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1、第一章 精馏第二次课1 1第1页，本讲稿共19页2.2.2.2.特点特点特点特点n n间歇，非定态操作，在操作过程中系统温度和浓度随时间间歇，非定态操作，在操作过程中系统温度和浓度随时间间歇，非定态操作，在操作过程中系统温度和浓度随时间间歇，非定态操作，在操作过程中系统温度和浓度随时间变化，变化，变化，变化，t t t t增加，馏出液的浓度增加，馏出液的浓度增加，馏出液的浓度增加，馏出液的浓度y y y y，x x x x降低降低降低降低n n分离效果不高，分离效果不高，分离效果不高，分离效果不高，x x x xw w w w=0,y=x=0,y=x=0,y=x=0,y=xDmaxDmaxDm
2、axDmax=y=y=y=y0 0 0 0n n适用于产品的初步分离适用于产品的初步分离适用于产品的初步分离适用于产品的初步分离3.3.3.3.计算计算计算计算 从塔顶采出量的产品，则塔釜减少相同的釜液量，产品与釜液组成从塔顶采出量的产品，则塔釜减少相同的釜液量，产品与釜液组成从塔顶采出量的产品，则塔釜减少相同的釜液量，产品与釜液组成从塔顶采出量的产品，则塔釜减少相同的釜液量，产品与釜液组成随时间而改变，且互成相平衡关系。为此，该过程是一动态过程，随时间而改变，且互成相平衡关系。为此，该过程是一动态过程，随时间而改变，且互成相平衡关系。为此，该过程是一动态过程，随时间而改变，且互成相平衡关系。
3、为此，该过程是一动态过程，由物料衡算采用微分衡算由物料衡算采用微分衡算由物料衡算采用微分衡算由物料衡算采用微分衡算2 2第2页，本讲稿共19页由物料衡算可得：由物料衡算可得：由物料衡算可得：由物料衡算可得：dV=-dWdV=-dWdV=-dWdV=-dW 对二元物系，其相对挥发度可近似取为常数时，则上式平衡关系积分为：对二元物系，其相对挥发度可近似取为常数时，则上式平衡关系积分为：经整理可得：经整理可得：式中式中W W-釜液量；釜液量；V V-蒸馏气相流量，蒸馏气相流量，kmol/hkmol/h；xixi-釜液组分釜液组分i i组成，摩尔分数；组成，摩尔分数；yiyi-气相中组分气相中组分i
4、i组成，摩尔分数。组成，摩尔分数。馏出液总量：馏出液总量：馏出液平均组成：馏出液平均组成：3 3第3页，本讲稿共19页1.2.2 1.2.2 1.2.2 1.2.2 平衡蒸馏（闪蒸）平衡蒸馏（闪蒸）平衡蒸馏（闪蒸）平衡蒸馏（闪蒸）分离的汽液两相为平衡状态，含一个理论级，属于平衡蒸馏过程分离的汽液两相为平衡状态，含一个理论级，属于平衡蒸馏过程。(1)(1)(1)(1)平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理液相（或气相）混合物连续通过节流闪蒸或膨胀或将混合气进行部分液相（或气相）混合物连续通过节流闪蒸或膨胀或将混合气进行部分液相（或气相）混合物连续通过节流闪蒸或膨胀或将混合气进行部分液相
5、（或气相）混合物连续通过节流闪蒸或膨胀或将混合气进行部分冷凝，使物流达到一次平衡的蒸馏过程，称之平衡蒸馏。冷凝，使物流达到一次平衡的蒸馏过程，称之平衡蒸馏。冷凝，使物流达到一次平衡的蒸馏过程，称之平衡蒸馏。冷凝，使物流达到一次平衡的蒸馏过程，称之平衡蒸馏。4 4第4页，本讲稿共19页（2 2 2 2）特点：）特点：）特点：）特点：n n平衡蒸馏中系统的平衡蒸馏中系统的平衡蒸馏中系统的平衡蒸馏中系统的T T T T，P P P P和浓度是恒定的，是一个稳态过程，可和浓度是恒定的，是一个稳态过程，可和浓度是恒定的，是一个稳态过程，可和浓度是恒定的，是一个稳态过程，可连续和间歇操作，生产能力较大。连
