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1、化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 1*第六章第六章蒸馏蒸馏化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 2*化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 3*酒的提纯酒的提纯蒸馏操作过程。蒸馏操作过程。锅为汽化器，顶锅为汽化器，顶盖为冷凝器。这就是盖为冷凝器。这就是一种简单蒸馏的操作一种简单蒸馏的操作过程。我还不知道过程。我还不知道“对酒当歌对酒当歌”源于哪个源于哪个朝代的帝王将相，但朝代的帝王将相，但可以肯定，从可以肯定，从“对酒对酒当歌当歌”那个时候起，那个时候起，劳动人民已经掌握了劳动人民已经掌握了简单精馏这种操作过简单精馏这种操作过程。程。化工
2、原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 4*精馏装置示意图化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 5*6.1 6.1 概概 述述 乙醇乙醇:液相液相气气相相分离液体混合物分离液体混合物1.1.蒸蒸 馏馏通通过过加加热热造造成成气气液液两两相相物物系系，利利用用物物系系中中各各组组分分挥挥发发度度不不同同的的特特性性以以实现分离的单元操作。实现分离的单元操作。应用：应用：在酿酒业中饮料酒；在酿酒业中饮料酒；在石油炼制工业中，原油经蒸馏后在石油炼制工业中，原油经蒸馏后制取汽油、煤油、柴油等产品；制取汽油、煤油、柴油等产品；在合成材料工业中，除去反应溶剂。在合成材料工业中
3、，除去反应溶剂。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 6*目的：目的：液体混合物的分离，提取或回收有用组分。液体混合物的分离，提取或回收有用组分。依据：依据：利用在同样的温度、压强条件下，混合液利用在同样的温度、压强条件下，混合液中各组分挥发性的差异。中各组分挥发性的差异。挥发性大，称为挥发性大，称为易挥发组分易挥发组分或或轻组分轻组分（A）。）。挥发性小，称为挥发性小，称为难挥发组分难挥发组分或或重组分重组分（B）。）。蒸馏分离的目的和依据蒸馏分离的目的和依据化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 7*混合物的混合物的分离方法：分离方法：蒸馏吸收萃取干燥液体
4、混合物气体混合物液体混合物固体中的湿分苯与甲苯的分离水吸收空气中的氨气 聚乙烯干燥 用环丁砜萃取分离芳烃溶液 化学工业中常见的传质过程：化学工业中常见的传质过程：传传质质（mass mass transfertransfer）过过程程：物物质质在在相相间间的的转转移过程称为传质（分离）过程。移过程称为传质（分离）过程。液液气气化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 8*二、蒸馏过程的分类1.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馏精馏特殊精馏特殊精馏萃取精馏萃取精馏恒沸精馏恒沸精馏2.按操作压强按操作压强常压蒸馏常压蒸馏加压蒸馏加压蒸馏减压蒸馏减压蒸馏化工原理教
5、学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 9*3.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：双组分蒸馏双组分蒸馏多组分蒸馏多组分蒸馏4.4.按操作流程：按操作流程：间歇蒸馏：小规模生产，非定态操作间歇蒸馏：小规模生产，非定态操作连续蒸馏：大规模，定态操作连续蒸馏：大规模，定态操作本章讨论：常压下的两组分连续精馏本章讨论：常压下的两组分连续精馏化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 10*6.2 两组分溶液的气液平衡6.2.1 两组分理想物系的气液平衡1.相律相律相律是描述相平衡的基本规律，表示平衡体相律是描述相平衡的基本规律，表示平衡体系中的自由度数、相数及独
6、立组分数的关系：系中的自由度数、相数及独立组分数的关系：F=C+2式中：式中：F自由度数；自由度数；C独立组分数；独立组分数；相数。相数。对于两组分：对于两组分：C=2,=2，F=2（t、p、x、y）在压力在压力p一定下，一定下，tx(y)及及xy函数关系或相图表示函数关系或相图表示化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 11*理想物系中液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。理想物系中液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。要求：性质相近要求：性质相近、分子结构相似所组成的溶液。、分子结构相似所组成的溶液。例例:苯苯-甲苯、甲醇甲苯、甲醇-乙醇、烃类同系物乙醇、烃类同系物2.两组分理想物系的
