【文章內(nèi)容簡介】 ①醋酸乙酯8A醋酸乙酯83②水88B水8③乙醇4C乙醇9②雙組分恒沸液A醋酸乙酯94B水63添加水合計合計 表5 進出塔Ⅲ的物料衡算表加入支出序號物料名稱純度%數(shù)量kg/h序號物料名稱純度%數(shù)量kg/h1來自沉降器上層1頂部餾出液①醋酸乙酯94①三組分恒沸液②水4A醋酸乙酯83③乙醇2B水8C乙醇9②雙組分恒沸液A醋酸乙酯94B水62塔底成品合計合計五. 設(shè)備設(shè)計 精餾塔Ⅱ的設(shè)計 塔Ⅱ中包含有3個組分(乙醇、醋酸乙酯和水)均為非理想液體，則需要利用實驗獲得氣液相圖進行逐板計算用。(1) 計算塔板數(shù)根據(jù)初步物料衡算的數(shù)據(jù)，必須作相應(yīng)的修正，方可作為精餾塔的設(shè)計用。①在初步物料衡算中，塔Ⅱ頂部逸出者為純?nèi)M分恒沸液，這樣就需要無窮個塔板數(shù)來完成。實際上含有水和乙醇各5摩爾百分?jǐn)?shù)，連同醋酸乙酯組成2個組成分別為水46%和醋酸乙酯54%與乙醇24%和醋酸乙酯76%的雙組分恒沸液。于是塔Ⅱ頂部餾出液組成如下： kg/h mol% mol%醋酸乙酯 E ＋554/46＋576/24= 水 W ＋5 = 乙醇 A ＋5 = 100②在初步物料衡算中，塔Ⅱ底部出料不含醋酸乙酯，這也屬不可能，實際上含有1mol%醋酸乙酯，而其它二組分的mol%含量降低至99%.于是塔Ⅱ底部餾出液組成如下： kg/h mol% mol%醋酸乙酯 E — +1 = 水 W 99% = 乙醇 A 99% = 100 進料組成不變，于是進出塔Ⅱ的物料衡算如下： xE= 餾出液：xW= xA= xE= 混合進料：xW= xA= xE= 殘液： xW= xA= 于是進出酯化器的物料衡算如下：表6 進出塔Ⅱ的物料衡算表加入支出序號物料名稱組成%數(shù)量kg/h序號物料名稱組成%數(shù)量kg/h1混合進料1塔頂餾出液①醋酸乙酯①醋酸乙酯②水②水③乙醇③乙醇2塔底殘液①醋酸乙酯②水③乙醇合計合計取100mol進料液，；設(shè)D為餾出液摩爾數(shù)，則殘液摩爾數(shù)為(100－D) ＋(100－D)=5； D=殘液摩爾數(shù)為：100－D=100－=餾出液中E的摩爾數(shù)為：=殘液中E的摩爾數(shù)為：5－=餾出液中W的摩爾數(shù)為：=殘液中W的摩爾數(shù)為：－=餾出液中A的摩爾數(shù)為：=殘液中A的摩爾數(shù)為：－=由于上述系統(tǒng)和理想液體比較出入很大，今采用Colburn方法估算最小回流比。首先求出平均相對揮發(fā)度(αav）餾出液中：xE/(xE＋xW)=(＋)=。 xA=由平衡圖上找出：yE/(yE＋yW)=。 yE/yW=αt=（yE/yW）(xW/xE)=()()=殘液中：xE/(xE＋xW)=(＋)= 。 xA=由平衡圖上找出：yE/(yE＋yW)=。 yE/yW=αs=（yE/yW）(xW/xE)=()()=αav=(αtαs)1/2=()1/2=rf=xEf/xWf=5/=xlk=rf/(1＋rf)=xhk=xlk/rf=(Ln/D)=1/(α－1)(xDlk/xlk－xDhk/xhk)=1/(－1)(－)= D= Ln=D== Lm=Ln＋qF。 W=F－D對于進料正在沸點的液體，q=1 F=100mol Lm=＋100=W=100－=Lm/W=247。=上提濃度 輕關(guān)鍵組分的摩爾分?jǐn)?shù)xn=xD/[(α－1)(Ln/D＋αxDhk/xhk)] =247。[(－1)(＋247。)] =rn=xn/xhk=247。