模塊5-液體精餾操作-教案

模塊五液體精餾操作項目1認(rèn)識精餾裝置【教材版本】李祥新、朱建民主編《化工單元操作》，高等教育出版社2009年3月出版?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1．通過觀察精餾實訓(xùn)裝置，掌握精餾塔的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。2．熟悉精餾塔各部件的結(jié)構(gòu)和作用。3．掌握精餾操作基本知識?！窘虒W(xué)重點、難點】重點：精餾塔結(jié)構(gòu)及工作原理難點：精餾原理【教學(xué)方法】采用項目教學(xué)法，以行動導(dǎo)向來進行學(xué)習(xí)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，注重培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作、觀察分析、團結(jié)合作的能力。根據(jù)本項目特點，采用“導(dǎo)入——演示——實訓(xùn)——評價——講授——討論”的教學(xué)過程，先讓學(xué)生在完成具體項目的過程中熟悉相應(yīng)單元操作，然后通過相關(guān)知識的學(xué)習(xí)達到教學(xué)目標(biāo)。【學(xué)時安排】8學(xué)時【教學(xué)建議】先通過例子導(dǎo)入本項目的工作任務(wù)，根據(jù)要求布置實訓(xùn)任務(wù)，演示實訓(xùn)操作方法，指導(dǎo)學(xué)生按步驟完成實訓(xùn)項目。然后，在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)液體精餾的相關(guān)知識?！窘虒W(xué)過程】一、導(dǎo)入化工生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對均相液體混合物進行分離，以達到提純和回收有用組分的目的，精餾就是實現(xiàn)這一分離最常用的單元操作。二、教師講授及演示實訓(xùn)步驟1．布置實訓(xùn)任務(wù)：認(rèn)識精餾實訓(xùn)裝置及流程。2．引導(dǎo)學(xué)生先大致了解精餾裝置，簡述其用途，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。圖5-1精餾實訓(xùn)裝置三、學(xué)生實訓(xùn)指導(dǎo)學(xué)生按工藝卡片進行實訓(xùn)。觀察精餾塔主體——觀察全凝器——觀察塔釜或再沸器——觀察產(chǎn)品罐、原料罐——觀察儀表及調(diào)節(jié)系統(tǒng)四、檢查評價學(xué)生自查實訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。五、相關(guān)知識在學(xué)生預(yù)習(xí)及實訓(xùn)操作的基礎(chǔ)上，由教師講授與學(xué)生討論相結(jié)合，完成以下內(nèi)容的學(xué)習(xí)。一、精餾塔學(xué)生自學(xué)、討論內(nèi)容1．精餾塔的作用是什么？板式塔和填料塔的氣液接觸部件有何不同？2．根據(jù)下圖說明板式塔的結(jié)構(gòu)及塔內(nèi)物料流向。圖5-2板式塔的結(jié)構(gòu)3．比較各種類型塔板的結(jié)構(gòu)及特點。二、精餾的基礎(chǔ)知識教師講授內(nèi)容1．蒸餾的概念利用混合物中各組分揮發(fā)度的不同（即沸點的不同），將混合液加熱沸騰汽化，分別收集揮發(fā)出的氣相和殘留的液相，從而將液體混合物中各組分分離。蒸餾分離的依據(jù)：混合物中各組分的揮發(fā)性差異。分離的條件：必須造成氣液兩相系統(tǒng)。工業(yè)蒸餾的分類方法，同學(xué)生一同查閱表5-2。2．蒸餾原理（1）拉烏爾定律在一定溫度下，溶液上方的蒸氣中任一組分的分壓等于此純組分在該溫度下的飽和蒸氣壓乘以該組分在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。（2）雙組分溶液的氣、液相平衡相圖圖5-8一定總壓下苯-甲苯溶液的t-x-y圖兩條曲線：t-x線（飽和液體線或泡點線），t-y線（飽和蒸氣線或露點線）。三個區(qū)域：液相區(qū)或過冷區(qū)（飽和液體線以下），此時溶液處于尚未沸騰的狀態(tài)。氣相區(qū)或過熱蒸氣區(qū)（飽和蒸氣線以上），此時溶液全部汽化為蒸氣。氣-液共存區(qū)（兩條曲線之間），在該區(qū)氣液兩相共存。泡點：若將溫度為t1，組成為x1（圖中L點）的溶液加熱，達到t2（D點）時，溶液開始沸騰，產(chǎn)生第一個氣泡，此時的溫度稱為泡點，故液相線又稱為泡點線。露點：若將溫度為t5，組成為y1（圖中G點）的過熱蒸氣冷卻，至t4（F點）時蒸氣開始冷凝，產(chǎn)生第一個液滴，此時溫度稱為露點，故氣相線又稱為露點線。從t-x-y圖上可以看出：當(dāng)氣、液兩相共存時，yA＞xA，且只能將混合液部分汽化或部分冷凝，混合液才能得到分離。在蒸餾過程中，多采用一定外壓下的y-x圖。以x為橫坐標(biāo)，以y為縱坐標(biāo)。圖5-9苯-甲苯溶液的y-x圖圖中曲線表示液相組成和與之平衡的氣相組成間的關(guān)系，稱為平衡曲線。（3）相對揮發(fā)度揮發(fā)度：指混合液中某組分在氣相中的平衡分壓與該組分在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)的比值。表示物質(zhì)（組分）揮發(fā)的難易程度。對于兩組分（A和B）混合液，A、B組分的揮發(fā)度，為

