1、 化工生产中，常需要将液体混合物分离以达到提纯和回收有用组分的目的，蒸馏（液体精馏）就是一种将液体混合物进行分离（至于比较彻底的分离）的应用广泛的方法。第六章 蒸馏（液体精馏）任务：3.初步了解精馏操作及控制过程2.掌握精馏（二元组分）的原理和理论板的求取1.掌握蒸馏（液体精馏）涉及的基础理论和概念1.掌握双组分理想溶液汽液相平衡的各种表达形式； 2.掌握进料的不同热状况及其对精馏操作的影响； 3.掌握两组分连续精馏塔理论塔板数的逐板计算法和图解法； 4.掌握回流比对精馏过程的影响； 本章重点及难点内容:1.分离物系： 液-液均相,不能用机械方法达到分离的目的2.分离方式：热分离部分汽化、部分
2、冷凝、汽-液相间的传质概述:蒸馏是通过热量的加入，将液体混合物部分汽化，利用各组分挥发度的不同的特性以实现分离。对于均相混合物，必造成一个两相物系才能进行分离易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分利用液体混合物各组分挥发度的不同，使其部分气化，从而达到分离的单元操作.难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分注意： A B 溶液溶液（A+B） 加热加热易挥发组分难挥发组分3.蒸馏操作分类A.按流程间歇 小规模:实验室,科研连续 大规模工业生产幻灯片 6B.按操作方法简单蒸馏平衡蒸馏（闪蒸）精馏特殊精馏萃取精馏恒沸精馏C.按操作压强减压：高沸组分、热敏组分常压：加压：用于特殊精馏，改变平衡性质ABD
3、.按组分双组分 重点讨论多组分 简要介绍较易分离,分离要求不高蒸馏操作实例：石油炼制中使用的 250 万吨常减压装置幻灯片 56.1 双组分溶液的汽双组分溶液的汽-液相平衡液相平衡汽液相平衡是分析精馏原理和进行设备计算的理论基础，过程以两相达到平衡为极限。一. 纯组分饱和蒸汽压0logBAptC其中A、B、C为常数，可由“汽液性质”手册查阅在密闭容器内，在一定温度下，纯组分液体的汽液两相达到平衡状态，称为饱和状态，其蒸汽为饱和蒸汽，其压力为饱和蒸汽压。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。描述理想溶液上方蒸汽压(平衡分压 )与
4、其组成xA及同温度下饱和蒸汽压( )的关系。0AAApxp2.拉乌尔定律或二. 理想物系的汽液相平衡拉乌尔定律（Raoults law）理想物系汽相为理想气体液相为理想溶液满满足足理理想想气气体体状状态态方方程程、道道尔尔顿顿分分压压定定律律ABABABppp ppyypp00(1)BBABBpxxpp1.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。0ApAp p 一一定定 B t-y t t-x A 0 x 或或 y 1 泡点线露点线两相区液相区汽相区杠杆原理： 力力臂 = 常数1L2L即： 液相量L1=汽相量L2量浓度差露点线一定在泡点线上方。露点线一定在泡点线上方。露点泡
5、点 一一. 温度组成图（温度组成图（ t-x-y 图），图），p外外一定一定二. 汽液平衡相图(x-y图)yA xA1 理想物系的理想物系的 y-x 相图相图 xy 2tAx1.01.01t增大方向t对大多数溶液,两相平衡时,yx,平衡线总位于对角线上方。对角线x=y的直线,作查图参考用平衡线偏离对角线越远,表示该溶液愈易分离三.理想溶液的t-x-y关系式1. 液相组成与平衡温度(泡点)的关系式0AAApxp00(1)BBABBpxxpp+ABppp混合物沸腾条件000()BAABppf txpp泡泡点方程00000( )( )()( )( )AABABAAABABptptpppfff tyx
6、pppttffpp露3. 汽相组成与平衡温度（露点）的关系式露点方程2. 恒压下t-y-x关系式 0AAAAf tpxxypp0AAAppxAAppy4.两组分理想溶液t-y-x关系式的应用000( )()( )( )BBAABABpppftf txppftft泡若已知 p 、xA或yA 则可求 yA或 xA, t泡或t露（试差计算）若已知 p(一定t时), 则可求出 xA , yA（直接计算）问题:汽液平衡时, t泡和t露及xA ,yA关系如何?溶液中某组分的挥发度等于平衡时其汽相中分压p与平衡时液相中摩尔分率x之比。对于A,B两组分混合液AAApxBBBpx 对于理想混合液：00( )AA
