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1、下册第下册第1章章蒸馏与精馏蒸馏与精馏DistillationandRectification基本要求基本要求基本要求基本要求 1、掌握精馏原理和塔板数的计算掌握精馏原理和塔板数的计算掌握精馏原理和塔板数的计算掌握精馏原理和塔板数的计算2 2、理解回流比对精馏操作的影响、理解回流比对精馏操作的影响、理解回流比对精馏操作的影响、理解回流比对精馏操作的影响3 3、了解精馏塔的基本结构和主要性能、了解精馏塔的基本结构和主要性能、了解精馏塔的基本结构和主要性能、了解精馏塔的基本结构和主要性能重点：重点：重点：重点：精馏原理、塔板数的计算；精馏原理、塔板数的计算；精馏原理、塔板数的计算；精馏原理、塔板数
2、的计算；回流比对精馏的影响回流比对精馏的影响回流比对精馏的影响回流比对精馏的影响难点：难点：难点：难点：连续精馏的基本原理和塔板数的计算连续精馏的基本原理和塔板数的计算连续精馏的基本原理和塔板数的计算连续精馏的基本原理和塔板数的计算.蒸馏的有关基本概念蒸馏的有关基本概念蒸馏原理蒸馏原理平衡蒸馏与简单蒸馏平衡蒸馏与简单蒸馏精馏精馏.1.1概述概述蒸馏蒸馏distillation 蒸馏与精馏的区别蒸馏与精馏的区别蒸馏蒸馏分类分类.定义：将液体混合物加热造成气、液两相物质，利用物系定义：将液体混合物加热造成气、液两相物质，利用物系定义：将液体混合物加热造成气、液两相物质，利用物系定义：将液体混合物加
3、热造成气、液两相物质，利用物系中各组分挥发度不同的特性而实现分离的目的。中各组分挥发度不同的特性而实现分离的目的。中各组分挥发度不同的特性而实现分离的目的。中各组分挥发度不同的特性而实现分离的目的。分离液相混合物的典型单元操作，属于质量传递分离液相混合物的典型单元操作，属于质量传递分离液相混合物的典型单元操作，属于质量传递分离液相混合物的典型单元操作，属于质量传递化工生产中蒸馏的应用：化工生产中蒸馏的应用：化工生产中蒸馏的应用：化工生产中蒸馏的应用：基本化工基本化工基本化工基本化工-液化空气，高温下加热空气，通过蒸馏分离液化空气，高温下加热空气，通过蒸馏分离液化空气，高温下加热空气，通过蒸馏分
4、离液化空气，高温下加热空气，通过蒸馏分离出出出出氮气和氧气。氮气和氧气。氮气和氧气。氮气和氧气。石油炼制石油炼制石油炼制石油炼制-常减压蒸馏分离汽油、柴油、重油常减压蒸馏分离汽油、柴油、重油常减压蒸馏分离汽油、柴油、重油常减压蒸馏分离汽油、柴油、重油炼焦化工炼焦化工炼焦化工炼焦化工-蒸馏的方法分离焦油蒸馏的方法分离焦油蒸馏的方法分离焦油蒸馏的方法分离焦油高聚物工业高聚物工业高聚物工业高聚物工业-提纯单体提纯单体提纯单体提纯单体.蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏-当生产上对产品的纯度要求不高，只需要初当生产上对产品的纯度要求不高，只需要初当生产上对产品的纯度要求不高，只需要初当生产上对产品的纯度要求不高，只需要
5、初步分离时采用的分离方法；步分离时采用的分离方法；步分离时采用的分离方法；步分离时采用的分离方法；蒸馏没有回流，而精馏有回流。蒸馏没有回流，而精馏有回流。蒸馏没有回流，而精馏有回流。蒸馏没有回流，而精馏有回流。区别在于区别在于区别在于区别在于“回流回流回流回流refluxreflux”回流的作用回流的作用回流的作用回流的作用-通过回流，造成气液两相接触，从而通过回流，造成气液两相接触，从而通过回流，造成气液两相接触，从而通过回流，造成气液两相接触，从而进行质量传递和热量传递。通过多次进行质量传递和热量传递。通过多次进行质量传递和热量传递。通过多次进行质量传递和热量传递。通过多次部分气化、部分冷
6、凝来达到纯化的目部分气化、部分冷凝来达到纯化的目部分气化、部分冷凝来达到纯化的目部分气化、部分冷凝来达到纯化的目的。的。的。的。精馏精馏精馏精馏-当产品的纯度要求高，特别是在混合物挥当产品的纯度要求高，特别是在混合物挥当产品的纯度要求高，特别是在混合物挥当产品的纯度要求高，特别是在混合物挥发度比较接近时采取的分离。发度比较接近时采取的分离。发度比较接近时采取的分离。发度比较接近时采取的分离。.按蒸馏的方法或产品要求不同，可以分为：按蒸馏的方法或产品要求不同，可以分为：按蒸馏的方法或产品要求不同，可以分为：按蒸馏的方法或产品要求不同，可以分为：.根据操作的压力，可以分为根据操作的压力，可以分为根