7、气液平衡关系气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。要求要求：总压不太高（：总压不太高（104kPa）化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 12*二、气液平衡关系式拉乌尔定律1 1）用饱和蒸气压表示）用饱和蒸气压表示拉拉乌乌尔尔定定律律：一一定定温温度度下下，理理想想溶溶液液上上方方气气相相中中任任意意组组分分的的分分压压等等于于纯纯组组分分在在该该温温度度下下的的饱饱和和蒸蒸气气压压与与它它在溶液中的摩尔分数的乘积。在溶液中的摩尔分数的乘积。A:A:易挥发组分，沸点低组分易挥发组分，沸点低组分,B:B:难挥发组分，沸点高组分难挥发组分，沸点高
8、组分化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 13*x:液相中易挥发组分的摩尔分数；液相中易挥发组分的摩尔分数；1-x:难挥发组分的摩尔分数难挥发组分的摩尔分数溶液沸腾时，总压等于各组分的蒸气压之和溶液沸腾时，总压等于各组分的蒸气压之和泡点方程化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 14*理想气体混合物服从道尔顿分压定律：理想气体混合物服从道尔顿分压定律：y:气相中易挥发组分的摩尔分数；气相中易挥发组分的摩尔分数；1-y:难挥发组分的摩尔分数难挥发组分的摩尔分数化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 15*用饱和蒸气压表示的气液平衡关系用饱和蒸气压
9、表示的气液平衡关系露点方程化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 16*以平衡常数表示的气液平衡方程设平衡的气相遵循道尔顿分压定律，即令平衡常数以平衡常数表示的气液平衡方程则KA并不是常数，随温度而变，在多组分中常用。并不是常数，随温度而变，在多组分中常用。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 17*2 2）用相对挥发度表示）用相对挥发度表示挥发度定义挥发度定义某组分在气相中的平衡分压与该组分在液相中的摩尔分率之比某组分由液相挥发到气相中的趋势，是该组分挥发性大小的标志挥发度意义挥发度意义化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 18*双组分理想
10、溶液双组分理想溶液 相对挥发度定义相对挥发度定义溶液中易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之比化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 19*压强不高，气相遵循道尔顿分压定律理想溶液理想溶液化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 20*化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 21*1，表表明明A比比B容容易易挥挥发发，越越大大，挥挥发发度度差差别别越大，越容易分离。越大，越容易分离。若若=1，y=x，说说明明气气液液相相组组成成相相同同，不不能能采采用用普普通的精馏方法分离通的精馏方法分离对挥发度的理解对挥发度的理解以相对挥发度表示的气液平衡方程化工
11、原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 22*例例1.1.苯苯(A)(A)和甲苯和甲苯(B)(B)的饱和蒸汽压和温度的关系数的饱和蒸汽压和温度的关系数据如表所示。利用拉乌尔定律计算苯甲苯混合液据如表所示。利用拉乌尔定律计算苯甲苯混合液在在P P101.33kPa101.33kPa下的气液平衡数据。该溶液可视为下的气液平衡数据。该溶液可视为理想溶液。理想溶液。温度温度80.1859095100105110.6 ,kPa101.33116.9135.5155.7179.2204.2240 ,kPa40.046.054.063.374.386.0101.33化工原理教学与实验中心化工原理
12、教学与实验中心 Page 23*温度温度80.1859095100105110.6 ,kPa101.33 116.9 135.5155.7179.2204.2240 ,kPa40.046.054.063.374.386.0101.33解：以解：以t=85t=85为例为例t80.1859095100105110.6x1.0000.7800.5810.4120.2580.1300y1.0000.9000.7770.6330.4560.2620化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 24*温度温度80.1859095100105110.6 ,kPa101.33116.9135.5 1
13、55.7 179.2204.2240 ,kPa40.046.054.063.374.386.0101.33例例2.2.计算例计算例1 1中苯甲苯体系在不同温度下中苯甲苯体系在不同温度下 ，并据此算出各温度下的气液平衡数据并据此算出各温度下的气液平衡数据y-xy-x。解：以解：以t=100t=100为例为例化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 25*温度温度80.1859095100105110.62.542.512.462.412.37x1.0000.780 0.581 0.412 0.258 0.1300y1.0000.900 0.777 0.633 0.456 0.262
