精馏实验原理和基本理论.

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。

ET?NT?100%NP （1)

精馏塔包括精馏段和提馏段。 精馏段操作方程为： yn?1?xRxn?D (2) R?1R?1提馏段操作方程为：

yn?1?L?qFWxn?xw

L?qF?WL?qF?W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：

q?式中：

Cpm(tBP?tF)?rmrm (3)

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N min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 几何平均值。

和塔底的 的