7、AAAApxtpfx00( )BBBBBBpxtpfx四 . 相对挥发度与理想溶液的y-x关系式 即: xp1.挥发度(volatility)于是： 气相气相 （乙醇（乙醇-水）水） 乙醇乙醇 水水液相液相（乙醇（乙醇-水）水） 蒸馏蒸馏2. 相对挥发度 混合液中同温度下二组分的挥发度之比 对于对于A、B双组分溶液：双组分溶液：AAAABBBBpxpx00( )AABBpf tp0001AAAAAAABppxypppxx又：又：故：故：xxyAAAABAB11相平衡线方程（即平衡时双组分溶液汽、液组成关系） 对于对于理想溶液理想溶液形成的汽形成的汽- -液两相：液两相：习惯将易比难挥发组分习惯
8、将易比难挥发组分xxy11 理论上：理论上： 00( )AAABABBBtfpttfp故故可近似为常数或取定性温度下的平均值可近似为常数或取定性温度下的平均值实际上实际上:AB随随t变化不大变化不大 表表1 苯苯甲甲苯苯物物系系的的相相对对挥挥发发度度随随温温度度的的变变化化关关系系t, 0C80.184889296100104108110.60ApmmHg7608569631081121013501502166817830BpmmHg2923343814344925566277057602.602.562.532.492.462.432.402.372.35 AB 1，则则A B或或pA0
9、pB0 ， A、B能分离能分离 AB 1，则则A B或或pA0 x。t/Cx(y)01.0露点线泡点线xAyAxf 6.3.2 精馏原理和流程精馏原理和流程精馏流程(熟悉相关的概念)进料进料釜液釜液馏出液馏出液精精馏馏段段提提馏馏段段冷凝器冷凝器再沸器再沸器理理论论板板(平平衡衡级级) 回回流流加加料料板板原料液（进料）原料液（进料）馏出液（产品）馏出液（产品）回流液和釜液回流液和釜液冷凝器（分凝器、全凝器）冷凝器（分凝器、全凝器）再沸器（塔釜加热）再沸器（塔釜加热）加料板、精馏段和提馏段加料板、精馏段和提馏段一一.精馏原理精馏原理多次部分汽化与多次部分冷凝多次部分汽化与多次部分冷凝1.一次部
10、分汽化或部分冷凝操作：由图可见：采用一次部分汽化对于 xF , tf的混合液,汽-液平衡时, 液相：x xw (露点组成) , 汽相：y yF (泡点组成) 这说明一次部分汽化操作所能达到的分离程度是有限的。结果:将初级混合物部分汽化后所得汽相在塔顶经多次部分冷凝. 由图可知，最后可得汽相浓度为y3（较高）的产品组成。2. 塔顶产品多次部分冷凝t1t2t3123ttt操作流程操作在相图上的反映结果:对初级混合液部分汽化后得到的液相在塔底经多次部分汽化 最后可得液相浓度为x2（较低）的塔底产品组成。3. 塔釜产品多次部分汽化211tttt1t1t2操作流程操作在相图上的反映 由2、3可知：欲使混
11、合液得到有效分离，必须同时分别对塔顶汽相和塔釜液相进行多次部分泠凝和多次部分汽化。4. 过程进行的必要条件及存在问题讨论 过程中间产品x2 x3 x1 x2 多，最终产品少，收率低。此即为精馏操作的必要条件之一 存在问题： 汽化、冷凝热量消耗大，运行成本高。 设备庞大，投资高。使上一级的塔釜液相回流至下一级的进塔汽相（图1） 液液相相回回流流汽汽相相回回流流结果:通过回流，既克服了中间产品的问题，又完成了部分汽化和部分冷凝的操作。5. 问题的解决方法回流（部分回流）或：使下一级的塔顶汽相上升至上一级的入塔液相（图2） 通过回流造成汽-液二相的接触与传质，同时由于二组分 挥发度的差异，使过程能够
12、进行。由前讨论可见： 回流是保证精馏过程连续稳定进行的又一必要条件。 回流亦是蒸馏与精馏的主要区别标志。 精馏过程，塔顶、塔底均存在回流，对于上段为液相回流， 对于下段为汽相回流。问题:以上有回流的流程是否可在工程上应用?解决方法:工业上采用精馏塔完成以上操作图6-6所示的为精馏塔的模型，目前工业上使用的精馏塔是它的体现。塔中各级的易挥发组分浓度由上至下逐级降低，而温度逐步增高。当某级的浓度与原料液的浓度相同或相近时，原料液就由此级进入。 图6-7是以筛板塔为例，由精馏塔模型转变为实际精馏塔的一段。塔 板：多为筛板(泡罩式、舌形板式等)6.3.3精馏塔基本结构与精馏操作流程1. 精馏塔结构：间
