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1、化工原理 蒸馏第1页，本讲稿共140页二、蒸馏过程的分类二、蒸馏过程的分类蒸馏过程可按蒸馏方式、连续性、以及组分数多少等进行分类。蒸馏过程可按蒸馏方式、连续性、以及组分数多少等进行分类。按蒸馏方式分：按蒸馏方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏精馏、特殊精馏、特殊精馏按操作压力分：按操作压力分：常压蒸馏、真空蒸馏、加压蒸馏常压蒸馏、真空蒸馏、加压蒸馏按操作方式分：按操作方式分：连续蒸馏、间歇蒸馏连续蒸馏、间歇蒸馏按被分离的混合物性质分：按被分离的混合物性质分：双组分蒸馏、多组分蒸馏双组分蒸馏、多组分蒸馏*连续精馏连续精馏是液体混合物分离中首选分离方法。是液体混合物
2、分离中首选分离方法。*本章讨论前提常本章讨论前提常压双组分连续精馏压双组分连续精馏.第2页，本讲稿共140页精馏应用极其广泛精馏应用极其广泛原因原因?不加入新的组分不加入新的组分挥发度差异广泛存在挥发度差异广泛存在汽液平衡和分开很容易实现汽液平衡和分开很容易实现挥发度相差很大挥发度相差很大蒸馏蒸馏挥发度相差适中挥发度相差适中精馏精馏挥发度相差很小挥发度相差很小特种精馏特种精馏挥发度如何描述挥发度如何描述?因此本章首先要讲平衡关系因此本章首先要讲平衡关系第3页，本讲稿共140页三、蒸馏操作费用与操作压强三、蒸馏操作费用与操作压强蒸蒸馏馏操操作作费费用用主主要要是是加加热热和和冷冷凝凝的的费费用用
3、，与与加加热热和和冷冷凝凝的的温温度度有有关关。而而加加热热和和冷冷凝凝的的温温度度均均与与操操作作压压强强有有关关，故故工工业业蒸蒸馏对操作压强应进行适当的选择。馏对操作压强应进行适当的选择。*真空蒸馏使沸点降低，可避免使用高温载热体。真空蒸馏使沸点降低，可避免使用高温载热体。*加压蒸馏使冷凝温度提高，可避免使用冷冻剂。加压蒸馏使冷凝温度提高，可避免使用冷冻剂。四、本章重点：四、本章重点：1、连续精馏过程的基本原理及过程描述的基本方法连续精馏过程的基本原理及过程描述的基本方法2、二元精馏过程的设计以及精馏过程的操作分析与诊断、二元精馏过程的设计以及精馏过程的操作分析与诊断3、精馏过程的塔设备
4、（板式塔）、精馏过程的塔设备（板式塔）第4页，本讲稿共140页连续精馏装置组成连续精馏装置组成全凝器全凝器回流罐回流罐 塔顶产品塔顶产品原料原料塔塔塔釜产品塔釜产品再沸器再沸器再沸器再沸器第5页，本讲稿共140页6-2双组分溶液的汽液相平衡双组分溶液的汽液相平衡一、气液相平衡气液相平衡经长时间接触，当每个组分的分经长时间接触，当每个组分的分子从液相逸出与气相返回的速度相子从液相逸出与气相返回的速度相同，或达到动平衡时，即该过程达同，或达到动平衡时，即该过程达到了相平衡。到了相平衡。平衡时气液两相的组成之间的关平衡时气液两相的组成之间的关系称为相平衡关系。它取决于体系系称为相平衡关系。它取决于体
5、系的热力学性质，是蒸馏过程的热力的热力学性质，是蒸馏过程的热力学基础和基本依据。学基础和基本依据。第6页，本讲稿共140页汽液平衡关系的描述：汽液平衡关系的描述：用用图图来表示来表示(等温图和等压图等温图和等压图)用相对挥发度来表示用相对挥发度来表示用相平衡常数来表示用相平衡常数来表示用用表表表示表示用用方程式方程式表示表示各适用于什么情况各适用于什么情况?平衡关系哪里来平衡关系哪里来?查书、实验、预测查书、实验、预测第7页，本讲稿共140页二、溶液的蒸气压与二、溶液的蒸气压与拉乌尔定律拉乌尔定律1、溶液的蒸气压、溶液的蒸气压饱和蒸气压饱和蒸气压纯液体纯液体A的饱和蒸气压的饱和蒸气压pA0（可
6、由实验测定或经验式计算得）（可由实验测定或经验式计算得）双组分溶液中双组分溶液中A组分的蒸气压组分的蒸气压pA（不同的溶液中（不同的溶液中A、B两组分彼此对蒸气压的影响不同）两组分彼此对蒸气压的影响不同）2、汽液两相共存时的自由度、汽液两相共存时的自由度根据相律，根据相律，F=N-+2（N为独立组分数，为独立组分数，为相数）为相数）汽液两相平衡物系：汽液两相平衡物系：N=2，=2，故故物系的自由度物系的自由度F为为2。第8页，本讲稿共140页平衡物系涉及的参数为平衡物系涉及的参数为:温度温度t压强压强P(常压蒸馏为定值常压蒸馏为定值)气液两相的组成气液两相的组成xA、xB、yA、yB*1对对于
