1、第一节第一节 精馏原理精馏原理第二节第二节 简单蒸馏简单蒸馏第三节第三节 连续精馏连续精馏第四节第四节 连续精馏理论塔板数的计算连续精馏理论塔板数的计算第五节第五节 板式塔板式塔2022-6-5第六章 精 馏22.2.压力：压力： 常压常压、真空、加压。、真空、加压。3.3.组分：组分：双组分双组分、多组分。、多组分。4.4.连续性：间歇、连续性：间歇、连续连续。一一. .精馏操作在化工生产中的应用精馏操作在化工生产中的应用用于均相液体混合物的分离用于均相液体混合物的分离, ,达到提纯或回收组分达到提纯或回收组分的目的。的目的。二二. .精馏分离的依据精馏分离的依据利用液体混合物中各组分利用液
2、体混合物中各组分挥发挥发能力的差异。能力的差异。三三. .精馏操作的分类精馏操作的分类1.1.操作方式操作方式: :蒸馏方式可分为简单蒸馏、蒸馏方式可分为简单蒸馏、 平衡蒸馏、精馏、恒平衡蒸馏、精馏、恒沸精馏、萃取精馏、水蒸气精馏等。沸精馏、萃取精馏、水蒸气精馏等。2022-6-5第六章 精 馏3第一节第一节 精馏原理精馏原理一、溶液的蒸汽压一、溶液的蒸汽压 根据溶液中同分子间的与异分子间的作用根据溶液中同分子间的与异分子间的作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。液两种。v 溶液的蒸汽压与纯组分时不同溶液的蒸汽压与纯组分时不同1. 气液相平
3、衡：单位时间从液相进入气相的分气液相平衡：单位时间从液相进入气相的分子数与从气相进入液相的分子数相等。子数与从气相进入液相的分子数相等。摩尔分率：混合物中某组分的摩尔数与混合物摩尔分率：混合物中某组分的摩尔数与混合物总摩尔数的比值，以总摩尔数的比值，以x表示表示2022-6-5第六章 精 馏42 2、基本概念、基本概念易挥发组分：通常将沸点低的组分称为易挥发组分。易挥发组分：通常将沸点低的组分称为易挥发组分。难挥发组分：通常将沸点高的组分称为难挥发组分。难挥发组分：通常将沸点高的组分称为难挥发组分。 表示液相中易挥发组分的摩尔分率，表示液相中易挥发组分的摩尔分率，（1-1-）表示难挥发组分的摩
4、尔分率；）表示难挥发组分的摩尔分率；表示气相中易挥发组分的摩尔分率，表示气相中易挥发组分的摩尔分率，（1-1-）表示难挥发组分的摩尔分率。）表示难挥发组分的摩尔分率。理想溶液：在这种溶液内，组分理想溶液：在这种溶液内，组分A A、B B分子间作用力分子间作用力 F FABAB与纯组分与纯组分A A的分子间作用力的分子间作用力F FAAAA或纯组或纯组 分分B B的分子间作用力的分子间作用力F FBBBB相等。相等。2022-6-5第六章 精 馏5二、理想的二组分互溶体系二、理想的二组分互溶体系在一定温度下在一定温度下, ,气相中任一组分的分压等于此纯组分气相中任一组分的分压等于此纯组分在该温度
5、下的饱和蒸汽压与它在溶液中的摩尔分率在该温度下的饱和蒸汽压与它在溶液中的摩尔分率的乘积。的乘积。pA=pA* x Av 严格地说，理想溶液是不存在的。严格地说，理想溶液是不存在的。v 由性质极相近、分子结构极相似的组分所组由性质极相近、分子结构极相似的组分所组成的溶液，例如苯成的溶液，例如苯- -甲苯，甲醇甲苯，甲醇- -乙醇，烃类同乙醇，烃类同系物等都可视为理想溶液。系物等都可视为理想溶液。v 对于非理想溶液的气液平衡关系可用修正的对于非理想溶液的气液平衡关系可用修正的拉乌尔定律或实验数据来表示。拉乌尔定律或实验数据来表示。1 1、拉、拉乌尔乌尔定律定律2022-6-5第六章 精 馏6*AA
6、App x*1BBBBApp xpxABPpp*1AABAp xpx*BAABPpxpp*AAp xPAApyP*1AAAABAp xp xpx1BAxx1BAyy由这些公式，可求出各温度下的由这些公式，可求出各温度下的x、y值；值；由求出的各温度下的由求出的各温度下的x、y值，可以做出值，可以做出t-x-y相图；相图；2022-6-5第六章 精 馏7*BAABPpxpp*AAAp xyPt/苯苯 甲苯甲苯kPa mmHg kPa mmHg80.1 101.3 760 39.3 29584.0 113.6 852 44.4 33388.0 127.6 957 50.6 379.592.0 14
