大学化工原理第六章蒸馏.ppt

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1、大学化工原理第六章蒸馏 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望教学要求教学要求重重 点点：两两组组分分的的相相平平衡衡关关系系；两两组组分分连连续续精精馏馏的的计计算算；影影响响精馏过程的主要因素精馏过程的主要因素。覆覆盖盖内内容容：两两组组分分物物系系的的汽汽液液平平衡衡关关系系，t-x-y图图,x-y图图，拉拉乌乌尔尔定定律律，泡泡点点方方程程、露露点点方方程程、相相对对挥挥发发度度及及其其影影响响因因素素；精精馏馏原原理理；双双组组分分连连续续精精馏

2、馏塔塔的的物物料料衡衡算算，恒恒摩摩尔尔流流假假设设，理理论论板板的的概概念念，操操作作线线方方程程，进进料料热热状状况况，q的的意意义义及及计计算算，最最小小回回流流比比的的概概念念及及确确定定，回回流流比比对对精精馏馏过过程程的的影影响响，理理论论板板数数的的确确定定（图图解解法法，逐逐板板计计算算法法及及简简捷捷法法）；点点效效率率、板板效效率率和和塔塔效效率率的的概概念念，实实际际塔塔板板数数的的确确定定；精精馏馏装装置置的的热热衡衡算算；平平衡衡蒸蒸馏馏、简简单单蒸蒸馏馏的的特特点点及及计计算算，间间歇歇精精馏馏的的特特点点及及计计算算步步骤骤；恒恒沸沸精精馏馏、萃萃取取精精馏馏的概

3、念；精馏塔全塔效率及点效率的测定方法。的概念；精馏塔全塔效率及点效率的测定方法。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室2化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-0 6-0 概述概述 蒸蒸 馏馏 定义与术语定义与术语轻组分轻组分低沸点组分低沸点组分 重组分重组分高沸点组分高沸点组分 特点：特点：直接获得直接获得产品，蒸馏操作流产品，蒸馏操作流 程较为简单。程较为简单。应用广泛，历史悠久。可分离应用广泛，历史悠久。可分离 液体混合物、气体混合物。液体混合物、气体混合物。蒸馏蒸馏能量消耗大。能量消耗大。AB加热A 轻组分B 重组分材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室

4、3化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-0 6-0 概述概述 蒸馏的分类：蒸馏的分类：本章重点讨论常压下双组分连续精馏的原理和计算本章重点讨论常压下双组分连续精馏的原理和计算按操作流程按操作流程按操作压强按操作压强按待分离混合物中组分的数目按待分离混合物中组分的数目按蒸馏方式按蒸馏方式简单蒸馏简单蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏精精 馏馏特殊精馏特殊精馏间歇精馏间歇精馏连续精馏连续精馏常压蒸馏常压蒸馏减压蒸馏减压蒸馏加压蒸馏加压蒸馏双组分精馏双组分精馏多组分精馏多组分精馏材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室4化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡 物

5、质迁移：高化学位物质迁移：高化学位低化学位。低化学位。6-1-1 两组分理想物系的汽两组分理想物系的汽液平衡液平衡一、相律一、相律强度性质：强度性质：t、P、yA、yB、xA、xB浓度约束方程有：浓度约束方程有：yA+yB=1 xA+xB=11)P=constant:yA=f(t)、xB=f(t);2)t=constant:yA=f(P)、xB=f(P);二、理想物系与拉乌尔定律二、理想物系与拉乌尔定律1.理想物系：理想物系：溶液溶液理想溶液，气体理想溶液，气体理想气体理想气体2.拉乌尔定律拉乌尔定律 AB加热A 轻组分B 重组分材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室5化

