直接蒸汽加热时二元连续精馏塔提馏段操作线方程.pdf

第12卷第3期湖北工学院学报1997年9月Vol.12 No.3Journal of Hubei Polytechn ic Un iversitySep.1997收稿日期1996-10-03黄光斗男1945年生副教授武汉湖北工学院化学工程系430068直接蒸汽加热时二元连续精馏塔提馏段操作线方程黄光斗王坚邵友元;化学工程系摘要提出了直接蒸汽加热时二元连续精馏塔以xF、xD、xW、q、R表达的提馏段操作线方程并对直接蒸汽加热和间接蒸汽加热时的提馏段操作线方程进行了讨论和比较 1关键词精馏操作线方程提馏段理论塔板数中图法分类号TQ 01图1直接蒸汽加热的二元连续常规精馏塔示意图笔者在文献1中已说明间接蒸汽加热时提馏段操作线方程若以xF、xD、xW、q和R表达时可以从实质上揭示理论塔板数的变化规律 而且用逐板法计算精馏过程比较直接、方便 1 其实直接蒸汽加热时也存在着与间接蒸汽加热时相类似的情况 1 将两者进行比较 其精馏段操作线方程相同 精馏段操作线与提馏段操作线交点的轨迹方程;即进料线方程亦相同 所不同在于提馏段操作线 1对图1所示的直接蒸汽加热的二元连续精馏过程当通入的直接蒸汽为纯水蒸汽时 其提馏段操作线方程一般可表达为23ym+1=Lxm?V-W3x3W?V 1或ym+1=W3xm?V0-W3x3W?V0.2式中L为提馏段下降液体的流率kmol?sV为提馏段上升蒸汽的流率kmolsW3为塔底产品釜液的流率kmol?s V0为加入塔底的蒸汽的流率kmol?sx3W为塔底产品中轻组分的摩尔分率 1若将式;1或式;2以xF、xD、x3W、q和R表示则能收到与间接蒸汽加热时相同的效果 1 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.1提馏段操作线方程的改写直接蒸汽加热时 据恒摩尔流假设 有W3=L=L+qF=RD+qF3V0=V=V-1-qF=R+1D-1-qF.;4式中L为精馏段下降液体的流率kmol?sV为精馏段上升蒸汽的流率kmol?sF为进料的流率kmol?sD为塔顶产品馏出液的流率kmol?s1式;3 除以式;4 得W3V0=RD+qFR+1D-1-qF=R+qF?DR+1+q-1F?D.5由全塔的易挥发组分的物料衡算得FxF=D xD+W3x3W.6将式;3 代入式;6 并整理得F?D=xD+R x3W?xF-qx3W.7式中R为回流比 1 将式;7 代入式;5 并整理得W3?V0=R xF+qxD?R+1xF+q-1xD-R+qx3W.8将式;8 代入式;2 得ym+1=R xF+qxDxm-R xF+qxDx3WR+1xF+q-1xD-R+qx3W.9式;9 为直接蒸汽加热时二元常规精馏塔提馏段操作线方程 12讨论与说明比较式;2 与式;9 可知 前者是以具有容量性质的参数如;W3、V0等物流率表示的后者以具有强度性质的参数如xF、xD、x3W、q、R表示的 1根据以相对挥发度 表示的相平衡方程yn=xn?1+-1xn、精馏段操作线方程yn+1=R xn+xD?R+1和提馏段操作线方程式9 采用逐板计算法 从塔顶往下交替使用平衡方程和操作线方程 可以直接代入已知的xF、xD、x3W、q、R和 进行设计型计算 求得所需的理论塔板数N 也可以在N确定的条件下 维持xF、xD、x3W、q、R和 中的4个参数不变当某参数发生变化时 试差计算另一个参数相应变化的情况 即进行操作型的逐板法计算 1 设计型的计算一般存在优化设计的问题 即要进行多方案选择 而操作型的计算 由于所涉及的方程为非线性隐函数形式 需要进行反复试差 1 因此 两种类型的计算 采用式;9比式;2方便 1式;9为直接蒸汽加热时二元连续常规精馏塔提馏段操作线方程 1 若对直接蒸汽加热时二元连续回收塔;不带回流R=0 即只有提馏段没有精馏段的塔 则式;9 可直接改写为ym+1=qxDxm-qxDx3WxF+q-1xD-qx3W.10当为饱和液体进料;即q=1时 则式;10 又可直接改写为ym+1=xDxm-xDx3W?xF-x3W.1162湖北工学院学报1997年第3期 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.可见 提馏段操作线方程以xF、xD、x3W、q和R等具有强度性质的参数表示时 由于这些参数皆为精馏分离的条件和要求或操作参数对于常规塔和非常规塔而言运用起来皆比较简便 1实际上 式;10 和式;11 只不过是式;9的特例 1 因此 可以说式;9是直接蒸汽加热时提馏段操作线方程的一般形式 1笔者在文献1中曾导出间接蒸汽加热时提馏段操作线方程ym+1=R xF+qxD-R+qxWxm-xD+xFxWR+1xF+q-1xD-R+qxW.12式中xW为塔底产品釜残液轻组分的摩尔分率 1 比较式9与式12可知采用直接蒸汽加热时和采用间接蒸汽加热时的提馏段操作线方程是不同的1当xF、xD、q及R相同 且x3W=xW时 前者的斜率比后者的斜率大 前者的截距比后者的截距要小只有当xF、xD、q及R相同且轻组分的回收率相同即W3x3W=W xW时 