進(jìn)料熱狀況及q線方程

1、曲i潮側(cè)7兗化工原理課程論文題 目進(jìn)料熱狀況及進(jìn)料方程院 （系）：資源與環(huán)境工程學(xué)院 化學(xué)工程與工藝班 級：化工09-2姓 名：武欣學(xué) 號：22指導(dǎo)教師：熊楚安教師職稱：教授進(jìn)料熱狀況參數(shù)及進(jìn)料方程武欣黑龍江科技學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱，150000摘要：通過改變進(jìn)料的狀態(tài)，分析進(jìn)料熱狀況對精餾的影響。并對五種進(jìn)料熱狀態(tài)進(jìn)行逐一定性分析，從 物料衡算和熱量衡算理論推導(dǎo)出q線方程。關(guān)鍵詞:熱狀況進(jìn)料方程理論板數(shù)the parameter of Feed con diti on and feed equati onWuxinNatural Resources and En viro nmen

2、 tal Engin eeri ng Faculty.HeiL on gJia ng In stitute of Scie nee and Tech no logy, Haerbin 150000 ,chi na;Abstract: The paper discusses the in flue nee of Feed con diti on duri ng rectificati on. Qualitative an alysis these five kinds of Feed con diti on. Exploit ing material bala nee and heat con

3、servati on deduce feed equati on.Keywords :condition of materialfeed equationtne number of theoretical plate引言：在精餾過程中，影響精餾效果及精餾質(zhì)量的因素，除了與精餾塔的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與進(jìn)料的狀 態(tài)有密切關(guān)系。精料熱狀況的不同，使精餾塔內(nèi)精餾段和提餾段的上升蒸汽和下降液體的流量大 不相同。與此同時(shí)，由于進(jìn)料所攜帶的熱量，決定了精餾塔輔助設(shè)備中的，塔底再沸器及塔頂?shù)?冷卻器的耗熱量不同。這樣，在工廠設(shè)計(jì)中就要考慮設(shè)備的尺寸及工作狀態(tài)。并且，由于精餾段 操作線方程與提餾段操作線方程的交點(diǎn)為

4、q線方程，所以精料狀態(tài)的不同是精料方程發(fā)生改變。例如，當(dāng)液體泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，q的值取1,相應(yīng)的q線為垂直于x軸。而當(dāng)飽和蒸汽進(jìn)料時(shí)，q值取 0,此時(shí)q線方程為垂直于y軸的直線。由于q值得不同，精餾塔所需的理論板數(shù)不同，這樣在實(shí) 際生產(chǎn)中就要考慮實(shí)際板數(shù)與進(jìn)料熱狀況的關(guān)系。一、進(jìn)料熱狀況參數(shù)在精餾塔內(nèi)，由于原料的熱狀況不同，從而使進(jìn)料板上升的蒸汽量和下降的液體量發(fā)生變化。 為了分析進(jìn)料的流量及熱狀況對精餾操作的影響，對進(jìn)料板作為料衡算和熱量衡算?？偽锪虾馑悖篎 L V L V（ 1）-i -V ,HV 牛L , hLF, hFV' HvL' hL總熱量衡算：FhF Lh_ VHv L

5、hL VHv（2）式中HV蒸汽的摩爾焓，kJ/kmol;H l液體的摩爾焓，kJ/kmolh f原料的摩爾焓，kJ/kmol由于塔內(nèi)各板上的液體和蒸氣均呈飽和狀態(tài)，相鄰兩板的溫度和氣液組成變化不大，所以可 近似認(rèn)為h F 1h Fh原料在飽和液體狀態(tài)下的摩爾焓H fH f 1H原料在飽和蒸汽狀態(tài)下的摩爾焓Fh FLh V H VHL h整理后得(VV )H FhF (L L)h（3）將式（1）代入（3）得F (L L)H FhF (LL)hF(H hF) (L L)(Hh)H hFL LhFH h F(4)飽和蒸氣的焓原料焓q飽和蒸氣的焓飽和液體的焓-11 -每摩爾原料汽化為飽和蒸氣所需要的熱