7、于双双组组分分物物系系，一一相相中中某某一一组组分分的的摩摩尔尔分分数数确确定定后后，另另一一组组分分的的摩摩尔尔分分数数也也随随之之而而定定，液液相相或或气气相相组组成成均均可可用用单单参参数数表表示示。即即xA、yA*2因物系的自由度为因物系的自由度为F=2，温度、压强与气液两相的组成三者，温度、压强与气液两相的组成三者中任意规定两个，则物系的状态将被唯一地确定，余下参数中任意规定两个，则物系的状态将被唯一地确定，余下参数已不能任意选择。已不能任意选择。第9页，本讲稿共140页因此，因此，当压强一定时当压强一定时，双组分平衡物系必存在：，双组分平衡物系必存在：*液相（或气相）组成与温度间的
8、一一对应关系液相（或气相）组成与温度间的一一对应关系（txty）；）；*气液相组成之间的一一对应关系（气液相组成之间的一一对应关系（yx）。）。研究气液相平衡关系就是对上述两个关系进行定量的描述。研究气液相平衡关系就是对上述两个关系进行定量的描述。3、理想溶液与拉乌尔定律、理想溶液与拉乌尔定律理想溶液：理想溶液：分子间引力不因混合而有所变化，即无热效应、无容积效应分子间引力不因混合而有所变化，即无热效应、无容积效应非理想溶液：非理想溶液：第10页，本讲稿共140页拉拉乌乌尔尔定定律律：对对于于双双组组分分理理想想溶溶液液，在在一一定定温温度度下下，汽汽相相中中任任一一组组分分的的分分压压等等于
9、于此此纯纯组组分分在在该该温温度度下下的的蒸蒸气气压压乘乘以以它它在在溶液中的摩尔分数。溶液中的摩尔分数。即：即：pA=pA0 xApB=pB0 xB=pB0（1-xA）式中式中pA、pB溶液上方组分溶液上方组分A、B的蒸气压，的蒸气压，Kpa；pA0、pB0纯纯组分组分A、B的蒸气压，的蒸气压，Kpa；xA、xB溶液中组分溶液中组分A、B的摩尔分数。的摩尔分数。*对于非理想溶液，汽液相平衡关系可由实验测定对于非理想溶液，汽液相平衡关系可由实验测定。第11页，本讲稿共140页三、温度组成图（三、温度组成图（tx、ty关系）关系）(等压图等压图)在在一一定定压压力力下下（且且总总压压不不高高时时
10、），溶溶液液的的温温度度随随组组成成而而变变。对对于于理理想想溶溶液液，tx、ty数数据据可可由由拉拉乌乌尔尔定定律律、道道尔尔顿分压定律推导出顿分压定律推导出tx、ty数据计算式。即数据计算式。即p-pB0pA0 xAxA=yA=pA0-pB0P对于理想溶液，用数据作图与实验测定结果完全相符。对于理想溶液，用数据作图与实验测定结果完全相符。对于非理想溶液，对于非理想溶液，tx、ty数据通常由实验测定。数据通常由实验测定。温度组成图可用于对过程的定性分析。温度组成图可用于对过程的定性分析。第12页，本讲稿共140页例：总压为例：总压为101.3kPa下，苯与甲苯混合液的下，苯与甲苯混合液的tx
11、、ty图图ttytx汽相区汽相区ty汽相线以上区域汽相线以上区域露点露点ty线又称为露点曲线线又称为露点曲线xx或或y汽液共存区汽液共存区tx线与线与ty线之间区域线之间区域泡点泡点tx线又称为泡点曲线线又称为泡点曲线液相区液相区tx液相线以下区域液相线以下区域*由由txy图可知，双元理想溶液与纯液体的区别：图可知，双元理想溶液与纯液体的区别：双元理想溶液的沸点不是一个定值，而是一个范围；双元理想溶液的沸点不是一个定值，而是一个范围；双元理想溶液组成一定时，泡点与露点不相等。双元理想溶液组成一定时，泡点与露点不相等。第13页，本讲稿共140页三个区三个区沸点沸点(boilingpoint)泡点
12、泡点(bubblepoint)露点露点(dewpoint)相平衡时：相平衡时：如何由如何由xA求求T?用泡点线用泡点线.如何由如何由xA求求yA?用泡点线和露点线用泡点线和露点线如何由如何由yA求求T?用露点线用露点线.第14页，本讲稿共140页四、汽液相平衡图（四、汽液相平衡图（yx图）图）pA0 xAyA=P或或yA=KxA其中其中K称为相平衡常数，且称为相平衡常数，且K=pA0/P。当总压不变时当总压不变时K随温度而变。随温度而变。汽液相平衡关系可用于对过程的定量解析。汽液相平衡关系可用于对过程的定量解析。汽液相平衡关系可用汽液相平衡关系可用yx图表示，图表示，yx图可根据平图可根据平衡