7、3.7 1078 57.6 43296.0 160.5 1204 65.7 492.5100.0 179.2 1344 74.5 559104.0 199.3 1495 83.3 625108.0 221.2 1659 93.9 704.5110.8 233.0 1748 101.3 760苯苯-甲苯在不同温度下的蒸汽压甲苯在不同温度下的蒸汽压t/ x y 80.1 1.00 1.00 2.58 84.0 0.823 0.923 2.56 88.0 0.659 0.830 2.5292.0 0.508 0.721 2.5096.0 0.376 0.596 2.45100.0 0.256 0.4
8、53 2.40104.0 0.155 0.304 2.39108.0 0.058 0.128 2.36110.8 0.00 0.00 2.30苯苯-甲苯的汽液平衡数据甲苯的汽液平衡数据2022-6-5第六章 精 馏82 2、（、（t-x-y）相图）相图xBCDEt1t2t3t4t5tx(y)液相线（泡点线）液相线（泡点线）气相线（露点线气相线（露点线）三区：液相区、三区：液相区、 汽液共存区汽液共存区 汽相区汽相区两线：泡点曲线、两线：泡点曲线、 露点曲线露点曲线五点：五点：A、B、C、D、E一原理：扛杆原理一原理：扛杆原理xyAL(x-x)=V(y-x)2022-6-5第六章 精 馏93 3
9、 、气液相平衡图（、气液相平衡图（x-y图）图）沸点沸点-组成（组成（t-x-y)图图 txy 图图x-y图图t1t2x1x2y1y2y1y2x1x22022-6-5第六章 精 馏10v 对角线为对角线为 x=y x=y 的直线，作查图时参考用。的直线，作查图时参考用。v 平衡线一般都位于对角线上方。平衡线一般都位于对角线上方。v 平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。v 在总压变化不大时，外压的影响可忽略。在总压变化不大时，外压的影响可忽略。2022-6-5第六章 精 馏11三、挥发度及相对挥发度三、挥发度及相对挥发度1、挥发度、挥发度：若为纯液
10、体时，若为纯液体时， A =p p* *A A。A = pA / xA B = pB / xBAA BBAABBpxpx2、相对挥发度、相对挥发度溶液中两组分挥发度之比。溶液中两组分挥发度之比。在一定温度下，某组分在蒸气中的分压和与之平在一定温度下，某组分在蒸气中的分压和与之平衡的液相中该组分的衡的液相中该组分的 摩尔分率之比。摩尔分率之比。2022-6-5第六章 精 馏12压力不太高时AAABA BBBBApxpxpxpx*ABAABABABBABpxp xxppxp xxp对理想溶液: ABABBABAPyxyxPyxyxAABByxyxv 对近似理想的体系，对近似理想的体系，ABAB随温
11、度变化小，随温度变化小，2022-6-5第六章 精 馏133、用相对挥发度表示的气液相平衡方程用相对挥发度表示的气液相平衡方程AABByxyx11AAAAyxyx11AAAAyxxy1AAAAxyxx11AAxx1AAAyxy11AAAxyxv =1 =1，y yA A=x=xA A，不可分离；，不可分离；v 1 1 1 ，可以分离；，可以分离；v =f(T,p), =f(T,p),可采用几何平均值：可采用几何平均值：nnn 2022-6-5第六章 精 馏142022-6-5第六章 精 馏15u 最大误差只有最大误差只有2%左右。左右。x y(表6-2来 y(从计算来) 1.00 1.00 1
12、.00 2.580.823 0.923 0.919 2.560.659 0.830 0.826 2.520.508 0.720 0.717 2.500.376 0.596 0.596 2.450.256 0.453 0.455 2.400.155 0.304 0.310 2.390.058 0.128 0.131 2.360.00 0.00 0.00 2.30 用平均相对挥发度计算的苯用平均相对挥发度计算的苯-甲苯气液平衡数据甲苯气液平衡数据2022-6-5第六章 精 馏16四、四、 双组分非理想溶液双组分非理想溶液1 1、具有正偏差的体系、具有正偏差的体系txyyx乙醇乙醇- -水水在这种溶
13、液内，组分在这种溶液内，组分A A、B B分分子间作用力子间作用力F FABAB比纯组分比纯组分A A的的分子间作用力分子间作用力F FAAAA或纯组分或纯组分B B的分子间作用力的分子间作用力F FBBBB小。小。v蒸汽压偏高。蒸汽压偏高。v汽相线下移。汽相线下移。v一定条件下具有最低恒沸点。一定条件下具有最低恒沸点。v不能得到某一组分的纯物质。不能得到某一组分的纯物质。乙醇乙醇-苯，乙醇苯，乙醇-乙酸乙酯，丙醇乙酸乙酯，丙醇-水，水，水水-丁醇，戊醇丁醇，戊醇-乙酸戊酯，水乙酸戊酯，水-丙酸等丙酸等2022-6-5第六章 精 馏172022-6-5第六章 精 馏18硝酸硝酸- -水（负偏差