6、量原料的摩爾氣化潛熱式中，q為進(jìn)料熱狀況參數(shù)，進(jìn)料熱狀況不同，q值亦不同。 由（1得L L qF(5)代入（1）得V V （1 q）F（ 6）式（5）和（6）關(guān)聯(lián)了精餾塔內(nèi)的精餾段與提餾段上升蒸氣量 V、V',下降液體量L、L'， 原料液量F及進(jìn)料熱狀況q之間的關(guān)系。進(jìn)料熱狀況參數(shù)q的計(jì)算根據(jù)q （HV 牛）值的大小，精餾塔的進(jìn)料通常有hLVH：五種狀況。q>1,過冷液體進(jìn)料。因?yàn)閔F<h進(jìn)料的溫度小于泡點(diǎn)溫度， 所以當(dāng)他們預(yù)熱至飽和狀態(tài)時(shí)必然要吸收熱量，這部分熱量只有 由提餾段上升的蒸汽來提供，從而使用部分蒸汽冷卻下來。進(jìn)料、 提餾段蒸汽冷凝下來的液體以及精餾段下

7、降的飽和液體一起進(jìn)入 提餾段，此時(shí)有q=1，飽和液體進(jìn)料所以沒有預(yù)熱過程產(chǎn)生。進(jìn)料與精餾段下降的飽和液體一起 進(jìn)入提餾段，而兩段上升的蒸汽流量相等。因?yàn)閔F<h加入的就是飽和液體,L L F，V V0<q<1，氣液混合物進(jìn)料。因?yàn)檫M(jìn)料是氣液混合物，設(shè)圖其中液相所占的百分率 a,氣相所占的百分率為（1-a ），則進(jìn)料焓hF ahL （1 a）Hv，即H v hFa( H v hL)，所以q=a,此時(shí)的進(jìn)料熱狀況參數(shù)q正好等于進(jìn)料中液相分率。進(jìn)料所含的液體與精餾段 下降的飽和液體一起進(jìn)入提餾段，進(jìn)料所含的氣體則與提 餾段上升的飽和蒸汽一起進(jìn)入精餾段。q=0,飽和蒸汽進(jìn) 因?yàn)閔F=

8、H加入的就1"11VI1111F ! 十1 F料。是飽和蒸汽，所以沒有冷 卻過程產(chǎn)生。進(jìn)料與提餾 段上升的飽和蒸汽一起 進(jìn)入精餾段。hF H L，V' L'圖q<0，過熱蒸汽進(jìn) 料。因?yàn)榧尤胝羝臏囟却笥谄渎饵c(diǎn)，所以當(dāng)他們變成飽 和狀態(tài)時(shí)必然要放出熱量，這些熱量會使精餾段下降的飽 和液體部分氣化。進(jìn)料、液體氣化而來的氣體以及提餾段 上升的飽和蒸汽一起進(jìn)入精餾段。廣義上講，進(jìn)料熱狀況參數(shù)都可以看作是進(jìn)料中飽和 液體的摩爾分率。飽和液體進(jìn)料， 下進(jìn)料熱狀況參數(shù)很容易確定。而對冷液進(jìn)料和過熱蒸汽進(jìn)料,q=1 ;飽和蒸汽進(jìn)料，q=0;氣液混合物進(jìn)料，q=a，這三種情況

9、q可采用以下方法進(jìn)行計(jì)算。過冷液體:Hv hF q HvhLHv 九九 hFHv hLCpL (tb tp )r過熱蒸汽:HV HV CPV(tF td)HvhLCpV (tFtd )r式中，Cpl是進(jìn)料在溫度(tb+tF)12下液體的比熱容；Cpv是進(jìn)料在溫度(t F+td)/2下的氣體的比熱容，r是進(jìn)料的摩爾氣化潛熱，td為氣相的露點(diǎn)溫度，tb液相的泡點(diǎn)溫度。5種進(jìn)料熱狀況及精餾段、提餾段氣液流量關(guān)系進(jìn)料狀況進(jìn)料焓HhFqL，L'的關(guān)系L' =L+qFV,V '的關(guān)系V =V-(1-q)F冷液進(jìn)料hF < hq > 1L' > L + FV

