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介绍精馏塔板数无限多的计算问题

2018-05-09 12:56:57 点击数:

众所周知,精馏塔的分离才能跟着塔板数的添加而添加,即塔顶产品与塔釜产品的纯度会跟着塔板数的添加而添加,假定精馏塔板数到达无限多块,关于二元精馏而言,塔顶产品与塔釜产品的纯度会不会都到达100%呢?咱们说一般不会,由于精馏塔的分离才能不光与塔板数有关,还严厉的遭到相平衡规则、物料衡算规则的约束。相平衡规则、物料衡算规则是处理精馏塔板数无限多的核算问题的中心。

下面,咱们经过两个比如阐明处理精馏塔板数无限多的核算问题的关键地点。

例1.在常压接连提馏塔中分离含乙醇0.033(摩尔分数)的乙醇-水混合液。饱满液体进料,直接蒸汽加热。若要求塔顶产品中乙醇回收率为99%,试求:(1)在理论板层数为无限多时,核算1mo1进料所需蒸汽量;(2)若蒸汽量取为最小蒸汽量的2倍时,求所需理论板层数及两产品的组成。

假定塔内气、液相为恒摩尔活动。常压下气液平衡数据列于本题下表中。

x00.00800.02000.02960.0330

y00.07500.17500.25000.2700

剖析:要求解本问题,首先要比较透彻得了解提馏塔和直接水蒸气加热条件下的操作线方程的画法。咱们知道,提馏塔没有精馏段,进料参加塔顶的榜首块板,所以提馏塔的操作线方程只要一条,且该操作线的上端点就是q线与y=xD (塔顶产品组成)的交点。若选用直接水蒸气加热,该操作线的下端点就是(xw,0)点,xw为塔釜产品组成。

(1)经过上面的剖析可知,提馏塔操作线的上端点在q线上,且上端点的纵坐标就是塔顶产品组成xD。现塔板无量多,意味着xD会尽可能增大,即上端点会沿q线尽可能向上移动。但上端点会不会无限向上移动呢?如下图所示,上端点向上移动的极限点就是q线与平衡线的交点。上端点假如向上移动超越极限点的话,意味着塔内的精馏操作将被损坏。因而,当提馏塔塔板无限多时,塔顶产品组成xD的极限点的纵坐标。依据题意,饱满液体进料,q线的方程为x=xF,平衡线可经过上表的数据做出,则极限点的纵坐标就是0.27,即xD=0.27。

精馏塔,精馏塔规划,蒸馏塔

 

别的一方面,塔板无量多,也意味着塔釜组成xw将尽可能减小,即提馏塔操作线的下端点会尽可能沿着横轴向左移动,下端点会不会向左移动到横轴与平衡线的交点,即原点,以至于xw=0呢?不会的,依据物料衡算,假如发作这种状况,意味着进料的悉数乙醇都会从塔顶产品馏出,那么乙醇在塔顶的回收率就会到达100%,和题意中的乙醇在塔顶的回收率为99%对立。

由于塔顶产品乙醇的回收率为99%,即D*xD/F*xF=0.99,xF已知,xD现已求得,所以塔顶采出率D/F=0.121。假定塔底直接加热的蒸汽的摩尔流量为V0,依据恒摩尔流假定,蒸汽量V0等于塔内气体摩尔流量V,又由于塔顶是饱满液体进料,所以塔内气体摩尔流量V应当等于塔顶产品摩尔流量D,所以V0/F=0.121,即1mo1进料所需蒸汽量为0.121mol。

(2)当提馏塔的分离要求一守时(如要求塔顶产品中乙醇回收率为99%),塔板数为无量时所对应的蒸汽用量就是最小蒸汽用量。因而(1)所求的蒸汽用量就是最小蒸汽用量。

因而,V0/F=0.121*2=0.242

由于塔顶产品乙醇的回收率为99%,即D*xD/F*xF=0.99,依据恒摩尔流假定,D=V0,所以V0*xD/F*xF=0.99,所以能够核算出xD=0.135

再运用全塔物料衡算:F*xF=D*xD +W*xw→xF =D/F*xD +W/F*xw

再依据恒摩尔流假定,W=F,D=V0

得到xF =V0/F*xD+xw

能够得到xw=0.00033

如下图,自(xF, xD)点在平衡线与操作线之间做梯级,求得需要5块理论板(含再沸器)。

精馏塔,精馏塔规划,蒸馏塔

 