6、工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡拉乌尔定律示意图拉乌尔定律示意图 理想气体：理想气体：对理想溶液，对理想溶液，E=在溶液温度下纯在溶液温度下纯A组组分的饱和蒸汽压分的饱和蒸汽压在溶液温度下纯在溶液温度下纯B组组分的饱和蒸汽压分的饱和蒸汽压3.泡点方程泡点方程纯组分：纯组分：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室6化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡4.露点方程露点方程描述了一定总压下理想体系中汽液描述了一定总压下理想体系中汽液平衡时气相组成与纯组分饱和蒸汽平衡时气相组成与纯组分饱和蒸

7、汽压压(露点温度露点温度)之间的关系，称为之间的关系，称为露露点方程点方程由相组成计算露点（泡由相组成计算露点（泡点）温度点）温度试差试差计算。计算。泡点方程泡点方程材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室7化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡5.相平衡常数相平衡常数定义定义6.相对挥发度相对挥发度 挥发度挥发度 相对挥发度相对挥发度P较低较低材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室8化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡理想体系：理想体系：pA0=f(t)、pB0=f

8、(t)，但，但随随t t的变化较小，可视为常数，可取的变化较小，可视为常数，可取操作温度范围内的平均值。操作温度范围内的平均值。对于双组分溶液，当总压不高时：对于双组分溶液，当总压不高时：的意义：描述了该二元物系进行的意义：描述了该二元物系进行蒸馏分离的难易程度。蒸馏分离的难易程度。相平衡方程相平衡方程材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室9化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡三三.两组分理想溶液的气液平衡相图两组分理想溶液的气液平衡相图P=pA0 x+(1-x)pB0y=pA0 x/(pA0 x+(1-x)pB0)单相区：气相

9、区、液相区单相区：气相区、液相区两相共存区两相共存区1.Px(y)图图等温图等温图材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室10化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡t-x-y图和图和x-y图图2.等压图等压图 t-x-y图图杠杆杠杆规则规则部分汽化：部分汽化：xyF 分布分离分布分离t-x-y图可通过实验测定。图可通过实验测定。对二元理想物系：对二元理想物系：系统总压影响气液系统总压影响气液材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室11化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡

10、 x-y图图txy 图中的数据图中的数据 xy 图。图。x-y线与对角线线与对角线偏离越远，表示偏离越远，表示越易分离越易分离。若。若x-y线与对角线重合，线与对角线重合，则不能用精馏方法分离。则不能用精馏方法分离。精馏过程精馏过程接近等压。接近等压。x-y图常用图常用于两组分混合物精馏过程的计算。于两组分混合物精馏过程的计算。压强对压强对x-y曲线的影响不大，但曲线的影响不大，但压强压强明显改变明显改变时，必须考虑压强的影响。时，必须考虑压强的影响。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室12化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡

11、 6-1-2 两组分非理想物系的汽两组分非理想物系的汽液平衡液平衡 几种情况：几种情况：1）气相为理想气体，液相为非理想溶液；）气相为理想气体，液相为非理想溶液；2）液相为理想溶液，气相为非理想气体；液相为理想溶液，气相为非理想气体；3）液相为非理想溶）液相为非理想溶液，气相为非理想气体。液，气相为非理想气体。相液平衡，任一组分在气相中的化学等于液相中的化学位：相液平衡，任一组分在气相中的化学等于液相中的化学位：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室13化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡实际物系分为三类：具有一般正负偏差、具有

12、最大正偏差、实际物系分为三类：具有一般正负偏差、具有最大正偏差、具有最大负偏差。具有最大负偏差。在在Px(y)图中，图中，PB0PPA0，PB0max；tx(y)图出现最低点，图出现最低点，最底恒沸点；最底恒沸点；xy图中，平衡曲线与对角线相交。图中，平衡曲线与对角线相交。Px(y)图，图，PminPA0，PB0min，tx(y)图出现最高图出现最高点，最高恒沸点，点，最高恒沸点，xy图，平衡曲线与对角线相交。图，平衡曲线与对角线相交。一、具有一般正负偏差的实际物系一、具有一般正负偏差的实际物系二、具有最大正偏差的实际物系二、具有最大正偏差的实际物系三、具有最小正偏差的实际物系三、具有最小正偏