14、）水（负偏差）t( )x yyx2 2、具有负偏差的体系、具有负偏差的体系在这种溶液内，组分在这种溶液内，组分A A、B B分分子间作用力子间作用力F FABAB比纯组分比纯组分A A的的分子间作用力分子间作用力F FAAAA或纯组分或纯组分B B的分子间作用力的分子间作用力F FBBBB大。大。v蒸汽压偏低。蒸汽压偏低。v液相线上移。液相线上移。v一定条件下一定条件下具有最高恒沸点。具有最高恒沸点。v不能得到某一组分的纯物质。不能得到某一组分的纯物质。水水-硫酸，氯化氢硫酸，氯化氢-水，溴化氢水，溴化氢-水，水，水水-过氯酸，丙酮过氯酸，丙酮-氯仿等体系。氯仿等体系。2022-6-5第六章
15、精 馏192022-6-5第六章 精 馏202022-6-5第六章 精 馏211、压力变化不大时、压力变化不大时u 对泡点有明显影响，对对泡点有明显影响，对t-x-y相图影响较大；相图影响较大；u 对相对挥发度影响小，对对相对挥发度影响小，对x-y相图影响小。相图影响小。2、压力有显著变化时、压力有显著变化时(1) 压力显著增加压力显著增加u 相对挥发度减小，相对挥发度减小，x-y相图上平衡线下移。相图上平衡线下移。u 压力过度增加，平衡线与对角相交，形成恒沸点。压力过度增加，平衡线与对角相交，形成恒沸点。u 恒沸点组成随压力的增加程度而变化。恒沸点组成随压力的增加程度而变化。五、压力对汽液平
16、衡的影响五、压力对汽液平衡的影响2022-6-5第六章 精 馏22压力对于压力对于N2-O2体系平衡的影响体系平衡的影响2022-6-5第六章 精 馏23(2) 压力显著减小压力显著减小u 相对挥发度增加，相对挥发度增加，x-y相图上平衡线上移。相图上平衡线上移。u 恒沸点组成发生变化。恒沸点组成发生变化。u 压力降低到一定程度，原来的恒沸点消失。压力降低到一定程度，原来的恒沸点消失。u 组分的相对分子质量越大，沸点降低的趋势越大。组分的相对分子质量越大，沸点降低的趋势越大。乙醇乙醇-水体系的恒沸组成随系统压力的变化水体系的恒沸组成随系统压力的变化系统压力系统压力/kPa 193.4 101.
17、3 26.4 12.7 9.3恒沸组成恒沸组成x水水 0.113 0.106 0.067 0.013 0.02022-6-5第六章 精 馏242022-6-5第六章 精 馏25作业：作业：P243- 1，82022-6-5第六章 精 馏26第二节第二节 简单蒸馏简单蒸馏一、简单蒸馏一、简单蒸馏使混合液在蒸馏釜中使混合液在蒸馏釜中逐渐受热气化，并不逐渐受热气化，并不断将生成的蒸气引入断将生成的蒸气引入冷凝器，以达到混合冷凝器，以达到混合液中各组分得以分离液中各组分得以分离的方法，称为简单蒸的方法，称为简单蒸馏或微分蒸馏。馏或微分蒸馏。1、原理、原理x1y12022-6-5第六章 精 馏272 2
18、、简单蒸馏特点：、简单蒸馏特点：v 只能得到不同沸程段只能得到不同沸程段的馏出液。的馏出液。v 一次加料，釜内及馏一次加料，釜内及馏出液的含量不断变化。出液的含量不断变化。v 产物组成与残液间只产物组成与残液间只存在物料衡算关系，无存在物料衡算关系，无平衡关系。平衡关系。v 沸点差较大的混合液；沸点差较大的混合液； v 分离含量要求不高的情况；分离含量要求不高的情况； v 粗加工过程。粗加工过程。3 3、应用：、应用：FW1D2D3D2022-6-5第六章 精 馏28二、平衡蒸馏（闪蒸）二、平衡蒸馏（闪蒸）FDW将混合液加热到泡点以上，保持汽液共存进入闪发将混合液加热到泡点以上，保持汽液共存进
19、入闪发塔，闪发分离出蒸汽和残液的蒸馏。塔，闪发分离出蒸汽和残液的蒸馏。1、原理、原理xCtx(y)xy2022-6-5第六章 精 馏292 2、特点：、特点：v 也只能得到混合物而不也只能得到混合物而不 能得到纯净物。能得到纯净物。v 较低温度下获得较多气较低温度下获得较多气 体馏分。体馏分。v 产物组成与残液间存在产物组成与残液间存在 相平衡关系。相平衡关系。v 高温易分解的物料分离；高温易分解的物料分离； v 石油精馏前的预处理；石油精馏前的预处理； v 粗加工过程。粗加工过程。3 3、应用：、应用：2022-6-5第六章 精 馏30第三节第三节 连续精馏连续精馏连续精馏的概念连续精馏操作
