1、内容提要：内容提要： 介绍化工中的分离方法；用相对挥发度表示的气液平衡关系；阐明介绍化工中的分离方法；用相对挥发度表示的气液平衡关系；阐明精馏的基本原理，然后通过物料衡算导出精馏塔的精馏段和提馏段操精馏的基本原理，然后通过物料衡算导出精馏塔的精馏段和提馏段操作线方程，讨论精馏塔理论塔板数和实际塔板数的计算原理和方法；作线方程，讨论精馏塔理论塔板数和实际塔板数的计算原理和方法；回流比对精馏操作的影响与选择，最后对精馏设备作简单介绍。回流比对精馏操作的影响与选择，最后对精馏设备作简单介绍。 第一节第一节 概述概述 蒸馏是低沸点组分由液相进入气相，高沸点组分留在液相的一种液气蒸馏是低沸点组分由液相进
2、入气相，高沸点组分留在液相的一种液气之间的传质过程，这个传质过程的理论依据就是各种物质的之间的传质过程，这个传质过程的理论依据就是各种物质的挥发性挥发性（液体（液体能够挥发为蒸气的能力）的差异，或者就是沸点的差异。能够挥发为蒸气的能力）的差异，或者就是沸点的差异。乙醇水体系的蒸馏分离乙醇水体系的蒸馏分离乙醇水乙醇水加热加热汽相汽相:醇富集醇富集液相液相:水富集水富集冷凝冷凝冷却冷却乙醇乙醇产品产品废水废水 蒸馏操作实例：蒸馏操作实例：石油炼制中使用的石油炼制中使用的 250 万吨常减压装置万吨常减压装置 许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制品的分许多生产工艺常常涉及到互溶
3、液体混合物的分离问题，如石油炼制品的分离，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处理等等。分离混离，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处理等等。分离混合液的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏、精馏或萃取。合液的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏、精馏或萃取。 1、蒸馏操作的用途、蒸馏操作的用途2、蒸馏的分类、蒸馏的分类难分离的物系难分离的物系,分离纯度要求很高时采用。分离纯度要求很高时采用。按蒸馏方式按蒸馏方式 简单蒸简单蒸 馏馏 平衡蒸馏平衡蒸馏 （闪蒸）（闪蒸）精馏精馏 特殊精馏特殊精馏 恒沸蒸馏恒沸蒸馏 萃取蒸馏萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏水蒸汽蒸馏较易分离的物系或对较易分离的物
4、系或对分离要求不高的物系分离要求不高的物系很难分离的物系或很难分离的物系或用普通方法难以分用普通方法难以分离的物系离的物系操作操作压强压强 常压下为气体的物系精馏分离常压下为气体的物系精馏分离常压下物系沸点较高或热敏性常压下物系沸点较高或热敏性物质不物质不 能承受高温的情况能承受高温的情况常压常压 一般情况下多用常压一般情况下多用常压 常压下不能分离常压下不能分离或达不到分离要求或达不到分离要求 混合物混合物的组分的组分 双组分双组分: 如乙醇如乙醇-水体系水体系,苯苯-甲苯体系等。甲苯体系等。多组分多组分: 例如原油的分离。例如原油的分离。 操作操作方式方式 间歇间歇:多用于小批量生产或某些
5、有特殊要求的场合。多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。连续连续:多用于大批量工业生产中。多用于大批量工业生产中。 加压加压减压减压第二节第二节 气液相平衡气液相平衡1.理想溶液：理想溶液： 理想溶液是混合液中指各组分的性质极相近、分子的结构相似，分子间理想溶液是混合液中指各组分的性质极相近、分子的结构相似，分子间无缔合作用、同种分子之间和异种分子间作用力相等的溶液无缔合作用、同种分子之间和异种分子间作用力相等的溶液 。理想溶液在形成的过程中，既没有容积效应，又没有热效应。理想溶液在形成的过程中，既没有容积效应，又没有热效应。2.理想物系：理想物系： 理想物系是指由气液组成的一个体系，这个体
