化工原理第九章

化工原理第九章第一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（2）q線方程（進料方程）第二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日

圖示：（1）精餾段操作線（2）q

線（3）提餾段操作線

第三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日意義：一定的進料狀態(tài)下，操作回流比改變時，兩操作線交點的軌跡方程。可見：

q

的值不影響精餾段操作線，但對提餾段操作線有影響。進料狀態(tài)參數(shù)對操作線的影響精餾段操作線方程:q線方程：提餾段操作線方程:第四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日進料狀況的影響：影響到提餾段傳質(zhì)推動力；影響到再沸器的熱負荷。

第五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日說明：①q↓，提餾段操作線斜率增大。②提餾段操作線與進料量F無關(guān)。提餾段操作線方程經(jīng)變換，與xD，xW，xF，q，R有關(guān)。注意q的兩個特殊值：飽和液體進料：q=1飽和蒸汽進料：q=0q=1q>10<q<1q=0q<0xFxDxW第六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（3）逐板計算法精餾塔的逐板計算yN-1

D,xD

y1

y2

L,xD

x1

xn

yn+1

V

L

1

2n

x2

yn

V,y1

xN-1

xm+1

L￠,xN-1

V￠,yWym

V￠

L￠

xm-1

W,xW

m+1

m

ym+1

N-1

Nxm

F,xF

N1+1N1xN1

第七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日作出精、提餾段操作線、q線；從點a開始在平衡線和精餾段操作線之間畫階梯，當(dāng)梯級跨過點d時，就改在平衡線和提餾段操作線之間畫階梯，直至梯級跨過點b為止；（4）圖解法麥卡勃-蒂列（Mccabe-Thiele）法，簡稱M-T法第八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日所畫的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論塔板數(shù)（包含再沸器），跨過點d的那塊板就是加料板，其上的階梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。第九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日D,xDW,xWF,xF最佳位置進料

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

xy

a

b

c

d

f

xF

xW

xD

8

10

2

4

6

3

7

9

11

5

12

13

理論板數(shù)的圖解（5）最佳進料位置的確定第十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日D,xDW,xWF,xF非最佳進料與最佳進料的比較：進料口下移三塊板非最佳位置進料比最佳位置進料所需的理論板數(shù)多。0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

x

y

1

a

b

c

d

f

xF

xW

xD

8

10

2

4

6

3

7

9

11

5

12

13

14

第十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日D,xDW,xWF,xF非最佳位置進料比最佳位置進料所需的理論板數(shù)多。1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

x

y

a

b

c

d

f

xF

xW

xD

8

10

2

4

6

3

7

9

11

5

12

13

14

非最佳進料與最佳進料的比較：進料口上移一塊板第十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日進料位置對分離的影響第十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.5.2回流比的選擇（1）全回流與最少理論板數(shù)L=Vy

xD

a

xWb

0

xW

xD

第十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日

最小理論板數(shù)的確定:圖解法、逐板計算法。a）圖解法在平衡線與對角線之間畫梯級，直至xn≤xw為止。第十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日b)逐板計算法計算思想：由xD始，依次反復(fù)應(yīng)用平衡關(guān)系與操作關(guān)系，直至

xn≤xw為止。平衡關(guān)系：對第n塊板：αn—第n塊板A組分對B組分的相對揮發(fā)度。操作關(guān)系：第十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日逐板計算當(dāng)塔頂為全凝器時：板序號平衡關(guān)系操作關(guān)系

12…………………n整理得：第十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日達到規(guī)定的分離要求時對雙組分：——Fenske方程第二十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日結(jié)論：第二十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（2）最小回流比Rmin為完成某一分離要求，所需的理論塔板數(shù)為無窮多時的回流比稱為最小回流比。圖解法解析法第二十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第二十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日特殊平衡關(guān)系下的Rmin第二十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日yxe恒濃區(qū)在提餾段

dyxe恒濃區(qū)在精餾段

d第二十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（3）回流比的影響和選擇第二十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日適宜回流比第二十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日說明：R↑→N↓→塔設(shè)備費↓第二十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（4）理論板數(shù)的捷算法（N、Nmin均包括再沸器在內(nèi)）第二十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第三十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.5.3加料熱狀態(tài)的選擇

q

↑

，Q點右移，提餾段操作線與平衡線距離↑，提餾段各塔板分離能力↑，N

↓。第三十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日1．直接蒸汽加熱流程（1）全塔物料衡算式形式不同與間接蒸汽加熱流程相比：9.5.4雙組分精餾過程的其他類型第三十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（2）精、提、q線方程形式相同乙醇-水精餾體系直接蒸汽加熱ab￠dfxFxWxDxyx*Wb第三十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日

乙醇-水精餾體系直接蒸汽加熱ab￠dfxFxWxDxyx*Wb第三十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第三十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日2．多股加料流程特點：

1.精、提操作線方程不變

2.兩股進料之間的操作線方程可通過虛線范圍內(nèi)的物料衡算得到：第三十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日從上到下，操作線斜率依次增大。思考：當(dāng)多股進料時，如何確定最小回流比？第三十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第三十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日多股進料的精餾操作線圖示第三十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第四十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日3.側(cè)線出料流程

第四十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第四十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日4．

