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化工基础第三章(精馏过程的物料衡算与操作线方程)-精选版

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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; xF——原料液组成,摩尔分率; xD——塔顶产品组成,摩尔分率; xW——塔底产品组成,摩尔分率。
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回收率η
在精馏计算中,对分离过程除要求用塔顶和塔底的产品组 成表示外,有时还用回收率表示。 塔顶易挥发组分的回收率ηA:
(1)恒摩尔汽流
恒摩尔汽流是指在精馏塔内,从精馏段或提馏段每层塔板 上升的汽相摩尔流量各自相等,但两段上升的汽相摩尔流量
不一定相等。
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在精馏段内,每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等,即:
V1=V2=∙∙∙∙∙∙=V=常数
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
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一、 全塔物料衡算
精馏塔各股物料(包括进料、塔顶产品和塔底产品)的流量、
组成之间的关系可通过全塔物料衡算来确定。 在图片虚线范围内作全塔物料衡算,并以单位时间为基准
,可得: 总物料衡算:
F=D+W
易挥发组分的物料衡算:
FxF Dx D WxW
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1、 精馏段操作线方程
在图片虚线范围(包括精馏段的第n+1层板以上塔段及冷凝 器)内作物料衡算,以单位时间为基准,可得: 总物料衡算:
V=L+D
易挥发组分的物料衡算:
V yn+1=Lxn+DxD
式中: V——精馏段内每块塔板上升的蒸汽摩尔流量,kmol/h; L——精馏段内每块塔板下降的液体摩尔流量,kmol/h; yn+1——从精馏段第n+1板上升的蒸汽组成,摩尔分率; xn——从精馏段第n板下降的液体组成,摩尔分率。
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1、五种进料热状态
①温度低于泡点的冷液体; ②泡点下的饱和液体; ③温度介于泡点和露点之间的气液混合物; ④露点下的饱和蒸气; ⑤温度高于露点的过热蒸气。
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2、进料热状况参数
为了定量地分析进料量及其热状况对于精馏操作的影响,
须引入进料热状况参数的概念。 对进料板作物料及热量衡算,以单位时间为基准,可得:
H hF L' L 每千摩尔原料液汽化为饱和蒸气所需的热量 q H h F 原料液的摩尔汽化潜热
q 称为进料热状况参数。进料热状况不同,q 值亦不同。
2018/态 下 的 q 值
进料热状态对塔内气、液流量的影响.swf
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四、 操作线方程
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)。
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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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式中: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。
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(2)恒摩尔溢流
恒摩尔溢流是指在精馏塔内,从精馏段或提馏段每层塔板 下降的液相摩尔流量分别相等,但两段下降的液相摩尔流量 不一定相等。
精馏段内,每层塔板下降的液体摩尔流量都相等,即:
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三、精馏塔的进料热状况
精馏塔在操作过程中,精馏段和提馏段汽液两相流量间的 关系与精馏塔的进料热状况有关,因而进料热状况对精馏段 和提馏段的操作线方程有直接的影响。
根据工艺条件和操作要求,精馏塔可以不同的物态进料。 组成为xF 的原料,其进料状态可有以下几种:
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3.2.3 精馏过程的物料衡算与 操作线方程
第三章 传质分离过程
一、全塔物料衡算 二、恒摩尔流的假定
三、精馏塔的进料热状况
四、操作线方程
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精馏过程的计算内容
精馏过程的计算可分为设计型计算和操作型计算两类。 此处讨论板式精馏塔的设计型计算问题,其主要内容包括: (1) 确定产品的流量或组成; (2) 确定精馏塔的理论板层数和适宜的加料位置; (3) 确定适宜的操作回流比; (4) 计算冷凝器、再沸器的热负荷等。
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满足恒摩尔流假设的条件
在精馏塔的每层塔板上,若有n kmol的蒸汽冷凝,相应有n
kmol的液体汽化,恒摩尔流动的假定才能成立。为此必须满
足以下条件: (1) 混合物中各组分的摩尔汽化潜热相等; (2)汽液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略; (3) 塔设备保温良好,热损失可以忽略。 恒摩尔流动虽是一项简化假设,但某些物系能基本上符合上 述条件,因此,可将这些系统在精馏塔内的汽液两相视为恒 摩尔流动。
在精馏塔中,任意塔板(n 板)下降的液相组成xn与由其下 一层塔板(n+1板)上升的蒸汽组成yn+1之间的关系称之为操作 关系,描述它们之间关系的方程称为操作线方程。 操作线方程可通过塔板间的物料衡算求得。 在连续精馏塔中,因原料液不断从塔的中部加入,致使精 馏段和提馏段具有不同的操作关系,现分别予以讨论。
L1=L2=∙∙∙∙∙∙=L=常数
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同理,提馏段内每层塔板下降的液体摩尔流量亦相等,即:
L1’=L2’=∙∙∙∙∙∙=L’=常数
式中:L——精馏段下降液体的摩尔流量,kmol/h;
L’——提馏段下降液体的摩尔流量,kmol/h。
恒摩尔汽流与恒摩尔溢流总称为恒摩尔流假设。
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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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