13、数据直接绘制。衡数据直接绘制。以下为苯以下为苯甲苯混合液的甲苯混合液的xy图：图：第15页，本讲稿共140页 *1 yx线与对角线（线与对角线（y=x）的关系）的关系*2 总压对总压对yx线的影响线的影响总压变化不大时，可忽略总压变化不大时，可忽略P对对yx线的影响线的影响（变化达30%时，影响小于2%）总压变化大于一倍时，总压变化大于一倍时，P对对yx线的影响不能忽略线的影响不能忽略当总压低于两纯组分的临界压强时，蒸馏可在全含量范围内操作当总压低于两纯组分的临界压强时，蒸馏可在全含量范围内操作*3 P对对tx、ty线的影响不能忽略线的影响不能忽略第16页，本讲稿共140页五、挥发度与相对挥发
14、度五、挥发度与相对挥发度挥发度挥发度v对于纯溶液，对于纯溶液，v=p0对于混合溶液中某一组分，对于混合溶液中某一组分，vi=pi/xi对于理想溶液，对于理想溶液，vA=pA0vB=pB0相对挥发度相对挥发度：溶液中两组分挥发度之比：溶液中两组分挥发度之比vApA/xApA0=vBpB/xBpB0原则上原则上是温度的函数，但是温度的函数，但pA0/pB0比值与温度比值与温度关系较小，通常在操作温度范围内取一平均值。关系较小，通常在操作温度范围内取一平均值。第17页，本讲稿共140页根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律yAxBy（1-x）=yBxAx（1-y）即即xy=1+
15、（-1）x该式称为该式称为相平衡方程相平衡方程。取值方法取值方法已知已知时可根据上式确定时可根据上式确定yx平衡关系。平衡关系。若若=1，则，则yA=xA，此时不能用蒸馏方法分离该混合物。，此时不能用蒸馏方法分离该混合物。若若1，则，则yAxA，此时可以用蒸馏方法分离该混合物。，此时可以用蒸馏方法分离该混合物。第18页，本讲稿共140页六、双组分非理想溶液六、双组分非理想溶液1、具有正偏差的非理想溶液、具有正偏差的非理想溶液fABfAA、fBB（氯仿-丙酮 系统）溶液的平衡分压较理想溶液高，当偏差达到一定程度时，具有最高恒沸点。溶液的平衡分压较理想溶液高，当偏差达到一定程度时，具有最高恒沸点。
16、*1具有恒沸点的溶液用一般蒸馏方法最多达到恒沸组成，就不能再进一步分离。具有恒沸点的溶液用一般蒸馏方法最多达到恒沸组成，就不能再进一步分离。*2当当总总压压改改变变时时，txy图图线线不不仅仅上上下下移移动动，形形状状也也可可能能发发生生变变化化，即可以改变恒沸组成。即可以改变恒沸组成。*3非理想溶液不一定都有恒沸点。非理想溶液不一定都有恒沸点。*4溶液的恒沸点数据可从手册上查得。溶液的恒沸点数据可从手册上查得。第19页，本讲稿共140页汽液平衡关系的描述：汽液平衡关系的描述：用用图图来表示来表示1、（、（tx、ty）图）图2、yx图图用用方程式方程式表示表示1、拉乌尔定律、拉乌尔定律2、用相
17、平衡常数来表示、用相平衡常数来表示3、用相对挥发度来表示、用相对挥发度来表示各适用于什么情况各适用于什么情况?平衡关系哪里来平衡关系哪里来?查书、实验、预测查书、实验、预测第20页，本讲稿共140页63蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理一、简单蒸馏一、简单蒸馏Simpledistillation过程及原理过程及原理第21页，本讲稿共140页特点：特点：间歇操作，产品浓度随时间而变，间歇操作，产品浓度随时间而变，只能达到有限程度的提浓只能达到有限程度的提浓请在等压图上描述简单蒸馏过程。请在等压图上描述简单蒸馏过程。过程计算：过程计算：求某一瞬间气、液相组成及馏出液的平均组成求某一瞬间气、液相组成及馏出
18、液的平均组成第22页，本讲稿共140页1、求某一瞬间气、液相组成、求某一瞬间气、液相组成由物料衡算得某一瞬间气、液相组成关系为由物料衡算得某一瞬间气、液相组成关系为Wx=ydW+（W-dW）（）（x-dx）W某一瞬间蒸馏釜中的液体量，随时间而变，由初态某一瞬间蒸馏釜中的液体量，随时间而变，由初态W1终态终态W2；x某一瞬间蒸馏釜中液体的组成，由初态某一瞬间蒸馏釜中液体的组成，由初态x1终态终态x2；y某一瞬间蒸馏釜蒸出的气相组成，随时间而变。某一瞬间蒸馏釜蒸出的气相组成，随时间而变。略去二阶无穷小量，上式写为：略去二阶无穷小量，上式写为：dW/W=dx/（y-x）积分得：积分得：W1dxln=
19、W2（y-x）y=f（x）第23页，本讲稿共140页若为理想液体若为理想液体xy=1+（-1）xW11x11-x2则则ln=ln+lnW2-1x21-x1当已知当已知W1、W2、x1、x2中三个量时，即可根据上式中三个量时，即可根据上式求出另一未知量。求出另一未知量。第24页，本讲稿共140页2、馏出液的平均组成、馏出液的平均组成对全过程易挥发组分物料衡算式：对全过程易挥发组分物料衡算式：y平均平均（W1-W2）=W1x1-W2x2故故W2y平均平均=x1+（x1-x2）W1-W2y平均平均冷凝液（塔顶产品）的平均浓度。冷凝液（塔顶产品）的平均浓度。第25页，本讲稿共140页二、平衡蒸馏二、平