7、据操作的压力，可以分为根据操作的压力，可以分为：.按液体混合物的组分类：按液体混合物的组分类：按液体混合物的组分类：按液体混合物的组分类：.1.2蒸馏原理蒸馏原理气液相平衡气液相平衡vapor-liquidphaseequlibrium1.2.11.2.1双组分理想物系的气液相平衡双组分理想物系的气液相平衡双组分理想物系的气液相平衡双组分理想物系的气液相平衡双组分在溶液中的溶解情况双组分在溶液中的溶解情况双组分在溶液中的溶解情况双组分在溶液中的溶解情况.理想物系理想物系理想物系理想物系-液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律；液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律；液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律；液相为理想溶
8、液，遵循拉乌尔定律；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的混合物系的混合物系的混合物系的混合物系理想物系实际上并不存在，但低压下当各组分性质相近，理想物系实际上并不存在，但低压下当各组分性质相近，理想物系实际上并不存在，但低压下当各组分性质相近，理想物系实际上并不存在，但低压下当各组分性质相近，分子结构相似，分子与分子之间无缔合作用的混合体系分子结构相似，分子与分子之间无缔合作用的混合体系分子结构相似，分子与分子之间无缔合作用的混合体系分子结构相似，分子与分子之间无缔合作用的混合体系可视为理想体
9、系。可视为理想体系。可视为理想体系。可视为理想体系。例如：苯例如：苯例如：苯例如：苯-甲苯，甲醇甲苯，甲醇甲苯，甲醇甲苯，甲醇-乙醇，正己烷乙醇，正己烷乙醇，正己烷乙醇，正己烷-正庚烷，正庚烷，正庚烷，正庚烷，正庚烷正庚烷正庚烷正庚烷-甲基环己烷等，石油化工中处甲基环己烷等，石油化工中处甲基环己烷等，石油化工中处甲基环己烷等，石油化工中处理理理理的大部分烃类混合物。的大部分烃类混合物。的大部分烃类混合物。的大部分烃类混合物。.拉乌尔定律：拉乌尔定律：拉乌尔定律：拉乌尔定律：一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分一定温度
10、下，理想溶液上方气相中任意组分i i的分压的分压的分压的分压p pi i等于该纯组分在该温度下的饱和蒸气等于该纯组分在该温度下的饱和蒸气等于该纯组分在该温度下的饱和蒸气等于该纯组分在该温度下的饱和蒸气压压压压p pi io o与它在溶液中的摩尔分率与它在溶液中的摩尔分率与它在溶液中的摩尔分率与它在溶液中的摩尔分率x xi i的乘积。的乘积。的乘积。的乘积。p pi i=p pi io ox xi i对于对于对于对于ABAB双组分，则：双组分，则：双组分，则：双组分，则：p pA A=p pA Ao ox xA AA-A-易挥发组分易挥发组分易挥发组分易挥发组分volatilecomponent
11、volatilecomponentp pB B=p pB Bo ox xB B=p pB Bo o(1-(1-x xA A)B-B-难挥发组分难挥发组分难挥发组分难挥发组分lessvolatilecomponentlessvolatilecomponent.假设系统的总压为假设系统的总压为假设系统的总压为假设系统的总压为p p，则，则，则，则p p=p pA A+p pB B=p pA Ao ox xA A+p pB Bo o x xB B=p pA Ao o x xA A+p pB Bo o(1-(1-x xA A)当达到相平衡时，当达到相平衡时，当达到相平衡时，当达到相平衡时，A A组分在
12、液相中的摩尔分率组分在液相中的摩尔分率组分在液相中的摩尔分率组分在液相中的摩尔分率x xA A为为为为A A组分在气相中的摩尔分率组分在气相中的摩尔分率组分在气相中的摩尔分率组分在气相中的摩尔分率y yA A，由道尔顿分压定律：，由道尔顿分压定律：，由道尔顿分压定律：，由道尔顿分压定律：p pA A=p p y yA A.纯组分的纯组分的纯组分的纯组分的p po o与与与与t t的关系通常可由的关系通常可由的关系通常可由的关系通常可由AntonineAntonine方程表示：方程表示：方程表示：方程表示：A A、B B、C C为组分的为组分的为组分的为组分的AntonineAntonine常数