13、差的实际物系材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室14化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡最大正偏差溶液：t-xt-y材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室15化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡最大负偏差溶液：有最高恒沸物有最高恒沸物tytx材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室16化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏一、一、流程流程6-2-1平衡蒸馏平衡蒸馏 特点：连续稳定、分离程度不高。特点：连续

14、稳定、分离程度不高。计算内容：通常给定计算内容：通常给定F、xF和分离要和分离要求（求（xD、xW)或或(W、xW)确定确定D、W或或xD 确定确定 P 操作温度操作温度te 换热器换热器热负荷。热负荷。约束方程：物、热衡算、平衡关系。约束方程：物、热衡算、平衡关系。范围范围 基准基准 轻组分：轻组分：FxF=DxD+WxW总物料：总物料：F=D+W 液化率：液化率：q=W/F二二.物料衡算物料衡算材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室17化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏对换热器：对换热器：Q：热负荷，：热负荷，kJ/h or

15、KW；F：原料液，：原料液，kmol/h；Cp：原料液的平均比热，：原料液的平均比热，KJ/mol.；tf：原料液的温度，：原料液的温度，；T T：通过加热器后原料液的温度，：通过加热器后原料液的温度，三三.热量衡算热量衡算三三.汽液平衡关系汽液平衡关系材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室18化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏1.由由P确定平衡曲线确定平衡曲线xy线及线及tex线；线；2.由分离要求或物料衡算计算由分离要求或物料衡算计算q，3.作作q线，并线，并xy线相交；线相交；4.由交点的由交点的x坐标确定坐标确定te。五五

16、.步骤步骤对闪蒸罐：对闪蒸罐：r：汽化潜热，：汽化潜热，KJ/mol；te：平衡温度，：平衡温度，。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室19化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏 6-3-2 简单蒸馏简单蒸馏一一.流程与装置流程与装置二二.简单蒸馏的原理简单蒸馏的原理液相组成：液相组成：汽相组成：汽相组成：釜液量：釜液量：釜液量釜液量全部汽化全部汽化 最终釜液最终釜液量量W=0，无分离作用。只有部分汽，无分离作用。只有部分汽化（冷凝），才可得到易挥发组分较化（冷凝），才可得到易挥发组分较高的馏出液。高的馏出液。当料液组成为当料液组成

17、为x1时，所时，所得馏出液最高组成为得馏出液最高组成为y1。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室20化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏三三.过程计算过程计算总：总：dD+L+dL+LdD=-dL 物料衡算：任一瞬间，物料衡算：任一瞬间，yx满满足平相衡。范围足平相衡。范围 基准：基准：dt轻组分：轻组分：图解积分或数值积分图解积分或数值积分材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室21化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏轻组分的物料衡算：轻组分的物料衡算：总物料衡算：总物

18、料衡算：比较：对相同的物系，在相同液化率时，简单蒸馏的效果更好。比较：对相同的物系，在相同液化率时，简单蒸馏的效果更好。按一个操作周期的物料衡算：按一个操作周期的物料衡算：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室22化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-3 6-3 精馏原理和流程精馏原理和流程6-4-1 精馏过程原理和条件精馏过程原理和条件 一次部分汽化（冷凝）一次部分汽化（冷凝）结果：部分分离结果：部分分离 多次部分冷凝多次部分冷凝（汽化）（汽化）结果：较大程度的分离结果：较大程度的分离缺缺点点：中中间间产产物物多多，能能耗耗高高，产量小，设备庞大。产量小，设备庞大。材料与化学工程

