第9章 液体的蒸馏 - 理论板的概念及恒摩尔流假设

第九章第九章 液体的蒸馏液体的蒸馏 主要内容主要内容  9-1 9-1 概述概述  9-9-22 双组分溶液的气液相平衡双组分溶液的气液相平衡  9-3 9-3 几种蒸馏方法的分离原理几种蒸馏方法的分离原理  9-4 9-4 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算  9-5 9-5 板式精馏塔的板式精馏塔的设计 §9-4 双组分连续精馏塔的计算 精馏是最常用的蒸馏方式精馏是最常用的蒸馏方式，可以使产品达到 很高的纯度。以上仅阐明了精馏操作的原理及流 程，至于为达到指定的分离要求所需的塔板数塔板数以 及回流液量回流液量为多少等等问题，则要通过精馏塔的 计算来解决。 精馏过程的计算可分为——设计型设计型计算和操操 作型作型计算两类。 本节讨论板式精馏塔板式精馏塔的设计型计算问题。 通常已知条件为原料液流量F、组成xF和分离程 度，需要计算和确定的项目包括： 1 1、确定产品的流量、确定产品的流量；； 2 2、选择或确定适宜的操作条件，如回流比和进料、选择或确定适宜的操作条件，如回流比和进料 热状况等；热状况等； 3 3、计算理论板数，确定适宜的加料位置；、计算理论板数，确定适宜的加料位置； §9-4-1 理论板的概念及恒摩尔流假设 一一 、理论板、理论板 由于偏离平衡的气液两相在塔板上的传质情 况十分复杂，它不仅与物系性质有关，也与操作 条件、塔板结构等有关。 所以传质过程不能用简单的数学方程式来 达，提出了理论板的概念提出了理论板的概念，以简化过程的计算，以简化过程的计算。 yn=f(xn) 第n块理论板 理论板理论板：不论进入该板的气、液两相的组成与温 度如何，离开该板的气、液两相既达相平衡，又达热 平衡，且塔板上的液相组成也可认为是均匀的，理论 板的效率规定为效率规定为 100% 100%。 yn, tn xn-1,tn-1 yn+1,tn+1 xn,tn n 实际的操作过程中，塔板上气、液两相的接触 面积及接触时间有限，在任何形式的塔板都不能达到 相平衡与热平衡，实际塔板的分离效率低于实际塔板的分离效率低于100%100%。 即理论板是不存在的，而是为了便于研究塔板上的传 质情况而人为的理想化的塔板。引进理论板的概念仅引进理论板的概念仅 是作为衡量实际板分离效率的依据和是作为衡量实际板分离效率的依据和标准。 一般在计算时，先假定每板都是理论板先假定每板都是理论板，先算出 理论板，然后用塔板效率校正校正，即可算出实际板数实际板数。 塔板效率 理论板数实际板数＝ 二、恒摩尔流假设二、恒摩尔流假设 1、恒摩尔流假设 （1）恒摩尔气流：精馏操作时，精馏段内各层塔板上 升蒸气摩尔流量相等，提馏段内各板上升蒸气的摩尔 流量也相等，但两段的上升蒸气摩尔流量不一定相等两段的上升蒸气摩尔流量不一定相等。 即上升蒸气量： 精馏段：V1=V2=……=Vn=V， kmol/h 提馏段：V1′=V2′=……=Vm′ = V′，kmol/h VV不一定等于不一定等于VV′′ （2） 恒摩尔液流 精馏操作时，在塔的精馏段内，每层板下降液体 的摩尔流量相等，提馏段内也是如此，但两段的液体 摩尔流量不一定相等，即： 下降液体量：下降液体量： 精馏段：L1=L2=……=Ln=L， kmol/h 提馏段：L1′=L2′=……=Ln′ = L′，kmol/h LL不一定等于不一定等于LL′′ 2、恒摩尔流假设的必备条件 在塔板上在塔板上的的气液两相接触时，有气液两相接触时，有1kmol1kmol的蒸汽冷凝，的蒸汽冷凝， 相应的就得有相应的就得有1kmol1kmol的液体气化，这样恒摩尔流的假设的液体气化，这样恒摩尔流的假设 才能成立才能成立，必须满足的条件： （1）各组分的摩尔气化潜热气化潜热相等； （2）塔顶回流液为泡点回流，组成与第一块板上 升蒸气组成相同，且塔内各板均为理论板理论板； （3）塔身对外界是绝热的，即无热损失无热损失。 在作了上述假设后，再求理论板就大为简化了。 计算理论板的思路： 假定（n-1）块板上的气相组成yn-1已知，则从该板 下降液体的组成xn-1与yn-1应该成平衡关系，可用平衡线 方程由yn-1计算出xn-1，由于每块理论板上气液两相达到每块理论板上气液两相达到 平衡，平衡线用过一次就是一块理论板平衡，平衡线用过一次就是一块理论板。 如知道（n-1）块板下降液体的组成xn-1与它下一 块板n板上升蒸汽组成yn之间的函数关系，是精馏操作 条件所决定，yynn=f(=f(xxn-1n-1))可由物料衡算物料衡算得到，即操作关操作关 系系，相邻两块板气液两相组成之间的关系为操作关系， 对应的方程称为操作线方程操作线方程。 如果操作线方程已知，即可由操作线方程由xn-1求 出yn，而yn又与xn是平衡关系，又可求出xn，又是一块 理论板，如此反复从上向下逐板计算反复从上向下逐板计算，从塔顶直算到 塔底，则平衡线方程用的次数就是全塔理论板数平衡线方程用的次数就是全塔理论板数。