14、0y1.0000.897 0.773 0.633 0.461 0.2690化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 26*2.气液平衡相图1.温度组成(t x y)图 在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而变，将平衡温度与液（气）相的组成关系标绘成曲线图，该曲线图即为温度一组成图。t x y图化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 27*苯甲苯混合液的 t x y图气相线液相线液相区气相区两相区泡点露点化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 28*化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 29*2.气液相组成(x-y)图 气液相组成图
15、直观地表达了在一定压力下，处于平衡状态的气液两相组成的关系，在蒸馏计算中应用最为普遍。x y图化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 30*D苯甲苯混合液的 x y图平衡线对角线平衡线与对角线之间的距离越大分离越容易x1与y1互成平衡化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 31*1.1.非理想溶液：非理想溶液：不符合拉乌尔定律不符合拉乌尔定律正偏差溶液正偏差溶液负偏差溶液负偏差溶液6.2.36.2.3、非理想溶液的气液平衡相、非理想溶液的气液平衡相图化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 32*2.2.恒沸液与恒沸组成：恒沸液与恒沸组成：最大正偏
16、差溶液最大正偏差溶液恒沸液恒沸液 如：乙醇水溶液在如：乙醇水溶液在P=1atm下，当下，当x=0.894时，点时，点M为最低恒沸点为最低恒沸点78.15。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 33*最大负偏差溶液最大负偏差溶液恒沸液恒沸液如：硝酸水溶液在如：硝酸水溶液在p=1atm下，当下，当x=0.383时，点时，点M为最高恒沸点为最高恒沸点121.9。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 34*说明：说明：具有恒沸点的溶液精馏时具有恒沸点的溶液精馏时,产品浓度最高为恒沸组成。产品浓度最高为恒沸组成。若相得到更高纯度的组分，必须采用特殊精馏。若相得到更高纯
17、度的组分，必须采用特殊精馏。恒沸点处的气、液组成一致恒沸点处的气、液组成一致化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 35*思考题1.讨论溶液的气液平衡关系有何意义。2.挥发度与相对挥发度有何不同？3.相对挥发度在精馏计算中有何重要意义？化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 36*6.3 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏 平衡蒸馏又称闪蒸，是将原料液预热至要求温平衡蒸馏又称闪蒸，是将原料液预热至要求温度，经减压阀减压至规定压力进入分离器。在度，经减压阀减压至规定压力进入分离器。在分离器内，部分料液汽化并引入塔顶冷凝，未分离器内，部分料液汽化并引入塔顶冷凝，未
18、汽化的液体为底部产品。汽化的液体为底部产品。6.3.1平衡蒸馏平衡蒸馏(闪蒸闪蒸)化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 37*平衡蒸馏装置平衡蒸馏装置 闪蒸罐D,yD,teyD加热器F,xF,tF W,xW,teQ减压阀xWT化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 38*平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 39*温度和压力对平衡蒸馏的影响特点：特点：（1）平衡蒸馏为稳定连续过程，生产能力大。）平衡蒸馏为稳定连续过程，生产能力大。（2）不能得到高纯度产品，只能作为粗略分离物）不能得到高纯度产品，只能作为粗略分离物料用，
19、石油炼制和石油裂解分离常采用平衡蒸馏。料用，石油炼制和石油裂解分离常采用平衡蒸馏。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 40*1.物料衡算总物料：总物料：易挥发组分：易挥发组分：F，D，W-原料液、气相、液相产品摩尔流量原料液、气相、液相产品摩尔流量,kmol/sxF，y，x-原料液、气相、液相产品的组成，摩尔分数原料液、气相、液相产品的组成，摩尔分数联立式得：联立式得：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 41*设设液液相相产产物物占占总总加加料料量量F F的的分分率率为为q q，q q叫叫做做液液化化率率，其值其值0q10q1；而；而D/FD/F叫做汽化