13、，可查手册。常数，可查手册。常数，可查手册。常数，可查手册。.双组份理想溶液的气液平衡相图双组份理想溶液的气液平衡相图双组份理想溶液的气液平衡相图双组份理想溶液的气液平衡相图.双组份非理想物系的气液相平衡双组份非理想物系的气液相平衡双组份非理想物系的气液相平衡双组份非理想物系的气液相平衡实际生产所遇到的大多数物系为非理想物系。实际生产所遇到的大多数物系为非理想物系。实际生产所遇到的大多数物系为非理想物系。实际生产所遇到的大多数物系为非理想物系。.1 1、非理想溶液、非理想溶液、非理想溶液、非理想溶液非非非非理理理理想想想想溶溶溶溶液液液液的的的的实实实实质质质质-异异异异种种种种分分分分子子子
14、子间间间间的的的的作作作作用用用用力力力力不不不不同同同同于于于于同同同同种种种种分子间的作用力。分子间的作用力。分子间的作用力。分子间的作用力。表表表表现现现现-溶溶溶溶液液液液中中中中各各各各组组组组分分分分的的的的平平平平衡衡衡衡分分分分压压压压偏偏偏偏离离离离于于于于拉拉拉拉乌乌乌乌尔尔尔尔定定定定律律律律。此偏差可正可负，分别称为正偏差溶液或负偏差溶液此偏差可正可负，分别称为正偏差溶液或负偏差溶液此偏差可正可负，分别称为正偏差溶液或负偏差溶液此偏差可正可负，分别称为正偏差溶液或负偏差溶液典型实例：典型实例：典型实例：典型实例：正偏差：乙醇正偏差：乙醇正偏差：乙醇正偏差：乙醇-水、正丙
15、醇水、正丙醇水、正丙醇水、正丙醇-水等物系；水等物系；水等物系；水等物系；负偏差：硝酸负偏差：硝酸负偏差：硝酸负偏差：硝酸-水、氯仿水、氯仿水、氯仿水、氯仿-丙酮等物系丙酮等物系丙酮等物系丙酮等物系.非理想溶液引入活度系数非理想溶液引入活度系数非理想溶液引入活度系数非理想溶液引入活度系数 来修正对拉乌尔定律的偏差来修正对拉乌尔定律的偏差来修正对拉乌尔定律的偏差来修正对拉乌尔定律的偏差p pA A=p pA Ao ox xA A A Ap pB B=p pB Bo ox xB B B B若若若若总总总总压压压压p p不不不不太太太太高高高高，则则则则气气气气相相相相为为为为理理理理想想想想气气气
16、气体体体体，仍仍仍仍服服服服从从从从道道道道尔尔尔尔顿顿顿顿分分分分压定律，压定律，压定律，压定律，平衡气相的组成为：平衡气相的组成为：平衡气相的组成为：平衡气相的组成为：.2 2、非理想气体、非理想气体、非理想气体、非理想气体非理想气体则用逸度来代替压强。非理想气体则用逸度来代替压强。非理想气体则用逸度来代替压强。非理想气体则用逸度来代替压强。.挥发度与相对挥发度挥发度与相对挥发度挥发度与相对挥发度挥发度与相对挥发度volatilityandrelativevolatilityvolatilityandrelativevolatility挥发性挥发性挥发性挥发性-液体具有的挥发变成蒸气的能力
17、液体具有的挥发变成蒸气的能力液体具有的挥发变成蒸气的能力液体具有的挥发变成蒸气的能力挥发度挥发度挥发度挥发度-某组分由液相挥发到气相中的趋势，是某组分由液相挥发到气相中的趋势，是某组分由液相挥发到气相中的趋势，是某组分由液相挥发到气相中的趋势，是该该该该组分挥发性大小的标志。组分挥发性大小的标志。组分挥发性大小的标志。组分挥发性大小的标志。符号：符号：符号：符号：i i i i大小大小大小大小-某组分在气相中的平衡分压某组分在气相中的平衡分压某组分在气相中的平衡分压某组分在气相中的平衡分压p pi i与该组分在液与该组分在液与该组分在液与该组分在液相中的摩尔分率相中的摩尔分率相中的摩尔分率相中
18、的摩尔分率x xi i之比。之比。之比。之比。.对于双组分理想溶液，则有对于双组分理想溶液，则有对于双组分理想溶液，则有对于双组分理想溶液，则有：溶液的溶液的溶液的溶液的p poo是随温度而变化的，是随温度而变化的，是随温度而变化的，是随温度而变化的，各组分的挥发度各组分的挥发度各组分的挥发度各组分的挥发度 也随温也随温也随温也随温度而变，使用不方便。度而变，使用不方便。度而变，使用不方便。度而变，使用不方便。相对挥发度相对挥发度相对挥发度相对挥发度：两组分的挥发度之比。通常为易挥发组两组分的挥发度之比。通常为易挥发组两组分的挥发度之比。通常为易挥发组两组分的挥发度之比。通常为易挥发组分的挥发