6、系应符合以下条件：理想物系是指由气液组成的一个体系，这个体系应符合以下条件： (1)液相为理想溶液，各组分的蒸气压服从拉乌尔定律。液相为理想溶液，各组分的蒸气压服从拉乌尔定律。 (2)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。拉乌尔定律：拉乌尔定律主要描述理想溶液上方的气相中，各组分的蒸拉乌尔定律：拉乌尔定律主要描述理想溶液上方的气相中，各组分的蒸气压所遵循的规律。气压所遵循的规律。 Pi = Pi*xiPi - 理想溶液上方气相中某一组分的蒸气压；理想溶液上方气相中某一组分的蒸气压；Pi* - 同温下该纯组分的饱和蒸气压；同温下该纯组分的饱和蒸气压；Xi - 该
7、组分在溶液中的摩尔分率。该组分在溶液中的摩尔分率。把拉乌尔定律应用在双组分理想溶液中，设双组分理想溶液由把拉乌尔定律应用在双组分理想溶液中，设双组分理想溶液由A、B两种两种组分组成，则组分组成，则 PA= PA* xA ；PB= PB*xB ，对双组分溶液对双组分溶液 xB =1 - xA ， 设溶液设溶液上方蒸汽的总压为上方蒸汽的总压为P，A、B组分的蒸汽分压为组分的蒸汽分压为PA、 PB，则则 P = PA+PB = PA* xA + PB*xB ， P = PA* xA + PB*(1 - xA ) P = (PA* - PB* ) xA + PB* ，2.1 用饱和蒸气压表示气液平衡关
8、系：用饱和蒸气压表示气液平衡关系：在此式中，总压一定时，不同的温度，对应着不同的饱和蒸汽压，在此式中，总压一定时，不同的温度，对应着不同的饱和蒸汽压， PA* 、 PB* ，也就对应着不同的，也就对应着不同的xA ，即此式反应了温度，即此式反应了温度t和液相组成和液相组成x之间的关系，之间的关系，即即t - x 之间的关系。之间的关系。设设yA是与液相平衡的蒸气中组分是与液相平衡的蒸气中组分A的摩尔分率，则根据分压定律：的摩尔分率，则根据分压定律：yA =PPA=PPA *xA此式反映了在蒸汽总压一定时，一定温度下达到气液平衡时，气相组成与液此式反映了在蒸汽总压一定时，一定温度下达到气液平衡时
9、，气相组成与液相组成相组成xA之间的关系。之间的关系。 把以上两式结合起来，我们就可以得到双组分理想把以上两式结合起来，我们就可以得到双组分理想溶液在不同温度下的气相和液相组成。溶液在不同温度下的气相和液相组成。111页表页表4-1就是利用以上两式得到的苯就是利用以上两式得到的苯甲苯溶液的平衡气液相组成。甲苯溶液的平衡气液相组成。xA =P - PB* PA* - PB*则则对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压。对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压。PAA（1）挥发度：混合液中某组分在气相中的平衡分压与该组分在溶液中的）挥发度：混合液中某组分在气相中的平衡分压与该组分在
10、溶液中的 摩尔分数之比，就是该组分的挥发度，一般用摩尔分数之比，就是该组分的挥发度，一般用v来表示。挥发度是对挥发来表示。挥发度是对挥发性的定量描述。性的定量描述。v A = PA / xA ， v B = PB/ xB饱和蒸气压越大，说明该液体越易挥发。饱和蒸气压越大，说明该液体越易挥发。2.2 用相对挥发度表示气液平衡关系：用相对挥发度表示气液平衡关系：（2）相对挥发度）相对挥发度 溶液中易（轻）挥发组分的挥发度与难（重）挥发组分的挥发度之比，溶液中易（轻）挥发组分的挥发度与难（重）挥发组分的挥发度之比，用用表示。表示。 BBAAxpxpBAvvABBAxpxp相对挥发度的数值可由实验测得