20、率，则：叫做汽化率，则：在在x-y图上，代表通过点（图上，代表通过点（xF，xF)的直线，其斜率的直线，其斜率为为q/(q-1)。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 42*图解过程：图解过程：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 43*二、热量衡算二、热量衡算 节节流流减减压压，液液体体部部分分汽汽化化所所需需的的热热量量来来自自于于物物料料放放出的显热，即：出的显热，即：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 44*三、气液平衡关系三、气液平衡关系 化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 45*6.3.2 简单蒸馏简单蒸馏
21、(微分蒸馏微分蒸馏)简单蒸馏又称微分简单蒸馏又称微分蒸馏，是一种单级蒸馏，是一种单级蒸馏操作，常以间蒸馏操作，常以间歇方式进行。歇方式进行。y原料液原料液x蒸气蒸气xD1xD2xD3冷凝器冷凝器化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 46*简简 单单 蒸蒸 馏馏化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 47*化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 48*得不到大量高纯度的产品得不到大量高纯度的产品釜釜液液与与蒸蒸气气的的组组成成都都是是随随时时间间而而变变化化的的，是是一一种种非非稳态过程稳态过程只只能能进进行行初初步步分分离离，而而且且生生产产能
22、能力力低低，适适合合于于当当组组分挥发度相差较大的情况。分挥发度相差较大的情况。特 点：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 49*二、简单蒸馏计算二、简单蒸馏计算 简单蒸馏为非稳态过程，需要进行微分计算。简单蒸馏为非稳态过程，需要进行微分计算。假设简单蒸馏某瞬间假设简单蒸馏某瞬间釜液量为釜液量为Lkmol、组成、组成为为x，经微分时间，经微分时间d后，釜液量变为后，釜液量变为L-dL、组成、组成变为变为x-dx，而蒸出的馏出液量为，而蒸出的馏出液量为dD、组成为、组成为y，且且y与与x呈平衡关系。在呈平衡关系。在d时间内作物料衡算：时间内作物料衡算：总物料：总物料：易挥发组
23、分：易挥发组分：dD=dLLx=(L-dL)(x-dx)+ydD化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 50*联立式，并略去二阶无穷小量得：联立式，并略去二阶无穷小量得：则积分可得：则积分可得：设初始时，釜液量为设初始时，釜液量为F，组成为，组成为xF;结束时，釜液量为结束时，釜液量为W，组成为，组成为x2。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 51*1)若已知气液平衡关系若已知气液平衡关系 2)若在操作范围内，若在操作范围内，xy平衡关系为直平衡关系为直线，即为线，即为y=mx+b化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 52*2)若平衡线过原
24、点，即为若平衡线过原点，即为y=mx，上式，上式可简化成可简化成化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 53*馏出液的组成随时间而变，其平均组成可通过馏出液的组成随时间而变，其平均组成可通过一批操作的物料衡算求得，即：一批操作的物料衡算求得，即：总物料：总物料：易挥发组分：易挥发组分：联立得：联立得：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 54*例：在常压下将组成为例：在常压下将组成为0.6（易挥发组分的摩（易挥发组分的摩尔分率）的某理想二元混合物分别进行平衡蒸尔分率）的某理想二元混合物分别进行平衡蒸馏和简单蒸馏，若规定汽化率为馏和简单蒸馏，若规定汽化率为1/3
25、，试计算：，试计算：(1)平衡蒸馏的汽液相组成；平衡蒸馏的汽液相组成；(2)简单蒸馏的易挥发组分平均组成及收率。简单蒸馏的易挥发组分平均组成及收率。假设在操作范围内汽液平衡关系为：假设在操作范围内汽液平衡关系为：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 55*解：解：(1)平衡蒸馏平衡蒸馏联立以上两式，求得平衡的汽液相组成分别为联立以上两式，求得平衡的汽液相组成分别为化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 56*(2)简单蒸馏简单蒸馏解得馏出液的平均组成为馏出液的平均组成为化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 57*易挥发组分的收率为易挥发组分的
