八精餾裝置的熱量衡算企業(yè)生產(chǎn)實際教學案例庫課件

企業(yè)生產(chǎn)實際教學案例庫應用化工生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)（煤化工方向）兩組分連續(xù)精餾的分析和計算企業(yè)生產(chǎn)實際教學案例庫應用化工生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)兩組分連續(xù)精餾的分1一、理論板的概念及恒摩爾流假設(shè)1、理論板的概念

理論板是指離開塔板的蒸汽和液體呈平衡的塔板。理論板是人為的理想化的塔板。它可以作為衡量實際塔板分離效果的一個標準。一、理論板的概念及恒摩爾流假設(shè)1、理論板的概念22、恒摩爾流假定恒摩爾流假設(shè)的條件（1）各組分的摩爾汽化潛熱相等；（2）氣液接觸時因溫度不同而交換的顯熱可以忽略；（3）塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略。

2、恒摩爾流假定恒摩爾流假設(shè)的條件3（2）恒摩爾液流

（1）恒摩爾氣流

精餾段精餾段提餾段提餾段（2）恒摩爾液流（1）恒摩爾氣流精餾段精餾段提餾段提餾段41、精餾段操作線方程

對總物料：

對易揮發(fā)組分：

三、操作線方程精餾段物料衡算1、精餾段操作線方程對總物料：對易揮發(fā)組分：三、操作線5——回流比

——精餾段操作線方程——回流比——精餾段操作線方程6操作線的作法操作線的作法72、提餾段操作線方程

對總物料：

對易揮發(fā)組分：

提餾段操作線方程：提餾段物料衡算2、提餾段操作線方程對總物料：對易揮發(fā)組分：提餾段操作8操作線的作法操作線的作法9四、進料熱狀況的影響和進料線方程1、進料熱狀況參數(shù)進料板的物料衡算及熱量衡算如圖3-18所示的虛線范圍，分別作進料板的物料衡算和熱量衡算，以單位時間為基準，即：物料衡算：

熱量衡算：

四、進料熱狀況的影響和進料線方程1、進料熱狀況參數(shù)進料板的物10q值稱為進料的熱狀況參數(shù)。q值的意義為：每進料1kmol·h-1時，提餾段中的液體流量較精餾段中增大的摩爾流量值。對于泡點、露點、混合進料，q值相當于進料中飽和液相所占的百分比。q值稱為進料的熱狀況參數(shù)。q值的意義為：每進112、五種進料熱狀況進料熱狀況對進料板上、下各股流的影響（1）飽和液體進料；（2）飽和蒸汽進料；（3）氣液混合進料（4）過熱蒸汽進料；（5）冷液進料2、五種進料熱狀況進料熱狀況對進料板上、下各股流的影響12（1）飽和液體進料（2）飽和蒸汽進料

（1）飽和液體進料（2）飽和蒸汽進料13（3）汽液混合物進料

（4）過熱蒸汽進料

（3）汽液混合物進料（4）過熱蒸汽進料14對于飽和液體、汽液混合物及飽和蒸汽三種進料而言，q值就等于進料中的液相分率。（5）冷液進料

對于飽和液體、汽液混合物及飽和蒸汽三種進料而言，q值153、q線方程（進料方程）（1）進料方程因在交點處兩操作線方程中的變量相同，故略去方程式中變量上、下標即：將上兩式聯(lián)解，再將全塔的物料衡算式及全塔易揮發(fā)組分的衡算式代入，并整理得：3、q線方程（進料方程）（1）進料方程因在16進料熱狀況對操作線的影響進料熱狀況對操作線的影響17（2）進料熱狀況對q線及操作線的影響進料熱狀況對q線的影響（2）進料熱狀況對q線及操作線的影響進料熱狀況對q線的影響18依據(jù)的兩個關(guān)系：（1）氣液平衡關(guān)系（2）操作線方程精餾段：提餾段：五、理論塔板數(shù)的求法依據(jù)的兩個關(guān)系：五、理論塔板數(shù)的求法191、逐板計算法塔頂采用全凝器，即：由于離開每層理論板氣液組成互成平衡，因此x1可利用氣液平衡方程求得：從下一層塔板上升蒸汽組成y2與x1符合精餾段操作線關(guān)系，即：逐板計算法示意圖1、逐板計算法逐板計算法示意圖20

同理，如此交替使用平衡方程和精餾段操作線方程重復計算，直至計算到（僅指飽和液體進料況）時，（其它進料狀態(tài)，為兩操作線交點處的液相組成）。表示第n層理論板是進料板（屬于提餾段），此后，可改用提餾段操作線方程和平衡方程。求提餾段理論板數(shù)，直至計算到為止。在計算過程中使用了n次相平衡方程即為求得的理論板數(shù)（包括再沸器在內(nèi)）。

同理，如此交替使用平衡方程和精餾段操作線方程重復21

應注意的問題：

①精餾段所需理論板數(shù)為n-1塊，提餾段所需的理論板數(shù)為m-1(不包括再沸器)。精餾塔所需的理論板數(shù)為n+m-2，（不包括再沸器）。②若為其它進料熱狀況，應計算到。（為兩操作線交點下的液相組成）。

222、圖解法

圖解法的基本步驟：①在x-y坐標圖上作出平衡曲線和對角線②作精餾段操作線③作進料線④作提餾段操作線⑤畫直角梯級圖解法求理論板數(shù)2、圖解法圖解法求理論板數(shù)23圖解過程中當某梯級跨過兩操作線交點時，應更換操作線，跨過交點的梯級代表適宜的加料板。逐板法也相同。否則理論塔板數(shù)會增加。3、適宜的進料位置圖解法求理論板數(shù)圖解過程中當某梯級跨過兩操作線交點時，應更換操作線，24回流比有兩個極限值，其上限為全回流,下限為最小回流比，操作回流比介于兩個極限值之間。1、全回流和最小理論板層數(shù)（1）全回流的分析精餾塔塔頂上升蒸氣經(jīng)全凝器冷凝后，冷凝液全部回流到塔內(nèi)，此種回流方式稱為全回流。全回流時的回流比為：六、回流比的影響及其選擇回流比有兩個極限值，其上限為全回流,下限為最小25