20、衡蒸馏Equilibriumdistillation过程及原理：过程及原理：特点：特点：连续操作、产品浓度不随时连续操作、产品浓度不随时间而变且满足相平衡方程式、间而变且满足相平衡方程式、只能达到有限程度的提浓只能达到有限程度的提浓过程计算：过程计算：求：气、液相组成。求：气、液相组成。气、液相组成根据物料衡算式、热量衡算式及相平衡方程式求取。（P80）请在等压图上描述闪蒸过程。请在等压图上描述闪蒸过程。第26页，本讲稿共140页三、精馏三、精馏1、原理、原理多次部分汽化、部分冷凝多次部分汽化、部分冷凝如何实现多次部分汽化、部分冷凝？如何实现多次部分汽化、部分冷凝？第27页，本讲稿共140页2
21、、分类、分类连续精馏、间歇精馏连续精馏、间歇精馏3、连续精馏流程、连续精馏流程装置组成装置组成全凝器全凝器回流罐回流罐 塔顶产品塔顶产品原料原料塔塔再沸器再沸器塔釜产品塔釜产品第28页，本讲稿共140页各部分的作用各部分的作用塔顶：冷凝器、回流罐塔顶：冷凝器、回流罐塔塔塔身：加料板、精馏段、提馏段塔身：加料板、精馏段、提馏段塔底：再沸器塔底：再沸器连续、稳定操作的必要条件连续、稳定操作的必要条件塔顶回流液塔顶回流液塔底上升蒸汽塔底上升蒸汽第29页，本讲稿共140页小结：小结：1、简单蒸馏、平衡蒸馏、简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、精馏原理、特点、用于什么情况、区别原理、特点、用于什么情况、区别2、精
22、馏原理精馏原理(为什么这么做为什么这么做)3、精馏用何设备实现、精馏用何设备实现(塔塔)第30页，本讲稿共140页64双组分连续精馏塔计算双组分连续精馏塔计算精馏设计计算精馏设计计算给出原料的量和组成给出原料的量和组成提出产品的质量要求提出产品的质量要求(收率要求收率要求)设计内容设计内容(理论板数理论板数,回流比回流比)塔板数：高度塔板数：高度直径：粗细直径：粗细回流比回流比R：能耗：能耗即已知：料液组成即已知：料液组成xF、料液量、料液量F、产品组成、产品组成xD求：产品量求：产品量D、釜液量、釜液量W、塔板数、塔高、塔径、塔板数、塔高、塔径第31页，本讲稿共140页一、全塔物料衡算一、全
23、塔物料衡算物料衡算式物料衡算式VDF=D+WLFxF=DxD+WxWF易挥发组分的回收率易挥发组分的回收率DxDV=100%LWFxF第32页，本讲稿共140页难挥发组分的回收率难挥发组分的回收率W（1-xW）=100%F（1-xF）回流量回流量L(对塔顶冷凝器作物料衡算对塔顶冷凝器作物料衡算)L/D=RR回流比回流比L+D=VV上升蒸汽量上升蒸汽量*料液处理量一定时，料液处理量一定时，L，即，即R，xD；*料料液液处处理理量量一一定定时时，L，并并不不意意味味D，而而是是意意味味着着V的的增增加，即加热速率、冷凝速率要增加，能耗大。加，即加热速率、冷凝速率要增加，能耗大。第33页，本讲稿共1
24、40页全塔物料衡算全塔物料衡算确定整个精馏系统进出物料量及浓度之间确定整个精馏系统进出物料量及浓度之间的关系。的关系。完成分离任务对塔的要求如何确定？完成分离任务对塔的要求如何确定？经每块塔板浓度变化情况及相互关系经每块塔板浓度变化情况及相互关系塔板上塔板上-相平衡关系相平衡关系塔板间塔板间-物料衡算物料衡算第34页，本讲稿共140页二、理论板与恒摩尔流假说二、理论板与恒摩尔流假说1、理论板、理论板ynxn-1板上传递过程的特征方程：板上传递过程的特征方程：物料衡算式物料衡算式Vyn+1+Lxn-1=Vyn+Lxn相平衡方程相平衡方程yn=f（xn）xnyn+12、恒摩尔流假说、恒摩尔流假说
25、a、恒摩尔汽化恒摩尔汽化：精馏段：精馏段V1=V2=V=定值定值 提馏段提馏段V1=V2=V=定值定值 b、恒摩尔溢流恒摩尔溢流：精馏段：精馏段L1=L2=L=定值定值 提馏段提馏段L1=L2=L=定值定值以上以上假设成立条件假设成立条件：各组分摩尔汽化焓相等各组分摩尔汽化焓相等汽、液相接触时因温度不同而交换的显热忽略汽、液相接触时因温度不同而交换的显热忽略热损失忽略热损失忽略第35页，本讲稿共140页三、操作线方程（三、操作线方程（yx操作关系）操作关系）1、精馏段精馏段对精馏段中某一塔板（第对精馏段中某一塔板（第n+1块）至塔顶作物料衡算块）至塔顶作物料衡算V=L+DVyn+1=Lxn+D