26、收率为计算结果表明：若汽化率相同，简单蒸馏比平衡蒸馏计算结果表明：若汽化率相同，简单蒸馏比平衡蒸馏可获得更好的分离效果，馏出液的组成更高。可获得更好的分离效果，馏出液的组成更高。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 58*蒸蒸馏馏-当当生生产产上上对对产产品品的的纯纯度度要要求求不不高高，只只需需要要初步分离时采用的分离方法；初步分离时采用的分离方法；平衡、简单蒸馏是单级分离过程一次部分汽化混合物部分分离精馏是多级分离过程多次部分汽化和部分冷凝混合物几乎完全分离精精馏馏-当当产产品品的的纯纯度度要要求求高高，特特别别是是在在混混合合物物挥挥发发度比较接近时采用的分离方法。度比
27、较接近时采用的分离方法。蒸馏与精馏的区别化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 59*1 1）单级分离：）单级分离：ABO6.4.16.4.1精精馏原理原理6.4 6.4 精馏原理和流程精馏原理和流程-多次部分气化和部分冷凝多次部分气化和部分冷凝化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 60*2 2）多级分离：）多级分离：缺点：收率低、能耗高缺点：收率低、能耗高化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 61*(1)塔板上的液层和填料表面是塔板上的液层和填料表面是气液两相进行气液两相进行热交换热交换和和质交换质交换的的场所。场所。(2)每块塔板相当于一
28、只釜的作用。每块塔板相当于一只釜的作用。l必要条件：必要条件：塔顶液体的回流塔顶液体的回流;塔釜液体的部分气化。塔釜液体的部分气化。3 3）多级分离）多级分离精馏塔精馏塔化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 62*1.1.连续精馏：连续精馏：l再沸器：再沸器：提供一定量的提供一定量的上升蒸汽流上升蒸汽流l冷凝器：冷凝器：提供塔顶液相提供塔顶液相产品及保证有适宜的产品及保证有适宜的液相回流液相回流6.4.2 6.4.2 精精馏塔模型塔模型化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 63*化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 64*加料板以上加料板以
29、上 精馏段精馏段加料板及其以下加料板及其以下提馏段提馏段加料位置加料位置与原料液组与原料液组成和温度相近的板上进料成和温度相近的板上进料精精馏馏段段提提馏馏段段连续操作板式精馏塔连续操作板式精馏塔釜液釜液馏出馏出液液进料进料汽相回流汽相回流液相回流液相回流精精馏馏段段提提馏馏段段化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 65*2.2.间歇精馏：间歇精馏：只有精馏段，只有精馏段，没有提馏段没有提馏段化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 66*1.1.设计型计算：设计型计算：2.2.操作型计算：操作型计算：主要是根据分离任务确定设备的主要工主要是根据分离任务确定设备
30、的主要工艺尺寸；艺尺寸；主要是根据已知设备条件，确定操作时主要是根据已知设备条件，确定操作时的工况的工况;对于板式精馏塔具体而言，前者是根据规定的分对于板式精馏塔具体而言，前者是根据规定的分离要求，选择适宜的操作条件，计算所需理论塔离要求，选择适宜的操作条件，计算所需理论塔板数，进而求出实际塔板数；而后者是根据已有板数，进而求出实际塔板数；而后者是根据已有的设备情况，由已知的操作条件预计分离结果。的设备情况，由已知的操作条件预计分离结果。6.5 6.5 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 67*1.1.理论板：理论板：6.5.16
31、.5.1 理理论板及恒摩板及恒摩尔流假流假设化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 68*2.2.恒摩尔流假设：恒摩尔流假设：l l 注意：注意：V不一定等于不一定等于V，L不一定等于不一定等于L 恒摩尔液流恒摩尔液流 恒摩尔气流恒摩尔气流 单位：单位：kmol/h化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 69*总物料：总物料：轻组分：轻组分：重组分回收率：重组分回收率：轻组分回收率：轻组分回收率：6.5.2 6.5.2 全塔物料衡算和操作全塔物料衡算和操作线方程方程1.1.全塔物料衡算全塔物料衡算化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 70*若若
32、D/F过大，则过大，则必必，质量和数量互相矛盾质量和数量互相矛盾化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 71*例例:将将15000kg/h15000kg/h含苯含苯40%40%（质量分率）和甲苯（质量分率）和甲苯60%60%的的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于苯不高于2%2%，塔顶馏出液中苯的回收率为，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%97.1%。试。试求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。尔分率表示。解：解：进料组成：进料组成：釜残液组成：釜残液组成：