20、就是在同一设备内多次而连续精馏操作就是在同一设备内多次而且同时运用部分气化和冷凝的方法，以且同时运用部分气化和冷凝的方法，以得到接近于纯的易挥发组分和接近于纯得到接近于纯的易挥发组分和接近于纯的难挥发组分的操作。的难挥发组分的操作。2022-6-5第六章 精 馏31一、一、 精馏原理精馏原理xtA1A2A3A4A1B2B3B4B1 1、部分气化部分冷凝、部分气化部分冷凝液相进行多次的部液相进行多次的部分气化可以得到纯的分气化可以得到纯的难挥发组分。难挥发组分。汽相进行多次的部汽相进行多次的部分冷凝可以得到纯的分冷凝可以得到纯的易挥发组分。易挥发组分。2022-6-5第六章 精 馏32原料原料0
21、V冷凝器冷凝器1V2V1L2L加热器加热器加热器加热器冷凝器冷凝器加热器加热器0L1V1L2L2V2022-6-5第六章 精 馏332 2、汽液两相有温差、汽液两相有温差组成相近的体系，其组成相近的体系，其露点高于泡点，有温露点高于泡点，有温差，能自动进行热量差，能自动进行热量传递，同时就使蒸汽传递，同时就使蒸汽部分冷凝，液体部分部分冷凝，液体部分汽化。汽化。3 3、组分的摩尔相变热相近、组分的摩尔相变热相近可以使部分冷凝的部分汽化的量接近，汽液相的总量可以使部分冷凝的部分汽化的量接近，汽液相的总量变化不大。变化不大。t1t2x(y)2022-6-5第六章 精 馏34二、精馏塔中物相组成的变化
22、二、精馏塔中物相组成的变化x1 x2 x3 x4t4 t3 t2 t1 A1A2A3A4A1B2B3B4B1x2x3x4x12341y2y3y4yy1 y2 y3 y41、组成变化、组成变化2022-6-5第六章 精 馏352、操作情况、操作情况(1)、每层塔板都同时进行部分汽化和部分冷凝；、每层塔板都同时进行部分汽化和部分冷凝；(2)、汽相向上富集易挥发组分，液相向下富集难挥发组分、汽相向上富集易挥发组分，液相向下富集难挥发组分(3)、塔顶必须有一定的回流，塔底必须生成一定的蒸汽。、塔顶必须有一定的回流，塔底必须生成一定的蒸汽。(4)、进料在与其组成相近的那块塔板上。、进料在与其组成相近的那
23、块塔板上。3、精馏塔的分段、精馏塔的分段(1)、精馏段：进料口以上的部分。、精馏段：进料口以上的部分。(2)、提馏段：进料口以下的部分。、提馏段：进料口以下的部分。v 各塔板上的液相中易挥发组分浓度高于进料组成各塔板上的液相中易挥发组分浓度高于进料组成v 各塔板上的液相中难挥发组分浓度高于进料组成各塔板上的液相中难挥发组分浓度高于进料组成2022-6-5第六章 精 馏36三、回流比三、回流比R1、定义、定义塔顶蒸汽冷凝后，返回到精馏塔顶的量塔顶蒸汽冷凝后，返回到精馏塔顶的量L与馏出液与馏出液D之比值。之比值。R=L/Dv 蒸汽的总量为：蒸汽的总量为：V=L+D=RD+D=D（R+1）2、回流比
24、的意义、回流比的意义v 回流比越大，分离效率越高。回流比越大，分离效率越高。v 回流是连续精馏的基本条件之一。回流是连续精馏的基本条件之一。2022-6-5第六章 精 馏37四、精馏塔的精馏过程四、精馏塔的精馏过程v 馏出液馏出液v 回馏液回馏液v 全凝器全凝器v 再沸器再沸器v 加料板加料板v 精馏段精馏段v 提馏段提馏段 FxF进料进料1yV全全凝凝器器DxDLWyVWxW水蒸气水蒸气再沸器再沸器冷凝水冷凝水2022-6-5第六章 精 馏38、精馏塔组成：、精馏塔组成：塔体、塔板、填料、再沸器、冷凝器。塔体、塔板、填料、再沸器、冷凝器。塔底温度最高，越往上温度越低，塔顶温度最低。塔底温度最
25、高，越往上温度越低，塔顶温度最低。越往上易挥发组分含量越高，越往下难挥发组分越往上易挥发组分含量越高，越往下难挥发组分含量越高。含量越高。离开塔板的汽液两相达到平衡状态时，该塔板称离开塔板的汽液两相达到平衡状态时，该塔板称为理论塔板。为理论塔板。、温度分布规律：、温度分布规律：、气液组成的变化规律：、气液组成的变化规律：、理论塔板：、理论塔板：2022-6-5第六章 精 馏39nnxny1 nyVVL L第四节第四节 连续精馏理论连续精馏理论塔板数的计算塔板数的计算一、计算的条件一、计算的条件1 1、理论塔板假设、理论塔板假设离开塔板的汽液两相达离开塔板的汽液两相达到相平衡状态的塔板。到相平衡
