双组分连续精馏的设计计算精馏操作线方程精市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

6.5双组分连续精馏设计计算双组分连续精馏设计计算6.5.1精馏操作线方程精馏操作线方程(1)精馏段操作线方程精馏段操作线方程由物料衡算得：则第1页回流比精馏段操作方程说明：说明：该方程表示了精馏段相邻两塔板下降液体组成下降液体组成（第n块板）和上升蒸汽组成上升蒸汽组成（第n+1块板）之间关系，即任一塔截面汽、液两相组成之间关系。qnLn-1,xn-1qnVn,ynqnVn+1,yn+1qnLn,xnn第2页则：提馏段操作线方程(2)提馏段操作方程第3页(1)操作线方程图示（操作线方程图示（x-y 图）图）精馏段操作线方程分析与图示。6.5.2进料热状态对精馏操作影响进料热状态对精馏操作影响过点（xD，xD）和点（0，xD/（R+1）直线。第4页提馏段操作线方程分析与图示过点（xW，xW）直线，斜率与q相关。或两线交点坐标（xq，yq）为：第5页联立求解两方程，得到其交点轨迹方程为：q线方程q一定时，过点（zF，zF）斜率为q/（q-1）直线。(2)q线方程与图示线方程与图示意义：意义：一定进料状态下，操作回流比改变时，两操作线交点轨迹方程。第6页图示：图示：（1）精馏段操作线（2）q线（3）提馏段操作线第7页可见：可见：q值不影响精馏段操作线，但对提馏段操作线有影响。值不影响精馏段操作线，但对提馏段操作线有影响。(3)进料状态参数对操作线影响进料状态参数对操作线影响精馏段操作线方程:提馏段操作线方程:q线方程：第8页不一样进料热状态时q线和对提馏段操作线影响说明：说明：q，提馏段操作线斜率增大。提馏段操作线与进料量F无关。提馏段操作线方程经变换，与xD，xW，zF，q，R相关。注意q两个特殊值：饱和液体进料：q=1饱和蒸汽进料：q=0q=1q10q1q=0q0zFxDxW第9页6.5.3理论塔板数计算理论塔板数计算已知已知:确定完成份离任务所需理论塔板数。计算方法：计算方法：（1）逐板计算法；（2）图解法。(1)逐板计算法逐板计算法条件：塔顶蒸气在冷凝器中全部冷凝；泡点回流。.第10页操作线方程改为提馏段操作线方程。操作线方程改为提馏段操作线方程。直到直到则则n为所需理论板数。为所需理论板数。xD=y1x1y2x2y3x3平衡操作.第11页第12页塔底再沸器相当于一块理论板，故塔内理论板数为N1。应注明N？（包含或不包含釜）；N精NF1；N提NN精；应该清楚每一步计算和塔板情况对应关系；注意：注意：（2）图解法）图解法作平衡曲线；由D(xD,xD)和b=xD/(R+1)作精馏段操作线；由F(zF,zF)点和K=q/(q-1)作q线；由xD、zF、xW作垂线与对角线交于D、F、W点;由交点Q(xq,yq)和W(xW,xW)作提馏段操作线；由D点开始,在平衡线与操作线之间画梯级求N。计算示例第13页第14页汽、液经过任一理论塔板时组成改变汽、液经过任一理论塔板时组成改变说明：说明：第15页 ncbxnx n-1yn+1yn水平线长度:经过第n板液相组成改变垂线长度:经过第n板气相组成改变梯级意义梯级意义第16页图解方法优点图解方法优点防止了繁琐计算，形象直观，便于了解和分析实际问题。进料热状态参数进料热状态参数q影响影响q，Kq，Q点右移，提馏段操作线与平衡线距离，提馏段各塔板分离能力，N。第17页影响影响N原因分析原因分析N决定于操作线：xD，xW，R，zF，q，实际生产中进料热状态参数由前一工序决定。