两者的斜率和截距才相等 即两操作线方程是一样的21 下面举一例加以说明 1已知 一连续常规精馏塔中分离某二元液体混合物;水溶液 进料组成xF=0.4摩分率下同 塔顶馏出液组成xD=0.95 进料为泡点液体q=1 操作回流比R=1.51 釜中液体分别采用水蒸汽直接加热和间接加热 1求 当塔底釜残液组成x3W=xW=0.02时的提馏段操作线方程和当轻组分回收率3=0.0847时的提馏段操作线方程 1解 对直接蒸汽加热 将已知数据代入式;9 得ym+1=1.476xm-0.0 295 对间接蒸汽加热 将已知数据代入式12得ym+1=1.429xm-0.0 1051 可见两者的操作线方程是不同的 1对直接蒸汽加热 回收率 3=D xD?FxF=xF-qx3WxD?xD+R x3WxF将已知数据代入该式解得x3W=0.041再将已知数据和x3W=0.04代入式9得ym+1=1.722xm-0.06891对间接蒸汽加热回收率=D xD?FxF=xF-xWxD?xD-xWxF将已知数据代入该式解得xW=0.09521 再将已知数据和xW=0.0952代入式12得ym+1=1.722xm-0.06881 可见两者的操作线方程是相同的 13结论本文导出了直接蒸汽加热时二元连续精馏塔提馏段操作线方程的一般形式 1 该式用于逐板法计算设计型问题和操作型问题比较方便 用于常规精馏塔和非常规精馏塔也比较简便 1在一般情况下直接蒸汽加热和间接蒸汽加热的提馏段操作线方程是不相同的只有当xF、xD、R、q和 相同的特定条件下 两者才相同 1与间接蒸汽加热类似 直接蒸汽加热时提馏段操作线方程也只须用xF、xD、x3W、q和R等具有强度性质的参数表达即可 而与W3、V0等具有容量性质的参数无关 1参考文献1黄光斗等 1 直接蒸汽加热时二元连续精馏塔提馏段操作线方程 1 湖北工学院学报199735;166692谭天恩等 1 化工原理;下册1 北京 化学工业出版社199213张洪元等 1 化学工程;第二册1 北京 化学工业出版社1980172第12卷第3期黄光斗等直接蒸汽加热时二元连续精馏塔提馏段操作线方程 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.D iscussion on the Stripping Stage Operating L ineEquation of the Two-component Continuous Rectif icationTower with D irect Steam InjectionH uang GuangduoWang J ianShao YouyuanAbstractThis paper presents the stripping stage operating line equation of two2componentcontinuous rectification tow er w ith direct steam injection.The equation is expressed w ithsuch parameters asxF、xD、x3WqandR.The anthors discuss the presented equation and com2pare it w ith the equation of rectification tow erw hich has interface heat exchanger in bottom.Keywordsrectificationoperating line equationstripping stagetheoretical tow er platenumber;责任编辑徐雄立;上接第14页Effect of HotW orking Technologies on StructureInheritance for Heavy Forgingwith Low Alloy SteelChen J ingJ i ShengruL i X iangshongTan ChunhengL uo YanliAbstractThe effect of hot working technologies on structure inheritance for heavy forgingw ith low alloy steel by means of TEMElectrodiffractogram and optic m icroscope is exam2ined in this paperit ai m s at laying a theoritical foundation for establishing reasonable hotworking technologies.Keywordsheavy forgingfracturestructure inheritancehot working technology;责任编辑张培炼 82湖北工学院学报1997年第3期 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.