福州大学化工原理电子教案液体精馏 97间歇精馏 971间歇精馏过程的特点 当混合液的分离要求较高而料液品种或组成经常变化时,采用间歇精馏的操作方式比较灵活机动。从 精馏装置看,间歇精馏与连续精馏大致相同。作间歇精馏时,料液成批投λ精馏釜,逐步加热气化,待釜 液组成降至规定值后将其一次排出。由此不难理解,间歇精馏过程具有如下特点。 ①间歇精馏为非定态过程。在精馏过程中,釜液组成不断降低。若在操作时保持回流比不变,则馏 出液组成将随之下降 为使馏出液组成保持不变,则在精馏过程中应不断加大回流比。为达到预定 的要求,实际操作可以灵活多样。例如,在操作初期可逐步加大回流比以维持馏出液组成大致恒定:但回 流比过大,在经济上并不合理。故在操作后期可保持回流比不变,若所得的馏出液不符合要求,可将此部 分产物并入下一批原料再次精馏 此外,由于过程的非定态性,塔身积存的液体量(持液量)的多少将对精馏过程及产品的数量有影响。 为尽量减少持液量,间歇精馏往往采用填料塔。 ②间歇精馏时全塔均为精馏段,没有提馏段。因此,获得冋样的塔顶、塔底组成的产品,间歇精馏 的能耗必大于连续精馏 间歇精馏的设计计算方法,首先是选择基准状态(一般以操作的始态或终态)作设计计算,求出塔板 数。然后按给定的塔板数,用操作型计算的方法,求取精馏中途其他状态下的回流比或产品组成 为简化起见,在以下计算中均不计塔板上液体的持液量对过程的影响,即取持液量为零。 972保持馏出液组成恒定的间歇精馏 xD不变 R+1 图9-48馏出液组成不变时的间歇精馏 设计计算的命题为:已知投料量F及料液组成x,保持指定的馏出液组成xD不变,操作至规定的釜 液组成xw或回收率门,选择回流比的变化范围,求理论板数 1.确定理论板数 间歇精馏塔在操作过程中的塔板数为定植。x不变但xw不断下降,即分离要求逐渐提高。因此,所 设计的精馏塔应能满足过程的最大分离要求,设计应以操作终了时的釜液组成xw为计算基准。 间歇精馏的操作先线如图9-48所示。在操作终了时,将组成为xw的釜液提浓至x必有一最小回流 比,在此回流比下需要的理论板数为无穷多。由图948b可知,一般情况下此最小回流比R为 Jw-xw 为使塔板数保持在合理范围内,操作终了的回流比R应大于上式R-的某一倍数。此最终回流比的选择
福州大学化工原理电子教案 液体精馏 - 1 - 9.7 间歇精馏 9.7.1 间歇精馏过程的特点 当混合液的分离要求较高而料液品种或组成经常变化时，采用间歇精馏的操作方式比较灵活机动。从 精馏装置看，间歇精馏与连续精馏大致相同。作间歇精馏时，料液成批投入精馏釜，逐步加热气化，待釜 液组成降至规定值后将其一次排出。由此不难理解，间歇精馏过程具有如下特点。 ① 间歇精馏为非定态过程。在精馏过程中，釜液组成不断降低。若在操作时保持回流比不变，则馏 出液组成将随之下降；反之，为使馏出液组成保持不变，则在精馏过程中应不断加大回流比。为达到预定 的要求，实际操作可以灵活多样。例如，在操作初期可逐步加大回流比以维持馏出液组成大致恒定；但回 流比过大，在经济上并不合理。故在操作后期可保持回流比不变，若所得的馏出液不符合要求，可将此部 分产物并入下一批原料再次精馏。 此外，由于过程的非定态性，塔身积存的液体量（持液量）的多少将对精馏过程及产品的数量有影响。 为尽量减少持液量，间歇精馏往往采用填料塔。 ② 间歇精馏时全塔均为精馏段，没有提馏段。因此，获得同样的塔顶、塔底组成的产品，间歇精馏 的能耗必大于连续精馏。 间歇精馏的设计计算方法，首先是选择基准状态（一般以操作的始态或终态）作设计计算，求出塔板 数。然后按给定的塔板数，用操作型计算的方法，求取精馏中途其他状态下的回流比或产品组成。 为简化起见，在以下计算中均不计塔板上液体的持液量对过程的影响，即取持液量为零。 9.7.2 保持馏出液组成恒定的间歇精馏 设计计算的命题为：已知投料量 F 及料液组成 F x ，保持指定的馏出液组成 D x 不变，操作至规定的釜 液组成 xW 或回收率 ，选择回流比的变化范围，求理论板数。 1．确定理论板数 间歇精馏塔在操作过程中的塔板数为定植。 D x 不变但 xW 不断下降，即分离要求逐渐提高。因此，所 设计的精馏塔应能满足过程的最大分离要求，设计应以操作终了时的釜液组成 xW 为计算基准。 间歇精馏的操作先线如图 9-48 所示。在操作终了时，将组成为 xW 的釜液提浓至 D x 必有一最小回流 比，在此回流比下需要的理论板数为无穷多。由图 9-48b 可知，一般情况下此最小回流比 Rmin 为 W W D W min y x x y R − − = 为使塔板数保持在合理范围内，操作终了的回流比 R终 应大于上式 Rmin 的某一倍数。此最终回流比的选择