19、度与难挥发组分的挥发度之比。分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比。分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比。分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比。.如果操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律，则如果操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律，则如果操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律，则如果操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律，则：如果是双组分理想溶液，则有如果是双组分理想溶液，则有如果是双组分理想溶液，则有如果是双组分理想溶液，则有：虽然理想溶液的虽然理想溶液的虽然理想溶液的虽然理想溶液的p pA Aoo、p pB Bo o是随温度而变化的，但比值是随温度而变化的，但比值是随温度而变化的，但比值是随温度而变化
20、的，但比值p pA Ao o/p pB Bo o的变化却不大。的变化却不大。的变化却不大。的变化却不大。可视为常数，可视为常数，可视为常数，可视为常数，值就有了相对稳定的意义。值就有了相对稳定的意义。值就有了相对稳定的意义。值就有了相对稳定的意义。.计算时计算时计算时计算时 可取操作温度范围内的平均值，或者取两可取操作温度范围内的平均值，或者取两可取操作温度范围内的平均值，或者取两可取操作温度范围内的平均值，或者取两个纯组分在各自沸点下的相对挥发度的几何平均值个纯组分在各自沸点下的相对挥发度的几何平均值个纯组分在各自沸点下的相对挥发度的几何平均值个纯组分在各自沸点下的相对挥发度的几何平均值易挥
21、发组分易挥发组分易挥发组分易挥发组分A A在气、液相中的摩尔分率在气、液相中的摩尔分率在气、液相中的摩尔分率在气、液相中的摩尔分率y yA A、x xA A之间的关之间的关之间的关之间的关系可以用相对挥发度系可以用相对挥发度系可以用相对挥发度系可以用相对挥发度 来表示来表示来表示来表示由道尔顿分压定律：由道尔顿分压定律：由道尔顿分压定律：由道尔顿分压定律：p pA A=p p y yA A，p pB B=p p y yB B.y yB B=1-=1-y yA A，x xB B=1-=1-x xA A 整理得：整理得：整理得：整理得：-气液相平衡方程气液相平衡方程气液相平衡方程气液相平衡方程ph
22、aseequilibriumequationphaseequilibriumequation.由由由由 可求出一系列温度下的可求出一系列温度下的可求出一系列温度下的可求出一系列温度下的y y、x x数据数据数据数据 由由由由 可判断混合液分离的难易程度可判断混合液分离的难易程度可判断混合液分离的难易程度可判断混合液分离的难易程度若若若若=1=1，则，则，则，则y y=x x，在，在，在，在y y-x-x相图上与相图上与相图上与相图上与对角线重合，说明气液相组成对角线重合，说明气液相组成对角线重合，说明气液相组成对角线重合，说明气液相组成相同，相同，相同，相同，不能采用普通的精馏不能采用普通的精
23、馏不能采用普通的精馏不能采用普通的精馏方法分离。方法分离。方法分离。方法分离。越大，相同的越大，相同的越大，相同的越大，相同的x x值下易挥发组分在值下易挥发组分在值下易挥发组分在值下易挥发组分在气相中的含量气相中的含量气相中的含量气相中的含量y y越高，互成平衡的越高，互成平衡的越高，互成平衡的越高，互成平衡的气液两相浓度差别越大，气液两相浓度差别越大，气液两相浓度差别越大，气液两相浓度差别越大，越容易越容易越容易越容易分离。分离。分离。分离。.1.3.11.3.1平衡蒸馏（闪蒸馏）平衡蒸馏（闪蒸馏）平衡蒸馏（闪蒸馏）平衡蒸馏（闪蒸馏）FlashDistillationFlashDistil
24、lation1 1、平衡、平衡、平衡、平衡蒸馏的过程及特点蒸馏的过程及特点蒸馏的过程及特点蒸馏的过程及特点原料在加热器内加热到超过进原料在加热器内加热到超过进原料在加热器内加热到超过进原料在加热器内加热到超过进料的泡点，然后经减压阀减压料的泡点，然后经减压阀减压料的泡点，然后经减压阀减压料的泡点，然后经减压阀减压后进入分离器中。后进入分离器中。后进入分离器中。后进入分离器中。压强压强压强压强，过热液体被部分汽，过热液体被部分汽，过热液体被部分汽，过热液体被部分汽化。蒸气并不分出而使体系化。蒸气并不分出而使体系化。蒸气并不分出而使体系化。蒸气并不分出而使体系保持为蒸气保持为蒸气保持为蒸气保持为蒸