11、相对挥发度的数值可由实验测得 。BABAppvv理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两组分的饱和蒸汽压之比。理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两组分的饱和蒸汽压之比。虽然两纯组分的蒸气压都在随温度变化，但其比值即虽然两纯组分的蒸气压都在随温度变化，但其比值即却几乎不受温度却几乎不受温度的影响的影响，即理想溶液的即理想溶液的AB只与温度有关，而与溶液的浓度没有关系。只与温度有关，而与溶液的浓度没有关系。 对理想溶液：对理想溶液：对一般溶液，对一般溶液， 除了与温度有关外，还与溶液的浓度有关，在除了与温度有关外，还与溶液的浓度有关，在xA从从0 1的变化过程中，的变化过程中， 也在不变地变化
12、，所以一般可以将两个纯组分沸点温也在不变地变化，所以一般可以将两个纯组分沸点温度下的相对挥发度的几何平均值作为溶液全部浓度范围内的平均相对挥度下的相对挥发度的几何平均值作为溶液全部浓度范围内的平均相对挥发度。发度。设设为溶液在组分为溶液在组分A的沸点时的相对挥发度，的沸点时的相对挥发度， 为溶液在组分为溶液在组分B的沸点时的沸点时的相对挥发度，则的相对挥发度，则AB溶液在全部浓度范围内的平均相对挥发度溶液在全部浓度范围内的平均相对挥发度m为：为：m =AB AB（3）相对挥发度的意义）相对挥发度的意义可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判据。可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难
13、易程度的判据。 当当 1时，时， yA / (1 yA ) xA / (1 xA )，即，即yA xA ,两组分的相对挥发度两组分的相对挥发度越大，易挥发组分在气相中的浓度越大，易挥发组分在气相中的浓度yA比它在液相中的比它在液相中的浓度浓度xA就越大，两种组分就容易分离。所以就越大，两种组分就容易分离。所以可以用来判断混合液容易通过可以用来判断混合液容易通过蒸馏的方法进行分离。蒸馏的方法进行分离。当当AB =1时，时， yA = xA ， 组分组分A在气液相中的浓度相等，混合液就不能用普通在气液相中的浓度相等，混合液就不能用普通蒸馏的方法加以分离。蒸馏的方法加以分离。(4) 用相对挥发度表示
14、气液平衡关系：用相对挥发度表示气液平衡关系：=yA / (1 yA )xA / (1 xA )将此式加以变形，则可写为：将此式加以变形，则可写为：yA =xA1+(1) xA-用用表示的理想溶液的平衡气液关系表示的理想溶液的平衡气液关系-一般溶液的平衡气液关系一般溶液的平衡气液关系yA =m xA1+(m 1) xAp112例题例题t-x-y 图代表的是在总压图代表的是在总压 P 一定的条一定的条件下，相平衡时气液相组成与温度件下，相平衡时气液相组成与温度的关系。的关系。在总压一定的条件下，将组成为在总压一定的条件下，将组成为 xf 的溶液加热至该溶液的泡点的溶液加热至该溶液的泡点 ，产生，产
15、生第一个气泡的组成为第一个气泡的组成为 y。继续加热，随温度升高继续加热，随温度升高tA ，物系变，物系变为互成平衡的气液两相，两相温度为互成平衡的气液两相，两相温度相同，组成分别为相同，组成分别为 yA 和和 xA 。当温度达到该溶液的露点，溶液全部气化成为组成为当温度达到该溶液的露点，溶液全部气化成为组成为 y= xf 的气相，最的气相，最后一滴液相的组成为后一滴液相的组成为 x。xA =P - PB* PA* - PB*yA =PPA *xAt/ Cx(y)露点线露点线泡点线泡点线露点露点泡点泡点xAyAxf气相区气相区液相区液相区两相区两相区x-y 图可通过图可通过 t-x-y 图作出
16、图作出，图中对角线，图中对角线 ( (y=x) ) 为为一参考线。一参考线。大多数溶液，两相平衡时大多数溶液，两相平衡时，y y 总是大于总是大于 x x，平衡线，平衡线位于对角线上方。位于对角线上方。平衡线偏离对角线越远，平衡线偏离对角线越远，该溶液越易分离。该溶液越易分离。恒沸点时，恒沸点时，x-y 线与对角线与对角线相交，该点处汽液相组线相交，该点处汽液相组成相等。成相等。2. y-x相图：相图： y-x相图表示在一定压力下，液相组成相图表示在一定压力下，液相组成x和与和与x 相平衡的气相组成相平衡的气相组成y的关系的关系 。苯苯-甲苯气液平衡的甲苯气液平衡的t-x-y相图相图一、简单蒸