26、状态的塔板。1AAAyxy11AAAxyx2022-6-5第六章 精 馏402、恒摩尔流假设、恒摩尔流假设nnxny1 nyVVL L(1)、恒摩尔气化、恒摩尔气化V1= V2= V3 = = VV1= V2= V3 = = V(2)、恒摩尔溢流、恒摩尔溢流L1 = L2= L3 = = LL1 = L2 = L3= =L每层塔板的上升气流量每层塔板的上升气流量都是都是分段分段相等；相等；每层塔板的下降液体流每层塔板的下降液体流量都是量都是分段分段相等；相等；2022-6-5第六章 精 馏41v 各组分的摩尔潜热相同；各组分的摩尔潜热相同；v 因温度不同，气液接触交因温度不同，气液接触交 换的
27、显热可忽略；换的显热可忽略；v 保温良好。保温良好。(3)、恒摩尔流假设的条件、恒摩尔流假设的条件2022-6-5第六章 精 馏423、塔顶全凝回流，塔底再沸器产生蒸汽、塔顶全凝回流，塔底再沸器产生蒸汽全凝回流使回流液组成与第一块塔板上的全凝回流使回流液组成与第一块塔板上的汽汽相组相组成相同。成相同。塔底产生蒸汽是部分汽化，相当于一个塔板。塔底产生蒸汽是部分汽化，相当于一个塔板。4、泡点进料、泡点进料V1= V2= V3 = = V1= V2= V3 = = VL1 = L2= L3 = = LL1 = L2 = L3= =L+F43/143(a)过过冷冷液液体体 (b)饱饱和和液液体体 (c
28、)汽汽液液混混合合物物 (d)饱饱和和蒸蒸汽汽 (e)过过热热蒸蒸汽汽VLLVFVLLVFVLLVFVLLVFVLLVF 001011qttqttqtttqttqttFFFFF，过热蒸汽：过热蒸汽：，饱和蒸汽：饱和蒸汽：，饱和液、汽混合物：饱和液、汽混合物：，饱和液体：饱和液体：，过冷液体：过冷液体：五种进料热状况五种进料热状况露露露露露露泡泡泡泡泡泡 FqVVqFLL) 1( V V， L L V =V， L L V L V V， L =L V V， L LLVFViiiiFLLq 五种进料情况：五种进料情况：2022-6-5第六章 精 馏44二、精馏段操作线方程二、精馏段操作线方程dDxL
29、n1V1ny1y1xnxnyVL总物料衡算：总物料衡算：V = L+D轻组分物料衡算：轻组分物料衡算：R=L/DV yn+1=Lxn + D xd1nndLDyxxVVndLDxxLDLD111ndRxxRR2022-6-5第六章 精 馏45精馏段操作线方程精馏段操作线方程111dRyxxRR1 RxDdxv 表明相邻两塔板间的表明相邻两塔板间的汽液组成的关系汽液组成的关系v 适合于整个精馏段适合于整个精馏段v 在在x-y相图上为一直线相图上为一直线v R、xd由工艺条件决定由工艺条件决定v x=xd时，时，y =xd与对角线交于与对角线交于x=xdv x=0时，时，y =xd/(R+1)，即
30、操作线在，即操作线在y轴上的截距。轴上的截距。2022-6-5第六章 精 馏46三、提馏段操作线方程三、提馏段操作线方程WxWmWy1 myVLF1 mmxL+F= V + W( L+F)xm = V ym+1 + WxWV = L+D，W=F-D，1mmwLFWyxxVV1mmwLFFDyxxLDLD111mwRffxxRR泡点进料时，提馏段的液相回流量为泡点进料时，提馏段的液相回流量为L+F：2022-6-5第六章 精 馏47提馏段操作线方程提馏段操作线方程111wRffyxxRRv 表示相邻塔板的汽液相组成关系。表示相邻塔板的汽液相组成关系。v 由操作条件确定由操作条件确定R R、f f
31、、x xw w。v f=F/D f=F/D，单位量馏出液所需进料量，单位量馏出液所需进料量，dwfwxxfxxv 提馏段操作线在提馏段操作线在x-yx-y相图上也是一条直线。相图上也是一条直线。v 当当x=xx=xw w时，时，y=xy=xw w, ,与对角线交于与对角线交于x xw w处。处。v 与精馏段操作线交于与精馏段操作线交于x xf f处处: :Lx+Dxd=(L+F)x-WxwFx=Dxd+Wxw=Fxfx= Fxf /F=xfdLDyxxLDLDwLFWyxxLDLD2022-6-5第六章 精 馏48Dx1 RxDFxWx2022-6-5第六章 精 馏49例：例：常压连续精馏时，
