精馏试验原理和基本理论VIP免费

精馏实验原理和基本理论一、基本原理精馏分离是根据溶液中各组分挥发度（或沸点）的差异，使各组分得以分离。其中较易挥发的称为易挥发组分（或轻组分），较难挥发的称为难挥发组分（或重组分）。它通过汽、液两相的直接接触，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发组分由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传递过程。对于二元物系，在已知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成，进料热状况，操作回流比及塔顶馏出液组成，塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数NT。按照式（5-1）可以得到总板效率ET，其中NP为实际塔板数。%100PTTNNE（1)精馏塔包括精馏段和提馏段。精馏段操作方程为：111DnnxRyxRR(2)提馏段操作方程为：1nnwLqFWyxxLqFWLqFW其中，R为操作回流比，F为进料摩尔流率，W为釜液摩尔流率，L为提馏段下降液体的摩尔流率，q为进料的热状态参数，部分回流时，进料热状况参数的计算式为：mmFBPpmrrttCq)((3)式中：tF—进料温度，℃。tBP—进料的泡点温度，℃。Cpm—进料液体在平均温度（tF+tP）/2下的比热，kJ/（kmol．℃）。rm—进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热，kJ/kmol。Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2，kJ/（kmol．℃）rm=r1M1x1+r2M2x2，kJ/kmol(4)式中：Cp1，Cp2——分别为纯组份1和组份2在平均温度下的比热，kJ/（kg．℃）。r1，r2——分别为纯组份1和组份2在泡点温度下的汽化潜热，kJ/kg。M1，M2——分别为纯组份1和组份2的摩尔质量，kg/kmol。x1，x2——分别为纯组份1和组份2在进料中的摩尔分率。二、全回流和最小理论板层数1.全回流的概念若上升至塔顶的蒸汽经全凝器冷凝后，冷凝液全部回流到塔内，该回流方式称为全回流，全回流时的回流比为（5）在全回流下，精馏段操作线的斜率和截距分别为（6）（7）此时，在x–y图上，精馏段操作线及提馏段操作线与对角线重合，全塔无精馏段和提馏段之区分，两段的操作线合二为一，即(8)应予指出，在全回流操作下，塔顶产品D为零，一般和也均为零，即不向塔内进料，也不从塔内取出产品，装置的生产能力为零，因此对正常生产并无实际意义。但在精馏的开工阶段或实验研究时，采用全回流操作可缩短稳定时间并便于过程控制。2.最小理论板层数回流比愈大，完成一定的分离任务所需的理论板层数愈少。当回流比为无限大，两操作线与对角线重合，此时，操作线距平衡线最远，汽液两相间的传质推动力最大，因此所需的理论板层数最少，以Nmin表示。Nmin可在x–y图上的平衡线与对角线之间直接作阶梯图解，也可用从逐板计算法推得的芬斯克(Fenske)方程式计算得到。芬斯克方程式推导过程如下。由汽液平衡方程，可得（9）操作线方程用式（10）表示，即（10）对于全回流操作，以Nmin代替上式中的N，并对等式两边取对数，经整理得到(11)对两组分物系，上式可略去下标A、B而写为(12)式中——全回流时的最小理论板层数（不含再沸器）；——全塔平均相对挥发度，当变化不大时，可取塔顶的和塔底的的几何平均值。式（11）及式（12）称为芬斯克方程式，用以计算全回流下的最少理论板层数。其适用条件是在全塔操作范围内，可取平均值，塔顶全凝器，塔釜间接蒸汽加热。若将式中的换为,取塔顶和进料板间的平均值，则该式便可用来计算精馏段的最少理论板层数。4.最小回流比的概念对于一定的分离任务，如减小操作回流比，精馏段操作线的斜率变小，截距变大，两操作线向平衡线靠近，表示汽液两相间的传质推动力减小，所需理论板层数增多。当回流比减小到某一数值时，两操作线的交点d落到平衡线上，如图片1-26所示。此时，若在平衡线与操作线之间绘阶梯，将需要无穷多阶梯才能到达点d，相应的回流比即为最小回流比，以Rmin表示。在点d前后（通常为进料板上下区域），各板之间的汽液两相组成基本上不发生变化，即没有增浓作用，故点d称为夹紧点，这个区域称为夹紧区（恒浓区）。最小回流比是回流的下限。当回流比较Rmin还要低时，操作线和q线的交点就落在平衡线之外，精馏操作无法完成指定的分离程度。最小回流比有作图法和解析法两种不同的求法，现分别予以叙述。(1)作图法根据平衡曲线形状不同，作图方法有所不同。若平衡曲线为正常曲线（如图1中的平衡曲...