17、馏一、简单蒸馏 y原料液原料液x蒸气蒸气xD1xD2xD3冷凝器冷凝器第三节第三节 蒸馏方式蒸馏方式简单蒸馏也称微分蒸馏，简单蒸馏也称微分蒸馏，间歇非稳态操作，在蒸馏间歇非稳态操作，在蒸馏过程中系统的温度和气液过程中系统的温度和气液相组成均随时间改变。相组成均随时间改变。 简单蒸馏是分批（间歇）简单蒸馏是分批（间歇）进行的，只适用于粗分，进行的，只适用于粗分，对相对挥发度大的溶液分对相对挥发度大的溶液分离效果较好。离效果较好。1.1.简单蒸馏的流程及特点简单蒸馏的流程及特点 2. 简单蒸馏的原理：简单蒸馏的原理：简单蒸馏的特点是只存在物料平衡关系，一次气液平衡都没有达到，在简单蒸馏的特点是只存
18、在物料平衡关系，一次气液平衡都没有达到，在蒸馏过程中，温度、组成随时间变化，是间歇不稳定过程。只获得一定沸蒸馏过程中，温度、组成随时间变化，是间歇不稳定过程。只获得一定沸程（即某个温度区段）的馏分（馏出液）。适用于轻工业和原料预处理。程（即某个温度区段）的馏分（馏出液）。适用于轻工业和原料预处理。x2y2y1x1x1y1x2y2二、平衡蒸馏（二、平衡蒸馏（Equilibrium distillation） 使混合液体部分气化，并使气液两相处于平衡状态，然后将气液两相使混合液体部分气化，并使气液两相处于平衡状态，然后将气液两相分开。又名闪蒸（分开。又名闪蒸（flash distillation）
19、1、原理：、原理：平衡蒸馏是液体的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸馏操作。生平衡蒸馏是液体的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸馏操作。生产工艺中溶液的闪蒸分离是平衡蒸馏的典型应用。产工艺中溶液的闪蒸分离是平衡蒸馏的典型应用。闪蒸操作流程：一定组成的料液被加热后经节流阀减压进入闪蒸室，液闪蒸操作流程：一定组成的料液被加热后经节流阀减压进入闪蒸室，液体因沸点下降变为过热而骤然汽化，汽化耗热使得液体温度下降，汽、体因沸点下降变为过热而骤然汽化，汽化耗热使得液体温度下降，汽、液两相温度趋于一致，两相组成趋于平衡。由闪蒸室塔顶和塔底引出的液两相温度趋于一致，两相组成趋于平衡。由闪蒸室塔顶和塔底引出
20、的汽、液两相即为闪蒸产品。汽、液两相即为闪蒸产品。 2、流程：、流程：闪闪蒸蒸罐罐塔顶产品塔顶产品yAxA加热器加热器原原料料液液 塔底产品塔底产品 Q减压阀减压阀三、三、 精馏：精馏：1.精馏的原理：精馏的原理：设原料液的组成为设原料液的组成为x，经过一次简单蒸馏后，所得液体的组成为，经过一次简单蒸馏后，所得液体的组成为x1，则，则x1必然大于必然大于x，即易挥发组分的含量比原料液中的有了提高；把即易挥发组分的含量比原料液中的有了提高；把x1作为原料液进行二次蒸馏所得作为原料液进行二次蒸馏所得液体组成为液体组成为x2 ，则，则x2又会大又会大x1 ，经过经过n次以后，所得液体中，易挥发组分的
21、含次以后，所得液体中，易挥发组分的含量将会相当高，量将会相当高，xn将会趋近于将会趋近于1，即接近于纯的低沸点组分。，即接近于纯的低沸点组分。精馏塔就可以把馏分不断冷凝，再不断加热汽化，从而使混合液得到比较彻底的精馏塔就可以把馏分不断冷凝，再不断加热汽化，从而使混合液得到比较彻底的分量。分量。2.精馏塔的工作过程：精馏塔的工作过程： x 1 x 03.精馏流程精馏流程下降液体中轻组分向气相传递，下降液体中轻组分向气相传递， 气相中重组分向液相传递，完成下降液体重组分提浓。气相中重组分向液相传递，完成下降液体重组分提浓。 上升汽相中重组分向液相传递，上升汽相中重组分向液相传递， 液相中轻组分向气
22、相传递，完成上升蒸气轻组分精制。液相中轻组分向气相传递，完成上升蒸气轻组分精制。第四节第四节 双组分连续精馏的计算双组分连续精馏的计算连续精馏的优点：连续精馏的优点：(1)操作条件稳定，使产品质量稳定，并且易实现生产过程的自动化控制；操作条件稳定，使产品质量稳定，并且易实现生产过程的自动化控制；(2)节省时间，提高设备的利用率和生产能力；节省时间，提高设备的利用率和生产能力；(3)便于回收热能，节约能量。便于回收热能，节约能量。一、关于精馏塔的三个假定：一、关于精馏塔的三个假定：3. 精馏塔已被充分保温，塔内蒸汽由蒸馏釜供给，回流液由塔顶冷凝精馏塔已被充分保温，塔内蒸汽由蒸馏釜供给，回流液由塔
