1、第第9章章 液体精馏液体精馏9.1 蒸馏概述蒸馏概述9.1.1 蒸馏分离的目的蒸馏分离的目的和依据和依据 目的：液体混合物的目的：液体混合物的分离，提纯或回收有分离，提纯或回收有用用组分。组分。 依据：混合液中各组依据：混合液中各组分挥发性的差异。分挥发性的差异。 液体部分气化后的组成与剩余的液体组成液体部分气化后的组成与剩余的液体组成必须有区别。必须有区别。BABAxxyy9.1.2 工业蒸馏过程工业蒸馏过程平衡蒸馏平衡蒸馏(闪蒸闪蒸):连续定态连续定态简单蒸馏简单蒸馏: 间歇间歇9.1.3 蒸馏操作的费用和操作压强蒸馏操作的费用和操作压强 汽化：耗热：汽化：耗热： 冷凝：需提供冷却量。冷凝
2、：需提供冷却量。 操作费用：加热费和冷却费。操作费用：加热费和冷却费。 加压蒸馏：加压蒸馏：Tc免用冷冻剂，但免用冷冻剂，但Th。 减压蒸馏：减压蒸馏：Th免用高温载热体，但免用高温载热体，但Tc 。9.2 双组分溶液的汽液相平衡双组分溶液的汽液相平衡9.2.1 理想物系的汽液相平衡理想物系的汽液相平衡 理想物系理想物系: (1) 液相为理想溶液；液相为理想溶液； (2) 汽相为理想气体。汽相为理想气体。9.2.1.1 汽液两相平衡共存时的自由度汽液两相平衡共存时的自由度 F=N + 2 = 2 2 + 2 = 2 参数参数: p , t , yi , xi ； p 一定，一定，F=1，故，故
3、: x (y) t 一一对应一一对应 y x9.2.1.2 液相组成与温度（泡点）关系式液相组成与温度（泡点）关系式 沸腾：沸腾： Antoine 方程：方程：AAA0AA)( xtfxppBBB0BB)( xtfxpppxpxp)1 (A0BA0A)()()(BAB0B0A0BA tftftfpppppxCBAlog0tp 双组分理想物系的液相组成双组分理想物系的液相组成温度温度( (泡点泡点) )关系式关系式 1)1)液相为理想液体液相为理想液体( (组分分子结构相似组分分子结构相似),),服从拉乌尔定律服从拉乌尔定律; ; 2) 2)气相为理想气体气相为理想气体( (低压气体低压气体),
4、),服从道尔服从道尔顿分压定律顿分压定律. . AA0AAAK xpxpppy) ,(tpfK 0B0A0B0AA0AAApppppppxpppy)()()()(BABAtftftfpptf平衡常数：平衡常数：9.2.1.4 汽相组成与温度（露点）关系式汽相组成与温度（露点）关系式9.2.1.3 汽液两相平衡组成间的关系式汽液两相平衡组成间的关系式9.2.1.5 t x(y) 图和图和 y x图图例：某二元组成，由液相升温过程的变化；例：某二元组成，由液相升温过程的变化； 由气相降温过程的变化。由气相降温过程的变化。xAxBt泡点线泡点线露点线露点线气相区气相区液相区液相区两相区两相区重组分沸
5、点重组分沸点P=常数常数轻组分沸点轻组分沸点9.2.1.6 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： 对双组分物系，对双组分物系， ， ，则，则 理想溶液：理想溶液： ， , y (x一定一定) , 标志分离难易。标志分离难易。 AAAxpvBBBxpvBABABBAABAxxyyxpxpvvBA1yy AB1xxx xy 1)(10B0App )( tf 讨论讨论: :1)1)上式相平衡方程，反映了双组分物系平衡时两上式相平衡方程，反映了双组分物系平衡时两 相的浓度关系相的浓度关系2)2)对理想物系对理想物系3)3)对物系相对挥发度相差不大（操作温度范围）对物系相
6、对挥发度相差不大（操作温度范围）4)4)相差较大相差较大, ,但不超过但不超过30%30%5)5)越大平衡线离对角线越远，容易分离。越大平衡线离对角线越远，容易分离。0000/BABBBAAABBAABAppxxpxxpxpxp)(2121mx)(121非理想物系：非理想物系：（1）液相为非理想液体）液相为非理想液体（2）气相为非理想气体）气相为非理想气体iiLiiixfpy9.2.2 非理想物系的汽液相平衡非理想物系的汽液相平衡 非理想物系（非理想物系（R）9.2.2.1 非理想溶液非理想溶液 ， 分别为组分分别为组分A，B的活度系数的活度系数AA0AA x pp BB0BB x ppAB当