33、平均分子量：平均分子量：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 72*原料液流量：原料液流量：已知：已知：全塔物衡：全塔物衡：即：即：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 73*2.操作线方程的确定操作线方程的确定什什 么么 是是 操操 作作 线线 方程方程上下塔板板上的气液关系式为上下塔板板上的气液关系式为 操作线方程式操作线方程式化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 74*1 1）精馏段操作线方程：）精馏段操作线方程：总物料：总物料：轻组分：轻组分：令：令：回流比回流比 根据恒摩尔假设，根据恒摩尔假设，L为定值，且在稳定操作时为定值，且在
34、稳定操作时D与与xD为定值，故为定值，故R为常数为常数化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 75*精馏段操作线方程精馏段操作线方程yxxD化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 76*已知某精馏塔精馏段的操作线方程为已知某精馏塔精馏段的操作线方程为，求回流比和塔顶馏出液组，求回流比和塔顶馏出液组成。成。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 77*2 2）提馏段操作线方程：）提馏段操作线方程：总物料：总物料：轻组分：轻组分：根据恒摩尔假设，根据恒摩尔假设，L为定值，且在稳定操作时为定值，且在稳定操作时W与与xW为定值，故在为定值，故在x-y图上
35、也是一条直线。图上也是一条直线。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 78*xWv 提馏段操作线方程特点提馏段操作线方程特点定态操作下，直线方程定态操作下，直线方程作图：过点（作图：过点（x xW W,x,xW W)1、提馏段方程如何、提馏段方程如何作图？作图？2、L数值如何确定数值如何确定？化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 79*1.1.进料热状况的定性分析进料热状况的定性分析 6.5.3 6.5.3 进料热状况的影响进料热状况的影响化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 80*FLVLV冷液进料冷液进料泡点进料泡点进料FLVLVFqF
36、(1-q)FLVLV汽液混合进料汽液混合进料2.2.进料热状况的参数进料热状况的参数 化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 81*FLVLV过热蒸汽进料过热蒸汽进料FLVLV饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 82*3.3.进料热状况的定量描述进料热状况的定量描述加料板加料板FF,IF,L I LV IVL ILV IV 加料板示意图加料板示意图IV、IV分分别别上下板上下板饱饱和和蒸汽的蒸汽的焓焓KJ/kmol；IL、IL分分别别上下板上下板饱饱和和液体的液体的焓焓KJ/kmol；IF原料液的原料液的焓焓KJ/kmol。其中：其中
37、：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 83*由于：由于：对加料板作衡算：对加料板作衡算：加料板加料板FF,IF,L I LV IVL ILV IV 加料板示意图加料板示意图化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 84*令：令：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 85*可得提馏段的操作线方程为可得提馏段的操作线方程为 化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 86*泡点进料泡点进料 露点进料露点进料 化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 87*例：求下列各种进料状况对应的例：求下列各种进料状况对应的q q值。
38、值。如已知进料中，蒸汽量如已知进料中，蒸汽量:液体量液体量3:13:1原料的液化率为原料的液化率为1/3 1/3 每千摩尔原料液变成饱和蒸汽所需热量等于原料每千摩尔原料液变成饱和蒸汽所需热量等于原料液的千摩尔汽化潜热的液的千摩尔汽化潜热的1.21.2倍。倍。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 88*饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料(露点进料露点进料)饱和液体进料饱和液体进料(泡点进料）泡点进料）冷液进料冷液进料过热蒸气进料过热蒸气进料化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 89*例：在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇例：在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇0.40.4
