谭天恩化工原理蒸馏.pptx

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1、1目录第四节二元连续精馏的分析与计算一、全塔物料衡算二、精、提馏段物料衡算三、理论塔板数N的计算四、塔板效率与实际塔板数五、回流比的影响及选用习题课六、理论板数的捷算法七、关于二元连续精馏的其它流程 1塔顶设有分凝器 2冷液回流 3直接蒸汽加热流程 4多股加料和侧线出料流程习题课第1页/共143页2目录第四节 二元连续精馏的分析与计算八、精馏塔的热量衡算九、填料精馏塔的填料层高度第五节 其他精馏方式一水蒸汽蒸馏二间歇精馏三特殊精馏四反应精馏第六节 多元精馏第七节 吸收过程的塔板数第十章 小结第2页/共143页3/143第十章 蒸馏第一节概述一、什么是蒸馏？二、蒸馏在工业生产中的应用v获得高纯度

2、产品；v获得粗馏分。例如：在酿酒业中饮料酒；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；利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。第3页/共143页4/143第一节概述三、蒸馏的分类说明：画圈的就是本说明：画圈的就是本章要着重介绍的。章要着重介绍的。返回目录第4页/共143页5/143第二节 二元物系的汽液相平衡二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有：温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。-独立变量只有2个，例如：x(y)、P；x、t第5页/共143页6/143第二节 二元物系的汽液相平衡 具体函数关系还需实验测定。其中，理想物系的函数关系式较为成熟。第

3、6页/共143页7/143第二节 二元物系的汽液相平衡一、理想物系的汽液相平衡1、理想溶液 在全部浓度范围内都服从拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。在组分A、B组成的理想溶液中，则有：只有物性和结构相似，且分子大小也相近的物系才符合拉乌尔定律，如苯甲苯、甲醇乙醇、烃类同系物组成的溶液等等。？第7页/共143页8/143一、理想物系的汽液相平衡2、理想物系的汽液相平衡关系：对理想物系，汽相满足：？第8页/共143页9/143一、理想物系的汽液相平衡理想物系的t-x（y）相图：杠杆原则：杠杆原则：力力 力臂力臂=常数常数即：液相量即：液相量 L1=汽相量汽相量 L2量浓度差露点线一定在泡点线上方。露点

4、线一定在泡点线上方。Why?杠杆杠杆第9页/共143页10/143一、理想物系的汽液相平衡-相对挥发度 对理想物系，相对挥发度与温度关系不大，可近似认为与温度无关。-理想物系的x-y相平衡关系转下页第10页/共143页11/143理想物系相平衡关系举例 对理想物系，相对挥发度与温度关系不大，可近似认为与温度无关。返回上页第11页/共143页12/143理想物系的 x-y 相图：因为y x 说明：（2）越远离1，也就愈有利于蒸馏操作。（1）相平衡曲线必落在对角线的上方；Why？011-越大，相平衡曲线偏离对角线愈远，表示达到汽液相平衡时汽、液两相组成的差异愈大。大 小第12页/共143页13/1

5、433、挥发度、相对挥发度相对挥发度显然对理想溶液，有：什么是挥发度？什么是相对挥发度？对于纯液体，可以用蒸汽压 p0 表示其挥发度 对于混合液中的某一组分i，挥发度 i 定义为:显然对理想溶液，根据拉乌尔定律有：第13页/共143页14/1433、挥发度、相对挥发度一般地，随总压升高而降低正丁烷与正己烷混合物在不同压力下的汽液平衡图理想物系，与温度可近似认为与温度无关。回忆：影响 的因素？u体系u温度非理想物系，与温度有关。u压力不同体系 差别很大。第14页/共143页15/143思考：思考：若若 1，相图如何画，相图如何画？能否用普通蒸馏方法提纯？能否用普通蒸馏方法提纯？1A、B的挥发能力

6、相同，即yx，故不能用普通蒸馏方法分离提纯。第15页/共143页16/143二非理想溶液的汽液相平衡 分子间力的改变会引起溶液对拉乌尔定律的偏差，其中氢健的影响较大。水分子中的氢键尤其强。非理想溶液：与拉乌尔定律有偏差的溶液称为。1、正偏差溶液 第16页/共143页17/143二非理想溶液的汽液相平衡t-xt-y极大正偏差溶液：有最低恒沸物 x0.895（摩尔分率）乙醇乙醇 水水 乙醇乙醇-水恒沸物水恒沸物 78.3 100 78.15第17页/共143页18/143二非理想溶液的汽液相平衡 2负偏差溶液第18页/共143页19/143二非理想溶液的汽液相平衡t-yt-x极大负偏差溶液：有最高

