间歇与多组分精馏课件.ppt

1、W，xW一次性进料一次性进料 F，xFD,xDxDLV2.流程：流程：3.与连续精馏的不同点：与连续精馏的不同点：一次加料；非定态操作；一次加料；非定态操作；只有精馏段。只有精馏段。4.操作方式：操作方式：R恒定，恒定，xD逐渐下降；逐渐下降；xD恒定，恒定，R逐渐增大。逐渐增大。第四节第四节 间歇精馏间歇精馏1.使用间歇精馏的情况：被分离物常改变；欲处理的物料量使用间歇精馏的情况：被分离物常改变；欲处理的物料量很少；多组分混合物的初步分离等。很少；多组分混合物的初步分离等。1-4-1 回流比恒定时的间歇精馏计算回流比恒定时的间歇精馏计算特点：特点：R不变，不变，XD、XW逐渐减小；最初釜液组

2、成为逐渐减小；最初釜液组成为XF。已知：已知：F、XF、XD平均平均（是整个精馏过程的平均值）（是整个精馏过程的平均值）计算：计算：N、最终的、最终的D、W、XW终终和精馏时间和精馏时间 一、理论板层数确定（用最初的一、理论板层数确定（用最初的XD初初定板数定板数）二、计算最终的二、计算最终的D、W和和XW终终 精馏终了时的物料衡算式：精馏终了时的物料衡算式：D终终XD平均平均=FXF-W终终XW终终终终终终终终平均平均 设设XW，用，用XD计算计算XD平均平均判断所设正确与否。判断所设正确与否。（1）找）找XW与与W的关系的关系-目的是用目的是用XW算出算出W（2）找）找XW与与XD的关系的

3、关系方法：列微分时间内的物料衡算式方法：列微分时间内的物料衡算式 设某瞬间设某瞬间d：进入量进入量=0；流出液；流出液 dD、XDdD、XD；塔釜累积量塔釜累积量 dW、d（WXW）、）、XW；列衡算式：列衡算式：-dD=dW -XDdD=d（WXW）=WdXW+XWdW整理的：整理的：11 终终终终终终F11要想由要想由XW计算计算W，必须有，必须有XW与与XD的关系。的关系。W，xW一次性进料一次性进料 F，xFD,xDxDLV 由于由于N和和R一定，各操作瞬间的操作线斜率相同，一定，各操作瞬间的操作线斜率相同，但位置不同。位置与但位置不同。位置与XDi和和 有关。做若干个瞬间有关。做若干

4、个瞬间操作线，可得出操作线，可得出XWi和和XDi的关系。的关系。1 找找XW与与XD的关系：的关系：1-4-1 回流比恒定时的间歇精馏计算回流比恒定时的间歇精馏计算特点：特点：R不变，不变，XD、XW逐渐减小；最初釜液组成为逐渐减小；最初釜液组成为XF。已知：已知：F、XF、XD平均平均（是整个精馏过程的平均值）（是整个精馏过程的平均值）计算：计算：N、最终的、最终的D、W、XW终终和精馏时间和精馏时间 一、理论板层数确定（用最初的一、理论板层数确定（用最初的XD初初定板数定板数）二、计算最终的二、计算最终的D、W和和XW终终 精馏终了时的物料衡算式：精馏终了时的物料衡算式：D终终XD平均平

5、均=FXF-W终终XW终终终终终终终终平均平均 设设XW，用，用XD计算计算XD平均平均判断所设正确与否。判断所设正确与否。（1）找）找XW与与W的关系的关系-目的是用目的是用XW算出算出W（2）找）找XW与与XD的关系的关系 终终终终1指定最初瞬间的指定最初瞬间的xD 确定确定R求求N（xW=xF）取一系列取一系列xDi值，得各值，得各瞬间的瞬间的xDxw关系关系取某个取某个xW值作为终值值作为终值xW终终由由 求出求出W终终 FWxxWDWxxdxWFln终终终终计WFxWFx)x(WFD DDx)x(计计算汽化量计算汽化量V=(R+1)D=(R+1)(F-W终终)A调调整整xW终终A选定

6、汽化速率选定汽化速率 计算精馏时间计算精馏时间 V结束结束NoYesFFFDxyyxminR初1-4-2 馏出液组成恒定时的间歇精馏计算馏出液组成恒定时的间歇精馏计算特点：特点：XD不变，不变，R逐渐增大逐渐增大、XW逐渐减小；最初釜液组成为逐渐减小；最初釜液组成为XF。已知：已知：F、XF、XD、XW终终 计算：计算：N、R的范围、总汽化量的范围、总汽化量 1.N的确定：的确定：因因XD一定一定,而而XW逐渐减小逐渐减小,N应按最终的应按最终的XW终终 确定确定(这时要求的分这时要求的分离程度最高离程度最高),所以所以:终终终终终终终终WWWDxyyxminR R终终=(1.12)Rmin终