32、料液于泡点送入塔中。已知操常压连续精馏时，料液于泡点送入塔中。已知操 作线方程为：作线方程为： 精馏段精馏段 y=0.60 x+0.38 提馏段提馏段 y=1.40 x-0.02 求回流比、进料、馏出液、馏残液的组成。求回流比、进料、馏出液、馏残液的组成。解：根据精馏段的操作线方程：解：根据精馏段的操作线方程：0.60 +0.3811dxRyxxRR得：得：0.61RR0.381dxR则：则：R=1.5，xd=0.95根据提馏段的操作线方程：根据提馏段的操作线方程：11.40 x-0.0211wRffyxxRR2022-6-5第六章 精 馏50得：得：1.51.401.51f10.021.51
33、wfx则：则：f=2.0，xw=0.05泡点进料，两段操作线相交于泡点进料，两段操作线相交于xf处，则解方程组：处，则解方程组：y=0.60 xf+0.38y =1.40 xf-0.02得：得：xf=0.50所以该精馏操作的回流比为所以该精馏操作的回流比为1.5，进料组成为，进料组成为0.50，馏出液组成为馏出液组成为0.95、馏残液组成为、馏残液组成为0.05.。2022-6-5第六章 精 馏51理论板数的确定理论板数的确定 在分析精馏原理时曾提及理论板的概念。所在分析精馏原理时曾提及理论板的概念。所谓理论板是指离开这种板的气液两相互成平衡，谓理论板是指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板
34、上的液相组成也可视为均匀一致的。实而且塔板上的液相组成也可视为均匀一致的。实际上，由于塔板上气液间接触面积和接触时间是际上，由于塔板上气液间接触面积和接触时间是有限的，因此在任何型式的塔板上气液两相都难有限的，因此在任何型式的塔板上气液两相都难以达到平衡状态，也就是说理论板是不存在的。以达到平衡状态，也就是说理论板是不存在的。理论板仅是作为衡量实际板分离效率的依据和标理论板仅是作为衡量实际板分离效率的依据和标准，它是一种理想板。准，它是一种理想板。2022-6-5第六章 精 馏52FxFDxDL1y2y2xnx1my1mxmxWyWxW1x)1(111 RxxRRyDnn11(2)11mmWR
35、ffyxxRR(3)(1)yxy ) 3 ( ) 1(1x2y )3( ) 1 ( )3( )2( )2(2x3y1my2my1mxnxFxmxWx1yxD N = n + m - 1四、逐板计算法求理论板数四、逐板计算法求理论板数2022-6-5第六章 精 馏53逐板计算法逐板计算法xD = y1 由气液平衡由气液平衡x1由操作线方程由操作线方程y2依此类推至依此类推至xn xF按提留段操作线方程按提留段操作线方程由由xF = x1y2由气液平衡由气液平衡x2xn xW依此类推至依此类推至2022-6-5第六章 精 馏542022-6-5第六章 精 馏55例例：进料为苯：进料为苯-甲苯混合物
36、，其中甲苯混合物，其中xf=0.5，要求馏出液中，要求馏出液中xd=0.95，馏残液中，馏残液中xw 0.05，选用回流比为，选用回流比为2，设苯，设苯-甲苯甲苯体系在常压下的相对挥发度为体系在常压下的相对挥发度为2.45，试用逐板计算法求所，试用逐板计算法求所需的理论塔板数。需的理论塔板数。解解：已知：已知 xd=0.95，xw=0. 05，xf=0.50，R=2，=2.45则则0 950 0520 500 05dwfwxx.fxx.精馏段操作线方程：精馏段操作线方程：120 9533nn.yx提馏段操作线方程：提馏段操作线方程：140 0533n mn m.yx平衡关系：平衡关系：12 4
37、51 45nnnnnyyxy.y2022-6-5第六章 精 馏56第一块板：第一块板：10 95dyx.10 950 8662 45 1 45 0 95.x.第二块板：第二块板：220 950 8660 90833.y.20 9080 8012 45 1 45 0 908.x.板数12345y0.950.908 0.851 0.784 0.715x0.886 0.801 0.700 0.594 0.506进料组成进料组成xf=0.5，因此进料在第五块板，因此进料在第五块板，x5取取0.503。2022-6-5第六章 精 馏57从第六块板按提馏段操作线计算，且从第六块板按提馏段操作线计算，且x5
38、=0.503第六块板：第六块板：640 050 5030 65433.y.60 6540 4362 451 45 0 654.x.板数67891011y0.654 0.565 0.446 0.313 0.1950.102x0.436 0.347 0.247 0.157 0.0890.044v 得到理论塔板数得到理论塔板数1111个，减去塔釜一个，为个，减去塔釜一个，为1010个。个。v 适用理想或接于理想的体系。适用理想或接于理想的体系。2022-6-5第六章 精 馏58五、图解法求理论板数五、图解法求理论板数39Dx1 RxDFxWx11122223951( ,)1( ,)2(,)2(,)x