7、总压不太高时，有：当总压不太高时，有：当偏差达到一定程度时，会形成恒沸物。当偏差达到一定程度时，会形成恒沸物。pxpyAA0AA活度系数可以用实验数据关联：活度系数可以用实验数据关联： 常用的关联式有范拉（常用的关联式有范拉（Van laar）方程，）方程， 马古斯方程（马古斯方程（Margules）。）。 关联的实例见关联的实例见P55例例9-2 由实验数据关联方程参数。由实验数据关联方程参数。9.2.2.2 总压对相平衡的影响总压对相平衡的影响 蒸馏的压强增高，泡点升高，相对挥发蒸馏的压强增高，泡点升高，相对挥发减小，分离困难。（见减小，分离困难。（见P57 图图9-12）9.3 平衡蒸馏
8、和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏9.3.1 平衡蒸馏平衡蒸馏9.3.1.1 过程的数学描述过程的数学描述 (1) 物料衡算物料衡算 WDFx Wy Dx FF)1 (qxyxxFDF11qxxqqyF(2) 热量衡算热量衡算 加热炉的热流量：加热炉的热流量： 节流减压后：节流减压后： 料液加热温度：料液加热温度：(3) 过程特征方程式过程特征方程式 相平衡方程相平衡方程 ( 理想溶液理想溶液 ) 泡点方程泡点方程)(0tTFcQpFqtTFcep)1 ()(pecqtT)1 ( )(xfy x xy 1)(1)(xte9.3.1.2 平衡蒸馏过程的计算平衡蒸馏过程的计算 给定汽化率给定汽化率 (1
9、 q) ， 联立方程：联立方程： (1) (2) 可得汽、液相组成可得汽、液相组成 y，x11qxxqqyFx xy 1)(19.3.2 简单蒸馏简单蒸馏9.3.2.1 过程的数学描述过程的数学描述 微元时间作易挥发组分的物料衡算：微元时间作易挥发组分的物料衡算： 略去二阶无穷小量，则略去二阶无穷小量，则 积分积分 相平衡方程式相平衡方程式 )d)(d(dxxWWWyWxxyxWWdd12dln21xxxyxWW)(xfy 9.3.2.2 简单蒸馏的过程计算简单蒸馏的过程计算 理想溶液理想溶液 馏出液平均组成：馏出液平均组成：x xy 1)(112)(dln21xxxxfxWW12212111
10、lnln11lnxxxxWW)(212121xxWWWxy9.4 精馏精馏9.4.1 精馏过程精馏过程9.4.1.1 精馏原理精馏原理 精馏段作用精馏段作用 提馏段作用提馏段作用 相平衡条件相平衡条件 y x 保证保证了只需部分回流。了只需部分回流。 y x LV)()(yxVxxLDDxxyxVLDD常规精馏常规精馏 上述平衡蒸馏与简单蒸馏可见上述平衡蒸馏与简单蒸馏可见只经过一次部分气化只经过一次部分气化, ,即只利用一次平衡关系即只利用一次平衡关系, ,因因此不能获得高纯度产品此不能获得高纯度产品. .精馏实际是多次部分气精馏实际是多次部分气化或多次部分冷凝化或多次部分冷凝, ,即利用多次
11、平衡关系。即利用多次平衡关系。得到许多中间产品得到许多中间产品为了消除中间产品可以以下流程为了消除中间产品可以以下流程用上升蒸汽的热量使液体部分气化用上升蒸汽的热量使液体部分气化,由于是同一物由于是同一物系系,可用直接接触方式换热。可用直接接触方式换热。工业上精馏是在精馏塔内完成的，塔顶冷凝器将蒸汽工业上精馏是在精馏塔内完成的，塔顶冷凝器将蒸汽冷凝后，一部分冷凝液回流入塔冷凝后，一部分冷凝液回流入塔,称为回流液称为回流液.塔底装塔底装有再沸器气化部分液体成蒸汽使之沿塔上升，与下降有再沸器气化部分液体成蒸汽使之沿塔上升，与下降的液体逆流接触进行物质传递的液体逆流接触进行物质传递,达到分离的目的。
12、达到分离的目的。 常规精馏塔见图常规精馏塔见图9-14 一股进料一股进料,二股出料二股出料,塔顶是全凝器塔顶是全凝器,塔底是间壁式的再塔底是间壁式的再沸器沸器. 在塔的加料板以上完成上升蒸汽的精制在塔的加料板以上完成上升蒸汽的精制,除去其中的除去其中的重组分重组分,称为精馏段称为精馏段;在塔的加料板以下完成液体中提浓在塔的加料板以下完成液体中提浓,提出轻组分提出轻组分,称为提馏段称为提馏段. 精馏与简单蒸馏的区别在于精馏与简单蒸馏的区别在于”回流回流”,回流构成气液回流构成气液两两相接触传质的必要条件相接触传质的必要条件,使重组分向液相传递使重组分向液相传递,轻组分向轻组分向气相传递气相传递.