7、恒沸物t-y第19页/共143页20/143二非理想溶液的汽液相平衡非理想物系的相平衡关系方程仍可用式但 不再是常数。例如：非理想物系的相平衡关系通常要由实验测定。第20页/共143页21/143第三节 蒸馏方式一、简单蒸馏1、流程及特点u间隙、不稳定 u分离程度不高 特点：第21页/共143页22/143一、简单蒸馏2简单蒸馏的计算(1)宏观物料衡算：杠杆-杠杆原则杠杆原则本质上就是物料衡算关系。还需一个方程！还需一个方程！第22页/共143页23/143一、简单蒸馏 经微分时间段d 后，蒸出的釜液量为dW。对易挥发组分在d 时间内作物料衡算，有：（2）微分物料衡算式：设某一时刻釜液量为W，

8、kmol，组成为x，与之平衡的汽相组成为y。第23页/共143页24/143一、简单蒸馏作业：第24页/共143页25/143二、平衡蒸馏又称闪蒸1、流程及特点u连续、稳定 u分离程度不高 特点：第25页/共143页26/143二、平衡蒸馏3个未知数：V（或L）、yD、xW2平衡蒸馏的计算总物料衡算：第26页/共143页27/143二、平衡蒸馏思考：思考：在操作压力、原料相同的条件下（在操作压力、原料相同的条件下（F=W1，x1=xF)，若平衡蒸，若平衡蒸馏的操作温度与简单蒸馏的最终温度相同（馏的操作温度与简单蒸馏的最终温度相同（tt2）。则简单蒸馏与）。则简单蒸馏与平衡蒸馏相比：平衡蒸馏相比

9、：分离效果孰好（比较分离效果孰好（比较xD、yD）？）？产品量孰大（比较产品量孰大（比较WD、V）？第27页/共143页28/143简：平：x1=xF答：由图上的得：简单蒸馏分离效果好；答：由图上的得：简单蒸馏分离效果好；简简平平由杠杆原理作图得由杠杆原理作图得简单蒸馏简单蒸馏产量小，产量小，或如下或如下计算也可得此结论。计算也可得此结论。思考：思考：在操作压力、原料相同的条件下（在操作压力、原料相同的条件下（F=W1，x1=xF)，若平衡蒸馏的操作温，若平衡蒸馏的操作温度与简单蒸馏的最终温度相同（度与简单蒸馏的最终温度相同（tt2）。则简单蒸馏与平衡蒸馏相比：）。则简单蒸馏与平衡蒸馏相比：分

10、离效果孰好（比较分离效果孰好（比较xD、yD）？）？产品量孰大（比较产品量孰大（比较WD、V）？第28页/共143页29/143 为什么利用多次简单蒸馏或多次平衡蒸馏操作实现物系的高纯度分离是不经济的?能耗大！设备投资大！产品量小！冷冷凝凝冷冷凝凝冷冷凝凝冷冷凝凝经过多经过多次简单次简单蒸馏，蒸馏，可得到可得到高纯度高纯度的的A经过多经过多次平衡次平衡蒸馏，蒸馏，可得到可得到高纯度高纯度的的A第29页/共143页30/143 那么，如何经济地将混合物进行高纯度的分离呢？那么，如何经济地将混合物进行高纯度的分离呢？请看下面这种分离方式。请看下面这种分离方式。第30页/共143页31/143三、平

11、衡级和精馏原理离开时，汽液两相达到了平衡，1平衡级定义 又称接触级 接触级 x0 t0 L饱和液相饱和汽相y0 T0 V要求T0 t0y V tx L tB At xyt-yt-xBT0t0Ay0 x0分离场所因为T0 t0，饱和汽相传热给饱和液相，使A、B汽化，同时自身冷凝。使不平衡的汽液两相（汽相温度高、液相温度低）接触经过足够长时间充分接触，这个过程称为平衡级。第31页/共143页32/143三、平衡级和精馏原理 可见，经过一个平衡级后，易挥发组分可见，经过一个平衡级后，易挥发组分A从液相转移到从液相转移到了汽相，同时难挥发组分了汽相，同时难挥发组分B从汽相转移到了液相。即汽相从汽相转移

12、到了液相。即汽相浓度得到提浓，而液相浓度得到减浓。而整个过程浓度得到提浓，而液相浓度得到减浓。而整个过程并不需并不需要外部提供能量要外部提供能量。x0 t0 L饱和液相y0 T0 V要求T0 t0y V tx L tB At xyt-yt-xBT0t0Ay0 x0分离场所第32页/共143页33/143三、平衡级和精馏原理进料釜液馏出液精馏段提馏段冷凝器再沸器 精馏是利用回流手段、经过多次平衡级，使物系实现高纯度分离的操作。2精馏原理及流程 平衡级平衡级平衡级汽相汽相液相液相高纯度A高纯度B返回目录第33页/共143页34/143第四节二元连续精馏的分析与计算D,xDW,xWF,xF计算项目：