全回流時操作線方程式為：操作線和平衡線之間的距離最遠，說明塔內(nèi)氣、液兩相間的傳質(zhì)推動力最大，對完成同樣的分離任務(wù)，所需的理論板數(shù)為最少。全回流最少理論板數(shù)的圖解全回流時操作線方程式為：操26（2）最小理論板層數(shù)芬斯克方程:全回流時因無生產(chǎn)能力，對正常生產(chǎn)無實際意義，只用于精餾塔的開工階段或?qū)嶒炑芯恐?。但在精餾操作不正常時，有時會臨時改為全回流操作，便于過程的調(diào)節(jié)和控制。（2）最小理論板層數(shù)芬斯克方程:全回流時因272、最小回流比（1）最小回流比的概念

對于一定的分離任務(wù)，若逐漸減小回流比，精餾段操作線的截距則隨之不斷增大，兩操作線的位置向平衡線靠近。當回流比減小到某一數(shù)值后，兩操作線的交點d落在平衡曲線上時，相應的回流比稱為最小回流比，以表示。最小回流比的確定2、最小回流比最小回流比的確定28①正常相平衡曲線（2）最小回流比的求法精餾段操作線的斜率為：最小回流比為：

為q線與平衡線的交點坐標，可在圖中讀得，也可由q線方程與平衡線方程聯(lián)立確定。最小回流比的確定圖解法①正常相平衡曲線（2）最小回流比的求法精餾段操作線的斜率為29②不正常相平衡曲線d點坐標()由圖中讀出。不正常相平衡曲線最小回流比的確定②不正常相平衡曲線d點坐標()由圖中讀出。不正常相平衡曲線最30對于相對揮發(fā)度為常量（或取平均值）的理想溶液

圖解法對于相對揮發(fā)度為常量（或取平均值）的理想溶液圖解法31飽和液體進料時

飽和蒸汽進料時

飽和液體進料時飽和蒸汽進料時323、適宜回流比的選擇適宜的回流比是指操作費用和投資費用之和為最低時的回流比。設(shè)備費：曲線1操作費用：曲線2總費用：曲線3在精餾設(shè)計計算中操作回流比常采用經(jīng)驗值。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計適宜回流比的數(shù)值范圍可取為：適宜回流比的確定3、適宜回流比的選擇適宜回流比的確定334、理論板數(shù)的捷算法

（1）吉利蘭圖

R、NT、Rmin、Nmin關(guān)系關(guān)聯(lián)圖：吉利蘭圖吉利蘭圖4、理論板數(shù)的捷算法（1）吉利蘭圖R、NT、Rmin34左端：右端：最小回流全回流特點：簡便、快；雙組分、多組分都適用；誤差大，可用N估算，方案的比較。左端：右端：最小回流全回流特點：簡便、快；35（2）簡捷法求理論板數(shù)的步驟根據(jù)物系性質(zhì)及分離要求，求出Rmin，選擇合適的R；求出全回流下所需理論板數(shù)Nmin(圖解法、芬斯克公式)；使用吉利蘭圖，求出所需理論板數(shù)；確定加料位置，可把加料組成看成釜液組成求出理論板數(shù);即為精餾段所需理論板數(shù)，從而可以確定加料位置。

（2）簡捷法求理論板數(shù)的步驟36七、塔高和塔徑的計算

1、塔高的計算（1）板式塔有效高度的計算板式塔的有效高度是指氣、液接觸段的高度。由實際塔板數(shù)和板間距計算，即： Z=(NP－1)HT式中： Z--表示板式塔的有效高度，m；HT--表示兩相鄰塔板間的距離，板間距HT為經(jīng)驗值,計算時可選定。（選定方法可參考有關(guān)書籍）； NP--實際板數(shù)。七、塔高和塔徑的計算1、塔高的計算（1）板式塔有效高度的計37（2）板效率①全塔效率（總板效率）E

②單板效率--默弗里（Murphree）效率

氣相單板效率

操作線平衡線ynyn-yn+1液相單板效率

（2）板效率①全塔效率（總板效率）E②單板效率--默弗里（382、塔徑的計算精餾塔的直徑，可由塔內(nèi)上升蒸氣的體積流量及空塔速度求得，即空塔速度是影響精餾操作的重要因素，適宜空塔速度通?？扇∫悍簹馑俚?.6～0.8倍，液泛氣速的確定方法可參考有關(guān)書籍。2、塔徑的計算精餾塔的直徑，可由塔內(nèi)上升蒸氣39如前所知，由于精餾塔內(nèi)兩段上升蒸氣體積流量Vs可能不同，則兩段Vs及直徑應分別計算。精餾塔上升氣體體積流量可按下式計算，即若操作壓力較低時，氣相可視為理想氣體混合物，則應予指出，若計算提餾段上升蒸氣的體積流量，通過計算，若精餾塔兩段塔徑不相等，為使塔的結(jié)構(gòu)簡化，兩段宜采用相同的塔徑（取兩者中較大的），經(jīng)圓整后作為精餾塔塔徑。如前所知，由于精餾塔內(nèi)兩段上升蒸氣體積流量V40八、精餾裝置的熱量衡算

1、冷凝器的熱量衡算

冷卻介質(zhì)用量

精餾塔的熱量衡算八、精餾裝置的熱量衡算1、冷凝器的熱量