13、歇操作：2.精馏操作流程:连续操作：幻灯片 47(主要 包括降液管、挡板、筛孔等) 塔内结构：板式、填料式幻灯片 46塔 段：精馏段、提馏段 塔板结构:1. 连续精馏操作流程2. 间歇精馏操作流程 若：xxynnn11 xfynn即:理论(理想)板3. 精馏塔的操作情况在相同条件下, 理论板具有最大的分离能力, 是塔分离的极限.即:存在温度差和浓度差塔板上: yn+1tn-1 二者互不平衡结果:传质和传热则：离开第n块板时的汽-液二相组成构成平衡关系tn+1tn-1 yn xn 板上混合足够均匀 气液两相接触时间足够长作用:使轻组分浓度沿塔段高度上升而增浓，少量重组分被 去除，起精制轻组分作用
14、。4. 精馏段、提馏段与进料位置作用:使重组分浓度沿塔段高度下降而增浓，轻组分被逐渐 被去除，起精制重组分作用。 进料板:混合液入塔位置的一块板。 精馏段:在进料位置xF处(不包括xF处的一块板)以上的塔段。 提馏段:在进料位置xF处(不包括xF处的一块板)以下的塔段。传质、传热同时进行，但属于传质控制过程，或以传质分离为过程目的。5.过程特点：6. 精馏装置各设备作用：冷却器、再沸器作用造成塔顶、底汽/液相回流6.4双组分连续精馏计算和分析双组分连续精馏计算和分析计算理论板数(板式塔)或塔高工艺及设备设计计算内容：冷凝器、再沸器热负荷计算热量衡算确定产品流量D、W及组成xD、xW全塔物料衡算
15、一一. .全塔物料衡算全塔物料衡算xWxDxFWDFWDF塔顶轻组分回收率塔顶轻组分回收率塔底重组分回收率塔底重组分回收率xFxDFD轻xFxWFW11重注意：产量与质量的辩证关系，不可求全。注意：产量与质量的辩证关系，不可求全。塔顶采出率塔顶采出率FWDWxxDFxx 原料液原料液F , xF , IF馏出液馏出液D , xD , ID釜残液釜残液W , xW , IWLVVL定义几个概念：定义几个概念：关系：平均分子量的计算关系：平均分子量的计算单位：质量百分数、摩尔百分数单位：质量百分数、摩尔百分数对混合料对混合料: :对轻组分对轻组分: :塔底采出率塔底采出率1DFDWxxWDFFxx
16、 混合液中二组分的摩尔汽化潜热相等（实际上液体混合液中二组分的摩尔汽化潜热相等（实际上液体汽化潜热相差不大）汽化潜热相差不大） 原因：原因：若汽化潜热不等，则同温度下，若汽化潜热不等，则同温度下，A A、B B组分汽化量不相同，组分汽化量不相同，同时由于各板组成不同，将使各块板之间上升或下降汽、同时由于各板组成不同，将使各块板之间上升或下降汽、液相流量不同。液相流量不同。 二二. . 恒摩尔流假定：恒摩尔流假定：塔设备无热损失（通过采用保温措施解决）塔设备无热损失（通过采用保温措施解决）塔板上汽塔板上汽-液接触时虽温度不同，显热交换可以忽略，液接触时虽温度不同，显热交换可以忽略，只有潜热交换。
17、（因显热比潜热小得多）只有潜热交换。（因显热比潜热小得多）前提：前提：若满足下列条件则有恒摩尔流假定成立若满足下列条件则有恒摩尔流假定成立热损失的结果将造成与相同的结果。热损失的结果将造成与相同的结果。若考虑显热交换，则各板上原温度分布将发生改变，而若考虑显热交换，则各板上原温度分布将发生改变，而温度的改变将使板上液相的焓值改变，汽相的潜热也随温度的改变将使板上液相的焓值改变，汽相的潜热也随温度会发生改变。温度会发生改变。 汽相恒摩尔流动（上升）汽相恒摩尔流动（上升） VVVVn2121VVVVmLLLLn2121LLLLm对提馏段对提馏段:对精馏段对精馏段: 液相恒摩尔流动（下降）液相恒摩尔
18、流动（下降） 对提馏段对提馏段:对精馏段对精馏段:假定假定:塔板上有多少摩尔的蒸汽冷凝，就有塔板上有多少摩尔的蒸汽冷凝，就有多少摩尔的液体汽化。因此该精馏过多少摩尔的液体汽化。因此该精馏过程属程属等摩尔反向扩散传质过程等摩尔反向扩散传质过程.对于多数有机同系物和许多相近的理想体系，对于多数有机同系物和许多相近的理想体系，恒摩尔流假设均适用恒摩尔流假设均适用意义：意义：在进行塔板物料衡算时，汽相和液相在进行塔板物料衡算时，汽相和液相量不会在同一段中因塔板位置变化而量不会在同一段中因塔板位置变化而变化，使计算简化。变化，使计算简化。注：注：一般一般VV， LL，原因：与进料量，原因：与进料量F和状
19、态有关。和状态有关。三三.进料热状况参数进料热状况参数q 冷态进料 泡点进料（饱和液体进料） 泡-露点之间进料 露点进料（饱和蒸汽进料） 过热蒸汽进料1.原料液入塔状况:令令:LLqF-热状况参数qFLL FqVV1即即:LVLVFL ILV IVL ILV IVF IF加料板加料板又又:得得:-进料板物衡V （L+F）饱和液体进料饱和液体进料,q=1泡泡-露点间进料露点间进料, 0 q 1饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料,q=0过饱和蒸汽进料过饱和蒸汽进料,q 1V = V , L = L+FV V, L V +F, L L过热蒸汽进料：过热蒸汽进料： 此时此时q 0 泡泡-露点之间进料：露点之间进