19、系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室23化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-3 6-3 精馏原理和流程精馏原理和流程料液,xF Feed塔 顶 产 品,xDOverhead product液相回流Liquid reflux汽相回流Vapor reflux精馏段Rectifying section提馏段Stripping section再沸器Reboiler冷凝器condenser 改改进进：回回流流使使不不处处于于平平衡衡状状态态的的两两相相接接触触热热、质质传传递递部部分分冷冷凝和部分汽化同时发生凝和部分汽化同时发生。精精馏馏原原理理：在在塔塔内内，对对气气、液液两两相相同同时时进进行行多

20、多次次部部分分冷冷凝凝和和部部分分汽汽化化。精馏条件：塔顶的精馏条件：塔顶的液体回流液体回流和塔和塔釜的产生的釜的产生的蒸汽回流蒸汽回流。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室24化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-3 6-3 精馏原理和流程精馏原理和流程第第n-1板溢流：板溢流：Ln-1，xn-1，tn-1；第第n+1板上升：板上升：Vn+1，yn+1，tn+1；第第n板溢流：板溢流：Ln，xn，tn；第第n板上升：板上升：Vn，yn，tn。进入第进入第n板的汽液两相是不平衡的。组成为板的汽液两相是不平衡的。组成为x n-1的液体及组的液体及组成为成为y n+1的蒸汽同时进入第

21、的蒸汽同时进入第n板，存在温度差和浓度差，汽液两板，存在温度差和浓度差，汽液两相在第相在第n板上密切接触进行板上密切接触进行传质和传热传质和传热，使离开该板的汽液两相，使离开该板的汽液两相趋近相平衡（理论板：离开的汽液两相达到相平衡），趋近相平衡（理论板：离开的汽液两相达到相平衡），结果结果：（从宏观看）重组分：汽：（从宏观看）重组分：汽液；轻组分：液液；轻组分：液汽。汽。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室25化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-3 6-3 精馏原理和流程精馏原理和流程 6-3-2精馏流程精馏流程 连续精馏流程连续精馏流程 间歇精馏流程间歇精馏流程精馏段精馏段

22、上升蒸汽中轻组分上升蒸汽中轻组分的精制的精制提馏段提馏段下降液相中重组分下降液相中重组分的提浓的提浓回流回流实现精馏操作的必要实现精馏操作的必要条件条件材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室26化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的工艺设计及计算主要内容两组分连续精馏的工艺设计及计算主要内容:1）确定产品的）确定产品的流量和组成流量和组成；2）确定精馏塔的类型，根据塔型，计算）确定精馏塔的类型，根据塔型，计算理论板层数或填理论板层数或填料层高度料层高度；3）确定）确定塔高和塔径塔高和塔径；4）对板式塔，进行）对板式

23、塔，进行塔板结构尺寸塔板结构尺寸的计算和塔板的的计算和塔板的流体力流体力学验算学验算；5）对填料塔，确定填料的）对填料塔，确定填料的类型和尺寸，并计算填料塔的类型和尺寸，并计算填料塔的流动阻力流动阻力；6）计算）计算冷凝器和再沸器的热负荷冷凝器和再沸器的热负荷，并确定两者的类型和，并确定两者的类型和尺寸，以及尺寸，以及冷却剂和加热剂冷却剂和加热剂的用量。的用量。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室27化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算 6-4-1 理论板与恒摩尔流假设理论板与恒摩尔流假设理论板理论板衡量实际板分离效率的依据和

24、标准。衡量实际板分离效率的依据和标准。一、理论板一、理论板二、恒摩尔流假设二、恒摩尔流假设热量衡算：热量衡算：物料衡算：物料衡算：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室28化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算精馏段：精馏段：提馏段：提馏段：服服从从恒恒摩摩尔尔流流假假定定的的精精馏馏过过程程，塔塔板板上上汽汽液液两两相相接接触触时时，有有多多少少摩摩尔尔的的蒸蒸汽汽冷冷凝凝，相相应应就就有有多多少少摩摩尔尔的的液液体体汽汽化化。因因此此该该精精馏过程属馏过程属等摩尔反向扩散传质过程等摩尔反向扩散传质过程。范围范围 基准基准xF、