13、（P60）全塔物料衡算全塔物料衡算 精馏塔操作的各流率和组成间的关系均受全塔物料精馏塔操作的各流率和组成间的关系均受全塔物料衡算的约束衡算的约束.流率以流率以kmol/s表示表示,气液组成以摩尔分率气液组成以摩尔分率y和和x表示表示.精馏段作用：吸收重组分，完成上升精馏段作用：吸收重组分，完成上升 蒸汽的精制。蒸汽的精制。提馏段作用：脱除轻组分，完成下降提馏段作用：脱除轻组分，完成下降 液体中重组分的提浓。液体中重组分的提浓。9.4.1.2 全塔物料衡算全塔物料衡算 总物料衡算总物料衡算 轻组分衡算轻组分衡算 ， (1) 规定规定 xD , xW , 则则 D/F 及及 W/F 亦随之确定；亦
14、随之确定； (2) 规定规定 D , xD ,则则W , xW 亦随之确定。亦随之确定。 ，WDFFDWFxDxWxFWDWxxDFxxFDFW1DFxxFDDFxxFD9.4.1.3 回流比和能耗回流比和能耗 回流比：回流比： R，V，加热速率，加热速率 ， 冷凝量冷凝量 ，能耗，能耗 。DLR 9.4.2 塔板上过程的数学描述塔板上过程的数学描述9.4.2.1 单块塔板的物料衡算和热量衡算单块塔板的物料衡算和热量衡算 总物料衡算总物料衡算 Vn+1 + Ln-1 = Vn + Ln 轻组分衡算轻组分衡算 Vn+1yn+1 + Ln-1xn-1 =Vnyn + Lnxn 热量衡算热量衡算 V
15、n+1In+1 + Ln-1in-1 = VnIn+Lnin（忽略热损失）（忽略热损失） （实际塔板结构）（实际塔板结构）饱和蒸汽：饱和蒸汽：I = i + Vn+1(n+1+in+1) + Ln-1in-1 = Vn (n+in) + Lnin热量衡算的简化与恒摩尔流假定热量衡算的简化与恒摩尔流假定假设假设 in+1 = in-1 = in= i，n+1 = n = ，则则 (Vn+1 Vn) =(Ln+Vn Ln-1 Vn+1) in联立总物料衡算联立总物料衡算 Vn+1=Vn ，Ln= Ln-1，无加料和出料的任一塔段中，各板上升的蒸无加料和出料的任一塔段中，各板上升的蒸汽量均相等，各板
16、下降的液体量也均相等。汽量均相等，各板下降的液体量也均相等。恒摩尔流假定条件：两组分的汽化热近似相等；恒摩尔流假定条件：两组分的汽化热近似相等； 忽略显热项误差；忽略显热项误差； 忽略热损失。忽略热损失。9.4.2.2 塔板传质过程的简化塔板传质过程的简化 理论板：汽液两相充分混合，传质和传热理论板：汽液两相充分混合，传质和传热 过程阻力为零的理想化塔板。满足过程阻力为零的理想化塔板。满足 tn=( xn ) yn = f( xn ) 板效率：表达实际塔板与理论板的差异。板效率：表达实际塔板与理论板的差异。 对于具体分离任务，所需理论板的数目只对于具体分离任务，所需理论板的数目只 决定于物系的
17、相平衡及两相的流量比。决定于物系的相平衡及两相的流量比。1*1nnnnmVyyyyE)(*nnxfy *11nnnnmLxxxxE)(*nnyx 理论加料板理论加料板: 不论进入加料板不论进入加料板各物流的组成、热状态及接触方式如何，离开加各物流的组成、热状态及接触方式如何，离开加料板的汽液两相温度相等，组成互为平衡。料板的汽液两相温度相等，组成互为平衡。 理论板概念的引入使复杂的精馏问题分解为理论板概念的引入使复杂的精馏问题分解为两个问题两个问题,然后分步解决然后分步解决. 理论板数量取决于分离要求理论板数量取决于分离要求,相平衡和回流比相平衡和回流比. 板效率大小取决于设备和气液接触状况板