39、与水与水0.60.6（摩尔分率）的溶液，进料的热状况参数为（摩尔分率）的溶液，进料的热状况参数为1.11.1，原料液流量为，原料液流量为100kmol/h100kmol/h，要求塔顶易挥发组分的，要求塔顶易挥发组分的回收率不低于回收率不低于0.940.94，釜液组成为，釜液组成为0.040.04（以上均为易（以上均为易挥发组分的摩尔分率），回流比为挥发组分的摩尔分率），回流比为2.52.5，试求产品的，试求产品的流量、精馏段和提馏段的操作线方程及提馏段上升流量、精馏段和提馏段的操作线方程及提馏段上升的蒸汽流量。假设气液相均为恒摩流动。的蒸汽流量。假设气液相均为恒摩流动。化工原理教学与实验中心化
40、工原理教学与实验中心 Page 90*解解:(1)(1)化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 91*(2)(2)精馏段操作线方程精馏段操作线方程:(3)(3)提馏段操作线方程提馏段操作线方程:化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 92*(4)(4)另另化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 93*例：例：在一两组份连续精馏塔中，进入精馏塔中第在一两组份连续精馏塔中，进入精馏塔中第n n层层理论板的气相组成为理论板的气相组成为0.750.75，从该板流出的液相组成为，从该板流出的液相组成为0.65(0.65(均为摩尔分数均为摩尔分数)，塔内气液
41、比，塔内气液比V/LV/L2 2，物系的相，物系的相对挥发度为对挥发度为2.52.5，求：，求：从该板上升的蒸汽组成；从该板上升的蒸汽组成；流入该板的液相组成；流入该板的液相组成；回流比回流比R R。解解:已知已知 和和 成平衡成平衡 化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 94*求求由第由第n n板的物料衡算可得：板的物料衡算可得：方法方法2 2：和和满足精馏段操作线关系。满足精馏段操作线关系。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 95*但但 和和满足精馏段操作线关系。满足精馏段操作线关系。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 96*3.3
42、.进料方程进料方程(q(q线方程线方程)化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 97*xWyxxDxFDIfFW1.精馏段操作线精馏段操作线2.提馏段操作线提馏段操作线3.进料线方程进料线方程化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 98*4.4.进料热状况对进料热状况对q q线及操作线的影响：线及操作线的影响：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 99*进进料料组组成成 回流比回流比R R 分离要求分离要求保持一定保持一定化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 100*塔径的计算：塔径的计算：空塔气速，空塔气速，塔内上升蒸汽的体
43、塔内上升蒸汽的体积积流量，流量，塔径的塔径的计算算（在压力较低时，可视为理想气体）（在压力较低时，可视为理想气体）化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 101*1.1.逐板计算法：逐板计算法：l精馏段：精馏段：若塔顶为全凝器若塔顶为全凝器,则则 已知已知 6.5.46.5.4 理理论板数的确定板数的确定化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 102*化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 103*l当当 时时 则第则第n n层为加料板，层为加料板，即即 l若是其它进料热状况若是其它进料热状况,（泡点进料），（泡点进料），两操作线交点处的液相组成
44、两操作线交点处的液相组成加料板算在提馏段加料板算在提馏段 化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 104*若塔顶为分凝器，若塔顶为分凝器，则分凝器也相当于一则分凝器也相当于一块理论板。块理论板。平衡关系平衡关系操作关系操作关系化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 105*l提馏段：提馏段：已知已知 化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 106*l总层数：总层数：当当 时，时，结束，结束，则则 (再沸器再沸器)化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 107*2.梯级图解法梯级图解法化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 P