6、续和间歇操作，生产能力较大。连续和间歇操作，生产能力较大。连续和间歇操作，生产能力较大。n n产品的汽相产品的汽相产品的汽相产品的汽相y y y y和液相和液相和液相和液相x x x x成平衡状态成平衡状态成平衡状态成平衡状态n n得不到高纯产品，只适用于产品的初步分离得不到高纯产品，只适用于产品的初步分离得不到高纯产品，只适用于产品的初步分离得不到高纯产品，只适用于产品的初步分离（3 3 3 3）计算：）计算：）计算：）计算：物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算 q q为液化分率，原料中的液为液化分率，原料中的液相产品量相产品量,q=L/Fq=L/FF F F FL L L LV V V V5
7、5第5页，本讲稿共19页热量衡算热量衡算热量衡算热量衡算 节流后减压，节流后减压，节流后减压，节流后减压，T T T T降低为降低为降低为降低为t1t1t1t1，放出的显热混合物组，放出的显热混合物组，放出的显热混合物组，放出的显热混合物组分汽化的潜热分汽化的潜热分汽化的潜热分汽化的潜热式中式中 r-r-进料摩尔气化热，进料摩尔气化热，kJ/kmolkJ/kmol平衡关系：平衡关系：若为理想溶液：若为理想溶液：6 6第6页，本讲稿共19页例：例：将苯、甲苯混合物分别采用简单蒸馏和平衡蒸馏，苯的将苯、甲苯混合物分别采用简单蒸馏和平衡蒸馏，苯的摩尔分数摩尔分数x=0.7,x=0.7,气化率气化率w
8、=1/3w=1/3，体系相对挥发度，体系相对挥发度=2.47=2.47，试求两，试求两种蒸馏方式获得产品组成。种蒸馏方式获得产品组成。q=1-1/3=2/3 代入上式得：代入上式得：y=-2x-2.1 相平衡关系：相平衡关系：=2.47代入整理可得：代入整理可得：y=2.47/(1+1.47x)解得：解得：x=0.642;y=0.816（1）平衡蒸馏）平衡蒸馏物料衡算：物料衡算：7 7第7页，本讲稿共19页（2）简单蒸馏）简单蒸馏开始釜液与最终残比：开始釜液与最终残比：解得：解得：x20.633，y2=0.8348 8第8页，本讲稿共19页vv相同点：相同点：相同点：相同点：二者分离程度都不高
9、，只适用于初步分离。二者分离程度都不高，只适用于初步分离。二者分离程度都不高，只适用于初步分离。二者分离程度都不高，只适用于初步分离。vv不同点：不同点：不同点：不同点：简单蒸馏：间歇、不稳定，生产能力小简单蒸馏：间歇、不稳定，生产能力小简单蒸馏：间歇、不稳定，生产能力小简单蒸馏：间歇、不稳定，生产能力小 平衡蒸馏：连续和间歇、稳态、生产能力大平衡蒸馏：连续和间歇、稳态、生产能力大平衡蒸馏：连续和间歇、稳态、生产能力大平衡蒸馏：连续和间歇、稳态、生产能力大n n当原料组成、当原料组成、当原料组成、当原料组成、F F F F（进料量）和最终的温度相同时，二（进料量）和最终的温度相同时，二（进料量
10、）和最终的温度相同时，二（进料量）和最终的温度相同时，二元理想溶液的二者比较：元理想溶液的二者比较：元理想溶液的二者比较：元理想溶液的二者比较：x x x xD D D D简单简单简单简单xxxxD D D D平衡平衡平衡平衡 简单蒸馏获得相对好的分离效果简单蒸馏获得相对好的分离效果简单蒸馏获得相对好的分离效果简单蒸馏获得相对好的分离效果1.2.31.2.3简单蒸馏与平衡蒸馏的比较简单蒸馏与平衡蒸馏的比较简单蒸馏与平衡蒸馏的比较简单蒸馏与平衡蒸馏的比较9 9第9页，本讲稿共19页n n简单蒸馏获得相对好的分离效果简单蒸馏获得相对好的分离效果 v 简单蒸馏相当于分批多次简单蒸馏相当于分批多次采用
11、一个理论塔板进行蒸采用一个理论塔板进行蒸馏，故同一理论板相当多馏，故同一理论板相当多次发挥作用。（次发挥作用。（多次汽化，多次汽化，多次分离多次分离）v闪蒸相当于总进料一闪蒸相当于总进料一次通过一个理论板，进次通过一个理论板，进行一次分离。分离效果行一次分离。分离效果不及简单蒸馏。不及简单蒸馏。1010第10页，本讲稿共19页y3y2213 x1 y1xD x2 x31.3.1 多次部分汽化和多次部分冷凝多次部分汽化和多次部分冷凝多次部分汽化和多次部分冷凝多次部分汽化和多次部分冷凝 第三节第三节 精馏原理和流程精馏原理和流程xFy1x1y2x2y3x31111第11页，本讲稿共19页vvy y