20、料： 此时此时0 q 12. q值参数讨论值参数讨论:LLqFFtFFLFVFxxyFFFFxL xV yFFFFLLxxyFF1Fxqxq yFyxqyxFLqFFFFLV设进料 含液相量，气相量且且(物料衡算物料衡算)设进料时q = 1.1,0.5和q =-0.3,问进料中液体量/进料量 = ?注意：此节q（q值参数）与液化率q = LF/F的联系与区别：思考题：思考题：在精馏中q取值在（-，+）间，而在平衡或简单蒸馏中0 q 11.联系：均反映液化率问题在下列三种情况下 , q等于液化率 泡点进料（饱和液体进料） 泡-露点之间进料 露点进料（饱和蒸汽进料）2.区别：在精馏中还反映了原料的
21、进料状态LLqF设计中先求得理论板层数, 然后结合塔板效率予以校正，即可求得实际板层数。操作关系:整个塔内各板的组成可逐板算出, 板数即为指定分离要求下的理论板层数yn+1 与xn之间的关系:通过物料衡算来确定,与精馏条件有关.理论板:问题:为何及如何求取理论板数?1.为何求取理论板数2.如何求取理论板数 xfynn xfynn1交替计算nnnxxy) 1(1 结果:条件：条件：塔顶为全凝器（塔顶为全凝器（y1=xD）1nDnVLDyxx混合料：混合料：DLV11nDnDLDyxxVVLDxxLDLD于是于是: :四. 操作线方程（研究相邻两块塔板气液组成之间的关系）) ) 精馏段操作线方程精
22、馏段操作线方程馏出液馏出液D , xD , IDLV y1L x1V y2L x2L xn-1V yn12n-1轻组分轻组分:令：令：RDL 回流比回流比则：则：DRV11111nDnRyxxRR稳定操作时为稳定操作时为直线关系直线关系) ) 提馏段操作线方程提馏段操作线方程 WVL 对轻组分：对轻组分：1nwnLWV yxx即：即：1nwnLWyxxVV对混合料：对混合料：塔釜液塔釜液W , xw L xnV yn+1n+1nqFLL FqVV1其中：其中：又：又：1VLWW则有：则有：11wnnVWxyxVVWW1 1wnnRxyxRR(6-39)(6-40)故有：故有：令：令：VRW塔釜
23、的气相回流比塔釜的气相回流比另将另将1nwnLWyxxL WL W得：得：1nwnLqFWyxxLqFWLqFW , ,RV L 有利于釜液的提纯。1 1wnnRxyxRR1nwnLWyxxVV 1LRVRL 1VRR1nwnLWyxxVV代入提馏方程：代入提馏方程：qFLL 或：或：)塔釜气相回流比塔釜气相回流比R与塔顶液相回流比与塔顶液相回流比R及及q的关系式的关系式VRW1VVqF11RWRDqF11DFRRqWWFWDFxxDWxxDWDFxxFWxx11FWDWDFDFxxxxRRqxxxxDRV1将将及及代入代入得关系式：得关系式：改写为：改写为：将全塔物衡式将全塔物衡式及及代入上
24、式得：代入上式得：)操作线的绘制和操作线的绘制和q线方程线方程作过作过D点直线点直线111DnnRxyxRR1RR1RxD该点该点(xw , y = xw )落在对角线落在对角线W处处 同理：当同理：当 x = xw 时时 y = xw ,作提馏线：作提馏线： 作精馏线作精馏线: :由方程可见：当由方程可见：当x = xD时时y = xD该点该点D( xD ， y =xD)处在对角线上处在对角线上再以再以 为斜率为斜率(或或 为截距为截距)1 1wnnRxyxRR作过作过W点直线。点直线。1RRWxR再以再以 为斜率为斜率(或或 为截距为截距),wxR1RxDq线线W(xw,xw)xDxFF(
25、xF,XF)D(xD,XD)f(xf,Xf)I,DwFxqxx已知，选定R,绘制x-y图1nwnLqFWyxxLqFWLqFW或：或：WqFLxWw1RxDq线线W(xw,xw)xDxFF(xF,XF)D(xD,XD)f(xf,Xf)I两操作线的交点q 线方程1 1wnnRxyxRR11DFRRqWWxWxDxFWDF1111DFFxRDqFDxyxRDqFRDqF解得交点解得交点 q：FDfRqxxyRq11FDfRqxxxRq（1）（2）结合：结合：代入上式代入上式将将得：得：即有：即有：111Fqyxxqq（ 进料板方程，进料板方程，q线方程）线方程）xqxqqyF111a. 过过D(x