25、气-液体共存的混液体共存的混液体共存的混液体共存的混合相。气、液两相在分离器合相。气、液两相在分离器合相。气、液两相在分离器合相。气、液两相在分离器中处于平衡。中处于平衡。中处于平衡。中处于平衡。在平衡蒸馏过程中，各在平衡蒸馏过程中，各在平衡蒸馏过程中，各在平衡蒸馏过程中，各参数维持恒定不变。参数维持恒定不变。参数维持恒定不变。参数维持恒定不变。.2 2、平衡、平衡、平衡、平衡蒸馏过程计算蒸馏过程计算蒸馏过程计算蒸馏过程计算(1)(1)(1)(1)物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算设原料液摩尔流量为设原料液摩尔流量为设原料液摩尔流量为设原料液摩尔流量为F F，摩尔分率，摩尔分率，摩尔分率，摩尔分
26、率x x F F产品摩尔流量为产品摩尔流量为产品摩尔流量为产品摩尔流量为D D，摩尔分率，摩尔分率，摩尔分率，摩尔分率y y y y 液相产物摩尔流量为液相产物摩尔流量为液相产物摩尔流量为液相产物摩尔流量为WW，摩尔分率，摩尔分率，摩尔分率，摩尔分率x x，连续定态过程作物料衡算：连续定态过程作物料衡算：连续定态过程作物料衡算：连续定态过程作物料衡算：总物料衡算：总物料衡算：总物料衡算：总物料衡算：F F=D D+WW易挥发组分：易挥发组分：易挥发组分：易挥发组分：FxFxF F=D Dy+y+WxWx.设液化率设液化率设液化率设液化率q q=WW/F F，液相产物占总加料量液相产物占总加料量
27、液相产物占总加料量液相产物占总加料量F F F F的分率的分率的分率的分率1-1-1-1-q q=D D/F F气化率气化率气化率气化率,代入上式得代入上式得代入上式得代入上式得:.(2)(2)热量衡算热量衡算热量衡算热量衡算设设设设C Cp p-原料液的平均摩尔比热，原料液的平均摩尔比热，原料液的平均摩尔比热，原料液的平均摩尔比热，kJ/(kmolkJ/(kmol)t tF F-原料液的起始温度，原料液的起始温度，原料液的起始温度，原料液的起始温度，KK；TT加热后加热后加热后加热后原料液的温度，原料液的温度，原料液的温度，原料液的温度，则单位时间内加热器的热负荷为：则单位时间内加热器的热负
28、荷为：则单位时间内加热器的热负荷为：则单位时间内加热器的热负荷为：.减压后，液体部分气化所需的热量来自于物料放出的显热，减压后，液体部分气化所需的热量来自于物料放出的显热，减压后，液体部分气化所需的热量来自于物料放出的显热，减压后，液体部分气化所需的热量来自于物料放出的显热，设分离器中的平均温度为设分离器中的平均温度为设分离器中的平均温度为设分离器中的平均温度为t te e，平均摩尔气化热为，平均摩尔气化热为，平均摩尔气化热为，平均摩尔气化热为r rkJ/kmolkJ/kmol则：则：则：则：(3)(3)气液气液气液气液平衡关系平衡关系平衡关系平衡关系.1.3.2简单蒸馏简单蒸馏BatchDi
29、stillation1 1、简单、简单、简单、简单蒸馏过程蒸馏过程蒸馏过程蒸馏过程.2 2、简单蒸馏的特点：、简单蒸馏的特点：、简单蒸馏的特点：、简单蒸馏的特点：不能从原始母液中得到不能从原始母液中得到不能从原始母液中得到不能从原始母液中得到大量高纯度的产品。大量高纯度的产品。大量高纯度的产品。大量高纯度的产品。釜液与蒸气的组成都是釜液与蒸气的组成都是釜液与蒸气的组成都是釜液与蒸气的组成都是随时间而变化的。随时间而变化的。随时间而变化的。随时间而变化的。是一种非定态过程。是一种非定态过程。是一种非定态过程。是一种非定态过程。由于装卸物料和升温由于装卸物料和升温由于装卸物料和升温由于装卸物料和升
30、温比较费时，比较费时，比较费时，比较费时，只能进行只能进行只能进行只能进行初步分离，而且生产能初步分离，而且生产能初步分离，而且生产能初步分离，而且生产能力低，适合于当组分挥力低，适合于当组分挥力低，适合于当组分挥力低，适合于当组分挥发度相差较大的情况。发度相差较大的情况。发度相差较大的情况。发度相差较大的情况。.3 3 3 3、简单蒸馏计算、简单蒸馏计算、简单蒸馏计算、简单蒸馏计算假设某瞬间釜液量假设某瞬间釜液量假设某瞬间釜液量假设某瞬间釜液量L L kmol,kmol,经经经经d 时间后时间后时间后时间后变为变为变为变为L+L+d L L，组成为，组成为，组成为，组成为x+dx，馏出液馏出
31、液馏出液馏出液量量量量为为为为d dD D，组成为组成为组成为组成为y y，y y与与与与 x为平衡关系为平衡关系为平衡关系为平衡关系d 时间内作物料时间内作物料时间内作物料时间内作物料衡衡衡衡算：算：算：算：总物料总物料总物料总物料:d:dD D=-=-dL L易挥发组分：易挥发组分：易挥发组分：易挥发组分：整理得：整理得：整理得：整理得：L=FL=F时，时，时，时，x=x1；L=WL=W时，时，时，时，x=x2积分得：积分得：积分得：积分得：.改进改进改进改进.1.4精馏精馏rectification1.4.11.4.1精馏塔精馏塔精馏塔精馏塔rectificationcolumn(tow