回收塔流程第四十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第四十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日回收塔的理論板數(shù)計算過程第四十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.5.5平衡線為直線時理論板數(shù)的解析計算當(dāng)雙組分溶液在很低的含量范圍內(nèi)，氣液平衡關(guān)系近似為一直線時，應(yīng)用于高純度分離過程所需理論板數(shù)的計算。第四十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.6雙組分精餾的操作型計算9.6.1精餾過程的操作型計算（1）操作型計算的命題對已有的精餾塔，在給定的精餾條件下，核算其可能達到的分離程度。如已知對運行中的精餾塔，當(dāng)某一操作條件改變時，分析分離效果的變化，是否能獲得合格產(chǎn)品？如不能需采取何措施？還會產(chǎn)生何影響等。如第四十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（2）精餾塔操作型問題的分析方法定性分析方法第四十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日定量計算方法需用試差法計算公式包括精餾段操作線方程提餾段操作線方程q線方程相平衡方程全塔物料衡算方程例：一正在運行中的精餾塔，由于前段工序的原因，導(dǎo)致原料組成xF下降，試分析L、V、L’、D、W、xD、xW

如何變化？第四十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第五十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日（3）回流比增加對精餾結(jié)果的影響（4）進料組成變動的影響第五十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日第五十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.6.2精餾塔的溫度分布和靈敏板

（1）精餾塔的溫度分布溶液的泡點與總壓及組成有關(guān)。精餾塔內(nèi)各塊塔板上物料的組成及總壓并不相同，因而塔頂至于塔底形成某種溫度分布。（2）靈敏板仔細分析操作條件變動前后溫度分別的變化，即可發(fā)現(xiàn)在精餾段或提餾段的某些塔板上，溫度變化量最為顯著?；蛘哒f，這些塔板的溫度對外界干擾因素的反映最靈敏，故將這些塔板稱之為靈敏板。第五十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日9.7其他精餾方式與多元精餾一、水蒸汽蒸餾原理：使沸點降低適用范圍：不相溶物系（其中一相為水）水蒸汽消耗量的計算：由于水蒸汽與液體接觸時間有限，A的實際分壓一般用直接蒸汽時，由于接觸時間較短，所帶出的A的分壓達不到飽和狀態(tài)。第五十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日消耗水水蒸汽蒸餾的代價負荷增加由于多一組分水，對傳質(zhì)不利，同樣要求下，所需板數(shù)將增加。第五十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日思考：間歇精餾與簡單蒸餾有何相同和不同之處？間歇精餾通常有恒回流比、恒餾出液組成這兩種操作方式二、間歇精餾第五十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日1．恒回流比操作2．恒餾出液組成操作第五十七頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日在被分離的混合液中加入第三組分，以改變原混合物組分間的相對揮發(fā)度，從而用精餾將它們分離。三、特殊精餾第五十八頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日1．

恒沸精餾第五十九頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日乙醇水共沸物無水乙醇廢水乙醇水共沸物補充苯稀乙醇無水乙醇生產(chǎn)共沸精餾工藝流程第六十頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日恒沸劑的選擇原則：（1）新的最低恒沸物沸點要與另一從塔底排出的組分要有足夠大的差別，一般要求大于10℃。（2）希望能與料液中含量較少的那個組分形成恒沸物，而且夾帶組分的量要盡可能高，這樣夾帶劑用量較少，能耗較低。（3）最好能形成非均相恒沸物，以便于回收其中的夾帶劑。如在環(huán)己烷－苯恒沸精餾中的萃取加精餾的辦法，乙醇－水恒沸精餾中靜置分層的辦法。（4）還應(yīng)滿足其它的工業(yè)要求，如具備熱穩(wěn)定性、無毒、不腐蝕、來源容易、價格低廉等。第六十一頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日

2．萃取精餾第六十二頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日乙醇－水無水乙醇乙二醇－水乙二醇水無水乙醇生產(chǎn)萃取精餾工藝流程第六十三頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日萃取劑的選擇原則：（1）選擇性高加入少量萃取劑就能使原組分間的相對揮發(fā)度顯著增大。（2）

溶解度大能和任何濃度的原溶液互溶，以避免分層，否則難以充分發(fā)揮萃取精餾的作用。（3）揮發(fā)性小其沸點比混合液的其它組分高得多，以保證塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量，也易與另一組分分離，但沸點也不能太高，否則會造成回收困難。（4）具有穩(wěn)定性、無毒、不腐蝕、來源容易、價格低廉等其它工業(yè)要求。第六十四頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日多元精餾一、多元精餾的特點將多個組分進行精餾分離的單元操作過程。對n個組分，一般需要n1個精餾塔。塔序的排列原則：對熱敏性物質(zhì)，應(yīng)優(yōu)先分出；

對純度要求高的組分，應(yīng)設(shè)計從塔頂采出或側(cè)線采出；

如有難分離的相鄰組分，應(yīng)置于最后（原因是在最后負荷最小，此時需理論板數(shù)較多，回流比較大，較經(jīng)濟）；各組分在流程中的汽化、冷凝次數(shù)應(yīng)盡可能減小，以降低設(shè)備的負荷和能耗。單塔分離重點：

關(guān)鍵組分第六十五頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日二、多元精餾的計算簡介1.多元物系的相平衡相對揮發(fā)度：相平衡常數(shù)：2.多元精餾的物料衡算清晰分割

只考慮輕、重關(guān)鍵組分，比輕關(guān)鍵組分更輕的組分全部從塔頂蒸出，釜出忽略不計；比重關(guān)鍵組分更重的組分全部從塔釜排出，頂出忽略不計。非清晰分割全塔整體考慮。第六十六頁，共六十九頁，編輯于2023年，星期日本章小結(jié)一．

概念理想溶液理想物系揮發(fā)度iiixpv=相對揮發(fā)度BAvv=aBBAAxpxp=BBAAxyxy=平衡級理論板恒摩爾流假定精餾原理最佳位置進料易揮發(fā)組分回收率1=FDFxDxh難揮發(fā)組分回收率)1()1(2--=FWxFxWh五種進料狀態(tài)回流比DLR=單板效率

11*)(++--=nnnnmVyyyy