10、' > V飽和液體hF = hq = 1L' = L + FV' = V氣液混合 物hvhF < H0 < q < 1L < L ' < L + FV = V - (1 - q) F飽和蒸氣hF=Hq = 0L' = LV = V - F過熱蒸氣hF > Hq < 0L' < LV < V - F三、q線方程（進(jìn)料方程）在精餾塔的分析和計(jì)算中，當(dāng)進(jìn)料組成（xf）、餾出液組成（xd）、釜液組成（xw）、回鎦比（R） 和q已知時(shí)，精餾段和提餾段的操作線方程就可確定下來。精餾段操作線方程可有

11、R和xd很方便 的求出，而提餾段操作線方程要求根據(jù)塔內(nèi)氣液相流量與 q的關(guān)系結(jié)合全塔物料衡算進(jìn)行求解。精餾段、提餾段操作線方程式可分別寫成如下形式：V Lx DXd（ 7）Vy L x Wxw（ 8）全塔物料衡算得FXfDXd WXw（ 9）將式（8）減去式得（V V）y （Lx L）x （DXd Wxw）將式（5）、（ 6）、和（9）代入上式并經(jīng)整理得(10)Xfq 1式（10）稱為q線方程或進(jìn)料方程。在進(jìn)料熱狀態(tài)一定時(shí)，因此其為直線方程。當(dāng)x=xf時(shí)，由式得y=XF,則q線在x-y圖上式過對角線上e（x f,x f）點(diǎn)，以q/（q-1）為斜率的直線。以不同進(jìn)料 熱狀態(tài)，q值不同，其對q線的

12、影響也不同。由于進(jìn)料方程是聯(lián)立兩操作線方程而得，以此q線方程表示兩操作線交點(diǎn)的軌跡方程。q線斜率值及在x-y圖上的方位進(jìn)料熱狀況q值q線方程斜率q/(q 1)q線在x-y圖上的方位冷液進(jìn)料q > 1+e£（ /）飽和液體q = 1ooef2（ t）氣液混合物0 < q < 1ef3（）飽和蒸氣q = 00ef4 （ J）過熱蒸氣q < 0+ef5（ /）XF、XD和R一定時(shí)，精餾段操作線確定，q值的大小將直線影響到點(diǎn)d的位置，從而影響到提 餾段的操作線。五種進(jìn)料狀況下 q線、點(diǎn)d和提餾段操作線的形狀如下。XwXfxox 四、加料熱狀態(tài)的選擇前已述及加料熱狀態(tài)可

13、由q值表征，q值表示加料中飽和液體所占的分率。若原料經(jīng)預(yù)熱或部分汽化，則q值較小。在給定的回流比R下，q值的變化不影響精餾段操作線的位置，但明顯改變了提餾段操作線的位置。q值越小，即進(jìn)料前經(jīng)預(yù)熱或部分汽化，所需理論板數(shù)反而 越多。為理解這一點(diǎn)，應(yīng)明確比較的標(biāo)準(zhǔn)。精餾的核心是回流， 精餾操作的實(shí)質(zhì)是塔底供熱產(chǎn)生蒸汽回流，塔頂冷凝造成液體 回流。由全塔熱量衡算可知，塔底加熱量、進(jìn)料帶入熱量與塔 頂冷凝量三者之間有一定關(guān)系。以上對不同 q值進(jìn)料所做的比 較是以固定回流比R即以固定的冷卻量為基準(zhǔn)。這樣，為保持 塔頂冷卻量不變，進(jìn)料帶熱越多，塔底供熱則越少，塔釜上升 的蒸汽量亦越少；塔釜上升蒸汽量越少，使提餾段的操作線斜 率增大，其位置向平衡線移近，所需理論板數(shù)必增多。q值理論板數(shù)1.2 （冷加料）7.81.0 （沸點(diǎn)加料）8.00.5（氣液混合加料）8.80 （飽和蒸汽加料）12不同的q值所需的理論板數(shù)當(dāng)然，如果塔釜熱量不變，進(jìn)料帶熱增多，則塔頂冷卻量 必增大，回流比相應(yīng)增大，所需的塔板數(shù)將減少。但必須注意, 這是一增加熱耗為代價(jià)的。所以，一般而言，在熱耗不變的情況下，熱量應(yīng)盡可能的在塔底輸入，使所產(chǎn)生的氣相回流