相對揮發(fā)度：

對于理想溶液，因其服從拉烏爾定律，則：

理想溶液的相對揮發(fā)度等于同溫度下兩純組分的飽和蒸氣壓之比。若操作壓力不高，氣相遵循道爾頓分壓定律，則上式可表示為

或

式中yA，yB——組分A、B在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)。氣液平衡方程：對兩組分溶液，

，若已知平均相對揮發(fā)度，可用平衡方程求得平衡時氣液相組成的關(guān)系。值大小可用來判斷物系能否用普通蒸餾方法加以分離及分離的難易程度。若＞1，則y＞x，可用普通蒸餾方法進行分離。越大，分離越容易；若＜1，同上。若＝1，則y＝x，氣液相組成相等，用普通蒸餾方法不能分離該混合物。（4）簡單蒸餾簡單蒸餾操作時，將原料液放在密閉的蒸餾釜中加熱，使溶液沸騰部分汽化，產(chǎn)生的蒸氣通過管道引入冷凝器中冷凝成液體，由餾出液接受器貯存，殘液從釜底排出。餾出液中易揮發(fā)組分含量較高，而殘液中難揮發(fā)組分含量較高。下面通過圖5-10說明蒸餾的原理。圖5-10蒸餾原理圖當(dāng)將組成為xf的混合液加入蒸餾釜后，在溫度tb時進行部分汽化，產(chǎn)生組成為y1的氣相和組成為x1的液相，互成平衡，且y1＞xF＞x1。如果這時把蒸氣引入全凝器中進行冷凝，這樣就得到易揮發(fā)組分含量較高的餾出液，其組成為xD＝y(tǒng)1。而與之平衡的液相中所含易揮發(fā)組分相應(yīng)減少，x1＜xf，即殘液中難揮發(fā)組分含量提高。簡單蒸餾不可能得到高純度的餾出液，工業(yè)上只用在分離要求不高的場合。3．精餾的概念精餾是多次而且同時運用部分汽化和部分冷凝的方法，使混合液得到較完全分離，以分別獲得接近純組分的操作。4．精餾原理以苯-甲苯混合液為例，用圖5-11所示的t-x-y圖來分析精餾原理。圖5-11多次部分汽化和冷凝的t-x-y圖苯-甲苯溶液A點（t0，xf）——B點（t1），氣-液兩相[氣相組成為y1（y1＞xF），液相組成為x1（x1＜xf）]——E點新的氣-液平衡的兩相（～）[＞y1]——F點（氣-液相），＞＞y1＞xF。將氣相進行足夠多次的部分冷凝，最后得純苯。組成為x1的液相——C點，氣-液平衡（x2），（x2＜x1＜xf＝——D點（x3）（x3＜x2＜x1＜xf），將液相進行足夠多次的部分汽化，最后可得到純甲苯。為實現(xiàn)精餾操作，除需要有足夠塔板層數(shù)的精餾塔之外，還必須從塔底引入上升蒸氣（氣相回流）和從塔頂引入下降的液流（液相回流），以建立氣-液兩相體系。塔底上升蒸氣和塔頂液相回流是保證精餾操作過程連續(xù)穩(wěn)定進行的必要條件?！咀鳂I(yè)】復(fù)習(xí)題計算題項目2精餾基本操作【教材版本】李祥新、朱建民主編《化工單元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。【教學(xué)目標(biāo)】1．通過精餾的基本操作訓(xùn)練，學(xué)會按要求正確操作精餾塔。2．學(xué)會判斷系統(tǒng)達到穩(wěn)定的方法。3．掌握調(diào)節(jié)回流比的方法，熟悉回流比對精餾塔分離效率的影響?！窘虒W(xué)重點、難點】重點：精餾塔操作難點：精餾塔調(diào)節(jié)【教學(xué)方法】采用項目教學(xué)法，以行動導(dǎo)向來進行學(xué)習(xí)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，注重培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作、觀察分析、團結(jié)合作的能力。