26、xDLDyn+1=xn+xDL+DL+DR1yn+1=xn+xDR+1R+1*当当D一定时，一定时，L、V取决于回流比取决于回流比RxD*已知已知xD、R，即可作出精馏段操作线：，即可作出精馏段操作线：过点（过点（xD、xD），斜率为），斜率为R/（R+1）第36页，本讲稿共140页2、提馏段提馏段对提馏段中某一塔板（第对提馏段中某一塔板（第m块）至塔底作物料衡算块）至塔底作物料衡算 L=V+WLxm=Vym+1+WxWLWym+1=-xm-xWL-WL-W xW*提馏段操作线过点（提馏段操作线过点（xW、xW）*提馏段操作线要根据进料状况定提馏段操作线要根据进料状况定第37页，本讲稿共140
27、页3、进料热状况的影响、进料热状况的影响V物料衡算物料衡算F+V+L=V+LVV=F-（LL）L热量衡算热量衡算FFhf+VH+Lh=VH+LhVH蒸汽的摩尔焓，蒸汽的摩尔焓，kJ/kmol；h液体的摩尔焓，液体的摩尔焓，kJ/kmol；Lhf料液的的摩尔焓，料液的的摩尔焓，kJ/kmol。第38页，本讲稿共140页进料状况参数进料状况参数q定义：加料中饱和液体所占的分率定义：加料中饱和液体所占的分率LLHhfq=FH-h即即L=L+qFV=V-（1-q）F因此，提馏段操作线方程可改写为：因此，提馏段操作线方程可改写为：L+qFWym+1=xm-xWL+qF-WL+qFW第39页，本讲稿共14
28、0页五种进料热状况五种进料热状况q的值：的值：冷液进料冷液进料q1VF+L*饱和液体进料饱和液体进料q=1V=VL=F+L汽液混合物进料汽液混合物进料0q1饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料q=0V=V+FL=L过热蒸汽进料过热蒸汽进料qV+FLL第40页，本讲稿共140页4、q线方程（进料方程）线方程（进料方程）q线方程为：线方程为：精馏段操作线与提馏段操作线交点轨迹的方程。精馏段操作线与提馏段操作线交点轨迹的方程。d为两操作线的交点，即有为两操作线的交点，即有Vyq=Lxq+DxDLxq=Vyq+WxW整理上式并将式整理上式并将式dL=L+qF及及V=V-(1-q)Fe代入可得：代入可得：qxFy=
29、x-q-1q-1xWxFxD上式称为进料线方程。上式称为进料线方程。*当进料状况一定时，上式为直线方程。且过点当进料状况一定时，上式为直线方程。且过点e(xF，xF)及及*饱和液体进料时，饱和液体进料时，q线方程为线方程为x=xF,xF=xqd(xq，xq)第41页，本讲稿共140页进料线示意图进料线示意图什么是操作线什么是操作线?如何得到如何得到?有什么用途有什么用途?(包括包括q线线)(N,R)第42页，本讲稿共140页【例例】某某液液体体混混合合物物含含易易挥挥发发组组分分0.65（摩摩尔尔分分率率，下下同同），以以饱饱和和蒸蒸汽汽加加入入连连续续精精馏馏塔塔中中，加加料料量量为为50k
30、mol/h，残残液液组组成成为为0.04，塔塔顶顶产产品品的的回回收收率率为为99%，回流比为，回流比为3，试求：试求：塔顶、塔底的产品流率；塔顶、塔底的产品流率；精馏段和提馏段内上升蒸汽及下降液体的流率；精馏段和提馏段内上升蒸汽及下降液体的流率；写出精馏段和提馏段的操作线方程。写出精馏段和提馏段的操作线方程。第43页，本讲稿共140页D,xD123y1F,xFy1y2y3x1x2x3n123yny2y3x1x2x3m-1 L,xm-1V,yWW,xW第44页，本讲稿共140页四、双组分连续精馏塔设计型计算四、双组分连续精馏塔设计型计算前提：1）由全塔物料衡算确定 xF，xD，xW；2）已知操
31、作压力确定相平衡关系；3）已知回流比和进料热状态确定操作线。方法：交替使用相平衡关系和操作线方程，确定理论板数N。第45页，本讲稿共140页1、理论板数的计算、理论板数的计算逐板计算法逐板计算法（*饱和液体进料时）饱和液体进料时）精精馏馏段段：由由xD=y1x1y2x2y3直直至至xnxF，则精馏段需要（则精馏段需要（n-1）块理论板。）块理论板。提提馏馏段段：由由xny2x2y3x3y4直直至至xmxW则则提提馏馏段段需需要要（m-1）块块理理论论板板（除除去去再再沸沸器）。器）。问题问题:再沸器什么时候相当于一块理论板再沸器什么时候相当于一块理论板?第46页，本讲稿共140页作图法：作图法