23、顶冷凝器供给，在沸点温度下回流入塔，在塔的中间无热量损失，流体的混器供给，在沸点温度下回流入塔，在塔的中间无热量损失，流体的混合热和相邻塔板的温度差可以忽略不计。合热和相邻塔板的温度差可以忽略不计。1. 气液两相在离开塔板时已达到平衡，这样的塔板就称为理论塔板。气液两相在离开塔板时已达到平衡，这样的塔板就称为理论塔板。2. 等摩尔汽化热假定等摩尔汽化热假定(恒摩尔流假定恒摩尔流假定)：从每块塔板上升和回流的流体的流量不发生变化，就是恒摩尔流，即从每块塔板上升和回流的流体的流量不发生变化，就是恒摩尔流，即V1= V2 = V3 ，L1 = L2= L3 。本章常用的符号：本章常用的符号：R=L/
24、D-回流比回流比n+1 n-1V,ynL,xnD, xDF, xfnV,yn+1L,xn+1W, xw二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算全塔物料衡算全塔物料衡算 对总物料：对总物料： WDF对于易挥发组分：对于易挥发组分： WDFWxDxFxF, xfW, xwn+1 n-1D, xDn塔顶易挥发组分回收率：塔顶易挥发组分回收率：易挥发组分从塔顶采出的量占全部进料量中轻组分的百分数。易挥发组分从塔顶采出的量占全部进料量中轻组分的百分数。 %100FDDFxDx塔底难挥发组分回收率：塔底难挥发组分回收率：%100)1 ()1 (FWWxFxW书书120页例题页例题选精馏段选精馏段n+1层以上为衡算
25、范围：层以上为衡算范围：对所有的物料：对所有的物料： DLV对易挥发组分：对易挥发组分： 1、精馏段操作线方程、精馏段操作线方程nV,ynL,xnD, xD n-1V,yn+1L,xn+1 n+1DnnxVDxVLy1即：即： DnnDxLxVy1三、操作线方程：三、操作线方程：DLR 回流比回流比 精馏段操作线方程精馏段操作线方程 DnnxRxRRy1111DnnxDLDxDLLy1一定回流比时的操作线方程，其物理意义为：一定回流比时的操作线方程，其物理意义为：回流比一定时，任意回流比一定时，任意塔板回流液组成塔板回流液组成xn与由下层塔板上升蒸气组成与由下层塔板上升蒸气组成yn+1之间的关
26、系之间的关系 ，也就也就是上下层塔板气液组成之间的关系。是上下层塔板气液组成之间的关系。2、提馏段操作线方程、提馏段操作线方程 选选m层以下塔板为为衡算范围：层以下塔板为为衡算范围：对所有物料：对所有物料： WVL对易挥发组分：对易挥发组分： wmmWxyVxL1wmmxWLWxWLLy1提馏段操作线方程：提馏段操作线方程：mV,ymL,xm m-1m+1W, xwV,ym+14.1.14.1.1 进料的进料的5 种热状况种热状况 在实际生产中在实际生产中, , 引入精馏塔引入精馏塔内的原料可能有五种不同状况内的原料可能有五种不同状况, , 即：即：低于泡点的冷液体；低于泡点的冷液体；泡泡点下
27、的饱和液体；点下的饱和液体；气液混合物；气液混合物；饱和蒸气；饱和蒸气；过热蒸气。过热蒸气。 原料入塔时的温度或状态称为原料入塔时的温度或状态称为加料的热状态。进料热状况用进加料的热状态。进料热状况用进料热状态参数料热状态参数q q值来表示，值来表示，q q值不值不同同, , 将直接影响精馏和提馏段上将直接影响精馏和提馏段上升蒸气和回流液体的流量升蒸气和回流液体的流量. . 4.1 4.1 进料热状况的影响进料热状况的影响四四、进料热状况和进料线方程进料热状况和进料线方程精馏塔的进料热状况精馏塔的进料热状况4.1.2进料热状况对操作的影响进料热状况对操作的影响 1）定义式）定义式2）q的意义的