根據(jù)本項目特點，采用“導(dǎo)入——演示——實訓(xùn)——評價——講授——討論”的教學(xué)過程，先讓學(xué)生在完成具體項目的過程中熟悉相應(yīng)單元操作，然后通過相關(guān)知識的學(xué)習(xí)達到教學(xué)目標(biāo)?！緦W(xué)時安排】8學(xué)時【教學(xué)建議】先通過例子導(dǎo)入本項目的工作任務(wù)，根據(jù)要求布置實訓(xùn)任務(wù)，演示實訓(xùn)操作方法，指導(dǎo)學(xué)生按步驟完成實訓(xùn)項目。然后，在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)液體精餾的相關(guān)知識?！窘虒W(xué)過程】一、導(dǎo)入精餾操作最常用的是精餾塔。高大的精餾塔怎樣才能正常運行呢?二、教師講授及演示實訓(xùn)步驟1．布置實訓(xùn)任務(wù)：精餾基本操作。2．引導(dǎo)學(xué)生先大致了解精餾操作裝置，簡述其用途，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。三、學(xué)生實訓(xùn)指導(dǎo)學(xué)生按工藝卡片進行實訓(xùn)。檢查準(zhǔn)備——加料——升溫——進料——正常操作——臨時停車——停車四、檢查評價學(xué)生自查實訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。五、相關(guān)知識在學(xué)生預(yù)習(xí)及實訓(xùn)操作的基礎(chǔ)上，由教師講授與學(xué)生討論相結(jié)合，完成以下內(nèi)容的學(xué)習(xí)。一、精餾操作流程圖5-13連續(xù)精餾裝置連續(xù)精餾操作中，原料液連續(xù)送入精餾塔內(nèi)，同時從塔頂和塔底連續(xù)得到產(chǎn)品（餾出液、釜殘液）。精餾塔的塔板是供氣液兩相進行傳質(zhì)和傳熱的場所。每一塊塔板上氣液兩相進行雙向傳質(zhì)，只要有足夠的塔板數(shù)，就可以將混合液分離成兩個較純凈的組分。精餾塔以加料板為界分為兩段，加料板以上的塔段為精餾段，其作用是逐板增濃上升氣相中易揮發(fā)組分的濃度。包括加料板在內(nèi)的以下塔板為提餾段，其作用逐板提取下降的液相中易揮發(fā)組分。再沸器的作用是提供一定流量的上升蒸氣流。冷凝器的作用是提供塔頂液相產(chǎn)品并保證有適當(dāng)?shù)囊合嗷亓?。二、精餾塔的操作學(xué)生自學(xué)、討論內(nèi)容1．影響精餾操作的主要因素有哪些?操作中應(yīng)怎樣調(diào)節(jié)?2．霧沫夾帶、氣泡夾帶、氣體沿塔板的不均勻分布、液體沿塔板的不均勻流動等現(xiàn)象分別是由于什么原因造成的？操作中應(yīng)怎樣避免？3．板式塔的有哪些常見操作故障？應(yīng)怎樣處理？教師講解內(nèi)容4．塔板的負荷性能圖對一定的分離物系，當(dāng)選定塔板類型后，操作狀況和分離效果只與氣液負荷有關(guān)。要維持塔板正常操作和塔板效率穩(wěn)定，必須將塔內(nèi)的氣液負荷限制在一定的范圍內(nèi)，該范圍即為塔板的負荷性能。圖5-14塔板的負荷性能圖（1）漏液線