25、xD、xW：进料、馏出液、釜残液的组成（摩尔分率）；：进料、馏出液、釜残液的组成（摩尔分率）；F、D、W：进料、馏出液、釜残液的流量（：进料、馏出液、釜残液的流量（kmol/h）。）。6-4-2 物料衡算与操作线物料衡算与操作线一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室29化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算总物料：总物料：轻组分：轻组分：塔顶轻组分回收率：塔顶轻组分回收率：塔底重组分回收率：塔底重组分回收率：注意：注意：规定分离要求：应满足规定分离要求：应满足DxDFxf 或或(D/F)(Xd/Xw

26、)。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室30化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算二、精馏段操作线方程二、精馏段操作线方程范围范围 基准基准总物料总物料易挥发组分易挥发组分回流比回流比 满足恒摩尔流，则满足恒摩尔流，则V=(R+1)L。精馏段操作线精馏段操作线特点：直线；过点特点：直线；过点（xD,xD)和点和点（0，xD/(R+1)材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室31化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算三三.提馏段操作线方程提馏段操作线方程范围范围 基准基

27、准总物料总物料易挥发组分易挥发组分提馏段操作线方程提馏段操作线方程特点：直线，特点：直线，过过(xW,xW）点。点。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室32化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算提馏操作线：提馏操作线：c c点：点：y=x=xW斜率：斜率：L/V截距：截距：-WxW/V精馏操作线：精馏操作线：a a点：点：y=x=xD斜率：斜率：R/(R+1)截距：截距：xD/(R+1)x y 0 1.0 1.0 xD abxW cde材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室33化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4

28、 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算6-4-3 6-4-3 进料热状况的影响进料热状况的影响第第 m m 块板块板加料板加料板范围范围 基准基准F,xF,IF，tFV,ym+1,IVV,ym,IVL,xm-1,ILL,xm,IL第第m板板总物料衡算：总物料衡算：轻组分物料衡算：轻组分物料衡算：热量衡算：热量衡算：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室34化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算饱和蒸汽间的显热可不计饱和蒸汽间的显热可不计饱和液体间的显热可不计饱和液体间的显热可不计加料热状态参数加料热状态参数精馏段与提馏

29、段的两相流量关系：精馏段与提馏段的两相流量关系：提馏段操作线方程：提馏段操作线方程：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室35化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算（1）温度温度低于泡点低于泡点的冷液体的冷液体tFtB，IF1;（2）泡点下的泡点下的饱和液体饱和液体tF=tB，IF=IL；q=1;（3）汽液混合物汽液混合物tBtFtD，ILIFIV；0qtD，IFIV;q1,LL+F,VV(2)饱和液体饱和液体 q=1,L=L+F,V=V(3)汽液混合物汽液混合物 0qL,VV(4)饱和蒸汽饱和蒸汽 q=0,L=L,V=F+V(5

30、)过热蒸汽过热蒸汽 q0,LF+V上上述述各各进进料料热热状状态态下下的的 q 值值，以以及及受受此此影影响响的的汽汽、液液摩摩尔尔流流率分别为率分别为 LLFVV（1）冷液体，q1LLFVV（2）饱和液体，q=1LLFVV（3）汽液混合物，0q1LLFVV（4）饱和蒸气，q=0LLFVV（5）过热蒸气，q0进料线方程进料线方程精馏段操作线与提馏段操作线的交点轨迹方精馏段操作线与提馏段操作线的交点轨迹方程，也被称为程，也被称为q线方程。线方程。精馏段操作线方程精馏段操作线方程：提馏段操作线方程提馏段操作线方程：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室37化工原理化工原理蒸馏