福州大学化工原理电子教案液体精馏 由经济因素决定 R选定后,即可从图948中a点开始,以为截距作出操作终了的操作线并求出理论板数 在操作初期可采用较小的回流比,此时的操作线如图948c中虚线所示 2.每批料液的操作时间 设:F—一每批料液的投料量,Kmol 馏出液量,Kmol,其值随精馏时间而变化 x—釜液的摩尔分数组成,其值在操作中由xF降为xw V—一蒸馏釜的气化能力,Kmo/s,在操作中可保持为某一常数 在d时间内的气化量为rdr,此气化量应等于塔顶的蒸汽量(R+ Vdr=(r+l)dD 任一瞬时之前已馏出的液体量D由物料衡算式确定,即 dd=F XF- D-dx 将此式代入式(9-93) VdT=(R+DF-F R+1 积分得 在操作过程中因塔板数不变,每一釜液组成必对应一回流比,可用数值积分从上式求出每批料液的精 馏时间 9.73回流比保持恒定的间歌精馏 x xD始 图949回流比不变的间歇精馏 因塔板数及回流比不变,在精馏过程中塔釜组成x与馏出液组成x必同时降低。因此只有使操作初期 的馏出液组成适当提高,馏出液的平均浓度才能符合产品的质量要求。 设计计算的命题为:已知料液量及组成x,最终的釜液组成xw,馏出液的平均组成xD。 选择适宜的回流比求理论板数
福州大学化工原理电子教案 液体精馏 - 2 - 由经济因素决定。 R终 选定后，即可从图 9-48c 中 a 点开始，以 终 1 D R + x 为截距作出操作终了的操作线并求出理论板数。 在操作初期可采用较小的回流比，此时的操作线如图 9-48c 中虚线所示。 2．每批料液的操作时间 设： F ——每批料液的投料量，Kmol； D——馏出液量，Kmol，其值随精馏时间而变化； x ——釜液的摩尔分数组成，其值在操作中由 F x 降为 xW ； V ——蒸馏釜的气化能力，Kmol/s，在操作中可保持为某一常数。 在 d 时间内的气化量为 V d ，此气化量应等于塔顶的蒸汽量 (R +1)dD Vd = (R +1)dD 任一瞬时之前已馏出的液体量 D 由物料衡算式确定，即 ( ) D F x x x x D F − − = x x x x x D F d ( ) d 2 D F D − − = 将此式代入式（9-93） x x x x x V R F d ( ) d ( 1) 2 D F D − − = + 积分得 x x x R x x V F x x d ( ) 1 ( ) F W 2 D D F − + = − 在操作过程中因塔板数不变，每一釜液组成必对应一回流比，可用数值积分从上式求出每批料液的精 馏时间。 9.7.3 回流比保持恒定的间歇精馏 因塔板数及回流比不变，在精馏过程中塔釜组成 x 与馏出液组成 D x 必同时降低。因此只有使操作初期 的馏出液组成适当提高，馏出液的平均浓度才能符合产品的质量要求。 设计计算的命题为：已知料液量及组成 F x ，最终的釜液组成 xW ，馏出液的平均组成 xD 。 选择适宜的回流比求理论板数
福州大学化工原理电子教案液体精馏 计算可以操作初态为基准,假设一最初的馏出液组成xn,根据设定的x与釜液组成x1求出所需 的最小回流比(参见图9-49a),然后,选择适宜的回流比R,计算理论板数N xnm的验算 设定的x始是否合适,应以全精馏过程所得的馏出液平均组成xD满足分离要求为准。与简单蒸馏相 同,对某一瞬间dτ作物料衡算,蒸馏釜中易挥发组分的减少量应等于塔顶蒸汽所含的易挥发组分量,这 衡算结果与式(9-32)相同。此时,式中的气相组成y即为瞬时的馏出液组成x,故有 F In W 式中W一一瞬时的釜液量,操作时由投料量F降为残液量W x-—瞬时的釜液组成,由x降为x 从图9-49b可知,因板数及回流比R为定植,任一精馏瞬间的釜液组成x必与一馏出液组成xD相对应, 于是可通过数值积分由上式算出残液量W。馏出液平均组成xD由全过程物料衡算决定,即 当此xD等于或稍大于规定值,则上述计算有效 处理一批料液塔釜的总蒸发量为 G=(R+1)D 由此可计算出加热蒸汽的消耗量
福州大学化工原理电子教案 液体精馏 - 3 - 计算可以操作初态为基准，假设一最初的馏出液组成 xD始 ，根据设定的 xD始 与釜液组成 xW 求出所需 的最小回流比（参见图 9-49a），然后，选择适宜的回流比 R ，计算理论板数 N 。 xD始 的验算 设定的 xD始 是否合适，应以全精馏过程所得的馏出液平均组成 xD 满足分离要求为准。与简单蒸馏相 同，对某一瞬间 d 作物料衡算，蒸馏釜中易挥发组分的减少量应等于塔顶蒸汽所含的易挥发组分量，这 一衡算结果与式（9-32）相同。此时，式中的气相组成 y 即为瞬时的馏出液组成 D x ，故有 − = F W D d ln x x x x x W F 式中 W ——瞬时的釜液量，操作时由投料量 F 降为残液量 W ； x ——瞬时的釜液组成，由 F x 降为 xW 。 从图 9-49b 可知，因板数及回流比 R 为定植，任一精馏瞬间的釜液组成 x 必与一馏出液组成 D x 相对应， 于是可通过数值积分由上式算出残液量 W 。馏出液平均组成 xD 由全过程物料衡算决定，即 D Fx Wx x F W D − = 当此 xD 等于或稍大于规定值，则上述计算有效。 处理一批料液塔釜的总蒸发量为 G = (R +1)D 由此可计算出加热蒸汽的消耗量