32、er)rectificationcolumn(tower).1.4.2精馏原理及流程精馏原理及流程.连续精馏的流程连续精馏的流程连续精馏的流程连续精馏的流程.间歇精馏流程间歇精馏流程间歇精馏流程间歇精馏流程.1.5连续精馏的计算任务连续精馏的计算任务确定产品的流量或组成确定产品的流量或组成确定产品的流量或组成确定产品的流量或组成确定或选择适宜的操作条件确定或选择适宜的操作条件确定或选择适宜的操作条件确定或选择适宜的操作条件 计算计算计算计算理论塔板数理论塔板数理论塔板数理论塔板数确定确定确定确定塔高与塔径塔高与塔径塔高与塔径塔高与塔径再沸器和冷凝器的热负荷再沸器和冷凝器的热负荷再沸器和冷凝器的
33、热负荷再沸器和冷凝器的热负荷.1.5.11.5.1理论板的基本假设理论板的基本假设理论板的基本假设理论板的基本假设塔身对外界是绝热的，可以忽略热损失。塔身对外界是绝热的，可以忽略热损失。塔身对外界是绝热的，可以忽略热损失。塔身对外界是绝热的，可以忽略热损失。每层塔板的上升蒸气的摩尔流量恒定每层塔板的上升蒸气的摩尔流量恒定每层塔板的上升蒸气的摩尔流量恒定每层塔板的上升蒸气的摩尔流量恒定精馏段精馏段精馏段精馏段:V V1 1=V V2 2=V Vn n=V V提馏段提馏段提馏段提馏段:V V11 =V V22 =V V nn =V V 各段每层塔板下降液体的摩尔流量也恒定。各段每层塔板下降液体的摩
34、尔流量也恒定。各段每层塔板下降液体的摩尔流量也恒定。各段每层塔板下降液体的摩尔流量也恒定。精馏段精馏段精馏段精馏段:L L1 1=L L2 2=L Ln n=L L提馏段提馏段提馏段提馏段:L L11 =L L22 =L Lmm=L L 气液两相离开塔板时已达到相平衡状态，即塔内各气液两相离开塔板时已达到相平衡状态，即塔内各气液两相离开塔板时已达到相平衡状态，即塔内各气液两相离开塔板时已达到相平衡状态，即塔内各塔板均为理论塔板，气液两相间的组成关系可由平衡塔板均为理论塔板，气液两相间的组成关系可由平衡塔板均为理论塔板，气液两相间的组成关系可由平衡塔板均为理论塔板，气液两相间的组成关系可由平衡
35、关系来确定。关系来确定。关系来确定。关系来确定。.连续精馏的实现连续精馏的实现连续精馏的实现连续精馏的实现-全塔的操作情况全塔的操作情况全塔的操作情况全塔的操作情况1.1.每层塔板上都发生部分气化和部分冷凝，各层塔板提每层塔板上都发生部分气化和部分冷凝，各层塔板提每层塔板上都发生部分气化和部分冷凝，各层塔板提每层塔板上都发生部分气化和部分冷凝，各层塔板提供一定的接触时间（或接触表面）使蒸气供一定的接触时间（或接触表面）使蒸气供一定的接触时间（或接触表面）使蒸气供一定的接触时间（或接触表面）使蒸气-液体两相发液体两相发液体两相发液体两相发生传热和传质过程。生传热和传质过程。生传热和传质过程。生传
36、热和传质过程。2.2.向上往塔顶方向，蒸气中易挥发组分越来越富集；向上往塔顶方向，蒸气中易挥发组分越来越富集；向上往塔顶方向，蒸气中易挥发组分越来越富集；向上往塔顶方向，蒸气中易挥发组分越来越富集；向下往塔底方向，液体中难挥发组分越来越富集。向下往塔底方向，液体中难挥发组分越来越富集。向下往塔底方向，液体中难挥发组分越来越富集。向下往塔底方向，液体中难挥发组分越来越富集。3.3.在塔顶应有冷凝装置保证回流，使得塔内的部分气化和部在塔顶应有冷凝装置保证回流，使得塔内的部分气化和部在塔顶应有冷凝装置保证回流，使得塔内的部分气化和部在塔顶应有冷凝装置保证回流，使得塔内的部分气化和部分冷凝稳定持续地进
37、行。分冷凝稳定持续地进行。分冷凝稳定持续地进行。分冷凝稳定持续地进行。4.4.塔底安装加热器（再沸器）使馏残液部分气化提供蒸气，塔底安装加热器（再沸器）使馏残液部分气化提供蒸气，塔底安装加热器（再沸器）使馏残液部分气化提供蒸气，塔底安装加热器（再沸器）使馏残液部分气化提供蒸气，5.5.且蒸气的组成应与塔底馏残液相近。且蒸气的组成应与塔底馏残液相近。且蒸气的组成应与塔底馏残液相近。且蒸气的组成应与塔底馏残液相近。.5.5.进料的位置：不在塔顶，也不在塔底进料的位置：不在塔顶，也不在塔底进料的位置：不在塔顶，也不在塔底进料的位置：不在塔顶，也不在塔底在塔体的某一层塔板上，这层塔板上的液体组成与进料