31、蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算进料方程或进料方程或q线方程线方程特特点点：加加料料热热状状态态一一定定时时，q q 线线方方程程式式为为一一直直线线方方程程；且且必必定定会过点（会过点（xF,xF)。不不同同加加料料热热状状态态对对应应不不同同的的 q 值值，也也就就对对应应着着不不同同的的 q 线线。当饱和液体进料，当饱和液体进料，q=1,q 线方程为线方程为x=xF；当饱和蒸汽进料，当饱和蒸汽进料，q=0，q 线方程为线方程为y=xF。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室38化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两

32、组分连续精馏的计算q q 线的作法线的作法：e点点(xF,xF)，斜率，斜率=q/q/(q-q-1)1)进进料料焓焓值值(温温度度)增增加加，q 值值减减小小，则则 q 线线与与精精馏馏操操作作线线的的交交点点(相相应应加加料料热热状状态态下下两两操操作作线线的的交交点点)沿沿着着精精馏馏操操作作线线向向 x、y 减减小小的的方方向向移移动动。从从塔塔设设备备的的角角度，这意味着加料板位置下移度，这意味着加料板位置下移。q 线线与与精精馏馏段段操操作作线线的的交交点点即即为为两两操操作作线线的的交交点点，仅仅需需将将此此点点与对角线上的与对角线上的 x=xW，y=xW 点联结，即得点联结，即得

33、提馏段操作线提馏段操作线。实际应用中，常用此法作提馏段操作线实际应用中，常用此法作提馏段操作线。eacbdq0q=00q101.0 xWxy1.0 xDzF不同加料热状态下的 q 线材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室39化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算6-4-4 6-4-4 理论板层数的求法理论板层数的求法 对对符符合合恒恒摩摩尔尔流流假假设设的的双双组组分分精精馏馏过过程程，NT 操操作作线线方方程程和和相平衡关系相平衡关系。一一.逐板计算法逐板计算法y1y1x1x2y212yN-2xN-2xN-1yNN-1NmN-2

34、W,xWF,xFD,xDQ依据依据：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室40化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算步步 骤：骤：x1y2x2xnxF（仅指饱和液体进料）（仅指饱和液体进料）第第n层理论板是进料板，精馏段所需理论板层数为（层理论板是进料板，精馏段所需理论板层数为（n-1）此后，可改用提段操作线方程进行类似计算，直至此后，可改用提段操作线方程进行类似计算，直至xm xW，m为提馏段理论板数（含再沸器）。为提馏段理论板数（含再沸器）。若塔顶为全凝器若塔顶为全凝器,y1=xDy3材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教

35、研室化学工程教研室41化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算例例.二元混合液中轻组分的摩尔分率二元混合液中轻组分的摩尔分率xF=0.25，采用精馏操作，采用精馏操作进行分离，要求进行分离，要求xD不小于不小于0.98、xW不大于不大于0.0885。操作条件。操作条件下的相对挥发度为下的相对挥发度为2.47，操作条件为回流比为，操作条件为回流比为5、泡点回流、泡点回流、泡点进料，求所需理论板层数。泡点进料，求所需理论板层数。解：解：相平衡：相平衡：物料衡算：物料衡算：精馏段操作线：精馏段操作线：提馏段操作线：提馏段操作线：材料与化学工程系材料与化学工程系

36、化学工程教研室化学工程教研室42化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算泡点回流，则泡点回流，则y1=xD=0.98平衡方程平衡方程x1 操作线操作线y2 理论板序号理论板序号板上气相组成板上气相组成板上液相组成板上液相组成10.980.952020.95670.899430.91280.809140.83760.676250.72650.518660.59660.373470.47450.267780.38140.2032xF90.29030.1421100.18420.0837第八块板为进第八块板为进料板，共需要料板，共需要10块理论板块理论板（含塔

37、釜再沸（含塔釜再沸器）器）材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室43化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算二、二、图解法图解法 梯级图解法梯级图解法以平衡关系以平衡关系与操作关系为依据，将两者绘操作关系为依据，将两者绘在图上，便可图解得出达到指定分离任务所须的理论塔板数在图上，便可图解得出达到指定分离任务所须的理论塔板数及加料板位置。加料板位置。依据：依据：R、q，进料及产品组成进料及产品组成。步步 骤：骤：1.作作平衡线及对角线平衡线及对角线；2.作作精馏段操作线精馏段操作线；3.作作q线；线；4.点点(xq，yq)和和(xW，

