kg / h M氯访= 119.35 kg / kmol M四氯化碳 = 153.8kg / kmol Mm= (0.95×119.35 + 0.05×153.8) kg / kmol =121.1 kg / kmol V = (150kg/h) /( 121.1kg/kmol) = 1.24 kmol / h L(质)= R﹒D = 2 ×50 kg / h = 100 kg / h L = 100 / 121.1 kmol / h = 0.826 kmol / h
V = L+D
精馏段轻组分物料衡算
V yn+1=Lxn + D xD V=L+D
2பைடு நூலகம்精馏段物料衡算及操作线方程
2
1
* 精馏段操作线方程的意义:
上升蒸汽组成y n+1之间的关系。
在一定的操作条件下,从任一塔板(n)向
下流的液体组成xn与相邻的下一块塔板(n+1)
L = R D V = L+ D =(R + 1)D
a
b
c
d
e
t
x(y)
6.5 双组分连续精馏塔的计算

(6-45)
——提馏段操作线方程
讨论:
1)ym+1与xm 是提馏段操作关系; 2)在x-y图上是一条直线; 3) 4)
L' L' 斜率 L ' W V '
L' 叫液汽比 V'
W 截距 xW 此值很小,不宜确定; L ' W
提馏段操作线与y轴交 于c′点 。
5)与对角线有一交点为b点,b(xw,xw), c′点与b点相距太近,一般不用这两点作提馏段 操作线;
1、恒摩尔汽化 在精馏段内,精馏段内Байду номын сангаас层塔板上升的蒸 汽摩尔流量都相等,即:
V1=V2=∙∙∙∙∙∙=V=常数
(6-19)
同理,提馏段内每层塔板上升的蒸汽摩 尔流量亦相等,即: V1′=V2′=∙∙∙∙∙∙=V′=常数 式中: V——精馏段上升蒸汽的摩尔流量,kmol/h; (6-20)
V′——提馏段上升蒸汽的摩尔流量,kmol/h。
V′——提馏段中每块塔板上升的蒸汽量, kmol/h; xm——提馏段第m块塔板下降液体中易挥发 组分的摩尔分率;
ym+1——提馏段第m+1块塔板上升蒸汽中易挥 发组分的摩尔分率。 连立上述两方程:
L V W
' '
Lxm V ym1 WxW
' '
解之得:
L' W ym1 xm xw V' V' L' W xm xw L ' W L ' W
式中:
F——原料液量,kmol/h; D——塔顶产品(馏出液)量,kmol/h;
W——塔底产品(釜液)量,kmol/h;
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第四节 双组分连续精馏过程的物料衡算
一、理论板的概念及恒摩尔流假定
1.理论板的概念 理论板—离开该塔板的蒸汽和液体互成平衡。
2.恒摩尔流假定
恒摩尔流:指在精馏塔内,无中间加料或出料的情况下,每层塔板上升蒸汽的摩尔流量相等(恒摩尔气流),每层塔板下降液体的摩尔流量也相等(恒摩尔液流)。
(1)恒摩尔气流(气化)
精馏段:
提馏段: • 注意:V 不一定等于V '
V--精馏段上升蒸汽的摩尔流量, kmol/h;
V '--提馏段上升蒸汽的摩尔流量, kmol/h
(2)恒摩尔液流(溢流)
精馏段:
提馏段: 注意:L 不一定等于'L
L —精馏段任一塔板下降液体流量,kmol/h L '—提馏段任一塔板下降液体流量,kmol/h
若恒摩尔流动假设成立,则有1kmol 蒸汽冷凝,同时就必须有1kmol 的液体气化。
满足恒摩尔流的条件:
(1)两组分的摩尔汽化潜热相等;(2)两相接触因两相温度不同而交换的显热可忽略不计;(3)塔设备保温良好,热损失可以忽略不计。
二、物料衡算和操作线方程
1.全塔物料衡算
常数=====V V V V 321常数
=====''3'2'1V V V V 常数=====L L L L 321常数
=====''
3'
2'1L L L L
设:F 、D 、W ——kmol/h
x F 、x D 、x W ——摩尔分数
连续稳定操作,故:
总物料:
易挥发组分:
塔顶采出率: ; 塔底采出率:
塔顶易挥发组分回收率
塔底难挥发组分回收率
【例题7-3】
2.操作线方程
(1)精馏段操作线方程
令
D L
R = 为回流比 精馏段操作线方程
W x ⎩⎨⎧+=+=W D F Wx Dx Fx W D F W D W F x x x x F D --=)(W D F D x x x x F W --=)(W D W F x x x x F D --=W
D F D x x x x F W --=%100A ⨯=F D Fx Dx η%100)1()1(B ⨯--=F W x F x W
η⎩⎨⎧+=+=+D n n Dx Lx Vy D L V 1D n n x D L D x D L L y +++=
+11
11+++=
+R x x R R y D
n n
其意义:表示在一定的操作条件下,精馏段内自任意第n 块板下降液相组成x n 与其相邻的下一块(即n+1)塔板上升蒸汽组成y (n+1)之间的关系。
精馏段操作线的绘制:
当R, D, x D 为一定值时,该操作线为一直线。
(方法一) 斜率: 截距: (方法二)过点a (x D ,x D )及点c (0, x D /(R+1))的一条直线。
课堂练习:习题7-5
练习:在连续操作的精馏塔中,每小时要求蒸馏2000kg 含水90%(质量百分数,以下同)的乙醇水溶液。
馏出液含乙醇95%,残液含水98%,若操作回流比为3.5,问回流量为多少?[答:L=602.2kg /h ]
小结:理论板的概念及恒摩尔流假定;全塔物料衡算及精馏段操作线方程。
作业:习题7-6
V L 1=+R R 1
D
+R x。