26、F ,xF )点作点作 为斜率的为斜率的q线交精馏线于点线交精馏线于点f (xf ,yf ).1qq于是提馏线的作法为于是提馏线的作法为:b. 连连点点f（xf ，yf ），），W（xw ，xw ）即为提馏线。）即为提馏线。不同的加料热状态不同的加料热状态对应着不同的对应着不同的 q 值值, 也就对应着也就对应着不同的不同的 q 线线,随着随着q的不同，点的不同，点F（xf，yf）位置在变化。）位置在变化。WqFLxWw1RxDq线线W(xw,xw)xDxFF(xF,XF)D(xD,XD)f(xf,Xf)IFDWefq0q=00q101.0 xWxy1.0 xDzF不同加料热状态下的 q 线F
27、(xF,xF)xFx(mol分率)y011D(xD,xD)W(xW,xW)1234f(xf,xf)q线方程DxRR11. NT图解计算法图解计算法五五. 理论板数理论板数NT的计算的计算 xfynn xfynn1平衡线：平衡线：操作线：操作线： xfynn2.逐板计算法：逐板计算法： xfynn1交替计算111DnnRxyxRRnnnxxy) 1(1 基本思路基本思路:1 1wnnRxyxRR1nwnLqFWyxxLqFWLqFW或：或：（全冷凝）（全冷凝） xxxyxyxFnnD 平衡线平衡线精馏线平衡线222111 12211nmwmyxxxxx 提馏线平衡线提馏线平衡线（）（第（第n块为
28、进料板）块为进料板）（规定值）（规定值）计算过程：计算过程：六六. 回流比与进料热状况对精馏过程的影响回流比与进料热状况对精馏过程的影响 原料液原料液qF , xF , QF馏出液馏出液D , xD , QD釜残液釜残液W , xW , QWLVVLVRW11DFRRqWW11FWDWDFDFxxxxRRqxxxxDRV1qFLL FqVV1LRDLRD关系式：关系式：BbQV rccQVr()RR q一及对冷凝器及蒸馏釜的热负荷的影响1., ,qRR V V L L当 为一定值，若均随之，冷凝器及蒸馏釜的热负荷 原料液原料液qF , xF , QF馏出液馏出液D , xD , QD釜残液釜残
29、液W , xW , QWLVVLVRWLRDBbQV rccQVr2.1cRVRDQ当 一定，一定, 一定:由全塔热量衡算FBCDWQQQQQ定值(),(),.FBQQV当q反之亦然3.R,BV WQ一定时为定值(),.FcQqRQ若即则也必,F D已知11DFRRqWW()RR q二及对理论板的影响xwxFxDq线线yFWDx1.q一定，R对理论板的影响,FDWTxxxqRRN一定,当,TDWcBNRxxQQ一定,但和均2. R一定，q对理论板的影响FDWefq0q=00q101.0 xWxy1.0 xDzFR一定时q 值对精馏线的影响随随q值不同值不同,q线斜率发生变化线斜率发生变化.当分
30、离要求当分离要求xD,xW ,R一定时一定时, q值越大（值越大（QF），达到相同分），达到相同分离要求时所需的离要求时所需的NT越少。当越少。当NT一定时，一定时， q值越大值越大（QF ），），产品纯度产品纯度。FBQQ定值FDWefq0q=00q101.0 xWxy1.0 xDzFR一定时q 值对精馏线的影响3. R一定，q对理论板的影响F,RqQNT若 一定,F,.BNRQqQRT一定,一定产品纯度,FDWxxx一定回流的作用回流的作用:稳定连续精馏操作的必要条件稳定连续精馏操作的必要条件一一. 最大回流比（全回流）及最少理论板数最大回流比（全回流）及最少理论板数Nmin根据定义根据定
31、义DLR故当故当 D = 0 时时 R = 1111DnnnRxyxxRR即即此时精馏线与对角线重合此时精馏线与对角线重合，平衡线与操作线相距最大。平衡线与操作线相距最大。此时所需的理论梯级最少此时所需的理论梯级最少Nmin 七七. 塔顶液相回流比的影响及其选择塔顶液相回流比的影响及其选择D(xD,y=xD)F(xF,y=xF)W(xw,y=xw)q线线回流比是影响回流比是影响操作费用及设备投资费操作费用及设备投资费的重要因素的重要因素故对于一定的分离任务，应该选择故对于一定的分离任务，应该选择适宜的回流比适宜的回流比根据相平衡关系根据相平衡关系:11nnnnnyxyx最少理论梯级最少理论梯级