38、xW)作提馏段操作线；作提馏段操作线；5.从从a点点平衡线与精馏段操作线之间作直角梯级；平衡线与精馏段操作线之间作直角梯级；6.恰好跨越交点（恰好跨越交点（d点）时，则在平衡线与提馏操作线之间作梯点）时，则在平衡线与提馏操作线之间作梯级，直至某梯级的垂直线达到小于级，直至某梯级的垂直线达到小于xW为止；为止；材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室44化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算7.每个梯级代表一块理论板。每个梯级代表一块理论板。梯级总数梯级总数即为所需理论板数。即为所需理论板数。y1y1x1x2y212yN-2xN-2x

39、N-1yNN-1NmN-2W,xWF,xFD,xDQyy1xW12345678910axq 线de01.01.0y2y3y6yqxqxFx2x1xD材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室45化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算进料位置对理论板数的影响：进料位置对理论板数的影响：图图a最佳进料位置最佳进料位置所需的理论板数为最少所需的理论板数为最少。图图b，c：加料板位置偏离进料组成，两种安排所需的理论板数：加料板位置偏离进料组成，两种安排所需的理论板数均有所增加。原因是操作线在局部与平衡线距离很近，传质推动均有所增加。原因是操作

40、线在局部与平衡线距离很近，传质推动力小（增浓程度小）。力小（增浓程度小）。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室46化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算 6-4-5 几种特殊情况时几种特殊情况时理论板层数的求法理论板层数的求法一一.直接蒸气加热直接蒸气加热适用：重组分为水的体系。适用：重组分为水的体系。易挥发组分衡算：易挥发组分衡算：总物料衡算总物料衡算:若恒摩尔流假设仍成立，则若恒摩尔流假设仍成立，则:V V0 0 :kmol/s(kmol/h):kmol/s(kmol/h)F,xFD,xDW,xW加热蒸气 V0VLVL提馏段

41、操作线提馏段操作线:特点？特点？精馏段操作线：精馏段操作线：提馏段操作线提馏段操作线 如何求解如何求解NT？材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室47化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算二二.多侧线塔多侧线塔 多股股进料多股股进料特点特点多多q q线线 原因：原因：1 1）多股进料，）多股进料，2 2）多股采出）多股采出 特特点点：多多塔塔段段、各各塔塔段段的的两两相相流流量量改变。改变。12W,xWF1,q1,xF1D,xD3F2,q2,xF2第第1段：段：第第2段：段：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教

42、研室48化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算第第3 3段段q2线：线：q1线：线：(xD,xD)、(0,xD/(R+1)，(xq1,yq1)和第和第2塔段操作线的截距作；塔段操作线的截距作；(xq2,yq2)和和(xW,xW)。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室49化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算 侧线出料：饱和液体出料、饱和蒸汽出料侧线出料：饱和液体出料、饱和蒸汽出料分成多段分成多段12W,xWD,xD(yD)3F,zFD,xDq123yDxD1.001.0 xy饱和蒸汽侧线

43、出料饱和蒸汽侧线出料xWzF饱和液体侧线出料饱和液体侧线出料q123xD1.001.0 xyxDxWzF三三.提馏塔提馏塔特点：无精馏段特点：无精馏段材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室50化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算以原料液作液相流时：以原料液作液相流时：提馏段操作线方程为提馏段操作线方程为 ：q q 线方程联立求解可得提馏段操作线与线方程联立求解可得提馏段操作线与 q q 线交点坐标线交点坐标理论板数图解：理论板数图解：y=xy=xD D 与与 q q 线线的的交交点点即即为为提提馏馏段段操操作作线线的的起起点点，

