进料热状况对进料板物流的影响

( 一) 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) 饱和蒸气进料:t=t露。

(5) 过热蒸气进料:t ＞t露。

( 二) 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气量V 与V′均发生变化。进料热状况对两段气液流量变化的影响如图3 -30 所示。

( 三) 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:

式中:IF——原料液焓，J/mol;

IV、IV′——加料板上、下的饱和蒸气焓，J/mol;

IL、IL′——加料板上、下的饱和液体焓，J/mol。

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:

图3-30　进料热状况对进料板上、下各流股的影响

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百分数。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) 气液混合物:0 ＜q ＜1。

(4) 饱和气体:q=0。

(5) 过热气体:q ＜0。(www.xing528.com)

对于各种进料状态，由式(5 -10) 可知

则提馏段操作线方程可改写为:

【例3 -6】用某精馏塔分离丙酮—正丁醇混合液。料液含35%的丙酮，馏出液含96%的丙酮( 均为摩尔分数) ，加料量为14.6kmol/h，馏出液量为5.14kmol/h。进料为沸点状态。回流比为2。求精馏段、提馏段操作线方程。

解:精馏段操作线方程:

全塔物料衡算:F=D+W14．6 =5．14 +W

解得:W=9.46kmol/hxW =0.019

提馏段操作线方程:

( 四) 进料方程

1.进料方程及提馏段操作线的绘制 由图3 -28 可知，提馏段操作线截距很小，因此提馏段操作线cg 不易准确作出，而且这种作图方法不能直接反映出进料热状态的影响。因此通常的做法是先找出精馏段操作线与提馏段操作线的交点d，再连接cd 得到提馏段操作线。精、提馏段操作线的交点可联立精、提馏段操作线方程得到:

上式即为精馏段操作线与提馏段操作线交点的轨迹方程，称为进料方程，也称q 线方程。在进料热状况及进料组成确定的条件下，q 及xF 为定值，进料方程为一直线方程。将上式与对角线方程联立，则交点坐标为x=xF，y=xF，如图3 -31 中e 点，过e 点作斜率为q/( q -1) 的直线，ef 线，即为q 线。q 线与提馏段操作线交于d 点，d 点即是两操作线交点，连接c( xW，xW) 、d两点可得提馏段操作线cd。

2.进料状态对q 线及操作线的影响 q 线方程还可分析进料热状态对精馏塔设计及操作的影响。进料热状况不同，q 线位置不同，从而提馏段操作线的位置也相应变化。根据不同的q值，将五种不同进料热状况下的q 线斜率值及其方位标绘在图3 -32 并列于表3 -8 中。

表3-8　进料热状况对q 线的影响

图3-31　q 线与操作线

图3-32　进料热状况对操作线的影响