13、塔顶（或塔底）产量和浓度塔内物流量L、V、L、V 回流量L0塔板数或填料层高度进料位置塔径第34页/共143页35/143第四节二元连续精馏的分析与计算一、全塔物料衡算D,xDW,xWF,xF可解出两个变量。可解出两个变量。第35页/共143页36/143第四节二元连续精馏的分析与计算D,xDW,xWF,xF-若组分A、B的摩尔（或质量）汽化潜热接近，则NA=NB。于是，精馏段（或提馏段）汽（或液）流率沿塔不变。这样精馏段（或提馏段）就可列出一个通用的物料衡算式。二、精、提馏段物料衡算计算前提：计算前提：恒摩尔（或质量）流假定恒摩尔（或质量）流假定第36页/共143页37/143二、精、提馏段

14、物料衡算D,xDF,xFn1L1、精馏段操作线方程-回流比-精馏段操作线方程-精馏段操作线方程 泡点回流（泡点回流）第37页/共143页38/1431、精馏段操作线方程D,xDF,xFn1LxDVVy1泡点回流y1思考：思考：如图，塔顶冷凝器为全凝器，那么如图，塔顶冷凝器为全凝器，那么u回流液浓度与回流液浓度与xD有何关系？有何关系？u进全凝器的汽相浓度与离开第一块板浓度进全凝器的汽相浓度与离开第一块板浓度有何关系？与有何关系？与xD有何关系？有何关系？u对全凝器作物料衡算，会得到什么结果？对全凝器作物料衡算，会得到什么结果？全凝器冷凝全凝器冷凝xD第38页/共143页39/1431、精馏段操

15、作线方程nxn yn+1-精馏段操作线方程 过点a（xD、xD）、斜率小于1的直线操作点第39页/共143页40/1431、精馏段操作线方程 操作线斜率大，意味着经过一块理论板后，汽相的增浓程度变大，液相的减浓程度变大。故操作线斜率大对精馏段的分离是有利的。汽相增浓程度液相减浓浓程度思考：思考：操作线斜率大，对精馏是操作线斜率大，对精馏是否有利？否有利？第40页/共143页41/143二、精、提馏段物料衡算 2提馏段操作线方程物料衡算得：-提馏段的操作线方程 第41页/共143页42/1432提馏段操作线方程思考：思考：如图，塔底为再沸器，那么如图，塔底为再沸器，那么u塔釜排出液浓度塔釜排出液

16、浓度xM与与xW有何关系？有何关系？u离开再沸器的汽相浓度离开再沸器的汽相浓度yW与进入塔底第一块板与进入塔底第一块板的汽相浓度有何关系？的汽相浓度有何关系？u离开塔底第一块板的液相浓度与离开塔底第一块板的液相浓度与xM有何关系？有何关系？u对再沸器作物料衡算，会得到什么结果？对再沸器作物料衡算，会得到什么结果？再沸器再沸器yWxM第42页/共143页43/1432提馏段操作线方程与精馏段类似，斜率小，远离平衡线，塔板的分离能力高，对精馏有利。-提馏段的操作线方程 过点b（xW、xW）、斜率1的直线 第43页/共143页44/143-提馏段的操作线方程 问题问题1：L、V 如何计算？如何计算？

17、问题问题2：与精馏段与精馏段L、V有何关系？有何关系？为了回答上述问题，需对进料进行讨论。为了回答上述问题，需对进料进行讨论。第44页/共143页45/1433、进料热状况的影响及加料线方程 第45页/共143页46/1433、进料热状况的影响及加料线方程对加料板作总物料衡算和热量衡算：第46页/共143页47/1433、进料热状况的影响及加料线方程-进料热状况参数 问题问题1：L、V 如何计算？如何计算？问题问题2：与精馏段与精馏段L、V有何关系？有何关系？第47页/共143页48/143五种进料情况：第48页/共143页49/1433、进料热状况的影响及加料线方程加料线方程-q线方程前面推

18、导已得：-q线方程过点f（xF、xF）的直线d5d4d3d2d1q0q=00q1第49页/共143页50/1433、进料热状况的影响及加料线方程u影响到再沸器的热负荷进料热状况的影响：u影响到提馏段传质推动力q越小，提馏段操作线越靠近平衡线。q越小，V越小。第50页/共143页51/143三、理论塔板数N的计算理论板数的求取方法：第51页/共143页52/143三、理论塔板数N的计算 1、逐板法xDyN从第一块板开始，从第一块板开始，精馏段计算结束精馏段计算结束N1N1+1N1+2再沸器N-2N-1第52页/共143页53/143三、理论塔板数N的计算（1）作出精、提操作线、q线；2图解法-麦