18、效率大小取决于设备和气液接触状况. (相当于相当于NOG和和HOG)经过简化单块板的数学方程为经过简化单块板的数学方程为: 物料衡算式物料衡算式 相平衡方程相平衡方程LxVyLxVynn11)(nnxfy 9.4.2.3 加料板过程分析加料板过程分析 (1) 理论加料板理论加料板 理论加料板（理论加料板（R） 物料衡算式物料衡算式 相平衡方程相平衡方程 ym = f ( xm )mmmmFxLVyLxyVFx11加料的热状况加料的热状况原料加热到不同原料加热到不同 温度时状态不一；有冷液，饱和液，气液两相，温度时状态不一；有冷液，饱和液，气液两相， 饱和气，过热气。不同的加料状态，离开加料板饱
19、和气，过热气。不同的加料状态，离开加料板 的两相流量和组成也不同。的两相流量和组成也不同。 q：加料热状态参数，大小等于每加入：加料热状态参数，大小等于每加入1 kmol 的原料使提馏段液体所增加的的原料使提馏段液体所增加的kmol数。数。(2) 精馏段与提馏段两相流量的关系精馏段与提馏段两相流量的关系 总物料衡算总物料衡算 热量衡算热量衡算 联立上两式：联立上两式： q的定义：的定义： q：(R) qVLVLFVIi LIVLiFiFiIiIFLLFttciIiIqFpF)( 原料的摩尔汽化热的热原料变成饱和蒸汽所需 kmol 1五种加料热状态：五种加料热状态： q = 0 饱和蒸汽进料；饱
20、和蒸汽进料；0 q 1 冷液进料；冷液进料； q 0 过热蒸汽进料过热蒸汽进料9.4.2.4 精馏塔内的摩尔流率精馏塔内的摩尔流率 精馏段精馏段 提馏段提馏段 塔顶全凝器的热负荷塔顶全凝器的热负荷 塔釜热负荷塔釜热负荷 冷凝器物料衡算冷凝器物料衡算 塔釜物料衡算塔釜物料衡算FqVV)1 ( RDL DRDLV1)(qFLLcVQCbBVQ1010 DDVyLxDxyxx1NNWLxVyWx9.4.3 精馏塔的操作方程精馏塔的操作方程9.4.3.1 精馏段操作方程精馏段操作方程DnnDxLxVy1DnnxVDxVLy11Rxx1RRDn9.4.3.2 提馏段操作方程提馏段操作方程FDnnFxDx
21、xLyV1VFxDxxVLyFDnn1xFqDRqFRDyn)(11)(1FqDRFxDxFD)1 (1)(FqDRWxxFqDRqFRDWn)(11)()(11)(9.4.3.3 q 线方程线方程 ， 两操作线交点的轨迹方程。两操作线交点的轨迹方程。DnnDxLxVy1DFnnDxFxxLyV1nnFnLxVyFxxL1FnnFxxLLyVV)()(1FqVV)(1qFLL111Fnnxqyxqq9.4.3.4 操作方程的图示操作方程的图示_操作线操作线操作方程的图示操作方程的图示操作线操作线精馏段的端点精馏段的端点yxD，xxD 斜率斜率R(R+1),截距截距xD/(R+1)提馏段的端点提
22、馏段的端点yxW，xxW 斜率斜率两操作线的交点两操作线的交点(1)(1)FDqFDqRxqxyRqRxqxxRq/L VxWxD9.4.3.5 理论板的增浓度理论板的增浓度9.5 双组分精馏的设计型计算双组分精馏的设计型计算9.5.1 理论板数的计算理论板数的计算9.5.1.1 设计型计算的命题设计型计算的命题 分离要求：分离要求： (1) D，xD(W, xW) ； (2) xD , xW ；(3) = DxD/FxF 规定一个，其余随之而定。规定一个，其余随之而定。 选择条件：操作压强选择条件：操作压强 p，回流比，回流比R和进料热和进料热状态状态q，选定后，相平衡关系及操作方程随之，选