39、 yx yxyxy理论板数加料板12345678910122022-6-5第六章 精 馏59图解法的步骤：图解法的步骤：v 在直角坐标系上绘出待分离混合液的在直角坐标系上绘出待分离混合液的x-y相平衡曲线及相平衡曲线及对角线对角线y=x；v 在在x轴上作垂线轴上作垂线x=xD与对角线相交于与对角线相交于a，再按精馏段操，再按精馏段操作线的截距作线的截距xD /（R+1），在），在y轴上轴上 定出点定出点b。连接。连接ab，得精馏段操作线。得精馏段操作线。v 在在x轴上作垂线轴上作垂线x=xf与精馏段操作线与精馏段操作线ab交于点交于点d。再在。再在x轴上作垂线轴上作垂线x=xw与对角线相交于与
40、对角线相交于c，再将点，再将点c与点与点d相连相连得提留段操作线得提留段操作线cd。v 从点从点a开始，在操作线与平衡线之间绘出水平线与垂线开始，在操作线与平衡线之间绘出水平线与垂线组成的阶梯。每一个阶梯，代表一层理论板，梯级总组成的阶梯。每一个阶梯，代表一层理论板，梯级总数即为理论板总层数。数即为理论板总层数。2022-6-5第六章 精 馏60六、回流比的影响与选择六、回流比的影响与选择1、全回流、全回流全回流：全回流：R= D = 0 V=L全回流时操作线为对角线。全回流时操作线为对角线。全回流时所需理论塔板数最少。全回流时所需理论塔板数最少。2022-6-5第六章 精 馏61求最小回流比
41、的方法求最小回流比的方法:2、最小回流比、最小回流比RM1 mDRxDFxxdfywx11dMffMMxRyxRR1fMMfdyRR xxMffdfRyxxydfMffxyRyx最小回流比是在特定的最小回流比是在特定的x xd d、x xw w下的；下的； 实际回流比实际回流比 R=1.55 RM， 常用常用 R=1.52.5 RM 2022-6-5第六章 精 馏62对于偏差较大的体系，对于偏差较大的体系，y-x线下凹的体系：线下凹的体系：OB1dMxOBRdMxOBROB2022-6-5第六章 精 馏63费费用用mR操操作作费费总总费费用用设设备备费费R（适宜）（适宜）R 1 52 5（适宜
42、）MR. .R3、适宜回流比选择、适宜回流比选择2022-6-5第六章 精 馏64七、捷算法求理论塔板数七、捷算法求理论塔板数芬斯克芬斯克-吉利兰特（吉利兰特（Fenske-Gilliand)估算法估算法1、求全回流下的理论塔板数、求全回流下的理论塔板数NM对于理想体系：对于理想体系：AABByxyx 则：则：1111AABByxyx 2222AABByxyx 全回流时操作线：全回流时操作线：1nnyx则：则：21AAyx21BByx1111AABByxyx 22AByy 222ABxx 333ABxx NANBNxx 2022-6-5第六章 精 馏6511NAANBBNyxyx 其中：其中：
43、1Adyx11BdyxANwxx1BNwxx11Ndwdwxxxx 代入：代入：两边取对数：两边取对数：lnlnln11dwdwxxNxx lnln11lndwdwMxxxxN 1ln1lndwwdxxxx 对于精馏段：对于精馏段：1ln1lnfdfdMxxxxN v 取塔两端的平均值。取塔两端的平均值。2022-6-5第六章 精 馏662、求最小回流比、求最小回流比RM对理想体系：对理想体系：dfMffxyRyx其中：其中：11fffxyx 3、求理论塔板数、求理论塔板数N吉利兰特图吉利兰特图1MNNN与与1MRRR曲线曲线2022-6-5第六章 精 馏67计算计算Nm1MRRR1MNNNR
44、m R 横坐标横坐标作垂线作垂线交点交点 水平线水平线交纵坐交纵坐N2022-6-5第六章 精 馏68例例：苯：苯-甲苯体系的平均挥发度为甲苯体系的平均挥发度为2.45 ，若，若xf=0.5，xd=0.95， xw = 0.05，R=2，试用捷算法求理论塔板数。，试用捷算法求理论塔板数。解解：先求最小回流比：先求最小回流比：11fffxyx 2.45 0.501 1.45 0.50 0.71dfMffxyRyx0.950.710.710.501.14则：则：21.140.287121MRRR查图得：查图得：0.391MNMN其中其中1ln1lndwwdMxxxxN 0.95 10.05ln0.