7、终 图解确定出图解确定出N (q=1)2.R的范围的范围 R终终以确定以确定,只需定出只需定出R初初.可由可由N和和XF、XD确定确定R初初 采用试差法：设采用试差法：设 R初初，做出操作线，从，做出操作线，从a点开始画梯级点开始画梯级N个，第个，第XN等等于或接近于或接近XF即可，相应的即可，相应的R即为即为R初初。3.总汽化量总汽化量V总总 （列物料衡算微分方程式求解）（列物料衡算微分方程式求解）设设d 时间内：汽化量时间内：汽化量dV kmol，流出液量，流出液量dD，回流液量，回流液量dL 冷凝器物料衡算式：冷凝器物料衡算式：dD)1R(dDdDdDdLdDdLdV 3.总汽化量总汽化

8、量V总总 （列物料衡算微分方程式求解）（列物料衡算微分方程式求解）设设d 时间内：汽化量时间内：汽化量dV kmol，流出液量，流出液量dD，回流液量，回流液量dL 冷凝器物料衡算式：冷凝器物料衡算式：dD)1R(dDdDdDdLdDdLdV 其中其中R是瞬间回流比，因此要做积分，必须找出是瞬间回流比，因此要做积分，必须找出RD关系，而关系，而R=L/D，带入还是无法积分，因此需改变积分变量。，带入还是无法积分，因此需改变积分变量。列列 时全塔轻组分物料衡算式：（即蒸馏时间从时全塔轻组分物料衡算式：（即蒸馏时间从0到到 ，在，在 这这个瞬间时馏出液为个瞬间时馏出液为D、XD，釜液为，釜液为W、

9、XW）WDDFxxxxFD 微分得：微分得：W2WDDFdxxxxxFdD 带入带入式得：式得：W2WDDFdxxx1RxxFdV 积分变量为积分变量为XW，需找的是，需找的是R XW的关系的关系 Wxx2WDDFV0dxxx1RxxFdVVWF 终终用找出的用找出的R XW关系，关系，图解积分。图解积分。确定确定R XW的关系的方法：的关系的方法：1.在在R初初与与R终终之间指定一系列的之间指定一系列的Ri2.在在Ri下做操作线，画下做操作线，画N个梯级，所对应的为个梯级，所对应的为XWi注：注：馏出液组成恒定时馏出液组成恒定时的间歇精馏中，连续改的间歇精馏中，连续改变变R值是做不到的，一值

10、是做不到的，一般是恒回流比和恒馏出般是恒回流比和恒馏出液组成联合使用，即使液组成联合使用，即使回流比逐级跃升进行操回流比逐级跃升进行操作，作，第六节第六节 多组分精馏多组分精馏 (主要讲单塔的多组分分离主要讲单塔的多组分分离)1-6-1 流程方案选择流程方案选择 1.若将多组分混合物分离成单个组分，流程方案有多种，下若将多组分混合物分离成单个组分，流程方案有多种，下面以面以3组分混合物为例：组分混合物为例：塔的数目塔的数目=组分数组分数-1应满足的要求：应满足的要求：保证产品质量、保证产品质量、生产能力大、流程短、生产能力大、流程短、投资少、能耗低、收投资少、能耗低、收率高、操作费用低、率高、

11、操作费用低、管理方便。管理方便。2.若不需要得到纯组分，可用侧线抽出。若不需要得到纯组分，可用侧线抽出。1-6-2 多组分系统的气液平衡多组分系统的气液平衡一、理想系统的气液平衡关系一、理想系统的气液平衡关系1.平衡常数法平衡常数法 定义平衡常数为定义平衡常数为iiixyK ),t ,P(fKi组组分分性性质质 Ppp/pP/pxyKiiiiiii 理想系统：理想系统：简化简化K列线图：列线图：2.相对挥发度法相对挥发度法同同理理:yi=Ki xi二、相平衡常数的应用二、相平衡常数的应用 例如：例如：a.塔顶蒸气冷凝至泡点，塔顶蒸气冷凝至泡点，若已知的是若已知的是P、xDi，求泡点，求泡点t泡

12、泡若已知的是若已知的是t、xDi，求泡点，求泡点Pb.已知塔顶已知塔顶P、yi，求塔顶的露点，求塔顶的露点t露露使使用用的的方方程程 1yn1ii 1xn1ii 1xKn1iii 1Kyn1iii 归一方程：归一方程：泡点方程：泡点方程：露点方程：露点方程：设设t露露由列线图查由列线图查Ki值值 计算计算计算结束，计算结束，t露露为所求为所求NoYes调调整整t露露 Kyn1iii 1Kyn1iii 设设t泡泡由列线图查由列线图查Ki值值计算计算 n1iiixK 1xKn1iii 计算结束，计算结束，t泡泡为所求为所求NoYes调调整整t泡泡P、xi泡点温度及平衡气泡点温度及平衡气相组成的计算