23、定后，相平衡关系及操作方程随之而定。而定。 求取：求取：NT9.5.1.2 逐板计算法逐板计算法 连续精馏塔，塔顶设全凝器，泡点回流。连续精馏塔，塔顶设全凝器，泡点回流。 步骤步骤：(1) ； (2) ； (3) 交替使用相平衡方程和操作方程，至交替使用相平衡方程和操作方程，至 xi xq时，时，改换提馏段操作方程，至改换提馏段操作方程，至 xNxW 止。止。Dxy 1111)(xxfy21211DxRyxyRR逐板计算法的图示逐板计算法的图示见图见图阶梯数为理论阶梯数为理论板数；板数；跨越点跨越点xq，yq的板为加料板的板为加料板位置。位置。再沸器由于体再沸器由于体积大液体停留积大液体停留时
24、间长可以认时间长可以认为是一块理论为是一块理论板。板。xDxWx1，y1xN，yNxq，yq 逐板计算法的图示逐板计算法的图示操作线的实际作法操作线的实际作法消去上二式的消去上二式的xD，得，得1）以点）以点xD和截距作和截距作 精馏段操作线；精馏段操作线；2）以）以q线的斜率和点线的斜率和点xF作作q线；线；3）以点）以点xW和点和点xq，yq作提馏段操作线。作提馏段操作线。(1)(1)FDqFDqRxqxyRqRxqxxRq11Fqqxqyxqq1DxRqq热状态和热状态和q线的斜率线的斜率泡点加料是垂线泡点加料是垂线露点加料是水平线露点加料是水平线q1q=00q1q0 xF9.5.1.3
25、 最优加料位置的确定最优加料位置的确定 最优加料板位置：该板最优加料板位置：该板 xxq (xq 为两操作线为两操作线交点坐标交点坐标)9.5.2 回流比的选择回流比的选择两者均有利于传质两者均有利于传质, NT，但，但R， ，能耗，能耗。 V)1111( ,)( ,RRRVLVLR)-(1-1)(11( )(FqDRWVWVWVVLVL9.5.2.1 全回流与最少理论板数全回流与最少理论板数）底顶 ( log)1)(1(logTminxxxxNWWDD最少理论板数的计算，对应理想溶液：最少理论板数的计算，对应理想溶液：11111121212221212mi111111.AABBDAAABBB
26、DAAABBBDAAABBBDAABNBNDNNyxyxxyxxyxyxxyxxxyxxyxxxxxNN n1lg/lg1lglgAAWDBBDWDWxxxxxxxx9.5.2.2 最小回流比最小回流比 Rmin Rmin 与相平衡性质与相平衡性质及分离要求有关。及分离要求有关。 minReDeDxxyxRR1minmineeeDxyyxRmin最小回流比最小回流比Rmin 两操作线向平衡线两操作线向平衡线靠近，理论板数需要靠近，理论板数需要无穷多，无穷多，e点为挟点，点为挟点，附近为恒浓区；最小附近为恒浓区；最小回流比与平衡关系和回流比与平衡关系和分离要求有关。分离要求有关。min1DxR9
27、.5.2.3 最适宜回流比的选取最适宜回流比的选取9.5.2.4 理论板数的捷算法理论板数的捷算法1lgTTminTNNN17. 0)1(9 . 0minRRR) 17. 01(minRRR9.5.3 加料热状态的选择加料热状态的选择 (1) R一定（冷却量固定）一定（冷却量固定） q 值的变化不影响精馏值的变化不影响精馏段操作线的位置，但明显段操作线的位置，但明显改变了提馏段操作线的位改变了提馏段操作线的位置。置。 q（预热原料），（预热原料），NT热量尽可能施于塔底热量尽可能施于塔底! 原因原因(R) 原因原因原因：原因：R 一定（冷却量固定），一定（冷却量固定），q （预（预 热原料），