平衡线：物系，T，P（）xD，xW分离要求提升，则N6.5.4进料位置和回流比选择进料位置和回流比选择（1）进料位置讨论）进料位置讨论（a）进料位置确定标准：两操作线交点Q所在梯级。第18页（b）Q点为最优进料位置分析上移或下移均对分离不利，造成N增加。提前进料:第19页滞后进料:第20页（c）关于进料位置允许范围第21页pm第22页（d）进料位置对分离影响第23页(2)回流比选择回流比选择说明说明：RN塔设备费第24页其次：操作费同时，再沸器和冷凝器设备费，且因塔径塔设备费。故研究R是一个确保技术要求和确保经济效益问题。应确定一适宜回流比。全回流与最少理论板数全回流与最少理论板数概念概念：R=，qnD=0称为全回流全回流。此时qnW=qnD=qnF=0特征：特征：操作线与对角线重合，yn+1=xn；塔板分离能力最大；完成份离任务所需N称为最少理论塔板数，Nmin；应用应用:开工、科研、设计。第25页最小理论板数确定:图解法、逐板计算法。a）图解法在平衡线与对角线之间画梯级，直至xnxw为止。第26页b)逐板计算法计算思想：由xD始，依次重复应用平衡关系与操作关系，直至xnxw为止。平衡关系：对第n块板：n第n块板A组分对B组分相对挥发度。操作关系：第27页逐板计算当塔顶为全凝器时：当塔顶为全凝器时：板序号板序号平衡关系平衡关系操作关系操作关系12n整理得：整理得：第28页到达要求分离要求时对双组分：对双组分：Fenske方程第29页最小回流比最小回流比a）定义定义回流比减小，两操作线同时向平衡线靠近，所需理论板数增加；继续减小至交点Q移至平衡线上时（点），则所需理论板数无穷多；对应回流比称为最小回流比 Rmin。b）计算：）计算：设（xe,ye)则第30页也可由精馏段操作线在y轴上截距yC确定。第31页特殊平衡关系下Rmin第32页适宜回流比适宜回流比第33页第34页6.5.5理论塔板数简捷计算法理论塔板数简捷计算法R、Rmin、NT和Nmin关系能够用吉利兰(Gilliland)图表示。第35页注意：注意：NT、Nmin均已包含釜。曲线可近似表示为：简捷法详细步骤是：（1）依据精馏给定条件计算Rmin；（2）由Fenske方程及给定条件计算Nmin。第36页（3）计算（4）查得（5）计算计算示例说明：说明：简捷法主要用于对理论塔板数初估。6.5.6其它方式蒸馏其它方式蒸馏（1）水蒸气直接加热蒸馏）水蒸气直接加热蒸馏将水蒸气直接加入塔釜釜液上方进行加热方式。第37页应用应用特点特点a）提升了传热效率，省去一再沸器；b）在与间接加热相同相同xD及回收率时及回收率时,xW要求更低，因而需较多较多理论板。c）到达与间接加热相同相同xD及及xW时时,所需理论板数略少略少。所分离混合物是由水和比水易挥发组分组成混合物时。第38页操作线方程操作线方程精馏段：与间接加热相同。第39页 水蒸气直接加热蒸馏计算水蒸气直接加热蒸馏计算第40页特点侧线出料将塔分为多段,各段对应各自操作线和操作方程。（2）带侧线采出精馏）带侧线采出精馏应用需要几个不一样纯度产品时混合物按其沸程作大约分割时。操作线方程对双组分带侧线采出精馏过程分段进行物料衡算确定塔内操作线方程。第41页段段：同前精馏段操作线方程段段：段段：同前提馏段操作线方程以一股侧线采出为例:第42页说明：说明：采出液相侧线产品，采出段操作线斜率小于精馏段操作线斜率，侧线采出板与进料板之间塔板分离能力下降。采出液相侧线：第43页说明：说明：采出气相侧线产品，采出段操作线斜率小于精馏段操作线斜率，侧线采出板与进料板之间塔板分离能力下降。