例2.某两组分混合液用精馏分离,其进料摩尔分数为0.5,泡点进料,系统的相对蒸发度为2,塔顶出料量是进料量的60%(摩尔比)。假如所选用的精馏塔的理论板数为无量多块,试核算:(1)R=0.8时,塔顶与塔底的组成各为多少?(2)R=1.5时,试绘出表明精馏段和提馏段操作线的示意图。

剖析:由于回流比已知,所以精馏段操作线的斜率就固定下来了。精馏塔板数为无量多,意味着塔顶产品组成将会尽可能提高,即精馏段操作线与对角线的交点会尽量沿着对角线向上移动。但这样的移动是有约束的,由于精馏段操作线与对角线的交点在向上移动的一起,精馏段操作线与q线的交点也会沿q线向上移动,精馏段操作线与q线的交点最多向上移动至q线与平衡线的交点,这个方位就是精馏段操作线向上移动的极限,再向上移动,精馏段操作线的一部分将在平衡线之上,以致于精馏操作无法进行。移动至q线与平衡线的交点的精馏段操作线与对角线相交,该交点坐标值就是精馏塔板数为无量多时的塔顶产品组成。依据物料衡算,可求塔底产品组成。

(1)依据上面的剖析,如下图所示,过q线与平衡线的交点(xf,yp)做精馏段操作线,斜率为0.4。该操作线与对角线交点的坐标为(0.8, 0.8),即塔板数为无量时,塔顶产品组成xD为0.8(上述过程也能够经过代数办法完结,由于二元系统的均匀相对蒸发度已知,则相平衡方程可知)。依据全塔物料衡算,F=D+W;F*xF =D*xD +W*xw,又知道塔顶产品采出率D/F=0.3,所以塔底产品组成xw=0.05。

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(2)当R=1.5时,只要核算出塔顶塔底组成,则精馏段和提馏段操作线能够做出。但本本问题的塔顶塔底组成是不是仍然能够依照(1)的过程来做呢?咱们依照(1)的过程,能够核算出来塔顶组成xD=0.9167,这一步好像没有问题,然后依据全塔物料衡算核算塔底组成xw=-0.1250,这一步就有问题了。出现问题的原因是咱们只是考虑了相平衡的约束,而没有考虑物料衡算的约束。假定进料速率100kmol/h,则其间包括50kmol/h的苯,假如塔顶组成xD=0.9167,依据塔顶采出率,则塔顶产品中苯的流率为0.9167*100*0.6=55kmol/h,现已超出了进猜中的苯流率。事实上,当精馏段操作线与对角线的交点向上移动至xD=0.9167之前,原猜中所有的苯就从塔顶出去了。因而,本问题的塔顶组成应当经过物料衡算求出,即原猜中所有的苯都从塔顶馏出时,此刻的塔顶组成就是咱们要求的。简单得出,xD=5/6=0.83,xw=0。求得塔顶塔底组成后,则精馏段和提馏段操作线很简单画出。

精馏塔,精馏塔规划,蒸馏塔

 

 

经过第(2)问也能够提示咱们,关于塔板数为无量多的精馏问题,能够先从相平衡约束的视点去考虑,然后再进行物料衡算的校核,假如物料衡算校核无对立,则完结核算。假如出现物料衡算上的对立,则从物料衡算视点进行核算。

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蒸发结晶器
结晶器的一种。构造和操作与一些蒸发器(悬筐式蒸发器、强制循环蒸发器)相同,溶剂在减压下加热蒸发,溶液达到过饱和而析出结晶。有时先在蒸发器中使溶液浓缩,然后将其倾注于另一结晶器中,以完成结晶过程。

废水蒸发器
废水蒸发器 针对化工有机废水高盐分高浓度等特点,基于蒸发浓缩结晶的原理.采用多效减压蒸发浓缩结晶有机废水,对浓缩液中的盐分进行分离后,通过集盐器进行回收,浓缩液进行干燥回收或焚烧处理,,蒸发后的冷凝水一般通过后续的生化处理进行处理,可以实现废水排放的标准。

多效蒸发器
多效降膜蒸发器由各效加热蒸发器、各效分离器、冷凝器、热压泵、杀菌器、保温管、真空系统、各效料液输送泵、冷凝排水泵、操作平台、电器仪表控制柜及阀门、管路等系统组成。

精馏塔
是进行精馏的一种塔式汽液接触装置,又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。

膜式蒸发器
膜式蒸发器本设备根据物料性能可以逆流、顺流、错流三种,设备运行基本全部在负压状态进行,安全性能良好。

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