19、卡勃-蒂列（Mccabe-Thiele）法，简称M-T法（2）从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯；当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止。第53页/共143页54/143三、理论塔板数N的计算注：注：u理论板数可以是非整数。理论板数可以是非整数。u要扣除再沸器。要扣除再沸器。（3）所画的总梯级数1(再沸器)理论塔板数；跨过点d的那块板就是加料板，其上的梯级数为精馏段的理论塔板数。理论板11.8块其中精馏段5.7块，提馏段板数=11.8-5.7=6.1块，加料板在第6块。梯级数共计12.8个第54页/共143页55/143为什么一个梯级代表一块理论板

20、？为什么一个梯级代表一块理论板？xDM-T法与逐板法本质上是相同的。第55页/共143页56/143D,xDW,xWF,xF最佳位置进料M-T法：当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯精馏段计算结束精馏段计算结束逐板法：回忆：Why?第56页/共143页57/143D,xDW,xWF,xF非最佳位置进料与最佳进料的比较：如进料口下移3块板非最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数多!注意：比较最佳位置进料与非最佳位置进料时的这段区域的梯级画法。第57页/共143页58/143D,xDW,xWF,xF非最佳位置进料与最佳进料的比较：如进料口上移1块板非最佳位置进料比最佳位置进料所

21、需的理论板数多!注意：比较最佳位置进料与非最佳位置进料时的这段区域的梯级画法。第58页/共143页59/143最佳位置进料 由于最佳位置进料可以节省理论板数，故工业设由于最佳位置进料可以节省理论板数，故工业设计中都采用该进料方式进行设计。计中都采用该进料方式进行设计。但在实际生产中，不一定是在最佳位置进料下操但在实际生产中，不一定是在最佳位置进料下操作的。作的。为简单起见，如果没有特殊说明，本教材中讨论的对象均属于最佳位置进料。作业：第59页/共143页60/143四、塔板效率与实际塔板数nxn-1yn+1ynxn 实际塔板上，由于汽液接触时间不可能无限长，因此，离实际塔板上，由于汽液接触时间

22、不可能无限长，因此，离开的汽液两相浓度不可能达到相平衡。一般用板效率表示实开的汽液两相浓度不可能达到相平衡。一般用板效率表示实际板与理论板的接近程度。际板与理论板的接近程度。第60页/共143页61/143四、塔板效率与实际塔板数nxn-1yn+1ynxn1单板效率EmV、EmL 也称默弗里（Murphree）板效。其定义为：-汽相默弗里板效-液相默弗里板效 第61页/共143页62/143四、塔板效率与实际塔板数2全塔效率E0 又称总板效率，其定义为：其值一定小于1，多数在0.50.7之间。D,xDW,xWF,xF第62页/共143页63/143四、塔板效率与实际塔板数D,xDW,xWF,x

23、FvE0与Em数值上相等吗？_vE0大，则Em一定大吗？v但反过来，Em大，则E0一定大吗？不一定相等；一定 这是因为，板和板之间传质会相互影响，可能存在着各种不利的操作现象，如漏液、雾沫夹带、液泛等（详见第十一章）。这是因为，全塔效率不仅和单板效率有关，还和板间相互影响有关。nxn-1yn+1ynxn不一定思考：思考：从下面几方面思考单板效率从下面几方面思考单板效率Em与全塔效与全塔效率率E0有何关系？有何关系？第63页/共143页64/143四、塔板效率与实际塔板数思考：思考：影响塔板效率的因素？影响塔板效率的因素？u流动状况：汽、液相的流速u物性参数：主要为汽液两相的物性如密度、黏度、表

24、面张力、相对挥发度、扩散系数等；u塔板结构参数：主要为塔板的结构，如塔板型式、板间距、板上开孔和排列情况等；u操作参数：温度、压力等。nxn-1yn+1ynxn与影响与影响HOG的因素相同的因素相同作业：第64页/共143页65/143五、回流比的影响及选用为什么要讨论这个问题呢？为什么要讨论这个问题呢？在前面介绍的计算中，是以已知回流比R为前提的。因此，需要知道如何获取R。vR=L/D，若R值取大些，意味着塔顶产量D小，从经济上是不合算的。因此，希望R要小。但是，R最小是否有限制呢？第65页/共143页66/143五、回流比的影响及选用理想物系D一定时，若R，L，V ，V N 能源费总费用R

25、opt 冷却剂、加热剂用量，设备费，能源费 总费用不一定小 反之，若R，N，设备费，但是，V，V，冷却剂、加热剂用量，能源费，总费用也不一定小。因此，应有一个最适宜的Ropt，使总费用最小。第66页/共143页67/143五、回流比的影响及选用能源费总费用Ropt 1、如何确定、如何确定Ropt？一般根据生产经验，取一般根据生产经验，取2、什么是、什么是Rmin？第67页/共143页68/143五、回流比的影响及选用 为完成某一分离任务，所需的理论塔板数为无穷多时的回流比称为最小回流比。理想物系2、什么是、什么是Rmin？理想物系：如图，四线交于一点e（称为恒浓点或夹紧点）。即恒浓点在进料板处

