易揮發組分衡算L′xm=V′ym+1+WxW(6-10)
式中L′——提餾段下降液體的摩爾流量,kmol/h;
V′——提餾段上升蒸氣的摩爾流量,kmol/h;
xm——提餾段第m塊板下降液相中易揮發組分的摩爾分數;
ym+1——提餾段第m+1塊板上升蒸氣中易揮發組分的摩爾分數。
練習
提餾段操作線經過對角線上的__________點。
二、進料熱狀況對精餾過程的影響
1.五種進料熱狀況
在實際生產中進入精餾塔內的原料可能有不同的狀況,例如混合物是液相、氣液混合物或氣相,而且溫度也可能不同。由於原料的進料熱狀況不同,導致精餾塔內兩段上升蒸氣和下降液體量均會發生變化。為了便於表達進料量和進料熱狀況之間的關係,引入進料熱狀況參數q,q值的大小表明了原料液中所含飽和液體的比例,例如原料為飽和液體時,q=1;原料為飽和蒸氣時,q=0。
2.進料方程
式(6-12)稱為進料方程,也稱為q線方程。該方程為直線方程,並過點e(xF,xF),斜率為qq-1,截距為-xFq-1,在y-x圖上必與兩操作線相交於一點。
進料熱狀況不同,q值便不同,q線的位置也不同,故q線和精餾段操作線的交點隨之而變,從而提餾段操作線的位置也相應變動。當進料組成、回流比和分離要求一定時,五種不同進料熱狀況對q線及操作線的影響。
進料熱狀況對操作線的影響【例6-2】用精餾塔分離丙酮-正丁醇混合液。原料液含丙酮35%,餾出液含丙酮96%(均為摩爾分數),加料量為14.6kmol/h,餾出液量為5.14kmol/h,飽和液體進料,回流比為2。求精餾段、提餾段操作線方程。
三、塔板數的確定
在精餾塔設計中,為了計算塔的高度,必須先求實現分離任務所需的實際塔板數,而實際塔板數是由理論塔板數計算而來的。所謂理論塔板,是指離開該板的氣液兩相達到平衡狀態的塔板。理論塔板數的求取是連續精餾過程設計的基礎,在設計中先求得理論板數,然後用塔板效率加以校正,即可求得實際板數。
對雙組分連續精餾塔,理論塔板數的求算方法常采用逐板計算法和圖解法。
1.逐板計算法
如此交替地使用相平衡方程和精餾段操作線方程進行逐板計算,直至計算到xn≤xF,則第n塊理論板是進料板(屬於提餾段),精餾段所需理論塔板數為(n-1)。
此後,交替使用相平衡方程和提餾段操作線方程進行逐板計算,直至計算到xm≤xW為止。因為提餾段塔底的再沸器相當於一塊塔板,故提餾段所需塔板數為(m-1)。
練習
在一個常壓連續精餾塔中分離苯-甲苯混合液。已知每小時處理料液20kmol,料液中含苯0.40(摩爾分效,下同),餾出液中含苯0.95,殘液中含苯小於0.05。物係的相對揮發度為2.47,回流比為5,泡點進料。塔頂采用全凝器,泡點回流,塔釜采用間接蒸氣加熱。求所需的理論塔板數。
(1)求苯-甲苯的氣液相平衡方程相對揮發度α=__________,相平衡方程為__________。
(2)由物料衡算求出各股物料流量D=__________kmol/h,W=__________kmol/h,L′=__________kmol/h。
(3)求操作線方程精餾段操作線方程為__________;提餾段操作線方程為__________。
(4)計算每塊塔板的氣液相組成
(5)則所需塔板數為__________塊,其中精餾段__________塊板,提餾段__________塊板,第__________塊為進料板。
2.圖解法
逐板計算法計算理論塔板數比較準確,但比較費時,圖解法克服了逐板計算法的缺點,簡單易行。圖解法求理論板數的依據與逐板計算法相同,隻是用氣液相平衡線和操作線分別代替氣液相平衡方程和操作線方程。圖解法求理論板數的步驟。