（線1，氣相負荷下限線）當(dāng)操作的氣相負荷低于此線時，將發(fā)生嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象，此時的漏液量大于液體流量的10%。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在該線以上。（2）液沫夾帶線（線2，氣相負荷上限線）如操作的氣液相負荷超過此線時，表明液沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，此時液沫夾帶量大于0.1kg（液）/kg（氣）。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在該線以下。（3）液相負荷下限線（線3）若操作的液相負荷低于此線時，表明液體流量過低，板上液流不能均勻分布，氣液接觸不良，易產(chǎn)生干吹、偏流等現(xiàn)象，導(dǎo)致塔板效率的下降。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在該線以右。（4）液相負荷上限線（線4）若操作的液相負荷高于此線時，表明液體流量過大，此時液體在降液管內(nèi)停留時間過短，進入降液管內(nèi)的氣泡來不及與液相分離而被帶入下層塔板，造成氣相返混，使塔板效率下降。塔板的適宜操作區(qū)應(yīng)在該線以左。（5）液泛線（線5）若操作的氣液負荷超過此線時，塔內(nèi)將發(fā)生液泛現(xiàn)象，使塔不能正常操作。塔板的適宜操作區(qū)在該線以下。五條線所包圍的區(qū)域稱為塔板的適宜操作區(qū)。操作時的氣相負荷V與液相負荷L在負荷性能圖上的坐標(biāo)點稱為操作點。在連續(xù)精餾塔中，回流比為定值，故操作的氣液比V/L也為定值。因此，每層塔板上的操作點沿通過原點、斜率為V/L的直線而變化，該直線稱為操作線。操作線與負荷性能圖上曲線的兩個交點分別表示塔的上下操作極限，兩極限的氣體流量之比稱為塔板的操作彈性?！咀鳂I(yè)】復(fù)習(xí)題項目3正庚烷-甲基環(huán)己烷混合液的精餾【教材版本】李祥新、朱建民主編《化工單元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。【教學(xué)目標(biāo)】1．通過對正庚烷-甲基環(huán)己烷混合液的精餾，熟練掌握精餾的操作及產(chǎn)品質(zhì)量控制方法。2．學(xué)會判斷和處理精餾塔操作過程中的常見故障。3．熟悉精餾過程的工藝計算及相關(guān)理論知識。【教學(xué)重點、難點】重點：精餾操作及產(chǎn)品質(zhì)量控制難點：精餾過程的工藝計算【教學(xué)方法】采用項目教學(xué)法，以行動導(dǎo)向來進行學(xué)習(xí)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，注重培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范操作、觀察分析、團結(jié)合作的能力。根據(jù)本項目特點，采用“導(dǎo)入——演示——實訓(xùn)——評價——講授——討論”的教學(xué)過程，先讓學(xué)生在完成具體項目的過程中熟悉相應(yīng)單元操作，然后通過相關(guān)知識的學(xué)習(xí)達到教學(xué)目標(biāo)?！緦W(xué)時安排】8學(xué)時【教學(xué)建議】先通過例子導(dǎo)入本項目的工作任務(wù)，根據(jù)要求布置實訓(xùn)任務(wù)，演示實訓(xùn)操作方法，指導(dǎo)學(xué)生按步驟完成實訓(xùn)項目。然后，在學(xué)生預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)液體精餾過程的相關(guān)知識?！窘虒W(xué)過程】一、導(dǎo)入怎樣才能更好的發(fā)揮精餾塔的效果？怎樣更好地控制精餾產(chǎn)品的質(zhì)量？二、教師講授及演示實訓(xùn)步驟1．布置實訓(xùn)任務(wù)：認(rèn)識氣體吸收裝置。2．引導(dǎo)學(xué)生先大致了解氣體吸收裝置，簡述其用途，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。三、學(xué)生實訓(xùn)指導(dǎo)學(xué)生按工藝卡片進行實訓(xùn)。檢查準(zhǔn)備——加料——升溫——全回流——進料——調(diào)節(jié)回流比——產(chǎn)品分析——停車四、檢查評價學(xué)生自查實訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。五、相關(guān)知識在學(xué)生預(yù)習(xí)及實訓(xùn)操作的基礎(chǔ)上，由教師講授與學(xué)生討論相結(jié)合，完成以下內(nèi)容的學(xué)習(xí)。一、精餾塔的物料衡算圖5-16精餾塔的物料衡算示意圖以單位時間為基準(zhǔn)，則總物料衡算：qn,F＝qn,D＋qn,W