32、：xWxFxD最优加料位置的确定：为该板的液相组成最优加料位置的确定：为该板的液相组成x等于或略等于或略小于小于xq。（从最接近的组成处进入，为什么（从最接近的组成处进入，为什么?）返混）返混第47页，本讲稿共140页理论板数的简捷计算法理论板数的简捷计算法（吉利兰关联图）（吉利兰关联图）当(R-R min)/(R+1)0.17时 N-N min R-R min log=-0.9()0.17 N+1 R+1 N全塔理论板数全塔理论板数Nmin全塔最小理论板数全塔最小理论板数R回流比回流比Rmin最小回流比最小回流比 第48页，本讲稿共140页逐板计算逐板计算:准确准确,但是本课程中做了简化但是
33、本课程中做了简化图解法图解法:是简化了的逐板计算在是简化了的逐板计算在y-x图上的反图上的反映映Gilliland图图:估算估算,可以不必追求精度可以不必追求精度第49页，本讲稿共140页以上计算基于已知以上计算基于已知R的前提的前提,那么那么R如何确定如何确定?第50页，本讲稿共140页2、回流比的确定、回流比的确定回流比对操作的影响：回流比对操作的影响：*料液处理量一定时，料液处理量一定时，R，xD；*料料液液处处理理量量一一定定时时，R，并并不不意意味味D，而而是是意意味味着着V的增加，即加热速率、冷凝速率要增加，能耗大。的增加，即加热速率、冷凝速率要增加，能耗大。*料料液液处处理理量量
34、、xD一一定定时时，R，操操作作线线越越接接近近对对角角线，所需理论板数线，所需理论板数回流比回流比R与所需理论板数及操作费用（能耗）有关。与所需理论板数及操作费用（能耗）有关。第51页，本讲稿共140页回流比的确定：回流比的确定：全回流与最少理论板：全回流与最少理论板：全回流全回流R=L/D=R/（R+1）=1操作线与对角线重合，操作线与对角线重合，即即yn+1=xn所需理论板数最少，所需理论板数最少，全回流只适用于开工、调试和实验研究。全回流只适用于开工、调试和实验研究。xWxD第52页，本讲稿共140页最少理论板可用下式近似计算：最少理论板可用下式近似计算：芬斯克（芬斯克（Fenske）
35、方程）方程logxD/(1-xD)(1-xW)/xWNmin=log近似取塔顶与塔底相对挥发度的平均值。近似取塔顶与塔底相对挥发度的平均值。xD塔顶产品浓度塔顶产品浓度xW塔底产品浓度塔底产品浓度第53页，本讲稿共140页最小回流比最小回流比*什么是最小回流比：什么是最小回流比：当两操作线交点落在平衡曲线当两操作线交点落在平衡曲线上或一操作线与平衡曲线相切时，上或一操作线与平衡曲线相切时，回流比有最小值，即回流比有最小值，即Rmin。*确定方法：确定方法：用用下下式式计计算算：根根据据有有最最小小回回流流比比时时精精馏馏段段操操作作线线过过点点（xD、xD）和点（）和点（xq、yq），即斜率为
36、），即斜率为RminxDyq=Rmin+1xDxqyqxwxqxD第54页，本讲稿共140页整理上式可得：整理上式可得：Rmin=(xDyq)/(yqxq)此时此时xqyq=1+（-1）xq泡点进料时：泡点进料时：Rmin=(xDyF)/(yFxF）xFyF=1+（-1）xF第55页，本讲稿共140页或由作图法求得或由作图法求得xwxqxDxwxqxDxwxqxD若泡点进料，若泡点进料，xq=xF第56页，本讲稿共140页适宜回流比适宜回流比（操作费用与设备费用之和有最小值时）（操作费用与设备费用之和有最小值时）通常通常R=（1.22.0）Rmin回流比与理论板数的关系：回流比与理论板数的关系
37、：NNminRmin R第57页，本讲稿共140页五、双组分连续精馏的其它类型五、双组分连续精馏的其它类型1、直接蒸汽加热、直接蒸汽加热Lxm=Sym+1+WxWL=WS=V直接蒸汽直接蒸汽WWym+1=xm-xW S S (x=x(x=xW W 时时,y=0),y=0)xWxqxD第58页，本讲稿共140页条件（1）分离液体为水溶液，且水是难挥发组分；（2）馏出物为非水组分，釜液近乎纯水。使用直接水蒸汽加热，可省去再沸釜。第59页，本讲稿共140页2、多股加料、多股加料（料液浓度不同，需从不同位置加入）料液浓度不同，需从不同位置加入）(后加入所需塔板数少后加入所需塔板数少)xF1xF2xWx