13、相组成的计算 （已知（已知P、液相、液相xi）露点温度及平衡液相露点温度及平衡液相组成的计算组成的计算 （已知（已知P、气相组成、气相组成yi）多组分溶液的连续部分汽化和冷凝计算多组分溶液的连续部分汽化和冷凝计算(又称闪蒸计算又称闪蒸计算)已知：已知：P、T、F、xF求：求：xi 、yiiii FiK1K11FVxy 11KFVxxii Fi 求解方法：设汽化率求解方法：设汽化率e，用归一方程检验所设是否正确，用归一方程检验所设是否正确，若正确，则若正确，则xi 、yi及为所求。及为所求。计算方法：计算方法：物料衡算式与平衡方程结合物料衡算式与平衡方程结合F=V+LF xF=V yi+L xi

14、yi=Ki xi1-6-3 关键组分的概念及各组分在塔顶和塔底产品中的预分配关键组分的概念及各组分在塔顶和塔底产品中的预分配一、关键组分一、关键组分 在待分离的多组分溶液中，选取工艺中最关心的两个组分，在待分离的多组分溶液中，选取工艺中最关心的两个组分，规定它们在塔顶和塔底的组成或回收率，这两个组分对分离起规定它们在塔顶和塔底的组成或回收率，这两个组分对分离起控制作用，故称其为关键组分。控制作用，故称其为关键组分。例如：例如：混合物含苯（混合物含苯（A）、）、甲苯（甲苯（B）、乙苯（）、乙苯（C）、苯）、苯乙烯（乙烯（D），塔顶主要出），塔顶主要出A、B组分，塔底主要出组分，塔底主要出C、D组

15、组分。如图分。如图二、组分在塔顶和塔底产品中的预分配（目的求组分在塔顶和塔底产品中的预分配（目的求Di和和Wi）1.清晰分割清晰分割 比轻关键组分还轻的组分全部在塔顶，比重关键组分还重的比轻关键组分还轻的组分全部在塔顶，比重关键组分还重的组分全部在塔底。组分全部在塔底。特点：特点：可以用物料衡算求得塔顶、塔底物流的量和组成。可以用物料衡算求得塔顶、塔底物流的量和组成。2.非清晰分割非清晰分割 两关键组分不相邻；两关键组分不相邻；若相邻，但塔底有比轻关键组分还轻的组分，塔顶有比重若相邻，但塔底有比轻关键组分还轻的组分，塔顶有比重关键组分还重的组分关键组分还重的组分 。特点：特点：不能只用物料衡算

16、求得塔顶、塔底物流的量和组成，不能只用物料衡算求得塔顶、塔底物流的量和组成，需要估算。需要估算。非清晰分割时非清晰分割时Di和和Wi的估算方法（亨斯特别克法）的估算方法（亨斯特别克法）假设：假设：在任何回流比下操作时，各组分在塔顶和塔底产品中的分配与在任何回流比下操作时，各组分在塔顶和塔底产品中的分配与 全回流时相同；全回流时相同；非关键组分在产品中的分配情况与关键组分的也相同。非关键组分在产品中的分配情况与关键组分的也相同。使用的方程：芬斯克全回流公式和组分物料衡算式使用的方程：芬斯克全回流公式和组分物料衡算式注：注：以重关键组分为基准以重关键组分为基准由假设条件由假设条件有：有：由假设条件

17、由假设条件，此式也可用于任何回流比下。，此式也可用于任何回流比下。因因 hh=1，log hh=0，因此，上式可以改写为，因此，上式可以改写为 hhhihhhlhhliWDlogloglogloglogWDlogWDlogWDlog Di+Wi=Fi 两式联立可以解出两式联立可以解出Di和和Wi，其中式，其中式 是一直线方程是一直线方程当当 时，时，lhih liWDlogWDlog 当当 时，时，hhih hiWDlogWDlog 点（点（，）必在该直线上。必在该直线上。ih iWDlog ih iWD 注：是对数坐标注：是对数坐标1-6-4 最小回流比最小回流比 多组分精馏中，恒浓区有两个：以加料板为界，分上恒浓多组分精馏中，恒浓区有两个：以加料板为界，分上恒浓区和下恒浓区。区和下恒浓区。恩德伍得公式：恩德伍得公式：用试差法先求出用试差法先求出 值，然后计算回流比。值，然后计算回流比。1-6-4 理论板层数的确定理论板层数的确定一、简捷法（用芬斯克方程和吉利兰图）一、简捷法（用芬斯克方程和吉利兰图）用轻重关键组分计算用轻重关键组分计算Nmin和精馏段的（和精馏段的（Nmin）精精二、逐板计算法二、逐板计算法 平衡方程平衡方程 操作线方程操作线方程 iihiihix11xy 1Rxx1RRyDin,i1n,i WqFLWxxWqFLqFLyW,im,i1m,i