采出气相侧线：第44页说明：说明：精馏段设侧线采出最小回流比增大操作回流比调整范围减小对精馏过程分离和生产过程节能不利。侧线采出可节约一个塔投资费和操作费。第45页（3）多股进料）多股进料特点特点多股进料将塔分为多段,各段对应各自操作线和操作方程。应用应用两股组分相同而组成不一样物料在同一塔内分离。操作线操作线第46页多股进料精馏操作线图示第47页第48页（4）回收塔）回收塔应用应用特点特点只有提馏段，无精馏段,进料液为塔顶回流液。操作线方程操作线方程理论板数求法理论板数求法图解法q=1恒摩尔流第49页q=1第50页回收塔理论板数计算过程第51页（5）塔顶设部分冷凝器）塔顶设部分冷凝器目节约高端冷剂。分凝器相当于一块理论板分凝器相当于一块理论板塔内总理论板数则等于（N2）块理论板。第52页6.5.7实际塔板数及塔板效率实际塔板数及塔板效率(1)实际塔板数实际塔板数注意注意：N为塔内理论塔板数（不包含塔釜），实际板数要取整。(2)塔板效率塔板效率总板效率总板效率ET意义：意义：反应了整个塔分离综合性能，即为到达某一分离要求，理论上所需塔板数和实际需要塔板数之间关系。第53页影响影响ET原因：原因：a）汽、液两相流体物理性质；b）操作参数，如温度、压力等；c）塔结构、湍动程度、相际接触面积等。ET起源：起源：a）经验公式；b）实测数据起源生产塔或中间试验塔。第54页0.10.40.20.66421.00.10.40.20.61.00.8精馏塔效率关联曲线10总板效率ET第55页单板效率（单板效率（Murphree效率）效率）第56页考虑塔板效率时，则完成要求分离要求所需实际塔板数为：第57页6.5.8精馏操作分析精馏操作分析（1）诊疗分析步骤）诊疗分析步骤充分调查，搜集数据；应用物料衡算关系检验精馏塔采出量合理性。假如采出不合理，就不可能使塔两端产品同时到达要求。应用热力学原理，如相平衡关系，分析塔内温度、压力、组成等分布合理性。应用理论级及塔板效率基本概念，分析影响分离能力主要原因。考查塔板水力学性能，分析影响塔生产能力和分离能力原因。第58页塔一端产品不合格塔一端产品不合格（2）故障诊疗）故障诊疗首先考虑塔采出量是否满足物料衡算关系：塔两端产品不合格塔两端产品不合格a）生产负荷影响塔进料流量处理能力或生产负荷。生产负荷不能超出对应工况下塔最大生产能力。办法：降低进料量，增大回流比。办法：调整采出量，使之与分离要求相匹配。第59页b）进料条件影响进料条件包含进料量、组成及热状态。进料热状态影响：办法：办法：调整进料位置，适当提升回流比。q=10q1第60页c）理论板数影响塔分离能力取决于理论塔板数和各板分离能力。办法：办法：提升理论板数或提升操作回流比。d）回流比影响回流比靠近最小回流比时，塔内各板分离能力降低，造成产品质量不合格。办法：办法：提升理论板数或提升操作回流比。e）辅助设备和公用工程影响主要辅助设备包含再沸器和冷凝器，有时包含中间再沸器和中间冷凝器。公用工程主要指加热蒸汽、冷却水或冷剂。第61页塔压波动塔压波动生产负荷小时出现，且塔压差连续上升原因：原因：因为工况改变引发塔内温度改变，造成“淹塔”；对深冷系统，可能形成“冻堵”；对易聚合、易结焦体系，可能造成液流不畅；刚检修开车时，确认塔内无固体杂物堵塞；改造后，降液管面积或底隙过小设计。塔温改变塔温改变塔压恒定，塔两端温度同时下降原因：原因：塔顶采出量有所降低；进料中易挥发组分含量有所增加；进料量增加，而采出量未增加。第62页