38、F2xF1xD第60页，本讲稿共140页3、侧线出料、侧线出料（要求产品浓度不同，需从不同位置取出）（要求产品浓度不同，需从不同位置取出）xWxFxD2xD1第61页，本讲稿共140页4、回收塔、回收塔第62页，本讲稿共140页 第63页，本讲稿共140页只有提馏段而无精馏段的塔条件（1）回收稀溶液中的轻组分，而对馏出液浓度要求不高；（2）物料在低浓度下，相对挥发度大，不用精馏段也可达到xD。如：在稀氨水中回收氨。第64页，本讲稿共140页六、双组分连续精馏塔操作型计算六、双组分连续精馏塔操作型计算已已知知：相相平平衡衡曲曲线线或或相相对对挥挥发发度度；全全塔塔总总板板数数及及加加料料板板位位
39、置；原料量及组成；原料的热状态置；原料量及组成；原料的热状态q。求：求：产品组成及产量。产品组成及产量。计计算算方方法法：根根据据操操作作关关系系、相相平平衡衡关关系系及及物物料料衡衡算算求求得。得。第65页，本讲稿共140页1、回流比、回流比R对操作的影响对操作的影响xw、xF、xD一定时一定时塔板数一定时塔板数一定时R，NR，xD，xwxwxF、xD第66页，本讲稿共140页2、原料组成、原料组成xF对操作的影响对操作的影响塔板数、回流比一定时塔板数、回流比一定时xF，xD，xw，（若要，（若要xD不变，增大不变，增大R）xFxF第67页，本讲稿共140页3、加料板位置对操作的影响、加料板
40、位置对操作的影响xwxDxwxD*xD，xw一定时，提前或推迟加料，所需一定时，提前或推迟加料，所需N*N、R一定时，提前或推迟加料，一定时，提前或推迟加料，xD，xw 第68页，本讲稿共140页4、加料状况的选择、加料状况的选择在回流比在回流比R一定时，一定时，q值不影响值不影响精馏段操作线位置，但明显改变精馏段操作线位置，但明显改变了提馏段操作线的位置。了提馏段操作线的位置。一般说来，一般说来，在耗热不变的情况下，在耗热不变的情况下，热量应尽可能在塔底输入，冷却量热量应尽可能在塔底输入，冷却量应尽可能在塔顶输入，应尽可能在塔顶输入，以使所产生以使所产生的气相回流与液相回流能经过全塔的气相回
41、流与液相回流能经过全塔而发挥最大的效能。而发挥最大的效能。xWxFxD但当塔釜温度过高、物料易产生聚合或结焦时，为了但当塔釜温度过高、物料易产生聚合或结焦时，为了减少塔釜的加热量，工业生产中可考虑采用热态甚至气减少塔釜的加热量，工业生产中可考虑采用热态甚至气态进料。态进料。第69页，本讲稿共140页5、精馏塔的温度分布和灵敏板、精馏塔的温度分布和灵敏板（可用测量温度的方法预示塔内组成）（可用测量温度的方法预示塔内组成）塔顶塔顶塔板号塔板号塔釜塔釜tt全塔温度分布图全塔温度分布图高纯度分离时高纯度分离时各板上各板上组成组成及及总压总压不同，所以不同，所以t不同，因此可以用测温度的方法来预示塔内组
42、成，不同，因此可以用测温度的方法来预示塔内组成，尤其是塔顶组成的变化。但是高纯度分离时，不能用该方法。尤其是塔顶组成的变化。但是高纯度分离时，不能用该方法。加压或常压精馏，塔内温度分布主要受组成影响；减压精馏，则即受组成影响又受总压影响。第70页，本讲稿共140页灵敏板灵敏板（高纯度分离时，可用测灵敏板上温度的方法来预示塔内组（高纯度分离时，可用测灵敏板上温度的方法来预示塔内组成变化情况）成变化情况）灵敏板：灵敏板：这块板上的温度对外界干扰因素（如：这块板上的温度对外界干扰因素（如：R或或XF等）的反应最灵敏。等）的反应最灵敏。灵敏板位置的求取：灵敏板位置的求取：第71页，本讲稿共140页六、
43、精馏装置的热量衡算及热能的回收利用六、精馏装置的热量衡算及热能的回收利用1、热量衡算、热量衡算*冷凝器的热负荷及冷却水用量计算冷凝器的热负荷及冷却水用量计算冷凝器的热负荷冷凝器的热负荷QcQc=D(R+1)(Hv-hR)Hv塔顶上升蒸气的摩尔焓，塔顶上升蒸气的摩尔焓，kJ/kmol；hR回流液的摩尔焓，回流液的摩尔焓，kJ/kmol。冷却水用量冷却水用量GcGc=Qc/Cp(t2-t1)第72页，本讲稿共140页*再沸器的热负荷再沸器的热负荷QB及加热剂用量及加热剂用量GB计算计算QB=QD+QQ+QC-QFQD塔顶产品带出去的热量，塔顶产品带出去的热量，kJ/h；QQ塔底产品带出去的热量，塔
44、底产品带出去的热量，kJ/h；QC冷凝器中冷却剂带出去的热量，冷凝器中冷却剂带出去的热量，kJ/h；QF进料带入的热量，进料带入的热量，kJ/h；2、热能的回收利用方法、热能的回收利用方法*产生低压蒸汽产生低压蒸汽*余热利用余热利用*热泵热泵第73页，本讲稿共140页65其它精馏其它精馏一、间歇精馏一、间歇精馏1、间歇精馏过程、间歇精馏过程特点：特点：（与连续精馏比较）（1）非定态过程）非定态过程（2）没有提馏段）没有提馏段*为减少持液量，多采用填料塔；能耗大为减少持液量，多采用填料塔；能耗大间歇精馏方式：间歇精馏方式：（1）馏出液组成维持恒定的操作）馏出液组成维持恒定的操作（2）回流比维持恒