32、(理论板理论板)Nmin Fenske计算公式推导计算公式推导全回流操作线方程式全回流操作线方程式:nnxy11122111212121111yyxxyyxx第一板相平衡操作线操作线第二板相平衡第二板相平衡2112212N11NNNxxxx操作线操作线第第N板相平衡板相平衡12112212N1111NNNxyxyxx(a)121W11WDNNDxxxx(b)1DNWy = x ,x = x ,因可改写上式：令令:121Nnn 几何平均值几何平均值Nmin包括再沸器在内的全回流情况下的最少理论板数包括再沸器在内的全回流情况下的最少理论板数.式中：式中：min1log1logWDDWxxxxN W
33、11NWDDxxxx有有:Fenske公式公式 若将式中xW换为xF，改为精馏段平均值，则可用来 计算精馏段的理论板数。1log11logmin 精精xxxxNAAFAAD式中： 1 进料板 Nmin 精馏段理论板数全回流R = 是回流比上限，对实际操作无意义。主要用于开工（使系统稳定）和实验研究。讨论：二.最小回流比Rmin-挟紧点和恒浓区 当两操作线的交点位于平衡线上时，则需要无穷多的阶梯 。相应的回流比称为 最小回流比 ，以Rmin表示。对于一定的分离要求， Rmin是回流比的最小值。D(xD,xD)xwxFxDq线xD1+RminxD1+RF(xF,xF)W(xW,xW)f(xf,yf
34、)P(xp,yp)挟紧点d和恒浓区:注意:Rmin是精馏操作的下限若 RRmin,精馏操作无法进行问题:R=0 是不是最小回流比?答: R=0意味着不回流,即无精馏操作.由由D(xD,xD)作直线与平衡线作直线与平衡线相切相切,其与纵座标的截距即为其与纵座标的截距即为1minRxD由由W(xW ,xW)作直线与平衡线作直线与平衡线相切相切,并交并交q线于线于P点，连点，连P (xD ,xD)直线。其截距为直线。其截距为1minRxD可由可由D(xD,xD)直接引直线过直接引直线过q线线与平衡线交点与平衡线交点P所得截距为所得截距为minmin1DpDpyxRxxRa.对于正常平衡线：对于正常平
35、衡线：b.对于上部凹形平衡线：对于上部凹形平衡线：c.对于下部凹形平衡线：对于下部凹形平衡线： ) 作图法作图法1minRxDD(xD,xD)P(xp,yp)F(xF,xF)W(xw,xw)1minRxD或斜率或斜率1minRxDW(xw,xw)D(xD,xD)F(xF,xF)P(xp,yp)1minminRR1minRxDD(xD,xD)F(xF,xF)W(xw,xw)P(xp,yp)对于对于泡点泡点进料：进料：q = 1 ， xp = xF xxxxRFDFDq1111|1min对于对于饱和蒸汽饱和蒸汽进料：进料：q = 0 ，yp * = yF（xF）又）又 yp* = f（xp）111
36、11|0minxxxxRFDFDq)解析计算法解析计算法: :pppaxy1+ a-1xminmin1DpDpyxRxxR又又:故故:min1111DDppxxRxx当当为常数时为常数时:min*DpppxyRyx三三. 最适宜回流比：最适宜回流比：因为因为DRDLV1FqVV1故故: 当当 F、q、D 一定时一定时 RfV RfV操作费：操作费：R V、V 能耗能耗，冷却、加热设备体积和尺寸，冷却、加热设备体积和尺寸 , 塔径塔径一般取一般取 R = （1.12.0）Rmin，经济回流比经济回流比 固定投资：固定投资： R NT 塔体高度塔体高度1.7 操作型问题计算操作型问题计算例4某连续
37、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=1/3，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=? D,xD F,xF W, xW 313112 . 01WWFWFWFDxFDxFDxDxDFFxDWxFxx Wx26 . 0 R=1 D/F=1/3 y1q=1 x1 y2xF=0.2 W , xWWxy42 DnDnnxxRxxRRy5 . 05 . 0111 DDDDxxxyxyxxy625. 05 . 05 . 025. 0412111 WDxx462
38、5. 0 -（1）-（2） 解式解式 1、2 得：得：0714. 0 Wx操作型问题举例操作型问题举例 WDFWxDxFxWDF1y=4x练习练习:由一层理论板及塔釜组成的常压连续回收塔，每小时加由一层理论板及塔釜组成的常压连续回收塔，每小时加入甲醇水溶液入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量为，其中甲醇含量为0.3（摩尔分率，下（摩尔分率，下同），要求塔顶得到甲醇含量为同），要求塔顶得到甲醇含量为0.6的馏出液。塔顶采用全凝器，的馏出液。塔顶采用全凝器，泡点进料，由于该塔只有一层板，且料液就在这一板上加入，泡点进料，由于该塔只有一层板，且料液就在这一板上加入，故塔可以不用回流。在操作范围内