（5-10）易揮發(fā)組分：qn,FxF＝qn,DxD＋qn,W

xW

（5-11）式中qn,F、qn,D、qn,W——分別表示原料、塔頂產(chǎn)品（餾出液）、塔底產(chǎn)品（釜殘液）流量，kmol/h或kg/h；

xF、xD、xW——分別表示原料液、塔頂產(chǎn)品、塔底產(chǎn)品中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)或質(zhì)量分?jǐn)?shù)?！纠?-1】在連續(xù)精餾塔中分離苯和甲苯混合液。已知原料液流量為12000kg/h，苯的組成為40%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同）。要求餾出液組成為97%，釜殘液組成為2%。試求餾出液和釜殘液的流量（kmol/h）；餾出液中易揮發(fā)組分的回收率和釜殘液中難揮發(fā)組分的回收率。解：苯的摩爾質(zhì)量為78kg/kmol，甲苯的摩爾質(zhì)量為92kg/kmol。原料液組成：餾出液組成：釜殘液組成：原料液的平均摩爾質(zhì)量

kg/kmol原料液摩爾流量：kmol/h由全塔物料衡算，可得：

qn,F＝qn,D＋qn,W

qn,FxF＝qn,DxD＋qn,W

xW

代入數(shù)據(jù)得qn,D＋qn,W=140

解得

kmol/h

kmol/h餾出液中易揮發(fā)組分回收率為：

釜殘液難揮發(fā)組分回收率為：

二、精餾的操作線方程精餾塔內(nèi)任意板下降液組成xn及由其下一層板上升的蒸氣組成yn＋1之間關(guān)系稱為操作關(guān)系。描述這種關(guān)系的方程稱為操作線方程。1．精餾段操作線方程圖5-17精餾段操作線方程的推導(dǎo)對圖5-17虛線范圍（包括精餾段第n＋1板和冷凝器在內(nèi)）作物料衡算，以單位時間為基準(zhǔn)?？偽锪虾馑悖?/p>

（5-16）易揮發(fā)組分的物料衡算：

（5-17）式中，——分別表示精餾段內(nèi)每塊塔板上升蒸氣的摩爾流量和下降液體的摩爾流量，kmol/h；

yn＋1——精餾段中任意第n＋1層板上升的蒸氣組成，摩爾分?jǐn)?shù)；

xn——精餾段中任意第n層板下降的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)。

（5-18）令回流比，并代入上式，得精餾段操作線方程

（5-19）精餾段操作線方程反映了一定操作條件下，精餾段內(nèi)自任意第n層塔板下降的液相組成xn與其相鄰的下一層塔板上升的蒸氣組成yn＋1之間的關(guān)系。該方程為直線方程，其斜率為，截距為，在y-x圖中為一條直線，如圖5-18中ab所示。由式（5-19）可知，當(dāng)xn＝xD時，yn＋1＝xD，即該點位于y-x圖的對角線上，如圖5-18中的a點；又當(dāng)xn＝0時，yn＋1＝xD/（R＋1），即該點位于y軸上，如圖中5-18中的b點，則直線ab即為精餾段操作線。圖5-18精餾塔的操作線2．提餾段操作線方程圖5-19提餾段操作線方程的推導(dǎo)對圖5-19虛線范圍（包括自提餾段第m板以下塔段和塔釜在內(nèi)）作物料衡算?？偽锪虾馑悖?/p>

