进料热状况及q线方程

化工原理课程论文

题 目： 进料热状况及进料方程

院 （系）： 资源与环境工程学院 化学工程与工艺 班 级： 化工09-2 姓 名： 武欣 学 号： 22 指导教师： 熊楚安 教师职称： 教授

进料热状况参数及进料方程

武欣

黑龙江科技学院资源与环境工程学院, 哈尔滨, 150000

摘要：通过改变进料的状态，分析进料热状况对精馏的影响。并对五种进料热状态进行逐一定性分析，从物料衡算和热量衡算理论推导出q线方程。

关键词： 热状况 进料方程 理论板数

the parameter of Feed condition and feed equation Wuxin Natural Resources and Environmental Engineering Faculty.HeiLongJiang Institute of Science and Technology, Haerbin 150000 ,china;

Abstract: The paper discusses the influence of Feed condition during rectification. Qualitative analysis these five kinds of Feed condition. Exploiting material balance and heat conservation deduce feed equation. Keywords:condition of material feed equation tne number of theoretical plate

引言：

在精馏过程中，影响精馏效果及精馏质量的因素，除了与精馏塔的结构有关外，还与进料的状态有密切关系。精料热状况的不同，使精馏塔内精馏段和提馏段的上升蒸汽和下降液体的流量大不相同。与此同时，由于进料所携带的热量，决定了精馏塔辅助设备中的，塔底再沸器及塔顶的冷却器的耗热量不同。这样，在工厂设计中就要考虑设备的尺寸及工作状态。并且，由于精馏段操作线方程与提馏段操作线方程的交点为q线方程，所以精料状态的不同是精料方程发生改变。例如，当液体泡点进料时，q的值取1，相应的q线为垂直于x轴。而当饱和蒸汽进料时，q值取0，此时q线方程为垂直于y轴的直线。由于q值得不同，精馏塔所需的理论板数不同，这样在实际生产中就要考虑实际板数与进料热状况的关系。

一、进料热状况参数

在精馏塔内，由于原料的热状况不同，从而使进料板上升的蒸汽量和下降的液体量发生变化。为了分析进料的流量及热状况对精馏操作的影响，对进料板作为料衡算和热量衡算。

总物料衡算：

F?L?V??L??V （1）

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V，HV L，hL F，hF V’，HV 总热量衡算：

L’，hL

FhF?LhL?V?HV?L?hL?VHV （2）

式中HV——蒸汽的摩尔焓，kJ/kmol;

HL——液体的摩尔焓，kJ/kmol hF——原料的摩尔焓，kJ/kmol

由于塔内各板上的液体和蒸气均呈饱和状态，相邻两板的温度和气液组成变化不大，所以可近似认为

hF?1?hF?h?原料在饱和液体状态下的摩尔焓H?H?H?原料在饱和FF?1蒸汽状态下的摩尔焓

FhF?Lh?V?H?VH?L?h

整理后得 (V?V?)H?FhF?(L??L)h （3） 将式（1）代入（3）得

?F?(L??L)?H?FhF?(L??L)h

F(H?hF)?(L??L)(H?h)

H?hFH?h令 q?H?hFH?h?L??LF?L??LF

（4）

即 q?饱和蒸气的焓饱和蒸气的焓?原料焓?饱和液体的焓

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?每摩尔原料汽化为饱和蒸气所需要的热量原料的摩尔气化潜热

式中，q为进料热状况参数，进料热状况不同，q值亦不同。 由（1）得

L??L?qF （5）

代入（1）得

V??V?(1?q)F （6）

式（5）和（6）关联了精馏塔内的精馏段与提馏段上升蒸气量V、V’，下降液体量L、L’，原料液量F及进料热状况q之间的关系。

二、 进料热状况参数q的计算

V L 根据q（q?五种状况。

HV?hFHV?hL）值的大小，精馏塔的进料通常有

F

1q>1，过冷液体进料。因为hF

所以当他们预热至饱和状态时必然要吸收热量，这部分热量只有由提馏段上升的蒸汽来提供，从而使用部分蒸汽冷却下来。进料、提馏段蒸汽冷凝下来的液体以及精馏段下降的饱和液体一起进入提馏段，此时有

L??L?F,

V’ L’ V L 1图’ ○

V??V

F

2q=1，饱和液体进料。因为hF

所以没有预热过程产生。进料与精馏段下降的饱和液体一起

进入提馏段，而两段上升的蒸汽流量相等。

L??L?F，V??V

30

V’ L’ 2图 ○

其中液相所占的百分率a，气相所占的百分率为（1-a），则进料焓hF?ahL?(1?a)HV，即

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V L HV?hF?a(HV?hL)，所以q=a，此时的进料热状况参

数q正好等于进料中液相分率。进料所含的液体与精馏段下降的饱和液体一起进入提馏段，进料所含的气体则与提馏段上升的饱和蒸汽一起进入精馏段。

F

L?L??L?F，V??V

V L 4q=0，饱和蒸汽进○

料。因为hF=H加入的就是饱和蒸汽，所以没有冷却过程产生。进料与提馏段上升的饱和蒸汽一起进入精馏段。

V’ L’ F

3图 ○

V L hF?H??L，

V’ 4图’ ○

L’ V??V?F

5q<0，过热蒸汽进○

F

料。因为加入蒸汽的温度大于其露点，所以当他们变成饱

和状态时必然要放出热量，这些热量会使精馏段下降的饱和液体部分气化。进料、液体气化而来的气体以及提馏段

V’ L’ 上升的饱和蒸汽一起进入精馏段。

5图’ ○

广义上讲，进料热状况参数都可以看作是进料中饱和

液体的摩尔分率。饱和液体进料，q=1；饱和蒸汽进料，q=0；气液混合物进料，q=a，这三种情况下进料热状况参数很容易确定。而对冷液进料和过热蒸汽进料，q可采用以下方法进行计算。

过冷液体：

q?HV?hFHV?hL?HV?hL?hL?hFHV?hL?1?CPL(tb?tF)r

过热蒸汽：

q?HV?hFHV?hL?HV?HV?CPV(tF?td)HV?hL????CPV(tF?td)r

式中，CPL是进料在温度（tb+tF）/2下液体的比热容；CPV是进料在温度(tF+td)/2下的气体的

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