福州大学化工原理电子教案液体精馏 96双组分精馏的操作型计算 961精馏过程的操作型计算 (1)操作型计算的命题: 此类计算的任务是在设备(精馏段板数及全塔理论板数)已定的条件下,由指定的操作条件预计精馏 操作的结果 计算所用的方程与设计时相同,此时的已知量为:全塔总板数N及加料板位置(第m块板):相平衡 曲线或相对挥发度:原料组成x1与热状态q,回流比R:并规定塔顶馏出液的采出率D。待求的未知 量为精馏操作的最终结果——产品组成x,x以及逐板的组成分布。 操作型计算的特点 ①由于众多变量之间的非线形关系,使操作型计算一般均须通过试差(迭代),即先假设一个塔顶 (或塔底)组成,再用物料衡算及逐板计算予以校核的方法来解决。 ②加料板位置(或其它操作条件)一般不满足最优化条件。 下面以两种情况为例,讨论此类问题的计算方法 回流比增加对精馏结果的影响 设某塔的精馏段有(m-1)块理论板,提馏段为(N-m+1)块板,在回流比R操作时获得塔顶组成x与 釜液组成x(参见图9.43a) 现将回流比加大至R,精馏段液气比増加,操作线斜率变大:提馏段气液比加大,操作线斜率变小。 当操作达到稳定时馏出液组成xD必有所提高,釜液组成x必将降低,如图(9-43b)所示 D a.回流比R较小 b.回流比R较大 图9-43增加回流比对精馏结果的影响 定量计算方法是:先设定某一x值,可按物料衡算式求出 xw( D R 然后,自组成为x起交替使用精馏段操作线方程ynlR+)xn+R+1相平衡方程
福州大学化工原理电子教案 液体精馏 - 1 - 9.6 双组分精馏的操作型计算 9.6.1 精馏过程的操作型计算 （1）操作型计算的命题： 此类计算的任务是在设备（精馏段板数及全塔理论板数）已定的条件下，由指定的操作条件预计精馏 操作的结果。 计算所用的方程与设计时相同，此时的已知量为：全塔总板数 N 及加料板位置（第 m 块板）；相平衡 曲线或相对挥发度；原料组成 F x 与热状态 q ，回流比 R ；并规定塔顶馏出液的采出率 F D 。待求的未知 量为精馏操作的最终结果——产品组成 D w x , x 以及逐板的组成分布。 操作型计算的特点： ① 由于众多变量之间的非线形关系，使操作型计算一般均须通过试差（迭代），即先假设一个塔顶 （或塔底）组成，再用物料衡算及逐板计算予以校核的方法来解决。 ② 加料板位置（或其它操作条件）一般不满足最优化条件。 下面以两种情况为例，讨论此类问题的计算方法。 回流比增加对精馏结果的影响 设某塔的精馏段有 (m −1) 块理论板，提馏段为 (N − m +1) 块板，在回流比 R 操作时获得塔顶组成 D x 与 釜液组成 w x （参见图 9-43a）。 现将回流比加大至 R ，精馏段液气比增加，操作线斜率变大；提馏段气液比加大，操作线斜率变小。 当操作达到稳定时馏出液组成 D x 必有所提高，釜液组成 w x 必将降低，如图（9-43b）所示。 定量计算方法是：先设定某一 w x 值，可按物料衡算式求出 F D F x x D xD (1 ) F − w − = 然后，自组成为 D x 起交替使用精馏段操作线方程 1 1 1 + + + + = R x x R R y D n n 及相平衡方程