28、意义 进进料液的料液的kmolkmol汽化潜热汽化潜热将将1 1kmol进料变为饱和蒸所需热量进料变为饱和蒸所需热量q =泡点进料时泡点进料时 1q q饱和蒸汽进料时饱和蒸汽进料时 0 此时，进料热状况也可看作进料中液相所占分数。此时，进料热状况也可看作进料中液相所占分数。冷液进料冷液进料时时q1汽液混合物进料时汽液混合物进料时 q10过热蒸汽进料时过热蒸汽进料时 0q 对于饱和液体、汽液混合物及饱和蒸汽三种进料而言，对于饱和液体、汽液混合物及饱和蒸汽三种进料而言，q值就等于进料中的液相分率。值就等于进料中的液相分率。qFLL(1)VVq F4.2 q(4.2 q(进料进料) )线方程线方程不
29、同的加料热状态对应着不同的不同的加料热状态对应着不同的 q 值值, 也就对应着不同的也就对应着不同的 q 线线.11qxxqqyFWDWxxLyVDxLxVy两式相减两式相减 ( ) ( )()wDyV VL L x WxDxFWDFxWxDxFqVV) 1(qFLL五、理论塔板层数的求法五、理论塔板层数的求法1逐板计算法逐板计算法 逐板计算法是由塔顶开始交替使用相平衡关系和操作关系进行逐板下逐板计算法是由塔顶开始交替使用相平衡关系和操作关系进行逐板下行计算直至塔釜组成符合要求为止，计算过程每使用一次相平衡系，行计算直至塔釜组成符合要求为止，计算过程每使用一次相平衡系，就代表需要一层理论板。逐
30、板计算步骤如下：就代表需要一层理论板。逐板计算步骤如下：设精馏段操作线与提馏段操作线方程的交点为设精馏段操作线与提馏段操作线方程的交点为d(xd， yd)以精馏段为例，设气液相平衡关系为：以精馏段为例，设气液相平衡关系为：精馏段操作线方程为：精馏段操作线方程为：y=f(x)它表示同一层塔板上的气液相组成之间的关系它表示同一层塔板上的气液相组成之间的关系DnnxRxRRy1111它表示的是上下层塔板之间的气液相组它表示的是上下层塔板之间的气液相组成之间的关系成之间的关系 设塔顶冷凝器为全凝器设塔顶冷凝器为全凝器 （ 为已知值）为已知值）Dx从塔顶第一层塔板开始计算，因为塔顶为全凝器且回流为饱从塔
31、顶第一层塔板开始计算，因为塔顶为全凝器且回流为饱和液体，则有和液体，则有xD=y1，由此，由此，11( )11223. ,nDRynxxy f xRRnnyxyx y 11( )11112nDRynxxyf xRRyxy 如此重复计算，直到算出的如此重复计算，直到算出的 小于等于小于等于xd ，则说明第，则说明第N 1层为加料板。层为加料板。此时精馏段的塔板数为此时精馏段的塔板数为N 1-1；此后，改用提馏段操作线方程与平衡方程进；此后，改用提馏段操作线方程与平衡方程进行交替计算，直到算出的液相组成行交替计算，直到算出的液相组成Xm+1小于等于残液组成，因一般再沸器小于等于残液组成，因一般再沸
32、器相当于一层理论塔板，故塔内所需要的总理论塔板数为相当于一层理论塔板，故塔内所需要的总理论塔板数为N。nx2、图解法、图解法2）画操作线作法）画操作线作法 a）精馏段操作线）精馏段操作线1）画出物系的平衡曲线和对角线）画出物系的平衡曲线和对角线yn+1=R+1Rxn+R+11 xp当当xn =xp时，时， yn+1= xp ,即该即该 线通过对角线上的线通过对角线上的P点点R+1R该线的斜率为该线的斜率为当当xn =0时，时，y 轴上截距为轴上截距为1 xpR+1根据这三个条件中的任意两个都可把操作线画出来。根据这三个条件中的任意两个都可把操作线画出来。b）q线方程线方程xyqxxqqyF11
33、求出两线的交点求出两线的交点e(xf，xf)，由，由e点及点及直线的钭率即可作出直线的钭率即可作出 q线，此线与线，此线与精馏段的交点为精馏段的交点为d (xd，yd) c ) 画提馏段操作线：画提馏段操作线：y m+1 =LVx m-VWx w当当x m=x w 时时, y m+1 =L+F-WL+Px wF=P+W， 则则y m+1 = x w即提馏段操作线要经过对角线上的即提馏段操作线要经过对角线上的C（ x w ,x w ）点。）点。连接连接C点与点与 d 点即可画出提馏段操作线。点即可画出提馏段操作线。abyxxDxWcxFefdd）进料热状况对）进料热状况对q线及操作线的影响线及操