=下提濃度 重關(guān)鍵組分的摩爾分?jǐn)?shù) αlk=(αt－αs)=(－)=xm=αlkxW/[(αlk－α)(Lm/W＋αxWlk/xlk)] =247。[(－)＋247。] =rm=xlk/xm=rm/rn=Ψ=1/[(1－0)(1－0)]=1因此,rm/rnΨ,算得的回流比太大試以(Ln/D)=；則Ln==；Lm=(Lm/W)=247。=xn=xD/[(α－1)(Ln/D＋αxDhk/xhk)] =247。[(＋247。)]=rn=xn/xhk=247。=xm=αlkxW/[(αlk－α)(Lm/W＋αxWlk/xlk)] =247。[(－)＋247。] =rm=xlk/x=247。=rm/rn=247。=因此，rm/rnΨ,算得的回流比太小。試以(Ln/D)=；則Ln==；Lm=(Lm/W)=247。=xn=xD/[(α－1)(Ln/D＋αxDhk/xhk)] =247。[(＋247。)]=rn=xn/xhk=247。=xm=αlkxW/[(αlk－α)(Lm/W＋αxWlk/xlk)] =247。[(－)＋247。] =rm=xlk/x=247。=rm/rn=247。=rm/rn與Ψ的數(shù)值相近 . 逐板計算 氣液相平衡數(shù)據(jù)可以表示成下列三種圖表： (1)yE/(yE＋yA)對xE/(xE＋xA)描繪，xW視作參量。 (2)yE/(yE＋yW)對xE/(xE＋xW)描繪，xA視作參量。(3)yW/(yW＋yA)對xW/(xW＋xA)描繪，xE視作參量。由于在任何情況下，液相的摩爾分?jǐn)?shù)（x）均為參數(shù)，平衡圖只能用來由液相組成來求取氣相組成。因此逐板計算時，從塔底由下往上算。從x的三個已知數(shù)(塔底的xE,xW和xA)出發(fā)，可求得二比值；或(1)和(2)?；?2)和(3)。或(3)和(1)，究竟選擇哪一對，應(yīng)以從圖上讀出數(shù)值為準(zhǔn)。如果采用(2)和(3)，則根據(jù)xE/(xE＋xW)和xA值讀出yE/(yE＋yW)。根據(jù)xW/(xW＋xA)和xE值讀出yW/(yW＋yA)值。設(shè)yE/(yE＋yW)=M，yW/(yW＋yA)=N；故yE=M/(1－M) yA=(1－N)/N∴yW=1/[(1－N)/N＋M/(1－M)＋1]求出yW后，yE和yA即可代入式子求得。下一塔板上的液相組成可以應(yīng)用操作線方程求得。 逐板計算的結(jié)果及討論 :1，上述逐板計算中，所采用的最宜回流比為10:2:1和5:1.(1) 如采用10:1。根據(jù)計算的結(jié)果，作圖如下： 圖中說明由第7塊塔板(由塔底數(shù)起)上加入來自塔Ⅰ的進料，由第12塊板上加入來自沉降器的進料。運算到底19塊塔板時，所得餾出液即可近似達到所要求結(jié)果。 (2)如最宜回流比采用2:1，亦即小于最小回流比，算得的結(jié)果表明：由12塊塔板加入來自沉降器的加料的進料后，乙醇的組成變?yōu)樨?fù)值，這說明采用這種回流蒸餾不可行。(3) 如最宜回流比采用5:1，計算的結(jié)果說明由第5塊塔板加入來自塔Ⅰ的進料，由第10塊板上加入來自沉降器的進料，共需要22塊塔板。由于蒸餾液為非理想溶液，從上述分析結(jié)果可以看出：最宜回流比由5：1加倍至10:1時，理論板僅由22塊降至19塊。這說明設(shè)備投資節(jié)省不了多少，然而操作費用卻加了。因此采用L/D=5:1，假設(shè)塔板效率為50%，則實際塔板數(shù)為40.六. 熱量衡算 熱力學(xué)數(shù)據(jù)收集 (1)溫度：