第三节平衡蒸馏与简单蒸馏.doc
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第三节??平衡蒸馏与简单蒸馏
一.过程的数学描述
蒸馏过程的数学描述包括物料衡算式、热量衡算式及反映具体过程特征的方程,现分别叙述。
1.? 物料衡算
设原料液摩尔流量为F,kmol/s; ? 摩尔分率mol frac.xf; 汽相产品摩尔流率为D,kmol/s; ? 摩尔分率mol frac.yD,温度为tC; 液相产物摩尔流率为W,kmol/s; ? 摩尔分率mol frac.x,温度为tC。 对此连续定态过程作物料衡算可得:
总物料衡算:F=D+W
易挥发组分的衡算:
两式联立可得:
设液相产物占总加料量F的分率为q,q叫做液化率,,其值0q1;而D/F叫做汽化率,,
代入上式得:
? 2.? 热量衡算
设Cp——混合液的平均摩尔比热,kJ/kmol·K
γ——平均摩尔汽化热,kJ/kmol;
则单位时间内加热器提供的热量为:
? 节流减压,液体部分汽化所需的热量来自于物料放出的显热,即
? ∴ 3.? 过程特征方程式
闪蒸过程中汽液两相可认为互成平衡。即
y与x满足相平衡方程式 若为I.S.,则 平衡温度te与组成x应满足泡点方程,
? 二.平衡蒸馏过程的计算
对于I.S.,若q给定,则联立
?
可求得y,x。
对于非理想溶液,难以用数学式表达平衡关系,通常采用图解得到y,x。
图解方法的步骤为①作出P一定下的平衡曲线(y-x曲线)
②作出q线,由
若x=xf,则y=xf,点e(xf,xf)落在对角线上。
所以可通过点e(xf,xf),斜率作出q线(ef线) ③q线(ef线)与平衡线的交点d坐标即为所求。
当然,将这种图解法用于理想溶液也是很方便的。特别是需要求出多对组成时,较解联立方程简便,考察(1-q)对y,x的影响时,显得十分清晰。
将得到的液相组成x代入泡点方程中求得te,再由te求得T,然后求得Q。例6-2
§6.3.2简单蒸馏
一.简单蒸馏过程的数学描述
与平衡蒸馏比较,简单蒸馏是一个时变过程(非稳态过程)。因此对简单蒸馏必须取一个时间微元dτ,对该时间微元的始末作物料衡算。
设 W表示τ时刻釜中的液体量,它随时而变,由初态W1变至终态W2; ? x表示τ时刻釜中的液体的浓度,它由初态x1降至终态x2; ? y表示dτ时间内由釜中蒸出汽体的浓度; ? dW表示dτ时间内蒸出的汽体量。
? 略去二阶无穷小量,则得
?
积分
∴ , 其中满足相平衡方程 二.简单蒸馏过程的计算
对于I.S.,则
? 代入上式积分得
? 由于W1,x1为已知(初态),若给定x2,则得W2
馏出液的平均浓度:
? 例6-3
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