34、作线的影响 过冷液体： q1, 01qq，ef1 （ ）饱和液体： q=1, 1qq，ef2 （）汽液混合物 ：0q1, 01qq，ef3 （ ）饱和蒸汽：q=0, 01qq，ef4 （）过热蒸汽：q0, 01qq，ef5 （ ）在给定回流比时，在给定回流比时， q值的变化不影响精馏操作线的位置，但明显改变值的变化不影响精馏操作线的位置，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。f1f2f3f4f5图解方法：书图解方法：书126页例题页例题 xDabefdxFxWc11234564.在平衡线、精馏段操作线、提馏段操作线之间画台阶，直到过在平衡线、精馏段操作线、提馏段操作线之间画台阶
35、，直到过W点为止，所点为止，所得台阶数减得台阶数减1即为理论塔板数，最下的阶梯表示再沸器，加料板的位置就在跨即为理论塔板数，最下的阶梯表示再沸器，加料板的位置就在跨过过d点的那一层。点的那一层。abc5.操作线斜率对理论塔板数的影响操作线斜率对理论塔板数的影响如黄线，斜率增大，理论塔板数就会减少如黄线，斜率增大，理论塔板数就会减少六、回流比精馏操作的影响及其选择六、回流比精馏操作的影响及其选择 R操作线斜率 abyxxDxWcxFefdxD/R+1 NTab 下移ab与ac重合R =NT=Nmin，Nmin就叫做最少理论塔板数就叫做最少理论塔板数1、回流比对精馏操作的影响、回流比对精馏操作的影
36、响 即回流比增大时，塔板上的蒸汽即回流比增大时，塔板上的蒸汽V与回流液相量与回流液相量L都在增大，这样会导致塔都在增大，这样会导致塔底再沸器和塔顶冷凝器负荷增大，那么全塔的操作费用就会增大。底再沸器和塔顶冷凝器负荷增大，那么全塔的操作费用就会增大。R增大时增大时R=L/D, D不变不变则则L 根据精馏段物料衡算根据精馏段物料衡算V=L+D,此时此时V2、最少理论塔板数、最少理论塔板数RxD/R+1ab、q线与平衡线交于线与平衡线交于d此时的回流比叫做最小回此时的回流比叫做最小回流比流比R RminminabyxxDxWcxFefdxD/R+1 N=三线交于平衡线上的一点三线交于平衡线上的一点d
37、Nab上移RRminR4、适宜回流比、适宜回流比3.最小回流比最小回流比R=（1.12）RminP1305、全回流及最少理论板数的计算、全回流及最少理论板数的计算 全回流时，全回流时，D=0， F=0，W=0 ；达到给定分离程度所需的理论板层数最少达到给定分离程度所需的理论板层数最少为为Nmin，此时，没有精馏段与提馏段之分，它们都与对角线重合，为，此时，没有精馏段与提馏段之分，它们都与对角线重合，为y=x。1）Nmin的求法的求法 a）图解法图解法 xWxDb）解析法解析法芬斯克芬斯克(Fenske)方程式方程式 全回流时操作线方程式为：全回流时操作线方程式为：yn+1=xn(yA)n+1=
38、(xA)n，(yB)n+1=(xB)n离开任一层板的汽液组成间的关系，由相对挥发度的定义，为离开任一层板的汽液组成间的关系，由相对挥发度的定义，为 若塔顶采用全凝器，（若塔顶采用全凝器，（yA）1=（xA）D ，（，（yB）1=（xB）D 第一层板的汽液平衡关系为：第一层板的汽液平衡关系为：111BABAxxyyDBAxxnBAnnBAxxyy第一层板和第二层板之间的操作关系为：第一层板和第二层板之间的操作关系为：yA2=xA1 ，yB2=xB1 12BABAxxyy即即21BADBAyyxx同理，第二板的气液平衡关系为：同理，第二板的气液平衡关系为：222BABAxxyy221BADBAxx
39、xx将再沸器视为第将再沸器视为第N+1层塔板，重复以上过程，直到再沸器为止，可得：层塔板，重复以上过程，直到再沸器为止，可得：WBANDBAxxxx121.1121.NNm若令若令WBANmDBAxxxx1mWABDBAxxxxNloglog1minmwwDDxxxxNlog11log1min 芬斯克方程芬斯克方程 6、最小回流比的求法、最小回流比的求法 1）作图法）作图法a）对于正常的平衡曲线）对于正常的平衡曲线 qDqDxxyxRR1minminxD/R+1 d(xq,yq)qqqDxyyxRminb）对于某些不正常的平衡曲线）对于某些不正常的平衡曲线 由点由点a（xD,xD）向平衡线作切