12、 y y1 1 1 1yyyy2 2 2 2yyyy3 3 3 3.x.x.x.xxxx 2 2 2 2xxxx 3 3 3 3 xxxxW W W W 可得较纯的可得较纯的可得较纯的可得较纯的A A A A和和和和B B B B多次部分汽化和多次部分冷凝多次部分汽化和多次部分冷凝多次部分汽化和多次部分冷凝多次部分汽化和多次部分冷凝 是精馏分离的必要条件是精馏分离的必要条件是精馏分离的必要条件是精馏分离的必要条件vv产品收率低，设备庞杂产品收率低，设备庞杂产品收率低，设备庞杂产品收率低，设备庞杂vv 引入回流引入回流引入回流引入回流vv最上层冷凝器最上层冷凝器最上层冷凝器最上层冷凝器 提供下降
13、液流提供下降液流提供下降液流提供下降液流vv最下层加热器最下层加热器最下层加热器最下层加热器 提供上升蒸汽提供上升蒸汽提供上升蒸汽提供上升蒸汽xFx1y2x2y3x3y13211212第12页，本讲稿共19页1.3.2精馏原理精馏原理vv利用各组分利用各组分利用各组分利用各组分挥发能力的差异挥发能力的差异挥发能力的差异挥发能力的差异，通过，通过，通过，通过气液相的回流气液相的回流气液相的回流气液相的回流，在热在热在热在热能驱动和相平衡关系的约束下，使易挥发组分（轻组分）能驱动和相平衡关系的约束下，使易挥发组分（轻组分）能驱动和相平衡关系的约束下，使易挥发组分（轻组分）能驱动和相平衡关系的约束下
14、，使易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到分离，称该过程为精馏。相中迁移，使混合物得到分离，称该过程为精馏。相中迁移，使混合物得到分离，称该过程为精馏。相中迁移，使混合物得到分离，称该过程为精馏。vv传热、传质过程同时进行传热、传质过程同时进行传热、传质过程同时进行传热、传质过程同时进行 当重组分由气相向液相转移时当重组分由气相向液相转移时当重组分由气相向液相转移时当重组分由气相向液相转移时是冷凝过程
15、，放出热量，液相中轻组分向气相转移时为是冷凝过程，放出热量，液相中轻组分向气相转移时为是冷凝过程，放出热量，液相中轻组分向气相转移时为是冷凝过程，放出热量，液相中轻组分向气相转移时为气化过程，将吸收热量。气化过程，将吸收热量。气化过程，将吸收热量。气化过程，将吸收热量。1313第13页，本讲稿共19页1.3.31.3.3 精馏的流程精馏的流程v传热与传质的场所分离器塔板传热与传质的场所分离器塔板vx xD D x xF F x xW W ，因此进料应在塔体的某一适宜塔板上，此板上，因此进料应在塔体的某一适宜塔板上，此板上液体组成与进料组成相接近，其称为加料板，加料板以上的塔液体组成与进料组成相
16、接近，其称为加料板，加料板以上的塔段称为段称为精馏段精馏段，加料板以下（包括加料板）的塔段称为，加料板以下（包括加料板）的塔段称为提馏段提馏段。v冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。为精馏过程提供了为精馏过程提供了传质的必要条件传质的必要条件。1414第14页，本讲稿共19页1515第15页，本讲稿共19页xF1.3.4 1.3.4 塔内进行连续精馏的几个特点塔内进行连续精馏的几个特点ynxnyn-1yn+1nn+1n-1xn+1xn-1 xmymxD1616第16页，本讲稿共19页塔板上发生部分汽化和部分冷凝，若所提供的汽液
17、接塔板上发生部分汽化和部分冷凝，若所提供的汽液接塔板上发生部分汽化和部分冷凝，若所提供的汽液接塔板上发生部分汽化和部分冷凝，若所提供的汽液接触时间（或接触表面）充分，每层塔板相当或接近于触时间（或接触表面）充分，每层塔板相当或接近于触时间（或接触表面）充分，每层塔板相当或接近于触时间（或接触表面）充分，每层塔板相当或接近于一次平衡蒸馏，一次平衡蒸馏，一次平衡蒸馏，一次平衡蒸馏，即离开每层塔板的汽液两相达到平衡即离开每层塔板的汽液两相达到平衡即离开每层塔板的汽液两相达到平衡即离开每层塔板的汽液两相达到平衡y y y yn n n n=f(x=f(x=f(x=f(xn n n n)向塔顶方向，蒸汽