39、，相对挥发度故塔可以不用回流。在操作范围内，相对挥发度 5.8 。试求：。试求：（1）釜液组成；）釜液组成；（2）塔顶馏出液量（）塔顶馏出液量（kmol/h）。）。 y1 D,xD F,xF L x1 yW W, xW 解解: （1）釜液组成）釜液组成操作型问题操作型问题 WDFWxDxFxWDF WWWWWDWFxxxxxxxxFD 6 . 0100306 . 03 . 0100（1）每小时加入甲醇水溶液每小时加入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量为，其中甲醇含量为0.3，要求，要求塔顶得到甲醇含量为塔顶得到甲醇含量为0.6的馏出液。泡点进料，的馏出液。泡点进料， 5.8 。 y1 D,
40、xD F,xF L x1 yW W, xW WWWWWxxxxy8 . 418 . 511 WWWWxxxx100306 . 05 . 96 . 08 . 418 . 5 （2）（3）6 . 01 Dxy DDDDDxFxxDFVWxxVLyDVVFLyyxDFWW6 . 03 . 0100205. 0100205. 06 . 08 . 48 . 56 . 0111111 ， 将式将式1、3代入式代入式2得：得：每小时加入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量为0.3，要求塔顶得到甲醇含量为0.6的馏出液。泡点进料，5.8 。 y1 D,xD F,xF L x1 yW W, xW 396. 0
41、 Wx0914. 0 Wx解之得：解之得： D=41.01kmol/h（舍去）（舍去）（2）馏出液量（）馏出液量（kmol/h） WWWWWDWFxxxxxxxxFD 6 . 0100306 . 03 . 0100练习练习1用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量量100kmol/h，加料组成为，加料组成为50%，塔顶产品组成，塔顶产品组成xD=95%，产量，产量D=50kmol/h，塔釜间接蒸汽加热。回流比，塔釜间接蒸汽加热。回流比R=2Rmin，设全部塔，设全部塔板均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度板均为理论板，以上组成均
42、为摩尔分率。相对挥发度 3。 求：求： （1）最小回流比）最小回流比Rmin； （2）精馏段和提馏段的上升蒸汽量；）精馏段和提馏段的上升蒸汽量； （3）列出该情况下提馏段操作线方程。）列出该情况下提馏段操作线方程。解：（解：（1）最小回流比）最小回流比Rmin*min*0.950.750.80.750.5DpppxyRyx*3 0.50.751112 0.5pppxyx xDaxWxbxFd2P*py设计型问题举例设计型问题举例*min*DpppxyRyx hkmolVFqVVhkmolDRVRR/1301/1305016 . 116 . 18 . 022min hkmolqFRDL/1801
43、001506 . 1 hkmolDxFxWxDFw/5 . 295. 0505 . 0100 0192. 038. 11305 . 2130180 xxVWxxVLyw（2）精馏段和提馏段的上升蒸汽量）精馏段和提馏段的上升蒸汽量（3）列出该情况下提馏段操作线方程）列出该情况下提馏段操作线方程泡点进料，进料量泡点进料，进料量100kmol/h，加料组成为，加料组成为50%，塔顶产品，塔顶产品组成组成xD=95%，产量，产量D=50kmol/h，回流比，回流比R=2Rmin，设全部，设全部塔板均为理论板，相对挥发度塔板均为理论板，相对挥发度 3。 DRVRDL)1( FqVVqFLL) 1(VWx
44、xVLyw D=50 xD=0.95W, xWF=100 xF=0.5设计型问题举例设计型问题举例例2 用常压连续精馏塔分离苯一甲苯混合物，原料中含苯0.40，塔顶馏出液中含苯0.9(以上为摩尔分率)。进料为饱和蒸汽，苯对甲苯的相对挥发度2.5，操作回流比为最小回流比的1.5倍，塔顶采用全凝器。试求离开塔顶第二层理论板的蒸汽组成。进料为饱和蒸汽进料为饱和蒸汽0q*0.400.2112.52.5 10.40pppyxymin*0.90.402.630.400.21DpppxyRyx945. 363. 25 . 15 . 1min RRxDaxWxbxFP精馏段操作线方程为：精馏段操作线方程为：解