福州大学化工原理电子教案液体精馏 进行m次逐板计算,算出第1至m板的气、液组成。直至算出离开加料板液体的组成 a-(a-1) x。跨过加料板以后,须改用提馏段操作线方程 F R+q D (R+1)-(1-q) (R+1)-(1-q) 及相平衡方程进行N-m次逐板计算,算出最后一块理论板的液体组成xy将此x值与所假设的x值 比较,两者基本接近则计算有效,够则重新试差。必须注意,在馏出液流率F规定的条件下,藉增加回 流比R一提高xD的方法并非总是有效 a.x的提高受精馏段塔板数即精馏塔分离能力的限制。对一 定板数,即使回流比增至无穷大(全回流)时,xD也有确定的最高 限值:在实际操作的回流比下不可能超过此极限值。 b.x的提高受全塔物料衡算的限制。加大回流比可提高x 但其极限值为xD=D对一定塔板数,即使采用全回流,xD也 只能某中程度趋近于此极限值,如x。=Fx/D的数值大于1则x 的极限值为1。 此外,加大操作回流比意味着加大蒸发量与冷凝量。这些数值还 将受到塔釜及冷凝器的传热面的限制。 w.w (2)进料组成变动的影响 个操作中的精馏塔,若进料组成xF下降至x,则在同一回流94进料组成下降对精馏结果的影响 比R及塔板数下塔顶馏出液组成x将下降为x,提馏段塔釜组成 也将由x降至x。进料组成变动后的精馏结果x、x可用前述试差方法确定。 图9-4表示进料组成变动后操作线位置的改变。此时欲要维持原馏出液组成x不变,一般可加大回流 或减少采出量F 值得注意,以上两种情况的操作型计算中,加料板位置不一定是最优的。图9-43b说明了这一问题。 9.62精馏塔的温度分布和灵敏板 (1)精馏塔的温度分布 溶液的泡点与总压及组成有 关。精馏塔内各块塔板上物料的组 塔顶 成及总压并不相同,因而塔顶至于 塔底形成某中温度分布。 在加压或常压精馏中,各板的总 压差别不大,形成全塔温度分布的 主要原因是各板组成不同。图9-45a 中 表示各板组成与温度的对应关系, 于是可求出各板的温度并将它标绘 在图9-45b中,即得全塔温度分布曲 线。 12 减压精馏中,蒸汽每经过一块塔 板有一定压降,如果塔板数较多, 塔顶与塔底压强的差别与塔顶绝对 压强相比,其数值相当可观,总压 图9-45精馏塔的温度分布
福州大学化工原理电子教案 液体精馏 - 2 - n n n y y x − ( −1) = 进行 m 次逐板计算，算出第 1 至 m 板的气、液组成。直至算出离开加料板液体的组成 m x 。跨过加料板以后，须改用提馏段操作线方程 1 w ( 1) (1 ) 1 ( 1) (1 ) x D F R q D F x D F R q D F R q yn n + − − − − + − − + + = 及相平衡方程进行 N − m 次逐板计算，算出最后一块理论板的液体组成 N x 。将此 N x 值与所假设的 w x 值 比较，两者基本接近则计算有效，够则重新试差。必须注意，在馏出液流率 F D 规定的条件下，藉增加回 流比 R 一提高 D x 的方法并非总是有效： a． D x 的提高受精馏段塔板数即精馏塔分离能力的限制。对一 定板数，即使回流比增至无穷大（全回流）时， D x 也有确定的最高 极限值；在实际操作的回流比下不可能超过此极限值。 b． D x 的提高受全塔物料衡算的限制。加大回流比可提高 D x ， 但其极限值为 D Fx xD = F 。对一定塔板数，即使采用全回流， D x 也 只能某中程度趋近于此极限值。如 D Fx xD = F 的数值大于 1，则 D x 的极限值为 1。 此外，加大操作回流比意味着加大蒸发量与冷凝量。这些数值还 将受到塔釜及冷凝器的传热面的限制。 （2）进料组成变动的影响 一个操作中的精馏塔，若进料组成 F x 下降至 F x ，则在同一回流 比 R 及塔板数下塔顶馏出液组成 D x 将下降为 D x ，提馏段塔釜组成 也将由 w x 降至 w x 。进料组成变动后的精馏结果 D x 、 w x 可用前述试差方法确定。 图 9-44 表示进料组成变动后操作线位置的改变。此时欲要维持原馏出液组成 D x 不变，一般可加大回流 或减少采出量 F D 。 值得注意，以上两种情况的操作型计算中，加料板位置不一定是最优的。图 9-43b 说明了这一问题。 