26、。恒浓区恒浓点第68页/共143页69/143五、回流比的影响及选用理想物系 最小回流比只对设计型有意义。思考：思考：当操作中选用的回流比当操作中选用的回流比比设计时的最小回流比还要小比设计时的最小回流比还要小时，塔能否操作？将出现什么时，塔能否操作？将出现什么现象？现象？塔能操作，只不过此时达不到塔能操作，只不过此时达不到指定的分离要求。指定的分离要求。第69页/共143页70/143五、回流比的影响及选用理想物系如何求取Rmin？理想物系：如图第70页/共143页71/143五、回流比的影响及选用如何求取Rmin？非理想物系：如图yxeyxe恒浓区在精馏段 恒浓区在提馏段 非理想物系非理想

27、物系dd恒浓点恒浓点第71页/共143页72/143五、回流比的影响及选用L=V3、全回流和最少理论板数NminFWRmin是R的下限，那么R的上限呢？特点：操作线与对角线重合，精、提操作线均为：，Nmin-全回流理论板数最少L=V =L第72页/共143页73/143五、回流比的影响及选用Nmin的求取方法：同N的求解方法-逐板法、图解法（包括塔釜）特别地，对理想物系，逐板计算可得：-芬斯克（Fenske）方程 精馏段所需的最少理论板数 第73页/共143页74/143习题课公式：全塔物料衡算 操作线方程 相平衡关系理论塔板数N的计算第74页/共143页75/143习题课DxD=0.95W,

28、xWFxF=0.45R=1.5Rmin=2.5设计型问题举例【例1】组成为xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中汽液摩尔比为1:2，塔顶xD=0.95（以上均为摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比R=1.5Rmin，塔釜间接蒸汽加热，相对挥发度=2.5。试求：（1）原料中汽相和液相组成；（2）列出提馏段操作线方程。汽液摩尔比为1:2第75页/共143页76/143设计型问题举例汽液摩尔比为1:2DxD=0.95W,xWFxF=0.45R=1.5Rmin=2.5【解】（1）原料中汽相和液相组成设原料中汽相组成为ye，液相组成为xe，则-物料衡算-相平衡第76页/共143页

29、77/143设计型问题举例汽液摩尔比为1:2DxD=0.95W,xWFxF=0.45R=1.5Rmin=2.5（2）列出提馏段操作线方程第77页/共143页78/143设计型问题举例作业：第78页/共143页79/143操作型定性分析举例操作条件包括：u进料状况（F、xF、q）u Ru操作压力Pu操作温度Tu冷凝器热负荷Vu再沸器热负荷V uD、WD,xDW,xWF,xF习题课第79页/共143页80/143操作型定性分析举例【例2】一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持回流液量和进料状况（F、xF、q）不变，而减小塔釜加热蒸汽量，试分析xD、xW如何变化？快速分析法作图+排除法建议：类

30、似吸收章，首先推荐使用“快速分析法”；如果此法不行，再使用“作图排除法”。第80页/共143页81/143操作型定性分析举例回流液量和进料状况（F、xF、q）不变，而减小塔釜加热蒸汽量解法一：快速分析xD变大xW变大此法的依据是：精馏段操作线斜率L/V越小，越靠近平衡线，对精馏分离越不利，会导致xD变小；提馏段操作线斜率L/V 越大，越靠近平衡线，对精馏分离越不利，会导致xW变大。而L不变V 快速分析法作图+排除法第81页/共143页82/143操作型定性分析举例 作图，得N，与N不变这个前提相矛盾。故假设不成立。回流液量和进料状况（F、xF、q）不变，而减小塔釜加热蒸汽量解法二：作图+排除法

31、假设xD不变、假设xD变小快速分析法作图+排除法故xD只能变大第82页/共143页83/143操作型定性分析举例回流液量和进料状况（F、xF、q）不变，而减小塔釜加热蒸汽量解法二：作图+排除法快速分析法作图+排除法 至于xW，也用作图排除法推知，只能变大。第83页/共143页84/143操作型定性分析举例快速分析法作图+排除法【练习】一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量D、回流比R、进料状况（F、xF、q）不变，而减小操作压力，试分析xD、xW如何变化？【解】快速分析法：不能用第84页/共143页85/143操作型定性分析举例快速分析法作图+排除法【练习】一操作中的常压连续

32、精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量D、回流比R、进料状况（F、xF、q）不变，而减小操作压力，试分析xD、xW如何变化？【解】作图+排除法：假设xD不变、假设xD变小 作图，得N，与N不变这个前提相矛盾。故假设不成立。故xD只能变大，xW变小。第85页/共143页86/143作业：第86页/共143页87/143操作型计算举例【例3】如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板组成。料液由塔顶加入，进料热状况参数q=1，xF=0.20（摩尔分率，下同）。今测得塔顶易挥发组分的回收率为80%，且xD=0.30，系统相对挥发度为3.0。试求：（1）残液组成xw；（2）该层塔板的液相默弗里板效EmL