（5-20）易揮發(fā)組分的物料衡算：

（5-21）式中，——分別表示提餾段內(nèi)每塊塔板上升蒸氣的摩爾流量和下降液體的摩爾流量，kmol/h；

——提餾段中任意第m層板下降的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；

——提餾段中任意第m＋1層板上升的蒸氣組成，摩爾分?jǐn)?shù)；整理得提餾段操作線方程

（5-22）提餾段操作線方程反映了在一定的操作條件下，提餾段內(nèi)自任意第m板下降的液相組成與其相鄰的下一層塔板上升的蒸氣組成之間的關(guān)系。該方程也為直線方程，其斜率為，截距為。如圖5-18中cg所示。由式（5-22）可知，當(dāng)＝xW時，＝xW，即該點位于y-x圖的對角線上，如圖5-18中的c點；又當(dāng)＝0時，＝，即該點位于y軸上，如圖5-18中的g點，則直線cg即為提餾段操作線。由圖5-18可見，精餾段操作線和提餾段操作線相交于d點。應(yīng)該指出，提餾段內(nèi)液體摩爾流量不僅與精餾段液體摩爾流量L的大小有關(guān)，而且還受進料量及進料熱狀況的影響?！纠?-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?jǐn)?shù)），加料量為14.6kmol/h，餾出液量為5.14kmol/h。進料狀態(tài)為沸點狀態(tài)，回流比為2。求精餾段、提餾段操作線方程。解：精餾段操作線方程全塔物料衡算

qn,F＝qn,D＋qn,W

qn,FxF＝qn,DxD＋qn,W

xW

解得qn,W＝9.46kmol/hxW＝0.019kmol/h提餾段操作線方程3．進料熱狀況的影響和進料線方程（1）進料五種熱狀況在實際生產(chǎn)中，引入精餾塔內(nèi)的原料可能有五種不同狀況，即①低于泡點的冷液體t＜t泡；②泡點下的飽和液體t＝t泡；③氣、液混合物t泡＜t＜t露；④飽和蒸氣t＝t露；⑤過熱蒸氣t＞t露。（2）進料熱狀況對上升蒸氣量和下降液體量的影響精餾塔內(nèi)，原料的進料熱狀況不同，直接影響精餾塔內(nèi)兩段上升蒸氣和下降液體量之間的關(guān)系，如圖5-20所示。圖5-20進料熱狀況對進料板上、下各流股的影響（a）冷液體進料；（b）飽和液體進料；（c）氣、液混合物進料；（d）飽和蒸氣進料；（e）過熱蒸氣進料（3）進料熱狀態(tài)參數(shù)q為了便于表達進料量和進料熱狀態(tài)之間的關(guān)系，引入進料熱狀態(tài)參數(shù)q。其物理意義是：若進料總量為F，則引入進料板的液體量為qF。所以，提餾段的回流量比精餾段增加了qF，同時進入精餾段的上升蒸氣量比提餾段增加了（1－q）F。對進料板作物料衡算得

（5-23）由式（5-23）得出精餾塔內(nèi)兩段的氣、液相流量與進料量及進料熱狀況參數(shù)之間的基本關(guān)系：

（5-24）

（5-25）根據(jù)q的定義，不同進料時的q值及精餾塔內(nèi)兩段的氣、液相流量關(guān)系如下：①冷液體進料（q＞1），，②飽和液體進料（q＝1），，③氣液混合物進料（q＝0～1），，④飽和蒸氣進料（q＝0），，⑤過熱蒸氣進料（q＜0），，（4）進料方程（q線方程）在兩操作線的交點處，氣、液相間的關(guān)系既符合精餾段操作線方程，又符合提餾段操作線方程，可將兩操作線方程式聯(lián)立，求得交點的軌跡（在交點處兩操作線方程中的變量相同，可略去方程式中變量的下標(biāo)）

（5-27）式（5-27）稱為進料線方程，也稱為q線方程。該方程式亦為直線方程，其斜率為，截距為。在y-x圖上為一條直線，并必與兩操作線相交于一點。q線作法：q線方程與對角線方程聯(lián)解得交點e（xF，xF），過點e作斜率為的直線ef，即為q線。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(yīng)變動。當(dāng)進料組成、回流比和分離要求一定時，五種不同進料狀況對q線及操作線的影響如圖5-21所示。圖5-21進料熱狀況對操作線的影響不同進料熱狀況對q線的影響情況列于下表5-5。表5-5進料熱狀況對q線的影響進料熱狀態(tài)q值q線的斜率q線在y-x圖上的位置冷液體飽和液體氣、液混合物飽和蒸氣過熱蒸氣＞1＝10～1＝0＜0＋∞－0＋ef1（）ef2（↑）ef3（）ef4（←）ef5（）三、理論塔板數(shù)與塔板效率精餾操作要達到工業(yè)上的分離要求，精餾塔需要有足夠?qū)訑?shù)的塔板。理論塔板是指離開該板的氣、液兩相達到平衡狀態(tài)，且兩相溫度相等的塔板。理論板是不存在的，它僅用作衡量實際塔板分離效率的一個標(biāo)準(zhǔn)。1．逐板計算法求理論塔板數(shù)假設(shè)：塔頂采用全凝器，回流液在泡點下回流入塔，再沸器用間接蒸氣加熱。圖5-22逐板計算法示意圖