44、联联结结点点 d d 与与点点 b b（x xW W,x xW W）得得提提馏馏段段操操作作线线，由由点点 d d 开开始始在在两两线线间间作作梯梯级级至至 b b 点得所需理论板数。点得所需理论板数。xWqyq1.001.0dbxDxF材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室51化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算当泡点进料时当泡点进料时 q=1，交点为，交点为 xq=xF,yq=xD提馏段操作线方程为提馏段操作线方程为 ：欲欲提提高高馏馏出出液液组组成成，必必须须减减少少蒸蒸发发量量，增增大大操操作作线线斜斜率率F/D，所需理

45、论板数将增加。，所需理论板数将增加。当当操操作作线线上上端端移移至至 e 点点，与与成成平衡的汽相组成为平衡的汽相组成为xD,maxedxWxFxDbxD,maxyq1.001.0材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室52化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算四四.塔顶设分凝器的精馏塔顶设分凝器的精馏 材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室53化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算精馏塔采用冷液回流，回流液温度为精馏塔采用冷液回流，回流液温度为T，控制回流比，控制回流

46、比R=L0/D，第一块下降液体，第一块下降液体量量L，实际回流比，实际回流比R=L/D。（。（IV IV)1）试证明：）试证明：R=R(1+cp(TB-T)/r)；2）精馏段操作线。）精馏段操作线。解：解：对第一块板物、热衡算对第一块板物、热衡算五五.塔顶设分凝器的精馏塔顶设分凝器的精馏 材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室54化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室55化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算 6-4-6 回流比的

47、影响及其选择回流比的影响及其选择一一.全回流与最少理论板数全回流与最少理论板数全回流时：全回流时：R R D D=0 =0 W W=0 =0 F F=0=0特点：特点：对角线对角线NTmin二二.芬斯克芬斯克(Fenske)(Fenske)方程方程第第 n n 板汽液相平衡关系：板汽液相平衡关系：操作线离平衡线操作线离平衡线最远最远材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室56化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算塔顶为全凝器时塔顶为全凝器时:全回流操作线：全回流操作线：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室57

48、化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算三三.最小回流比最小回流比R NT R=Rmin NT=RRRminRRmin，RR操作费用和设备费用。操作费用和设备费用。四四.适宜回流比的选择适宜回流比的选择操操作作费费用用：加加热热介介质质的的量量、冷冷冷却介质的量。冷却介质的量。F F、q q、D D 一一定定时时，R R 增增大大，操操作费用相应增加。作费用相应增加。操作费费用回流比 RRopt设备费用：塔高、塔径设备费用：塔高、塔径 理论板数理论板数 N NR Rminmin回流比回流比 R RN Nminmin材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程

49、教研室化学工程教研室61化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算操作费总费用设备费费用回流比 RRopt 最适宜的回流比最适宜的回流比总费用总费用最低时的回流比。最低时的回流比。根据实验和生产数据统计根据实验和生产数据统计:例例.xF=0.5、q=1、=2、D/F=0.6、NT=。求：求：1)R=0.8，xD=?xW=?2)R=1.5，xD=?xW=?材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室62化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算解：解：1）NT=，R=Rmin=(xD-yq)/(yq-xq

50、)q=1xq=xF=0.5夹紧为夹紧为x=xF与平衡曲线的交点。与平衡曲线的交点。代入最小回流比计算式代入最小回流比计算式xD=0.8物料衡算物料衡算2)设仍存在夹紧点，且位于设仍存在夹紧点，且位于q线与平衡曲线的交点，则：线与平衡曲线的交点，则：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室63化工原理化工原理蒸馏蒸馏6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算物料衡算：物料衡算：说明达到了最大分离程度。取说明达到了最大分离程度。取F=1mol/h基准，基准，D=0.6mol/hFxF，表明塔釜残液为纯态的重组分。因此：，表明塔釜残液为纯态的重组分。因此：D=0.6