45、age 108*3.进料位置的确定进料位置的确定l原则：原则：使所需的理论板层数最少使所需的理论板层数最少 选择与进料组成与温度相近的塔板作为加料板选择与进料组成与温度相近的塔板作为加料板 l方法：方法：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 109*确定最佳进料位置确定最佳进料位置图解法最优进料板：跨越两操作线交点的梯级，图解法最优进料板：跨越两操作线交点的梯级，NT最少。最少。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 110*例：某苯与甲苯的混合原料，苯的摩尔分率为例：某苯与甲苯的混合原料，苯的摩尔分率为0.4。拟采用精馏塔加以分离，原料液处理量为拟采用精馏塔
46、加以分离，原料液处理量为100kmol/h。要求塔顶产品含量为要求塔顶产品含量为0.9，苯的回收率不低于，苯的回收率不低于90，原料预热至泡点加入塔内。塔顶采用全凝器冷凝，回原料预热至泡点加入塔内。塔顶采用全凝器冷凝，回流比为流比为1.875,泡点回流。已知在操作条件下，物系的泡点回流。已知在操作条件下，物系的相对挥发度为相对挥发度为2.47。求为完成分离任务所需要的理论。求为完成分离任务所需要的理论板数及加料位置。板数及加料位置。化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 111*解解:(1)(1)求求D，W (2)(2)求精馏段操作线方程求精馏段操作线方程1.1.逐板计算法：逐
47、板计算法：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 112*(3)(3)求提馏段操作线方程求提馏段操作线方程(4)(4)求相平衡方程求相平衡方程由由(5)(5)计算精馏段理论板数计算精馏段理论板数化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 113*由由第第5 5块板为加料板块板为加料板以下计算提馏段操作线方程代替精馏段操作线方程以下计算提馏段操作线方程代替精馏段操作线方程化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 114*(6)(6)计算提馏段理论板数计算提馏段理论板数由由化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 115*梯级图解法梯级图解法
48、化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 116*1.全回流和最少理论板层数全回流和最少理论板层数：若若D=0(通常也有通常也有F=0,W=0)操作线：操作线：(即即L=V)任一塔截面上升蒸汽和下降液体的组成均相等任一塔截面上升蒸汽和下降液体的组成均相等l全回流全回流：6.5.56.5.5 回流比的影响及选择回流比的影响及选择化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 117*l求求(1)(1)图解法图解法(2)(2)计算法计算法芬斯克方程芬斯克方程全塔平均相全塔平均相对挥发度对挥发度（不含再沸器）（不含再沸器）化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page
49、118*当当 变化不大时，变化不大时，l说明说明：全回流为回流比的上限；全回流为回流比的上限；对应着最少理论板数。对应着最少理论板数。若若 化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 119*2.最小回流比：最小回流比：l分析分析:(平衡线与操作线越近平衡线与操作线越近)当四条线交于一点时当四条线交于一点时交点附近板上无增浓作用交点附近板上无增浓作用即即夹紧点夹紧点恒浓区（夹紧点）恒浓区（夹紧点）在在p p点前后气液点前后气液两相浓度没有变化两相浓度没有变化 ，即无增浓作，即无增浓作用。所以此区称作恒浓区，用。所以此区称作恒浓区，p p点叫点叫夹紧点。夹紧点。化工原理教学与实验中心
50、化工原理教学与实验中心 Page 120*l的求取：的求取：(1)(1)作图法作图法化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 121*(2)(2)解析法解析法化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 122*泡点进料泡点进料露点进料露点进料化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 123*l非正常平衡曲线的非正常平衡曲线的：化工原理教学与实验中心化工原理教学与实验中心 Page 124*3.回流比的选择：回流比的选择：l选择依据：选择依据：总费用总费用=操作费用操作费用+设备费设备费费用最低费用最低(1)(1)精馏操作费主要取决于精馏操作费主要取决于