（5-28）（5-29）交替使用平衡方程和精餾段操作線方程重復(fù)計算，直至計算到xn≤xF（僅指飽和液體進料情況）時，表示第n層理論板是進料板（屬于提餾段）。此后，可改用提餾段操作線方程和平衡方程，求提餾段理論板數(shù)，直至計算到xm≤xw為止。在計算過程中使用了n次相平衡方程即為求得的理論板數(shù)（包括再沸器在內(nèi)）。2．圖解法求理論塔板數(shù)圖5-23圖解法求理論板數(shù)（1）在y-x圖上作出平衡曲線和對角線。（2）作精餾段操作線、提餾段操作線和進料線。（3）畫直角梯級。從a點開始，在精餾段操作線與平衡線之間作直角梯級，當(dāng)梯級跨過兩操作線交點d點時，則改在提餾段操作線與平衡線之間作直角梯級，直至梯級的垂線達到或跨過c點為止。梯級跨過點d的階梯為進料板，即為適當(dāng)?shù)倪M料位置，最后一個階梯為再沸器，總理論板層為階梯數(shù)減1。在精餾塔設(shè)計計算時，進料位置確定不當(dāng)，將使理論板數(shù)量增多。在實際操作中，進料位置確定不當(dāng)，一般將使塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品不能同時達到分離要求。進料位置過高，使難揮發(fā)組分在餾出液中含量增高；反之，進料位置過低，使釜殘液中易揮發(fā)組分的含量增高。3．塔板效率塔板效率分單板效率和全塔效率兩種。（1）全塔效率全塔效率又稱總板效率（用ET表示），它簡單地反映了整個塔內(nèi)所有塔板的平均效率，其值小于1。（2）單板效率單板效率又稱為默弗里板效率（用EM表示），是指氣相或液相經(jīng)過一層實際塔板前后的組成變化與經(jīng)過一層理論塔板前后的組成變化的比值。單板效率可由實驗測定。4．實際塔板數(shù)先求理論板層數(shù)，再用塔板效率予以校正（5-32）四、回流比的選擇回流比是保證精餾過程能連續(xù)定態(tài)操作的基本條件，其大小直接影響精餾的操作費用和投資費用，也影響精餾塔的分離程度?；亓鞅扔袃蓚€極限值，上限為全回流，下限為最小回流比，適當(dāng)?shù)幕亓鞅冉橛趦蓸O限值之間。1．全回流和最少理論板數(shù)

精餾塔塔頂上升蒸氣經(jīng)全凝器冷凝后，冷凝液全部回流至塔內(nèi)，此種回流方式稱為全回流。在全回流操作下，既不向塔內(nèi)加料，也不從塔內(nèi)取走產(chǎn)品，即qn,F、qn,D、qn,W皆為零。全回流時回流比為全回流時塔內(nèi)氣、液兩相間的傳質(zhì)推動力最大，對完成同樣的分離任務(wù)，所需的理論板數(shù)為最少，以Nmin表示。2．最小回流比（1）最小回流比對于一定的分離任務(wù)，若逐漸減小回流比，精餾段操作線的截距則隨之不斷增大，兩操作線的位置向平衡線靠近。當(dāng)回流比減小到某一數(shù)值后，兩操作線的交點d落在平衡曲線上時，相應(yīng)的回流比稱為最小回流比，以Rmin表示。在最小回流比下，所需理論板數(shù)為無窮大。兩操作線和平衡線的交點d稱為挾點，而在點d前后各板之間（通常在進料板附近）區(qū)域氣、液兩相組成基本上沒有變化，即無增濃作用，故此區(qū)域稱恒濃區(qū)（又稱挾緊區(qū)）。（2）最小回流比的確定方法圖5-24最小回流比的確定此時精餾段操作線的斜率為：

（5-33）

（5-34）式中xq，yq為q與平衡線的交點坐標(biāo)，可在圖中讀得，也可由q線方程與平衡方程聯(lián)立確定。此外，當(dāng)進料熱狀況為飽和液體和飽和蒸氣時，可由進料組成和氣液平衡方程確定d