40、线，切线的斜率）向平衡线作切线，切线的斜率=Rmin/Rmin+1。 7、理论板数的捷算法、理论板数的捷算法 （1）吉利兰图）吉利兰图 1minRRRXmin1NNYN（2）简捷法求理论板数的步骤）简捷法求理论板数的步骤根据物系性质及分离要求，求出根据物系性质及分离要求，求出Rmin，选择合适的，选择合适的R； 求出全回流下所需理论板数求出全回流下所需理论板数Nmin ；使用吉利兰图使用吉利兰图 ，求出所需理论板数求出所需理论板数 ；确定加料位置确定加料位置 ，可把加料组成看成釜液组成求出理论板数可把加料组成看成釜液组成求出理论板数即为精馏段所需理论板数，从而可以确定加料位置。即为精馏段所需理
41、论板数，从而可以确定加料位置。 七、塔高和塔径的计算七、塔高和塔径的计算1、基本计算式、基本计算式 板式塔：板式塔：H=NphNp实际塔板数实际塔板数 h实际塔板间距实际塔板间距对于填料塔：对于填料塔： H=NHETP HETP：等板高度，指相当于一块理论塔板分离作用的填料等板高度，指相当于一块理论塔板分离作用的填料 层高度。层高度。2 、塔板效率、塔板效率 （1）单板效率）单板效率默弗里（默弗里（Murphree）效率）效率： 表示实际塔板与理论塔板的分离效果的差异。表示实际塔板与理论塔板的分离效果的差异。 气相单板效率气相单板效率 mvE11nnnnmvyyyyE操作线操作线平衡线平衡线y
42、nyn-yn+11nnyyny（2）全塔效率（总板效率）全塔效率（总板效率）E %100PTNNE液相单板效率液相单板效率 mlEnnnnmlxxxxE113、塔径的计算、塔径的计算24vqDU第五节第五节 间歇精馏间歇精馏一、间歇精馏的流程：书一、间歇精馏的流程：书132页图页图二、间歇精馏的回流比控制：二、间歇精馏的回流比控制：1.恒回流比：恒回流比：xp1xp2xp3R不变，则塔板数不变，不变，则塔板数不变， xp就会不断下就会不断下降，最后馏出液是精馏开始到精馏结降，最后馏出液是精馏开始到精馏结束时馏出液组成的中间值。束时馏出液组成的中间值。2.恒馏出液组成：恒馏出液组成：为了保证为了
43、保证xp不变，不变，R就应该不断增大，通过不断减小就应该不断增大，通过不断减小P，R就可不断增大。就可不断增大。实际生产中，一般采取把两种方式结合起来的方法，即先按恒回流比操实际生产中，一般采取把两种方式结合起来的方法，即先按恒回流比操作一段时间，待作一段时间，待xp有明显下降时，再调大有明显下降时，再调大R值，这样就可得到值，这样就可得到xp基本不变基本不变的馏出液。的馏出液。 在用间歇精馏设备进行多组分混合物的精馏时，首先由塔顶蒸出低沸点组分，而后蒸出次沸点组分，再蒸出较高沸点组分，最后由塔底排出残液，所得的各馏分分别导入不同的贮罐。例如，在用间歇精馏设备进行粗苯精馏时，在蒸出沸点低于纯苯
44、的“初馏分”后，调节回流比使塔顶温度控制80左右导出纯苯馏分；纯苯蒸完后，调节回流比，将塔顶温度提高到110 左右，导出甲苯馏分；甲苯蒸完后，再将塔顶温度提高到138-145 ，以导出二甲苯馏分；最后的釜残液则为溶剂油等重组分。 间歇精馏过程中，操作条件随时间而改变，要随时调节回流比，操作比较麻烦，但间歇精馏设备简单，既能用于双组分精馏，又能用于多组分蒸馏，适应性强，因此多用于小批量多品种的物料处理，在精细有机合成工业中应用较广。三、多组分混合液的间歇精馏：三、多组分混合液的间歇精馏：第六节 精馏塔 精馏和吸收同属于气液传质过程，因此吸收设备中的填料塔和板式塔同样可以用作精馏塔。 板式塔在精馏塔中应用最广。一、板式塔的构造一、板式塔的构造1、板式塔的结构、板式塔的结构1）塔板的构造）塔板的构造筛孔筛孔降液管降液管溢流堰溢流堰（剖面图）降液管降液管受液区受液区溢流堰溢流堰安定区安定区开孔区开孔区俯视图2）塔板类型）塔板类型a）泡罩塔板b）筛孔塔板c）浮阀塔板c）浮阀塔板d）舌型塔板 e）斜孔塔板