45、：解：xD=0.91y2y1x111 RxxRRyDnn设计型问题举例设计型问题举例例2 用常压连续精馏塔分离苯一甲苯混合物，原料中含苯0.40，塔顶馏出液中含苯0.9(以上为摩尔分率)。进料为饱和蒸汽，苯对甲苯的相对挥发度2.5，操作回流比为最小回流比的1.5倍，塔顶采用全凝器。试求离开塔顶第二层理论板的蒸汽组成。182. 0798. 0945. 49 . 0945. 4945. 3111 nnDnnxxRxxRRy 783. 09 . 05 . 15 . 29 . 011 DDxxx 807. 0182. 0783. 0798. 0182. 0798. 012 xyxDaxWxbxFd2e
46、xD=0.91y2y1x6-3板式塔1.空塔气速高，处理（生产）能量大；空塔气速高，处理（生产）能量大；板式塔的主要特点板式塔的主要特点:4.结构简单，检修清理方便结构简单，检修清理方便3.塔板效率稳定；塔板效率稳定； 2.造价低造价低; 有溢流塔板有溢流塔板降液管降液管平顶型平顶型溢流堰溢流堰受液区受液区开孔区开孔区一、塔板结构：一、塔板结构： 齿形堰齿形堰平顶堰平顶堰 溢流堰溢流堰降液管降液管溢流装置溢流装置6-3-1 塔板结构塔板结构,类型及特点类型及特点双流型塔板双流型塔板 阶梯型流阶梯型流型流型流多流型多流型单流型单流型液流形式液流形式U 受液盘 单流型 双流型 受液盘 U 流型 受
47、液盘阶梯型流1.按塔内气按塔内气液流动方式分类液流动方式分类:2）逆流塔板（穿流板）：全塔中均为逆流）逆流塔板（穿流板）：全塔中均为逆流.1）错流塔板：整体上是逆流，塔板上是错流）错流塔板：整体上是逆流，塔板上是错流.注：由于逆流塔板需要较高的操作气速才能维持板上液层，注：由于逆流塔板需要较高的操作气速才能维持板上液层，操作弹性有限、分离效率低，故工业中应用较少。操作弹性有限、分离效率低，故工业中应用较少。二二.塔板类型：塔板类型：2. 错流塔板的分类错流塔板的分类:泡罩塔板泡罩塔板筛孔塔板筛孔塔板浮阀塔板浮阀塔板喷射塔板喷射塔板 其它型：其它型：浮阀型浮阀型筛孔型筛孔型泡罩型泡罩型塔板类型：
48、塔板类型： A.结构结构:升气管、泡罩、塔板、降液管升气管、泡罩、塔板、降液管B.特点特点:上升气流分散成气泡，板上形成鼓泡层上升气流分散成气泡，板上形成鼓泡层与泡沫层与泡沫层(传质面较大传质面较大) 1)不漏液，不易堵塞，适用于多种物料，板效不漏液，不易堵塞，适用于多种物料，板效率受率受L/G 影响较小影响较小,弹性大、操作稳定可靠弹性大、操作稳定可靠2)结构较复杂，材料消耗及造价高结构较复杂，材料消耗及造价高3)塔板压降大塔板压降大,液泛气速低，故生产能力较小。液泛气速低，故生产能力较小。雾沫夹带严重雾沫夹带严重,板效率较低板效率较低C.传质及流动特点传质及流动特点: 其它型：其它型：浮阀
49、型浮阀型筛孔型筛孔型泡罩型泡罩型气液在板上接触紧密，混合程度剧烈气液在板上接触紧密，混合程度剧烈. A. 结构结构:筛板筛板=38mm，溢流堰、降液管，溢流堰、降液管 B. 特点特点:1）结构简单、造价低、气体压降损失小）结构简单、造价低、气体压降损失小.生产能力生产能力及板效率比泡罩塔板高及板效率比泡罩塔板高,操作弹性可达操作弹性可达23 。2）易堵，操作弹性小）易堵，操作弹性小(受漏液影响受漏液影响) C. 传质及流动特征传质及流动特征: 其它型：其它型：浮阀型浮阀型筛孔型筛孔型泡罩型泡罩型50年代开始推广使用（已有部颁标准年代开始推广使用（已有部颁标准JB111868标准系列产品）标准系
50、列产品）A.结构结构:“三足三足”阀片阀片,最小最小最大开度控制支最大开度控制支架架B.特点特点:2）操作弹性大）操作弹性大,兼有泡罩及筛板塔优点兼有泡罩及筛板塔优点3）生产能力大）生产能力大(开孔率较大开孔率较大,空塔气速较高空塔气速较高)，与筛板塔相近，比泡罩塔高与筛板塔相近，比泡罩塔高40%。 4）板效率高：）板效率高：气液在水平方向接触，接触时间长，雾沫夹带少。气液在水平方向接触，接触时间长，雾沫夹带少。 5）气体压降小，板上液面落差小。）气体压降小，板上液面落差小。 1）结构简单、易制作、节省材料）结构简单、易制作、节省材料阀型：阀型：F1型、型、V型、型、T型、型、A型型 各种浮阀