33、。设蒸馏釜可视为一个理论板。q=1，xF=0.20 xD=0.30 80=3.0实际板理论板第87页/共143页88/143操作型计算举例q=1，xF=0.20 xD=0.30 80=3.0实际板【解】（1）残液组成xw第88页/共143页89/143操作型计算举例y1x1yw（2）该层塔板的液相默弗里板效EmLq=1，xF=0.20 xD=0.30 xW=0.0859=3.0 xFxD第89页/共143页90/143操作型计算举例【例4】某连续操作精馏塔如图所示，已知料液摩尔组成xF=0.2，料液以饱和液体状态直接加入塔釜，塔顶设全凝器，全塔共两块理论板（包括塔釜），塔顶摩尔采出率D/F=1

34、/3，回流比R=1，泡点回流，此条件下物系的相平衡关系可表示为y=4x，试计算xW=?xF=0.2D/F=1/3R=1y=4x饱和液体理论板第90页/共143页91/143y=4x【解】-（1）逐板法：-（2）解式1、2得：理论板第91页/共143页92/143作业：返回目录第92页/共143页93/143六、理论板数的捷算法（N、Nmin均包括再沸器在内）当R=Rmin时，N=当R=时，N=Nmin似乎，R与N之间存在一一对应关系。吉利来关联图 其中利用吉利兰图（或公式）求N的捷算法有一定误差，主要用于N的粗估。该式的适用范围为X=0.080.6第93页/共143页94/143七、关于二元连

35、续精馏的其它流程进料釜液馏出液全凝器再沸器（间接蒸汽加热）1塔顶设有分凝器2冷液回流3直接蒸汽加热流程4多股加料和侧线出料流程5 回收塔流程 以上所讲内容对如图所示流程的计算适用。1股 此外还有：第94页/共143页95/1431塔顶设有分凝器汽相液相分凝器全凝器yDxLy1分凝器分凝器相当于一块理论板。第95页/共143页96/1431塔顶设有分凝器优点：u多一块理论板；缺点：u调节回流比不方便、准确。思考：思考：与全凝器流程相比，分凝器流程有何优缺点？与全凝器流程相比，分凝器流程有何优缺点？工业上较少使用。第96页/共143页97/1432冷液回流据物料、热量衡算知：计算时采用内回流比R，

36、计算过程不变。内回流量外回流量两边除以D第97页/共143页98/1432冷液回流u冷回流使塔内的回流比增大，操作线斜率变大，对精馏是有利的；u内回流量外回流量，导致塔内汽流量也变大，即相应地需要再沸器提供的热量也变多。这是不利的。思考：思考：冷液回流与泡点回流相比，有何优缺点？冷液回流与泡点回流相比，有何优缺点？第98页/共143页99/1433直接蒸汽加热流程（1）全塔物料衡算式形式不同与间接蒸汽加热流程的计算相比：-直接蒸汽加热流程 排出的釜液量大-直接蒸汽加热流程 排出的釜液浓度小水蒸汽适用范围：水溶液，且水是难挥发组分假设恒摩尔流假定成立，则若F、xF、q、D、xD、R相同，则第99

37、页/共143页100/1433直接蒸汽加热流程形式相同（2）精线、q线、提线方程但提馏段操作线需延长至b（xw*，0）与间接蒸汽加热流程的计算相比：-过点b（xw*，0）第100页/共143页101/1433直接蒸汽加热流程与间接蒸汽加热流程的计算相比：多一些（3）理论板数第101页/共143页102/1433直接蒸汽加热流程优点：u用结构简单的塔釜鼓泡器代替造价昂贵的再沸器；u加热蒸汽压力较低；缺点：u需要的理论板数略有增多；u塔釜排出更多的废液。思考：思考：与间接蒸汽加热相比，直接蒸汽加热有何优缺点？与间接蒸汽加热相比，直接蒸汽加热有何优缺点？第102页/共143页103/1434多股加料

38、和侧线出料流程特点：1.精、提操作线方程不变2.两股进料之间的操作线方程可通过虚线范围内的物料衡算得到：第103页/共143页104/1434多股加料和侧线出料流程取e1、e2对应下的最小回流比中较大者思考：思考：当多股进料时，如何确定最小回流比？当多股进料时，如何确定最小回流比？第104页/共143页105/1434多股加料和侧线出料流程侧线出料流程：与多股进料相似。第105页/共143页106/143习题课分凝器流程举例【例1】苯、甲苯两组分混合物用如图所示的釜进行常压连续蒸馏加以分离（无塔板），料液直接 加 入 釜 中，进 料 量 为100kmol/h，其组成x苯=0.7，要求得到组成为