9.6.2 精馏塔的温度分布和灵敏板 （1）精馏塔的温度分布 溶液的泡点与总压及组成有 关。精馏塔内各块塔板上物料的组 成及总压并不相同，因而 塔顶至于 塔底形成某中温度分布。 在加压或常压精馏中，各板的总 压差别不大，形成全塔温度分布的 主要原因是各板组成不同。图 9-45a 表示各板组成与温度的对应关系， 于是可求出各板的温度并将它标绘 在图 9-45b 中，即得全塔温度分布曲 线。 减压精馏中，蒸汽每经过一块塔 板有一定压降，如果塔板数较多， 塔顶与塔底压强的差别与塔顶绝对 压强相比，其数值相当可观，总压
福州大学化工原理电子教案液体精馏 降可能是塔顶压强的几倍。因此,各板组成与总压的差别是影响全塔温度分布的重要原因,且后一因素的 影响往往更为显著 (2)灵敏板 个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰(如回流比、进料组成发生波动等),全塔各板的组 成发生变动,全塔的温度分布也将发生相应的变化。因此,有可能用测量温度的方法预示塔内组成尤其是 塔顶馏出液的变化。 在一定总压下,塔顶温度是馏出液组成的直 接反映。但在高纯度分离时,在塔顶(或塔底) 相当高的一个塔段中温度变化极小,典型的温度 塔顶 分布曲线如图9-46所示。这样,当塔顶温度有了 可觉察的变化,馏出液组成的波动早己超出允许 的范围。以乙苯苯乙烯在8kPa下减压精馏为 例,当塔顶馏出液中含乙苯由99.9%降至90%时, 泡点变化仅为07℃。可见高纯度分离时一般不能 用测量塔顶温度的方法来控制馏出液的质量 仔细分析操作条件变动前后温度分别的变 化,即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上, 温度变化量最为显著。或者说,这些塔板的温度 塔底 对外界干扰因素的反映最灵敏,故将这些塔板称 之为灵敏板。将感温元件安置在灵敏板上可以较 温度t 早觉察精馏操作所受到的干扰:而且灵敏板比较 靠近进料口,可在塔顶馏出液组成尚未产生变化图946高纯度分离时全塔的温度分布 之前先感受到进料参数的变动并即使采取调节手 段,以稳定馏出液的组成
福州大学化工原理电子教案 液体精馏 - 3 - 降可能是塔顶压强的几倍。因此，各板组成与总压的差别是影响全塔温度分布的重要原因，且后一因素的 影响往往更为显著。 （2）灵敏板 一个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰（如回流比、进料组成发生波动等），全塔各板的组 成发生变动，全塔的温度分布也将发生相应的变化。因此，有可能用测量温度的方法预示塔内组成尤其是 塔顶馏 出液的变化。 在一定总压下，塔顶温度是馏出液组成的直 接反映。但在高纯度分离时，在塔顶（或塔底） 相当高的一个塔段中温度变化极小，典型的温度 分布曲线如图 9-46 所示。这样，当塔顶温度有了 可觉察的变化，馏出液组成的波动早已超出允许 的范围。以乙苯-苯乙烯在 8 kPa 下减压精馏为 例，当塔顶馏出液中含乙苯由 99.9%降至 90%时， 泡点变化仅为 0.7℃。可见高纯度分离时一般不能 用测量塔顶温度的方法来控制馏出液的质量。 仔细分析操作条件变动前后温度分别的变 化，即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上， 温度变化量最为显著。或者说，这些塔板的温度 对外界干扰因素的反映最灵敏，故将这些塔板称 之为灵敏板。将感温元件安置在灵敏板上可以较 早觉察精馏操作所受到的干扰；而且灵敏板比较 靠近进料口，可在塔顶馏出液组成尚未产生 变化 之前先感受到进料参数的变动并即使采取调节手 段，以稳定馏出液的组成