精馏操作原理及技术

但两段的上升蒸汽摩尔流量却不一定相等。

（2）恒摩尔液流

精馏操作时，在塔的精馏段内，每层板下降的液体摩尔流量都是相等，在提馏段内也是如此：

精馏段 L1=L2=L3=…＝L=常数 提馏段 L1=L2=L3=…＝L'=常数 但两段的下降液体摩尔流量不一定相等。

（二）操作线方程

在连续精馏塔中，因原料液不断从塔的中部加入，致使精馏段和提馏段具有不同的操作关系，应分别予以讨论。

1．精馏段操作线方程

对图3-17中虚线范围(包括精馏段的第n十1层板以上塔段及冷凝器)作物料衡算，以单位时间为基准，即

总物料衡算： V=L+D

易挥发组分衡算： Vyn+1=Lxn+DxD 式中 V——精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h；

L——精馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h；

yn+1——精馏段第n十1层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数； xn——精馏段第n层板下降液体中易挥发组分的摩尔分数。 整理：

'''yn?1?

LDxn?xD （3-7） L?DL?D令回流比R ＝L／D并代入上式，得精馏段操作线方程

yn?1?xRxn?D （3-8） R?1R?1

图3-17 精馏段操作线方程推导 图3-18 精馏塔的操作线

精馏段操作线方程反映了一定操作条件下精馏段内的操作关系，即精馏段内自任意第n层板下降的液相组成xn与其相邻的下一层板（第n+1层板）上升汽相组成yn+1之间的关系。在稳定操作条件下，精馏段操作线方程为一直线。斜率为

xR，截距为D。由式（3-8）

R?1R?1可知，当xn＝xD时，yn+1＝xD，即该点位于y－x图的对角线上，如图3-18中的点a；又当xn＝0时，yn+1＝xD/(R+1)，即该点位于y轴上，如图中点b，则直线ab即为精馏段操作线。

2．提馏段操作线

按图3-19虚线范围(包括提馏段第m层板以下塔板及再沸器)作物料衡算，以单位时间为基础，即

总物料衡算： L’ = V’ + W

易挥发组分衡算： L’x’m = V’y’m+1+WxW 提馏段操作线方程：

'ym?1?L'W'xm?xW （3-9） L'?WL'?W式中 L’——提馏段下降液体的摩尔流量， kmol/h；

V’——提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h； x’m——提馏段第m层板下降液相中易挥发组分的摩尔分数；

图3-19 提馏段操作线方程推导

y’m+1——提馏段第m+1层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数。

提馏段操作线方程反映了一定操作条件下，提馏段内的操作关系。在稳定操作条件下，提馏段操作线方程为一直线。斜率为时，y

'm?1L'W'，截距为。由式（3-9）可知，当xm＝xw

L'?WL'?W'?xW，即该点位于y－x图的对角线上，如图中的点c；当xm?0时，

''ym?1??WxW/(L?W)，该点位于y轴上，如图中点g，则直线cg即为提馏段操作线。由图

3-18可见，精馏段操作线和提馏段操作线相交于点d。

应予指出，提馏段内液体摩尔流量L'不仅与精馏段液体摩尔流量L的大小有关，而且它还受进料量及进料热状况的影响。

（三）进料状况的影响 1．精馏塔的进料热状况

在生产中，加入精馏塔中的原料可能有以下五种热状态： （1）冷液体进料 t＞t泡。 （2）饱和液体进料 t＝t泡 （3）气液混合物进料 t泡＜t＜t露 （4）饱和蒸汽进料 t＝t露 （5）过热蒸汽进料 t＞t露 2．进料热状况对进料板物流的影响

精馏塔内，由于原料的热状态不同，从而使精馏段和提馏段的液体流量L与L间的关系以及上升蒸汽量V与V均发生变化。进料热状况对两段汽液流量变化的影响如图3-20所示。

3．进料热状态参数q

对加料板进行物料衡算及热量衡算可得 物料衡算： F+V’+L=V+L’

热量衡算： FIF+ VIV +LIL= VIV +L’IL’ 式中 IF——原料液焓，KJ/Kmol；

IV、IV’——加料板上、下的饱和蒸汽焓，KJ/Kmol； IL、IL’ ——加料板上、下的饱和液体焓，KJ/Kmol。 由于加料板上下板温度及气液相组成都很相近，所以近似取

''IV＝IV’， IL＝IL’

整理得

IV?IFL'?L （3-10） ?IV?ILF 令： q?IV?IF1Kmol进料变为饱和蒸汽所需的热量?

IV?IL原料的千摩尔汽化潜热

图3-20 进料热状况对进料板上、下各流股的影响

（a）冷液进料；（b）饱和液体进料；（c）汽液混合物进料；（d）饱和蒸汽进料；（e）过热蒸汽进料

q称为进料热状况参数。q值的意义为：每进料1kmol/h时，提馏段中的液体流量较精馏段中增大的kmol/h值。对于泡点、露点、混合进料，q值相当于进料中饱和液相所占的分率。

根据q的定义，不同进料时的q值如下： （1）冷液 q ＞ 1 （2）饱和液体 q ＝ 1 （3）汽液混合物 0 ＜ q ＜ 1 （4）饱和汽体 q ＝ 0 （5）过热汽体 q ＜ 0

对于各种进料状态，由式（3-10）可知

L'?L?qF (3-11) V?V'?(1?q)F (3-12)

则提馏段操作线方程可改写为