38、在塔体的某一层塔板上，这层塔板上的液体组成与进料在塔体的某一层塔板上，这层塔板上的液体组成与进料在塔体的某一层塔板上，这层塔板上的液体组成与进料的组成应接近，这层塔板为进料板的组成应接近，这层塔板为进料板的组成应接近，这层塔板为进料板的组成应接近，这层塔板为进料板6.6.加料板以上的部分为精馏段加料板以上的部分为精馏段加料板以上的部分为精馏段加料板以上的部分为精馏段rectificationsectionrectificationsection，以下的部分为提馏段以下的部分为提馏段以下的部分为提馏段以下的部分为提馏段strippingsectionstrippingsection。精馏段的作用
39、：把上升的蒸气中的难挥发组分冷凝下来，精馏段的作用：把上升的蒸气中的难挥发组分冷凝下来，精馏段的作用：把上升的蒸气中的难挥发组分冷凝下来，精馏段的作用：把上升的蒸气中的难挥发组分冷凝下来，使塔顶馏出液更接近纯的易挥发组分；使塔顶馏出液更接近纯的易挥发组分；使塔顶馏出液更接近纯的易挥发组分；使塔顶馏出液更接近纯的易挥发组分；提馏段的作用：把向下回流的液体中的难挥发组分提浓，使提馏段的作用：把向下回流的液体中的难挥发组分提浓，使提馏段的作用：把向下回流的液体中的难挥发组分提浓，使提馏段的作用：把向下回流的液体中的难挥发组分提浓，使降到塔底的液体更接近纯的难挥发组分。降到塔底的液体更接近纯的难挥发组
40、分。降到塔底的液体更接近纯的难挥发组分。降到塔底的液体更接近纯的难挥发组分。.1.5.21.5.2物料衡算与操作线方程物料衡算与操作线方程物料衡算与操作线方程物料衡算与操作线方程1 1、全塔物料衡算、全塔物料衡算、全塔物料衡算、全塔物料衡算设进料摩尔流量为设进料摩尔流量为设进料摩尔流量为设进料摩尔流量为F F，kmol/hkmol/h塔顶产品为塔顶产品为塔顶产品为塔顶产品为D D,kmol/h,kmol/h塔底产品为塔底产品为塔底产品为塔底产品为WW，kmol/hkmol/hx xFF、x xDD、x xw w分别表示原料液、分别表示原料液、分别表示原料液、分别表示原料液、塔顶产品、塔底产品的
41、易挥塔顶产品、塔底产品的易挥塔顶产品、塔底产品的易挥塔顶产品、塔底产品的易挥发组分的摩尔分率发组分的摩尔分率发组分的摩尔分率发组分的摩尔分率总物料衡算总物料衡算总物料衡算总物料衡算：F=D+WF=D+W易挥发组分的物料衡算：易挥发组分的物料衡算：易挥发组分的物料衡算：易挥发组分的物料衡算：F x F x F F=D x=D x D D+W x+W xw w.通通通通常常常常已已已已知知知知进进进进料料料料量量量量F F及及及及其其其其组组组组成成成成x xF F，根根根根据据据据对对对对馏馏馏馏出出出出液液液液（塔塔塔塔顶顶顶顶产产产产品品品品）和和和和残残残残液液液液（塔塔塔塔底底底底产产产
42、产品品品品）的的的的组组组组成成成成x xD D、x xw w的的的的要要要要求求求求，可可可可求求求求出出出出馏馏馏馏出出出出液液液液和和和和塔塔塔塔底底底底残残残残液量。液量。液量。液量。塔顶易挥发组分的回收率为：塔顶易挥发组分的回收率为：塔顶易挥发组分的回收率为：塔顶易挥发组分的回收率为：塔底难挥发组分的回收率为：塔底难挥发组分的回收率为：塔底难挥发组分的回收率为：塔底难挥发组分的回收率为：塔底易挥发组分的损失率为：塔底易挥发组分的损失率为：塔底易挥发组分的损失率为：塔底易挥发组分的损失率为：.2 2、精馏段物料衡算和操作线方程、精馏段物料衡算和操作线方程、精馏段物料衡算和操作线方程、精
43、馏段物料衡算和操作线方程如图：如图：对精馏段第对精馏段第对精馏段第对精馏段第n+1n+1块塔板以块塔板以块塔板以块塔板以上作总物料衡算和易挥发上作总物料衡算和易挥发上作总物料衡算和易挥发上作总物料衡算和易挥发组分的物料衡算：组分的物料衡算：组分的物料衡算：组分的物料衡算：V Vn+1n+1=L Ln n+D DV V n+1n+1 y yn+1n+1=L Ln n x xn n+D D x xD D根据假设：精馏段内各层塔板根据假设：精馏段内各层塔板根据假设：精馏段内各层塔板根据假设：精馏段内各层塔板上升蒸气的摩尔流量相等上升蒸气的摩尔流量相等上升蒸气的摩尔流量相等上升蒸气的摩尔流量相等,下降
44、下降下降下降的摩尔流量相等。的摩尔流量相等。的摩尔流量相等。的摩尔流量相等。V V1 1=V V2 2=V=V,L L1 1=L L2 2=L L.若用回流比若用回流比R=L/DR=L/D表示，则：表示，则：-精馏段物操作线方程精馏段物操作线方程精馏段物操作线方程精馏段物操作线方程.或者或者或者或者：下一块塔板上升蒸气与上一块塔板回流液中下一块塔板上升蒸气与上一块塔板回流液中下一块塔板上升蒸气与上一块塔板回流液中下一块塔板上升蒸气与上一块塔板回流液中易挥发组分的含量的关系。易挥发组分的含量的关系。易挥发组分的含量的关系。易挥发组分的含量的关系。在在在在y y-x x相图上为一直线相图上为一直线
