本章主要介紹蒸餾的基本原理(編輯修改稿)
2025-08-28 15:02 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 F為料液流量； D為塔頂產(chǎn)品（餾出液）流量； W為塔底產(chǎn)品（釜液）流量；ZF為料液組成； xD、 xW為塔頂、底產(chǎn)品的組成。 F = W + D FZF = DxD + WxW 10－ 9 精餾段的分析及其圖解法 （ 1）精餾段操作方程 在二元精餾計(jì)算中可去掉組分下標(biāo)，以 xn,yn 分別表示 n板上的液、氣相輕組分組成（摩爾分?jǐn)?shù)），塔內(nèi)按衡摩爾流假設(shè)處理。精餾段氣、液兩相物質(zhì)摩爾流量分別為 V、 L。塔頂蒸氣全部被冷凝，采出液相產(chǎn)品為 D，回流量為 L。并定義回流量與采出量之比 L/D為回流比 R。精餾段和提餾段的物料衡算如右圖所示。 按圖 10－ 6所示塔對(duì)輕組分進(jìn)行衡算，均可獲得： 或 當(dāng)氣、液兩相流量均用 kmol/h表示時(shí)，則式（ ）中 L/V為常數(shù)， 也為常數(shù)，故式 ，并稱之為精餾段操作線方程，可表示為一直線?？梢?jiàn)，塔內(nèi)氣、液兩相流量變化必引起操作線的改變。式中 V、L可表示為： L=R/D V=L+D=(R+1)D 圖10－6精餾段分析 將 L、 V代入式（ ）中整理得 （ ） 式（ ）亦為精餾段操作線方程常用表達(dá)式，它關(guān)聯(lián)操作回流比 R對(duì)塔內(nèi)分離的影響?；亓鞅?R為一常數(shù)，顯然，該式也是線性方程。當(dāng)已知 n板流下液相組成 時(shí)，則可由式（ ）求得來(lái)自 n+1板的上升蒸氣的組成 。 上式 稱之為提餾段操作方程，該方程為一線性方程，其斜率亦為提餾段的液、氣兩相物質(zhì)流量 (kmol/h)的比。一旦兩相流量改變，勢(shì)必影響提餾段操作線方程。 提餾段與精餾段的關(guān)系可由進(jìn)料板上的物料與熱量衡算關(guān)聯(lián)起來(lái)，如下列 2式所示。 將上式代入式（ ）中，整理可得： () 式（ ）為提餾段操作方程常用表達(dá)式，亦為線性方程，關(guān)聯(lián)提餾段任意塔截面上，上升蒸氣與流下液相組成 xn， yn+1 的關(guān)系。已知流下液相組成 ，即可由式（ ）得來(lái)自 n+1板上的蒸氣組成 。 若將精餾段及提餾段兩操作線與平衡曲線（ y～ x）同時(shí)繪于同一直角坐標(biāo)中，如圖 107所示。精餾段操作線如 DC所示，提餾段操作線如QW所示。 10－ 7 提留段操作線的作法 進(jìn)料狀況對(duì)精餾的影響： （ 1） q線方程 在進(jìn)料板上，同時(shí)滿足精餾段和提餾段的物料衡算，故兩操作線的交點(diǎn)落在進(jìn)料板上。當(dāng) q為定值，改變塔操作為回流比時(shí)，兩操作線交點(diǎn)軌跡即 q線。聯(lián)立兩操作線方程式 和 解得交點(diǎn) q的坐標(biāo)為： 聯(lián)立以上兩式消去 xD 得式（ ）為 q線方程 : ( ) 因 q為一常數(shù)，故一定狀態(tài)進(jìn)料其 q線為直線，如右上圖所示。當(dāng)一定操作回流比條件下，不同熱狀態(tài)對(duì)提餾段存在顯著的影響，如圖 10－ 8所示。隨 q值減小，則提餾段操作線斜率增大，說(shuō)明提餾段液、氣比在增大，氣、液兩相組成更接近平衡線，意味著提餾段單位流量液體所用蒸氣在不斷減少，提餾段操作線更靠近平衡曲線，將導(dǎo)致提餾段分離能力不斷下降。即每塊理論板的傳質(zhì)推動(dòng)力減小。完成相同分離任務(wù)，所需理論板數(shù)會(huì)增加，也會(huì)導(dǎo)致塔兩段負(fù)荷不均勻，影響塔徑設(shè)計(jì)。 10－ 8 進(jìn)料熱狀況的影響 10－ 11 理論塔板數(shù) 理論板圖解法 圖解步驟 在直角坐標(biāo)中繪出體系相平衡曲線 x～ y， 同時(shí)連對(duì)角線。 繪出精餾段操作線，精餾段操作線通過(guò) D、 C兩點(diǎn)。 ， 如圖。 給出 q線， q線通過(guò) F、 G點(diǎn)，由 q線方程 可得： F(zF,zF)， 圖中 q線精餾操作線相交于 Q點(diǎn)。 繪出提餾段操作線與精餾段操作線的交點(diǎn)， 為此提餾段操作線通過(guò) b(xw,xw) 及 點(diǎn) Q(xq,yq) 因 y1=xD ，故從塔頂 D點(diǎn)開(kāi)始作水平線交平衡曲線于 1，求得呈平衡的液相組成 x1 ，由 1點(diǎn)作垂線交精餾段操作線于 1/ 點(diǎn)，求得第二板蒸氣組成 y2 ，同上，在平衡線與精餾段操作線之間作梯級(jí)。當(dāng)求得 時(shí)，應(yīng)由精餾更換提餾的操作線，即在平衡線與提餾段操作線之間作梯級(jí)，當(dāng)求得 液相組成 時(shí)結(jié)束。此時(shí)梯級(jí)數(shù)N（含再沸器）為所求的理論塔板數(shù) N，跨過(guò)兩操作線交點(diǎn)的板為最佳進(jìn)料板 。 圖 10－ 9 理論板數(shù)的圖解 10－ 12 實(shí)際塔板數(shù)、塔板效率 由于影響塔板效率的因素十分復(fù)雜，如塔盤結(jié)構(gòu)、操作條件及物系的性質(zhì)。這些條件導(dǎo)致氣、液兩相在塔板上流動(dòng)和接觸狀態(tài)的不同，影響傳熱、傳質(zhì)過(guò)程，不同程度的偏離理論板，即分離能力小于給定條件的理論板。將實(shí)際板分離能力接近理論板程度常以塔板效率來(lái)描述。 設(shè)全塔實(shí)際塔板數(shù)為 Np，理論板數(shù) N，該塔的總板效率 ET 定義為： ET = N/Np 如果根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究、生產(chǎn)實(shí)踐或經(jīng)驗(yàn)估算，確定了總板效率 ET ，則根據(jù)分離要求及操作條件，求得精餾所需的理論板數(shù) N，由下式確定精餾塔的實(shí)際塔板數(shù) Np。 Np＝ N/ ET ET總板效率是反映全塔綜合情況。不能反映某一段、某一塔板上的效率。為此，可分段測(cè)試確定各塔段的塔板效率。若研究某一板的效率由默弗里（ Murphree）效率來(lái)表示，如圖 10－ 10所示 圖 10－ 10單板效率示意圖 式中 EMV、 EML－分別為氣相或液相表示的第 n
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