39、0.8的塔顶产品（以上均为摩尔分率）。塔顶用一分凝器，其中50%的蒸汽冷凝并返回塔内。出分凝器的蒸汽与冷凝液体保持相平衡。问塔顶、塔釜产量为多少？已知 2.46。2.46第106页/共143页107/143分凝器流程举例 2.46【解】第107页/共143页108/143直接蒸汽加热的回收塔流程举例【例2】如图所示，用有两块理论板（包括塔釜）的精馏塔提取水溶液中 易 挥 发 组 分，饱 和 水 蒸 汽S=50kmol/h由塔底进入，加料组成xF=0.2（摩尔分率，下同），温度为20，F=100kmol/h，料液由塔顶加入，无回流，试求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率。在本题范围内平衡关系可

40、表示为y=3x，液相组成为x=0.2时，泡点为80，比热为100kJ/kmol，汽化潜热40000kJ/kmol。12y=3x20S=50kmol/hxF=0.2F=100kmol/h第108页/共143页109/143直接蒸汽加热的回收塔流程举例【解】求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率S=50kmol/hxF=0.2F=100kmol/h12y=3x20泡点为80，比热为100kJ/kmol，汽化潜热40000kJ/kmol。L V 恒摩尔流假定：全塔物料衡算：-（1）第109页/共143页110/143直接蒸汽加热的回收塔流程举例-（1）y=3xS=50kmol/h逐板计算：恒摩尔流假

41、定-（2）联立求解式1、2得：第110页/共143页111/143直接蒸汽加热的回收塔流程举例作业：易挥发组分的回收率返回目录第111页/共143页112/143八、精馏塔的热量衡算回忆：回忆：每一个平衡级每一个平衡级不需要外部提供能量不需要外部提供能量。精馏是利用回流手段、经过多次平衡级，使物系实现高纯度分离的操作。进料釜液馏出液全凝器再沸器 实际上，若塔身无热损失，塔板上的确不需要外加热量。但是，精馏所必需的汽相流的产生却需要大量热量（由塔底加入）；而精馏所必需的液相流的产生必须在塔顶移走大量热量。因此，精馏是一个高能耗的单元操作。第112页/共143页113/143八、精馏塔的热量衡算第

42、113页/共143页114/143八、精馏塔的热量衡算1再沸器的热负荷对再沸器作热量衡算得：QB2、冷凝器的热负荷 对冷凝器作热量衡算得：QC第114页/共143页115/143八、精馏塔的热量衡算 通常QF、QD、QW数值较小，可忽略不计，于是 3 全塔热量衡算QCQB第115页/共143页116/143九、填料精馏塔的填料层高度流动状况，物性参数、填料特性和操作参数等板高度愈小，说明填料层的传质分离效果愈好-分离效果相当于一层理论板的一段 填料层高度，单位m。需由实验测定（经验式）。填料层高度h0影响HETP的因素：与影响HOG的因素相同。思考：思考：等板高度大好还是小好？等板高度大好还是

43、小好？第116页/共143页117/143第五节 其他精馏方式溶液不溶于水且沸点较高或具有热敏性；其他精馏方式：前面介绍的精馏方式称为普通精馏。原料每批浓度、量不定；溶液的 1或非常接近1；生产过程有化学反应，同时又需要对产物进行精制。水蒸汽精馏-间歇精馏-特殊精馏-反应精馏-第117页/共143页118/143第五节 其他精馏方式一水蒸汽蒸馏定义：将水蒸汽直接通入不溶于水的物系进行蒸馏。例1：常压下，水的沸点：100 苯的沸点：80.1 水苯混合物的沸点：69.5不溶不溶于水于水的溶的溶液液水蒸汽水蒸汽水和正丁醇非均相混合物相图 P一定时，为什么不互溶物系的沸点比其中任一纯组分的沸点均低？第

44、118页/共143页119/143一水蒸汽蒸馏P一定时，为什么不互溶物系的沸点比其中任一纯组分的沸点均低？总压P下，纯A的沸点为t1水的沸点为t2液体上方A、水的蒸汽压就是在沸点t下的饱和蒸汽压。加热加热如何确定水蒸汽蒸馏时的沸点呢？找曲线和曲线的交点第119页/共143页120/143一水蒸汽蒸馏u降低了溶液的沸点（比其中任一纯组分的沸点均低）；u经冷凝、分层，除去水分从而得到产品；u水蒸汽既作加热剂，又作夹带剂。特点：沸点较高或高温下易分解，且不溶于水的物系适用场合：第120页/共143页121/143一水蒸汽蒸馏二者本质区别：v适用场合不同：直接蒸汽加热的精馏过程用于互溶的水溶液，水蒸汽