18、越来越富集易挥发组分，即向塔顶方向，蒸汽越来越富集易挥发组分，即向塔顶方向，蒸汽越来越富集易挥发组分，即向塔顶方向，蒸汽越来越富集易挥发组分，即y y y yn n n n y y y yn+1n+1n+1n+1 ；向塔底；向塔底；向塔底；向塔底方向，液体越来越富集难挥发组分，即方向，液体越来越富集难挥发组分，即方向，液体越来越富集难挥发组分，即方向，液体越来越富集难挥发组分，即x x x xn n n n x x x xn+1n+1n+1n+1 。物料温度自下而。物料温度自下而。物料温度自下而。物料温度自下而上降低，即上降低，即上降低，即上降低，即Tn Tn-1 Tn Tn-1 Tn Tn-
19、1 Tn Tn-1。浓度分布：塔顶浓度分布：塔顶 塔底，易挥发组分浓度塔底，易挥发组分浓度 难挥发组分浓度难挥发组分浓度 温度升高，压力升高温度升高，压力升高 xwxD,相应的沸点相应的沸点tA(tD)PD1717第17页，本讲稿共19页1.1.苯、甲苯两组分混合物进行常压蒸馏，原料组成苯、甲苯两组分混合物进行常压蒸馏，原料组成苯、甲苯两组分混合物进行常压蒸馏，原料组成苯、甲苯两组分混合物进行常压蒸馏，原料组成XX（苯）（苯）（苯）（苯）=0.7=0.7，要求得到组成为要求得到组成为要求得到组成为要求得到组成为0.80.8的塔顶产品（以上均为摩尔分率）。现用以下的塔顶产品（以上均为摩尔分率）。
20、现用以下的塔顶产品（以上均为摩尔分率）。现用以下的塔顶产品（以上均为摩尔分率）。现用以下两种方法操作：两种方法操作：两种方法操作：两种方法操作：（1 1）连续平衡蒸馏；）连续平衡蒸馏；）连续平衡蒸馏；）连续平衡蒸馏；（2 2）简单蒸馏（微分蒸馏）；）简单蒸馏（微分蒸馏）；）简单蒸馏（微分蒸馏）；）简单蒸馏（微分蒸馏）；n n对于每种方法进料量均为对于每种方法进料量均为对于每种方法进料量均为对于每种方法进料量均为100kmol100kmol，问塔顶、釜产量各为多少？，问塔顶、釜产量各为多少？，问塔顶、釜产量各为多少？，问塔顶、釜产量各为多少？塔釜产品组成为多少？已知塔釜产品组成为多少？已知塔釜产
21、品组成为多少？已知塔釜产品组成为多少？已知=2.46=2.46。例题例题（1）D=44.4kmol；W=55.6kmol；x=0.62（2）使用迭代计算）使用迭代计算1818第18页，本讲稿共19页n n2.2.2.2.当原始组成、料液量、压力和最终温度都相同，则二元理想当原始组成、料液量、压力和最终温度都相同，则二元理想当原始组成、料液量、压力和最终温度都相同，则二元理想当原始组成、料液量、压力和最终温度都相同，则二元理想溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏（闪蒸）的结果比较是溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏（闪蒸）的结果比较是溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏（闪蒸）的结果比较是溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏（闪蒸）的结果比较是 得到的馏出物浓度（平均）得到的馏出物浓度（平均）得到的馏出物浓度（平均）得到的馏出物浓度（平均）-;-;-;-;得到的残液浓度得到的残液浓度得到的残液浓度得到的残液浓度-；馏出物总量馏出物总量馏出物总量馏出物总量-。XD简单简单XD平衡；残液浓度相等；平衡；残液浓度相等；D简单简单D平衡平衡1919第19页，本讲稿共19页