45、相图上为一直线相图上为一直线斜率斜率斜率斜率截距截距截距截距当当当当x xn n=x xD D时，时，时，时，y yn+1n+1=x xD D，该直线通过对角线上该直线通过对角线上该直线通过对角线上该直线通过对角线上的的的的A A点（点（点（点（x xD D，x xD D）。）。）。）。精馏段操作方程表示在精馏精馏段操作方程表示在精馏精馏段操作方程表示在精馏精馏段操作方程表示在精馏段内任意两相邻的两块塔板段内任意两相邻的两块塔板段内任意两相邻的两块塔板段内任意两相邻的两块塔板之间上升蒸气与下降液体的之间上升蒸气与下降液体的之间上升蒸气与下降液体的之间上升蒸气与下降液体的组成的关系组成的关系组成
46、的关系组成的关系.3 3、提馏段物料衡算和操作线方程提馏段物料衡算和操作线方程提馏段物料衡算和操作线方程提馏段物料衡算和操作线方程*由于原料液从加料板上加入，在提馏段由于原料液从加料板上加入，在提馏段由于原料液从加料板上加入，在提馏段由于原料液从加料板上加入，在提馏段中，中，中，中，回流液的摩尔流量和上升蒸气的摩回流液的摩尔流量和上升蒸气的摩回流液的摩尔流量和上升蒸气的摩回流液的摩尔流量和上升蒸气的摩尔流量发生了变化，与精馏段中的情况尔流量发生了变化，与精馏段中的情况尔流量发生了变化，与精馏段中的情况尔流量发生了变化，与精馏段中的情况不同了。不同了。不同了。不同了。提馏段各塔板上液体的组成与来
47、自下层提馏段各塔板上液体的组成与来自下层提馏段各塔板上液体的组成与来自下层提馏段各塔板上液体的组成与来自下层塔板的塔板的塔板的塔板的 蒸气组成的关系也必随之改变，描蒸气组成的关系也必随之改变，描蒸气组成的关系也必随之改变，描蒸气组成的关系也必随之改变，描述这一关系的操作线方程式与精馏段操作述这一关系的操作线方程式与精馏段操作述这一关系的操作线方程式与精馏段操作述这一关系的操作线方程式与精馏段操作线方程式也就不同线方程式也就不同线方程式也就不同线方程式也就不同.根据假设：提馏段各层塔板上升的根据假设：提馏段各层塔板上升的根据假设：提馏段各层塔板上升的根据假设：提馏段各层塔板上升的蒸气量蒸气量蒸气
48、量蒸气量V V V V 均应相等，从各层塔板均应相等，从各层塔板均应相等，从各层塔板均应相等，从各层塔板下降的液体下降的液体下降的液体下降的液体 量量量量L L L L 也相等。也相等。也相等。也相等。对提馏段任一截面对提馏段任一截面对提馏段任一截面对提馏段任一截面mm块以下部分块以下部分块以下部分块以下部分进行物料衡算，得：进行物料衡算，得：进行物料衡算，得：进行物料衡算，得：L L=V V+WWL L x xmm =V V y ym+1m+1 +W W x xWW-提馏段操作线方程式提馏段操作线方程式提馏段操作线方程式提馏段操作线方程式.在连续精馏过程中在连续精馏过程中在连续精馏过程中在连
49、续精馏过程中L L、WW、x xw w保持不变保持不变保持不变保持不变提馏段操作线也是一条直线提馏段操作线也是一条直线提馏段操作线也是一条直线提馏段操作线也是一条直线表示在提馏段表示在提馏段表示在提馏段表示在提馏段,来自任意塔板上来自任意塔板上来自任意塔板上来自任意塔板上的液体组成的液体组成的液体组成的液体组成x xmm与来自下层塔板上与来自下层塔板上与来自下层塔板上与来自下层塔板上的蒸气组成的蒸气组成的蒸气组成的蒸气组成y ym+1m+1的关系。的关系。的关系。的关系。当当当当x xmm=x xw w时，时，时，时，y ym+1m+1=x xww,说明该直说明该直说明该直说明该直线过线过线过
50、线过y-y-x x图中对角线上的一点，图中对角线上的一点，图中对角线上的一点，图中对角线上的一点，即即即即B B（x xw w，x xw w）。）。）。）。另外一个点应为精馏段与提馏段相另外一个点应为精馏段与提馏段相另外一个点应为精馏段与提馏段相另外一个点应为精馏段与提馏段相交的交点，也就是说，有一个点应交的交点，也就是说，有一个点应交的交点，也就是说，有一个点应交的交点，也就是说，有一个点应该在加料板上。该在加料板上。该在加料板上。该在加料板上。.加料液已成为温度高于露点的过热蒸气，即过热加料液已成为温度高于露点的过热蒸气，即过热加料液已成为温度高于露点的过热蒸气，即过热加料液已成为温度高于