28、热原料）， ， , 传质推动力传质推动力， NT()LVV 一定（塔釜加热量固定）一定（塔釜加热量固定） q（预冷原料）（预冷原料） NT ，冷量尽可能施于塔顶冷量尽可能施于塔顶! 原因：原因： 一定一定(加加热量一定热量一定), q( 预冷预冷原料原料), R, ，传质推动力传质推动力 , NT 。 VV()LV9.5.4 双组分精馏过程的其它类型双组分精馏过程的其它类型9.5.4.1 直接蒸汽加热直接蒸汽加热 由恒摩尔流假定：由恒摩尔流假定： 111RxxRRyDnnWVSLnWnxLWxyV1WLS , V1nnWWWyxxSS在分离要求相同的情在分离要求相同的情况下，因加热蒸汽凝况下，
29、因加热蒸汽凝液排出时也带出少量液排出时也带出少量轻组分，将使轻组分轻组分，将使轻组分的回收率降低。因此的回收率降低。因此须尽可能除去加热蒸须尽可能除去加热蒸汽夹带的水分。汽夹带的水分。9.5.4.2 多股加料多股加料 浓度不同的料液在同一塔内分离。回流比减浓度不同的料液在同一塔内分离。回流比减小时，三操作线均向平衡线靠拢。挟点位置小时，三操作线均向平衡线靠拢。挟点位置有多种可能。混合加料不利，能耗增加。有多种可能。混合加料不利，能耗增加。9.5.4.3 侧线出料侧线出料 需要组成不同的多种产品。需要组成不同的多种产品。 无论侧线产品为液相还是汽无论侧线产品为液相还是汽相，总有：相，总有： 挟点
30、一般在挟点一般在 q 线与平衡线交线与平衡线交点处。点处。)()(IIVLVL9.5.4.4 回收塔回收塔 回收稀溶液中的轻组分，回收稀溶液中的轻组分，馏出液浓度需要不高。馏出液浓度需要不高。 xD, , F/D, NTWnnxVWxVLy1nWFWxxDD V9.5.5 精馏方案的比较精馏方案的比较 不同的物系性质及分离要求，可有多不同的物系性质及分离要求，可有多种流程，应从能耗、设备费及产品收率等种流程，应从能耗、设备费及产品收率等方面作经济分析。分离重组分为水的溶液，方面作经济分析。分离重组分为水的溶液，直接蒸汽加热可免去蒸馏釜。直接蒸汽加热可免去蒸馏釜。(1) xF , q , R ,
31、 xD , xW 相同相同, 比较能耗及比较能耗及顶顶直接蒸汽加热直接蒸汽加热间接蒸汽加热间接蒸汽加热 R不变不变, D直直, , 能耗能耗直直NT直直 NT间间WDWFxxFSxxFD)1 (WDWFxxxxFD间直)()(FDFD间直 V直(2) xF , q , R , xD , 相同，比较相同，比较 NT 及能耗及能耗 D , xD 相同相同, V = (R+1)D相同，相同， 相同，能耗相同。相同，能耗相同。 D/F 保持一定保持一定, S 冷凝冷凝 由釜底排出由釜底排出, xW直直, NT直直V9.6 双组分精馏的操作型计算双组分精馏的操作型计算9.6.1 精馏塔的温度分布和灵敏板
32、精馏塔的温度分布和灵敏板9.6.1.1 精馏塔的温度分布精馏塔的温度分布 tB =f (p, x), 各板各板p，x不同，因而精馏塔不同，因而精馏塔存在温度分布。存在温度分布。9.6.1.2 灵敏板灵敏板 灵敏板：操作条件变灵敏板：操作条件变动引起温度变化最为显著动引起温度变化最为显著的塔板。的塔板。 这些塔板的温度对外这些塔板的温度对外界干扰的反映最灵敏。界干扰的反映最灵敏。9.6.2 精馏过程的操作型计算精馏过程的操作型计算9.6.2.1 操作型计算的命题操作型计算的命题 已知：已知：NT ,加料板位置加料板位置m, 相平衡关系相平衡关系, xF , q , R , 规定：规定：D/F 。
