文档介绍：第五节精馏过程的物料衡算和塔板数的计算日期:-4-53:29:24来源:来自网络查看:[大中小]作者:不详热度:505一、理论塔板连续精馏计算的主要对象是精馏塔的理论塔板数。所谓的理论塔板是指气液在塔板上充分接触,有足够长的时间进行传热传质,当气体离开塔板上升时与离开塔板下降的液体已达平衡,这样的塔板称为理论塔板。实际上,由于塔板上气液接触的时间及面积均有限,因而任何形式的塔板上气液两相都难以达到平衡状态,也就是说理论塔板是不存在的,它仅是一种理想的板,是用来衡量实际分离效率的依据和标准。一般在设计中先求出按生产要求所需的理论塔板数NT然后用塔板效率η予以校正,即可求得精馏设备中的实际塔板数NP二、计算的前提由于精馏过程是涉及传热、传质的复杂过程,影响因素众多。为处理问题的方便作如下假设,这些就是计算的前提条件。(1)塔身对外界是绝热的,即没有热损失。(2)回流液由塔顶全凝器供给,其组成与塔顶产品相同。(3)塔内上升蒸气由再沸器加热馏残液使之部分气化送入塔内而得到。(4)恒摩尔气化在精馏操作时,在精馏段内,每层塔板上升的蒸气的摩尔流量都是相等的,提馏段内也是如此,即:精馏段:V1=V2=…………=Vn=Vmol/s(下标为塔板序号,下同)提馏段:V′n+1=V′n+2=…………=V′m=V′mol/s但Vn不一定与V′m相等,这取决于进料状态。(5)恒摩尔溢流(或称为恒摩尔冷凝) 精馏操作时,在精馏段内每层塔板下降的液体的摩尔流量都是相等的,提馏段也是如此,即:L1=L2=…………=Ln=Lmol/sL′n+1=L′n+2=…………=L′m=L′mol/s但L不一定与L′相等,这也取决于进料的状态。(6)塔内各塔板均为理论塔板。三、物料衡算和操作线方程1、全塔物料衡算图4-10全塔物料衡算示意图如图4-10所示,设入塔进料流量为F,轻组分含量为xF,塔顶产量流量为D,轻组分含量为xD,塔底产品流量为W,轻组分含量为xw,流量单位均为mol/s,含量均为摩尔分率。则全塔物料衡算式为:总物料:F=D+W (4-10)轻组分:FxF=DxD+wxW(4-11)经过对全塔的物料衡算,能够求出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系。一般F、xF、xD、xW已知,将(4-10)、(4-11)两式联立求解得:在精馏计算中,分离程度除用两种产品的摩尔分率表示外,有时还用回收率φ表示,即:塔顶轻组分的回收率φ=DxD/FxF×100%                        (4-14)例4-1每小时将1500kg含苯40%和甲苯60%的溶液,在连续精馏塔中进行分离,要求釜残液中含苯不高于2%(以上均为质量百分效),%。操作压强为1atm。试求馏出液和釜残液的流量及组成,以kmol/h表示。解:苯的分子量为78;甲苯的分子量为92。进料组成xF=(40/78)/{(40/78)+(60/92)}==(2/78)/{(2/78)+(98/92)}=:MF=×78+×92==1500/=:因此DxD=××...................................(a)全塔物料衡算为:D+W=.........................................(b)全塔苯的衡算为:DxD+WxW=×.....................(c)联立(a)(b)(c)解得:W===、精馏段物料衡算和精馏段操作线方程如图4--11精馏段物料衡算示意图对精馏段第n+1板以上作物料衡算得:总物料:V=L+D(4-15)轻组分:Vyn+1=Lxn+DxD(4-16)将式(4-16)代入式(4-15)整理得:式(4-19)是以回流比R表示的精馏段中,从第(n+1)块塔板上升的蒸气的组成(yn+1)与第n块(即相邻上一块板)塔板下降的液体的组成(xn)之间的关系。在连续稳定的精馏操作中,L、V、D、xD均为定值,故式(4-7)和式(4-19)均为直线方程。该直线斜率为R/(R+1),截距为xD/(R+1)。由于R=L/D可由人为操作来确定,因而式(4-7)和式(4-19)又称为精馏段操作线方程。将式(4-19)与y=x联解,得精馏段操作线与对角线(即y=x)的交点坐标为(xD、xD)。这样的可方便地用两点式将精馏段操作线绘在x-y相图上。如图4-12所示。图4-12精馏段操作线先在x-y图上找到点A(xD、xD),再找至点C(0、xD