45、蒸馏过程用于与水不互溶的溶液。v通入的蒸汽作用不同：前者中的水蒸汽主要为加热剂，而后者既是加热剂、又是夹带剂。水蒸汽思考：思考：直接蒸汽加热直接蒸汽加热的精馏过程与的精馏过程与水蒸汽蒸馏水蒸汽蒸馏过程有何本过程有何本质区别？通入的蒸汽作用相同否？质区别？通入的蒸汽作用相同否？第121页/共143页122/143二间歇精馏 间歇精馏通常有恒回流比、恒馏出液组成这两种操作方式。第五节 其他精馏方式特点：不稳定；只有精馏段，没有提馏段思考：思考：间歇精馏与简单蒸馏有何相同和不同之处？间歇精馏与简单蒸馏有何相同和不同之处？适用场合：原料每批浓度、量不定；第122页/共143页123/143二间歇精馏1

46、恒回流比操作回流比不变，塔板数不变。但随着塔底浓度的降低，塔顶浓度不断降低。这种方式操作较为方便，但得不到较高浓度的产品。第123页/共143页124/143二间歇精馏回流比不断变大，塔板数不变。虽然塔底浓度不断降低，但塔顶浓度不变。这种方式不好操作控制，但能得到较高浓度的产品。2恒馏出液组成操作第124页/共143页125/143二间歇精馏3恒回流比操作恒馏出液组成操作 在恒回流比下精馏一段时间，当塔顶浓度有较明显下降后，调大回流比，使塔顶浓度基本恢复原来的水平。这种方式既好操作控制，又能得到较高浓度的产品。第125页/共143页126/143第五节 其他精馏方式 在被分离的混合液中加入第三

47、组分，以改变原混合物组分间的相对挥发度，从而用精馏将它们分离。三特殊精馏 适用场合：第126页/共143页127/143三特殊精馏 1 恒沸精馏 例1：乙醇-水体系 乙醇乙醇 水水 苯苯 乙醇乙醇-水恒沸物水恒沸物苯苯-乙醇乙醇-水恒沸物水恒沸物 78.3 100 80.1 78.15 64.6 乙醇乙醇-水恒沸物组成水恒沸物组成 乙醇乙醇0.895 水水0.105苯苯-乙醇乙醇-水恒沸物组成水恒沸物组成 乙醇乙醇0.230 水水0.226 苯苯0.554常压下沸点加入恒沸剂苯后，水被苯从塔顶带出，塔底基本上是无水乙醇。第127页/共143页128/143 1 恒沸精馏例2：环己烷-苯体系，恒

48、沸剂为丙酮。环己烷环己烷 苯苯 丙酮丙酮环己烷环己烷-苯恒沸物苯恒沸物环己烷环己烷-丙酮恒沸物丙酮恒沸物 80.880.1 56.2 77 53常压下沸点第128页/共143页129/143 1 恒沸精馏 （1）新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要 有足够大的差别，一般要求大于10。（2）希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物，而且夹带组分的量要尽可能高，这样夹带剂用量较 少，能耗较低。（3）最好能形成非均相恒沸物，以便于回收其中的夹带 剂。如乙醇水恒沸精馏中静置分层的办法。（4）还应满足其它的工业要求，如具备热稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等。恒沸剂的选择原则：第129

49、页/共143页130/143 2萃取精馏三特殊精馏 糠醛能显著降低苯的饱和蒸汽压，而对环己烷影响不明显，使苯从易挥发组分变为难挥发组分，而且使环己烷-苯的 增大至2以上。环己烷环己烷-苯恒沸物苯恒沸物 77第130页/共143页131/143 2萃取精馏萃取剂的选择原则：（1）选择性高 加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大。（2）溶解度大 能和任何浓度的原溶液互溶，以避免分层，否则难以充分发挥萃取精馏的作用。（3）挥发性小 其沸点比混合液的其它组分高得多，以保证塔顶产品的质量，也易与另一组分分离，但沸点也不能太高，否则会造成回收困难。（4）具有稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低

50、廉等其它工业要求。第131页/共143页132/143恒沸精馏与萃取精馏比较 环己烷环己烷 苯苯 丙酮丙酮环己烷环己烷-苯恒沸物苯恒沸物环己烷环己烷-丙酮恒沸物丙酮恒沸物 80.880.1 56.2 77 53恒沸精馏同一个体系即可用恒沸精馏，又可用萃取精馏。两者有何区别呢？v恒沸精馏操作温度低，萃取精馏操作温度高；v萃取剂更易找到；v萃取剂必须由塔顶加入，而恒沸剂无此要求。第132页/共143页133/143四 反应精馏例：甲醇和异丁烯在强酸性离子交换树脂上催化反应生成甲基叔丁基醚（简写为MTBE，一种无铅汽油的添加剂）。在反应段，反应的同时还有精馏，将重组分MTBE向塔底移走，从而促使反应