33、 求取：求取：xD , xW及逐板的组成分布。及逐板的组成分布。特点特点: (1) 变量众多且关系为非线性，须试差求解。变量众多且关系为非线性，须试差求解。 (2) 加料板位置加料板位置 ( 或其它操作条件或其它操作条件 ) 一般不满一般不满 足最优化条件。足最优化条件。计算所用方程与设计时相同。以下仅作定性分析。计算所用方程与设计时相同。以下仅作定性分析。WD, xx9.6.2.2 回流比增加对精馏结果的影响回流比增加对精馏结果的影响 已知：已知： NT , m , , xF , q , D/F一定，一定，R 求：求： xD , xW 的变化。的变化。 分析：分析： ， xD, tD, xW
34、, tWR)1(RRVLFqDRDFVWVL)(11)(11D/F 规定，籍规定，籍R增加以提高增加以提高 xD 并非总是有效！并非总是有效！(1) xD 的提高受全塔物料的提高受全塔物料衡算限制，极限值衡算限制，极限值 ； xD 的提高受精馏塔的提高受精馏塔(2) 分离能力的限制。分离能力的限制。DFxxFD 在回流比较小时，在回流比较小时，R, xD, xD 受分离能力受分离能力( 回流比回流比 ) 的影响。的影响。 在回流比较大时在回流比较大时, xD 受物料衡算限制受物料衡算限制,R, xD无明显变化无明显变化, xD 取决于采出率取决于采出率 D/F 。 0 . 1maxDF, xx
35、FDFDx, xxFDFDFmax9.6.2.3 采出率增加对精馏结果的影响采出率增加对精馏结果的影响 已知：已知：NT , m , xF , q , R一定一定 , D/F, 求：求：xD , xW 的变化，的变化， 分析：分析： 不变，不变， xD , tD , xW , tW )1(RRVLFqDRDFVWVL)(11)(1)1 (9.6.2.4 进料组成变动的影响进料组成变动的影响 已知：已知：NT , m , q , R , D/F一定一定, xF。 求：求： xD , xW 的变化。的变化。 分析：分析： 不变，不变， xD , xW 加料板位置不一定最优。加料板位置不一定最优。V
36、LVL,9.6.3 精馏塔的操作精馏塔的操作 板式精馏塔的不正常操作现象板式精馏塔的不正常操作现象9.7 间歇精馏间歇精馏9.7.1 间歇精馏过程的特点间歇精馏过程的特点特点：特点：(1) 过程非定态；过程非定态； (2) 无提馏段，获得无提馏段，获得 xD , xW 一定的产品，能耗一定的产品，能耗大于连续精馏。大于连续精馏。9.7.2 xD 恒定的间歇精馏恒定的间歇精馏 设计计算命题：设计计算命题： 已知已知 F , xF , 指定指定xD 不变，不变， 操作至规定操作至规定xw 或或， 选择选择 R 变化范围。变化范围。 求：求： NT 。9.7.2.1 确定理论板数确定理论板数 NT
37、xD不变，不变，xW，以，以 xW终终 为计算基准。为计算基准。minmin ,RnRxyyxRWWWD终9.7.2.2 每批料液的操作时间每批料液的操作时间 在在 时间内的汽化量为时间内的汽化量为 ，且等于塔顶，且等于塔顶蒸汽量蒸汽量 (1) 任一瞬时之前已馏出的液体量任一瞬时之前已馏出的液体量 D 由物料衡由物料衡算式确定，即算式确定，即 将此式代入将此式代入 (1)dVdDR1)d(DRV1)d(d)(xxxxFDDFxxxxxFDDDFd)(d2 积分得积分得 在操作过程中因塔板数不变，每一釜液组在操作过程中因塔板数不变，每一釜液组成成 x必对应一必对应一R，可用数值积分上式求出每，可