45、定的操作）回流比维持恒定的操作第74页，本讲稿共140页2、馏出液组成维持恒定的操作、馏出液组成维持恒定的操作过程：馏出液组成维持恒定，回流比不断增大，直至釜液组成过程：馏出液组成维持恒定，回流比不断增大，直至釜液组成降为降为xwe最小回流比的确定：最小回流比的确定：Rmin=(xDywe)/(ywexwe）RRmin塔板数确定：塔板数确定：第75页，本讲稿共140页每批料液操作时间：每批料液操作时间：根据气化量等于塔顶蒸气量，以及物料衡算可得，根据气化量等于塔顶蒸气量，以及物料衡算可得，FxFR+1=（xDxF）dxVxW（xDx）2在操作过程中，因塔板数不变，每一釜液组成必对在操作过程中，
46、因塔板数不变，每一釜液组成必对应一回流比，可用数值积分从上式求出每批料液的精应一回流比，可用数值积分从上式求出每批料液的精馏时间。馏时间。第76页，本讲稿共140页3、回流比维持恒定的操作、回流比维持恒定的操作过程：回流比维持恒定，馏出液、釜液组成不断降低过程：回流比维持恒定，馏出液、釜液组成不断降低最小回流比的确定：最小回流比的确定：Rmin=(xD开始开始yF)/(yFxF）xD开始开始xD平均平均RRmin*在精馏产物的组成相同的条件下，馏出液组成维持恒定的在精馏产物的组成相同的条件下，馏出液组成维持恒定的操作较为经济操作较为经济第77页，本讲稿共140页二、恒沸精馏与萃取精馏二、恒沸精
47、馏与萃取精馏适用场合适用场合?相对挥发度等于相对挥发度等于1或者特别接近与或者特别接近与1使相对挥发度提高的思路使相对挥发度提高的思路加入物质加入物质C使原有组分使原有组分AB的相对挥发度改变的相对挥发度改变使使B更易挥发的例子更易挥发的例子:恒沸精馏制取无水乙醇恒沸精馏制取无水乙醇使使B更难挥发的例子更难挥发的例子:萃取精馏制取无水乙醇萃取精馏制取无水乙醇第78页，本讲稿共140页恒沸精馏流程恒沸精馏流程1BEWWEB230.89EW99.9%EEWBEWBEW99.9%W0.89EWB:benzeneE:ethanolW:waterEWB:azeotropic第79页，本讲稿共140页恒沸
48、精馏挟带剂选择的主要条件：恒沸精馏挟带剂选择的主要条件：（1）能与待分离组分之一（或两个）形成非均）能与待分离组分之一（或两个）形成非均相的最低恒沸物相的最低恒沸物（2）新形成的恒沸物要便于分离，以回收其中的挟）新形成的恒沸物要便于分离，以回收其中的挟带剂带剂（3）恒沸物中挟带剂的相对含量少（以减少其用量）恒沸物中挟带剂的相对含量少（以减少其用量）第80页，本讲稿共140页萃取精馏流程萃取精馏流程120.89EW99%EWGGWE:ethanolW:waterG:glycol第81页，本讲稿共140页萃取精馏添加剂选择的主要条件：萃取精馏添加剂选择的主要条件：*选择性高、挥发性小选择性高、挥发
49、性小*添加剂与原溶液有足够的互溶度，以充分发挥每添加剂与原溶液有足够的互溶度，以充分发挥每块板上液相中添加剂的作用块板上液相中添加剂的作用萃取精馏与恒沸精馏比较：萃取精馏与恒沸精馏比较：共同点：共同点：加入某种添加剂以增加被分离组分的相对挥发度加入某种添加剂以增加被分离组分的相对挥发度差别：差别：*恒沸精馏添加剂的选择比萃取精馏要求高恒沸精馏添加剂的选择比萃取精馏要求高*萃取精馏比恒沸精馏经济，热消耗少萃取精馏比恒沸精馏经济，热消耗少*恒沸精馏操作方便，萃取精馏不能用于简单的恒沸精馏操作方便，萃取精馏不能用于简单的间歇操作间歇操作第82页，本讲稿共140页66板式塔板式塔1、塔板结构、塔板结构
50、汽相通道、溢流堰、降液管汽相通道、溢流堰、降液管泡罩塔板 浮伐塔板 筛孔塔板 导向塔板 垂直塔板（舌型塔板、浮舌塔板、斜孔塔板）第83页，本讲稿共140页塔板型式塔板型式要求：要求：1.生产能力大，即汽液负荷高；生产能力大，即汽液负荷高；2.板效率高；板效率高；3.塔板压降低；塔板压降低；4.操作弹性大；操作弹性大；5.结构简单，制造成本低。结构简单，制造成本低。第84页，本讲稿共140页泡罩塔板泡罩塔板优点优点:操作弹性较大，塔板不易堵塞。缺点操作弹性较大，塔板不易堵塞。缺点:结构复杂、结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效