【正文】 歇精餾 恒沸 精餾 萃取 精餾 練習(xí)題： 1. “ 精餾操作的依據(jù)是混合液各組分間的沸點(diǎn)存在差異 ” 一此說法僅限于何種物系？更準(zhǔn)確的表示應(yīng)為：（ ）。 ?新加組分不與原料液中組分形成新的恒沸物。 精餾 ?新加組分稱為挾帶劑。 ?特殊 精餾的本質(zhì) 是 通過向待分離混合液加入一新組分，使分離在技術(shù)上或經(jīng)濟(jì)上變?yōu)榭尚小? 多組分混合液的初步分離 ?間歇精餾的特點(diǎn)： 恒回流比操作 恒餾出液組成操作 ?間歇精餾的兩種典型操作方式 非穩(wěn)態(tài)、只有精餾段 恒回流比 的間歇精餾計(jì)算 ?塔頂餾出液組成和釜液組成均隨 操作過程不斷下降 ?操作過程不同時刻的操作線均平行 恒回流比 的間歇精餾計(jì)算 理論板數(shù) NT的確定 ?假設(shè)一個初始的塔頂產(chǎn)品濃度 xD， 0 （ 需大于塔頂產(chǎn)品的平均濃度），然后按一般原則求理論板數(shù)。試問： 料液在 20℃ 下進(jìn)塔時，再沸器和冷凝器的熱負(fù)荷以及加熱介質(zhì)和冷卻介質(zhì)的消耗量各為多少？ （忽略熱損失） （已知用絕壓為 200kPa的飽和蒸氣加熱，且在飽和冷凝液下排出，冷卻水進(jìn)出口溫度分別為 25 ℃ 及 35 ℃ ） 解：苯的分子量為 78，甲苯的分子量為 92 原料液的平均分子量 ????＝FM原料液摩爾流量 hk m o lF / 7 5 0 0 0 ?＝3 6 2 6 0 0 )2095( 5 83 2 6 0 0)( ??????? r ttcrq Fbp＝20℃ 加料時 ， 熱狀態(tài)參數(shù)為 由物料衡算式 代入數(shù)據(jù)，得 175???????WDFD解得 hk m o lWhk m o lD / / ??WDF WxDxFxWDF????精餾段和提餾段的上升蒸氣量為： hk m olFqVVhk m olDRV/409)1(/)()1(??????????＝＝? 冷凝器的熱負(fù)荷為： 因塔頂餾出液含苯 ％，可近似按純苯看待，加上是泡點(diǎn)回流， HVHL=r，查得 r＝ 30340kj/kmol,所以： )( LDVDc IIVQ ??hkjVrQ c / 0 3 4 0345 7?????? 冷卻水消耗量為： hkgttcQWpcCc /)2535()(5712?????????同理，再沸器的熱負(fù)荷為： hkjrVIIVQ WLWVB/)( 7?????????? ??? 再沸器加熱蒸氣消耗量為： hkgrQW Bh /6 1 4 52 2 0 5 103 5 70???? ?間歇精餾 原料一次性加入蒸餾釜、塔頂有回流、有多層塔板的蒸餾。 或?qū)Q熱設(shè)備作操作分析。 與泡點(diǎn)加料相比 ， 過冷液體加料所需理論板數(shù)較少的原因就在于此 。 ? 當(dāng)分離要求一定時 ， 循環(huán)量越大 ， 操作線越遠(yuǎn)離平衡線 ， 所需要的板數(shù)越少 。 例 6 在氣液混合狀態(tài)進(jìn)料， 因?yàn)橐浩葹?3： 1，即熱狀態(tài)參數(shù)為 同理 ， 求得 塔內(nèi)氣 、 液循環(huán)量為 ＝qhk m o lFqVVhk m o lqFLLhk m o lVhk m o lL/90)1(/1 5 0/1 1 5 /75 ???????＝＝＝＝提餾段操作線方程為 0 4 4 6 ??????? ? xWL WxxWL Ly W＝ 圖解法求得此精餾過程需 11塊理論板，進(jìn)料板第 6塊。 ) 加料狀態(tài)對所需理論板數(shù)的影響 由苯的回收率可求出塔頂產(chǎn)品的流量為 解： 泡點(diǎn)進(jìn)料 hk m o lx xFDDF /40 ???????＝求塔底產(chǎn)品的流量與組成 hk m olDFW /60 ??＝0 6 6 ???? W xDxFx DFW ＝?依 平衡線方程 ， 作平衡線； ?依 q=1， 作 q線； 平衡線方程為 xxy ?＝?求最小回流比：連操作線與平衡線交點(diǎn)e(， ）與點(diǎn)（ xD,xD) 最小回流比及回流比為 m i n ??????eeeDxyyxR ＝11 ?????xRxxRRy D＝ ??＝R精餾段操作線方程為 塔內(nèi)氣、液循環(huán)量： hk m o lVVhk m o lqFLLhk m o lDRVhk m o lRDL/115/175/115)1(/75 ????????＝＝＝＝提餾段操作線方程為 0 3 5 2 ?????????xxWqFLWxWqFLqFLy W 圖解法求得此精餾過程需 9塊理論板，進(jìn)料板第 5塊。 例 6 流量為 100kmol/h的苯與甲苯混合物，含苯 （摩爾分?jǐn)?shù)，下同），擬采用常壓精餾分離，塔頂設(shè)有全凝器，要求塔產(chǎn)品苯含量為 ，苯回收率不低于 90%，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流，回流比為最小回流比的 。 ?再假設(shè) xW作出提餾段操作線； ?根據(jù)物料衡算，可求出餾出率為 ?本例試差結(jié)果是 xW= 29 ??????WDWFxxxxFD ＝?在精餾塔操作過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品不合格時，往往會不加分析地采用增大回流比的方法加以解決。 ???DFxx FD ＝解：（ 1）設(shè) xW=0，由物料衡算可求得 例 5 NT=10，加料板為第 4塊，泡點(diǎn)進(jìn)料，R=，在正常操作下，餾出液含量 xD=，餾出率 D/F=。 例：已知 因故 E降為 ， 則： 20 1 0 0 % E： 1 ?? PPT NNN 得＝由 10 11 ＝?TN252 ?PN 對已有的塔 ， 實(shí)際塔板數(shù)是確定的 ， 故應(yīng)設(shè)法減少理論板 。 uV?4 D ＝上節(jié)要點(diǎn)： 回流比的影響與選擇 ? 全回流和最少理論板層數(shù) ? 最小回流比 傳質(zhì)效率和實(shí)際板數(shù) ? 適宜回流比的選擇 習(xí)題課 ? 原料組成對最小回流比的影響 ? 物料衡算對精餾過程的約束 例題涉及以下內(nèi)容 ? 加料狀態(tài)對所需理論板數(shù)的影響 原料組成對最小回流比的影響 例 4 如圖分別為苯 甲苯混合液和水 乙醇混合液的 xy圖，在其他條件相同的前提下，比較原料組成變化對最小回流比的影響 ?對于普通物系，原料組成越低，為獲得同樣的塔頂產(chǎn)品所對應(yīng)的 最小回流比 越大。 全塔效率 E （ 總板 效率 ） 100% E ?PTNN＝ 在填料塔內(nèi)，假設(shè)將填料層分為若干相等的高度單位，每一高度單位的作用相當(dāng)于一層理論板，則該單位填料層高度稱為理論板當(dāng)量高度，簡稱等板高度，以 HETP表示。 Gilliland關(guān)聯(lián)圖 應(yīng)用注意事項(xiàng) ?塔高與實(shí)際板數(shù)直接相關(guān)，而實(shí)際板數(shù)又與傳質(zhì)效率有關(guān)。 （ Gilliland） 關(guān)聯(lián)圖 的特點(diǎn) — 吉利蘭（ Gilliland） 關(guān)聯(lián)圖法 ?計(jì)算出 Rmin、 Nmin。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，適宜回流比約為 Rmin的 。 設(shè)備折舊費(fèi)是指精餾塔、換熱器等固定資產(chǎn)的折舊額。） ?最小回流比的兩種求法： 對于正常的平衡曲線，由精餾段操作線斜率得： （ 1）作圖法（ 斜率法 ） 1 m i nm i nm i nqqqDqDqDxyyxRxxyxRR??????＝或 對于 操作線先行與平衡線相切 的情況，則有： m i nm i nbbDgggDyyxRxyyxR ???＝或＝?最小回流比的兩種求法： 對于正常的平衡曲線，若已知?dú)庖浩胶夥匠蹋?lián)解以下兩方程： （ 2）解析法 （ 平衡方程代入法 ） m i nqqqDxyyxR??＝qqq xxy)1(1 ????? 得： （ 2）解析法 （ 平衡方程代入法 ） 1)1(11 m i n???????????? qDqDxxxxR ??＝泡點(diǎn)進(jìn)料： 露點(diǎn)進(jìn)料： 1 )1(11 m i n ?????????? FDFDxxxxR ??＝1 1 )1(11 m i n ?????????? FDFDyxyxR ???＝ ?若所選回流比使得操作費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)之和為最小，則該回流比為適宜回流比。 ?點(diǎn) d前后（進(jìn)料板上、下區(qū)域），各板氣液組成基本上不變化，即無增濃作用，故這個區(qū)域稱為恒濃區(qū) 。 ?減少回流， 兩操作線將向平衡線靠近，所需的理論板層數(shù)亦增多。因?yàn)?此時操作線和平衡線的距離為最大。這時在 xy圖上操作線與對角線相重合。 這是不利的 。 回流是塔連續(xù)操作并實(shí)現(xiàn)分離的必要條件 。 直接水蒸氣加熱 ?直接水蒸氣加熱的提餾段操作線方程式 ： Wmm xVWxVWy001 ???? ?操作線過點(diǎn) （ xW ,0) ?直接水蒸氣加熱所需塔板數(shù)稍多些。 直角梯級圖解法 （ 2） 若梯級在兩操作線交點(diǎn)處更換操作線 。 兩點(diǎn)法：點(diǎn) （ xW,xW）及 兩 操 作 線 交 點(diǎn)（ xd,yd ） 。 求法 圖上解釋逐板計(jì)算法 的過程 。 求算方法： ?從塔頂?shù)谝粔K板開始，輪番應(yīng)用氣液平衡關(guān)系式及精餾段 操作線方程進(jìn)行計(jì)算。 ?進(jìn)料熱狀況不同，q值以及 q線的斜率也就不同，故 q線與精餾段操作線的交點(diǎn)隨之變動，從而影響提餾段操作線的位置。 得： ( 3 ) LVFVHHHHFLL?????將上式與下式比較： qFLL ??＝LVFVHHHHq??? ) ( FHH HHLLLVFV?????即： 合并上兩式為： q值被稱為進(jìn)料熱狀況參數(shù)； 將 q值引進(jìn)提餾段操作線方程，使得方程易解。 如何變化？取決于原料液量及其熱狀態(tài)。 ? 進(jìn)料熱狀況的影響 低于泡點(diǎn)的冷液體進(jìn)料 因原料低于泡點(diǎn)，進(jìn)塔后會被提餾段上升的蒸氣加熱至泡點(diǎn)，這將使得一部分蒸氣冷凝下來，造成升至精餾段的蒸氣量小于提餾段的。氣體摩爾流率精餾段大于提餾段。 則有： )( VVLLFLL??????＝1 ??FLnnq 兩段的氣體摩爾流率相等 。 即： 111 xxxyD ????解得： ?用精餾段操作線方程求得 y2