38、用数值积分上式求出每批料液的批料液的 。xxxxxFRVDDFd)(1)(d2FWxxDFDxxxRxxVFd)(1)(29.7.3 R 恒定的间歇精馏恒定的间歇精馏 设计计算命题：已知设计计算命题：已知 F , xF , xW终终 ，选择适宜选择适宜 R ，求：，求：NT 。D xFFFDxyyxR始min 9.7.3.1 xD始始 的验算的验算 对对 瞬间作物料衡算，瞬间作物料衡算， 可得可得 NT 、R 为定值，任一时刻，为定值，任一时刻，x 与与 xD 相对相对应，数值积分上式，可得残液量应，数值积分上式，可得残液量 W 。 此时：此时： 当当 规定值，则计算有效。规定值，则计算有效。
39、dFWxxDxxxWFdlnDWxFxxWFDDx 9.8 恒沸精馏与萃取精馏恒沸精馏与萃取精馏 当有恒沸物的物系，不能用精馏的方法把当有恒沸物的物系，不能用精馏的方法把恒沸物中的两个组分分离；或相对挥发度接近恒沸物中的两个组分分离；或相对挥发度接近1，用精馏所需的理论板太多。需用特殊精馏的，用精馏所需的理论板太多。需用特殊精馏的方法，即一般方法，即一般加入第三组分来加入第三组分来改变各组分间相对改变各组分间相对挥发度以实现分离目标。挥发度以实现分离目标。常用的特殊精馏有恒沸常用的特殊精馏有恒沸精馏和萃取精馏。恒沸精馏加入第三组分挟带精馏和萃取精馏。恒沸精馏加入第三组分挟带剂，形成新的恒沸物从
40、塔顶蒸出。萃取精馏不形剂，形成新的恒沸物从塔顶蒸出。萃取精馏不形成恒沸物，第三组分萃取剂从塔底排出。成恒沸物，第三组分萃取剂从塔底排出。 9.8.1 恒沸精馏恒沸精馏 加入的第三组分能和原溶液中的一种加入的第三组分能和原溶液中的一种组分形成最低恒沸物，从塔顶馏出。组分形成最低恒沸物，从塔顶馏出。9.8.1.1 双组分非均相恒沸精馏双组分非均相恒沸精馏9.8.1.2 三组分恒沸精馏三组分恒沸精馏挟带剂的选择挟带剂的选择：1）能与一个或二个组分形成最低恒沸物从塔顶）能与一个或二个组分形成最低恒沸物从塔顶 蒸出。最好与量少的成恒沸物，以减少能耗。蒸出。最好与量少的成恒沸物，以减少能耗。2）新的恒沸物
41、要容易分离，回收挟带剂。如最）新的恒沸物要容易分离，回收挟带剂。如最后冷凝后能分层。后冷凝后能分层。3）挟带剂的挟带量要大，可以少有挟带剂。）挟带剂的挟带量要大，可以少有挟带剂。9.8.2 萃取精馏萃取精馏 加入的第三组分仅改变组分间的相对加入的第三组分仅改变组分间的相对挥发度，随重组分从塔底排出。挥发度，随重组分从塔底排出。萃取剂的选择萃取剂的选择1）选择性高；）选择性高；2）挥发度小，易回收；）挥发度小，易回收；3）与原物系能有足够的互溶度，混合良好。）与原物系能有足够的互溶度，混合良好。操作特点操作特点：1）各板保持足够的萃取剂浓度，回流比太大会）各板保持足够的萃取剂浓度，回流比太大会
42、使萃取剂浓度下降；使萃取剂浓度下降；2）为使精馏段和提馏段萃取剂浓度接近，原料）为使精馏段和提馏段萃取剂浓度接近，原料 以饱和蒸汽加入；以饱和蒸汽加入；3）萃取剂加入量一般较多，能耗主要提高萃取）萃取剂加入量一般较多，能耗主要提高萃取 剂温度。剂温度。恒沸精馏和萃取精馏的比较恒沸精馏和萃取精馏的比较1）因恒沸精馏要形成恒沸物，恒沸剂比较难选）因恒沸精馏要形成恒沸物，恒沸剂比较难选 择；萃取剂容易选择，适用范围大；择；萃取剂容易选择，适用范围大；2）恒沸物塔顶蒸出，萃取剂塔顶排除，因此恒）恒沸物塔顶蒸出，萃取剂塔顶排除，因此恒 沸精馏能耗大；沸精馏能耗大；3）萃取剂不断从塔顶加入，难以间歇操作；恒）萃取剂不断从塔顶加入，难以间歇操作；恒 沸精馏大规模生产和实验室都能间歇精馏。沸精馏大规模生产和实验室都能间歇精馏。