45、05 10.956.6ln2.452022-6-5第六章 精 馏696.60.391NN6.60.3911.51210.39N若只计算精馏段：若只计算精馏段：10.95 10.50lnln10.50 10.953.3lnln2.45fdfdMxxxxN 3.30.391NN3.30.396.010.39Nv 捷算法的结果与前面逐板计算的基本一致。捷算法的结果与前面逐板计算的基本一致。v 捷算法适合泡点进料的理想或接近理想的体系。捷算法适合泡点进料的理想或接近理想的体系。v 捷算法有一定误差，可作预算或概算用。捷算法有一定误差，可作预算或概算用。计算结果：总的理论塔板计算结果：总的理论塔板121
46、2块，在第六块进料。块，在第六块进料。2022-6-5第六章 精 馏701*1nnMGnnyyEyy1、单板效率、单板效率(莫弗里板效率莫弗里板效率)(1) 气相莫弗里板效率气相莫弗里板效率(EMG)(2) 液相莫弗里板效率液相莫弗里板效率(EML)*nnyx: 与: 与成成平平衡衡的的气气相相组组成成。1*1*nnMLnnnnxxExxxy: 与: 与成成平平衡衡的的液液相相组组成成。八、实际塔板数和板效率八、实际塔板数和板效率2022-6-5第六章 精 馏71实际塔板数：因为实际塔板上不能达到平衡状态，故实际塔板数：因为实际塔板上不能达到平衡状态，故 实际所需塔板数总是大于理论塔板数。实际
47、所需塔板数总是大于理论塔板数。2、全塔全塔板效率板效率%100%1000PTNNE实际塔板数理论塔板数u 全塔效率通常在全塔效率通常在(0.20.8);u 双组分混合液多在双组分混合液多在(0.50.7)2022-6-5第六章 精 馏72作业作业:9，13，18，19，20，21，222022-6-5第六章 精 馏73第五节第五节 板式塔板式塔板式塔板式塔泡罩塔、伞帽塔泡罩塔、伞帽塔浮阀塔浮阀塔筛板塔筛板塔舌形塔舌形塔浮舌塔浮舌塔浮动喷塔浮动喷塔斜孔塔斜孔塔筛孔塔筛孔塔栅板塔栅板塔鼓泡塔鼓泡塔喷射塔喷射塔穿流塔穿流塔有降液管有降液管无降液管无降液管2022-6-5第六章 精 馏74一、泡罩塔一
48、、泡罩塔1、结构、结构塔板、溢流堰、降液管塔板、溢流堰、降液管升气管、泡罩升气管、泡罩2、特点、特点优点：操作稳定，升气优点：操作稳定，升气管使泡罩塔板低气速下管使泡罩塔板低气速下也不致产生严重的漏液也不致产生严重的漏液现象，故弹性大。现象，故弹性大。缺点：结构复杂，造价缺点：结构复杂，造价高，塔板压降大，生产高，塔板压降大，生产强度低。强度低。2022-6-5第六章 精 馏75泡罩塔泡罩塔2022-6-5第六章 精 馏76泡罩直径：泡罩直径：801001502022-6-5第六章 精 馏772022-6-5第六章 精 馏78泡罩塔操作泡罩塔操作液量过小液量过小气体直接排开液体上升气体直接排开
49、液体上升液量过大液量过大液体从泡罩升气管流下液体从泡罩升气管流下（倾流）（倾流）气量过小气量过小脉冲鼓泡脉冲鼓泡气量过大气量过大雾沫夹带雾沫夹带气、液量均很大气、液量均很大液泛液泛2022-6-5第六章 精 馏791、操作弹性大，在气、液负荷波动较大时仍能保持较恒定的、操作弹性大，在气、液负荷波动较大时仍能保持较恒定的塔板效率。塔板效率。2、对物料适应性强，塔板不易堵塞。、对物料适应性强，塔板不易堵塞。泡罩塔优点泡罩塔优点1、结构复杂，金属耗量大，造价高，安装和维修不方便。、结构复杂，金属耗量大，造价高，安装和维修不方便。2、气体压力降大，雾沫夹带较严重，因此限制了气速的提高，、气体压力降大，
50、雾沫夹带较严重，因此限制了气速的提高，生产能力不大。生产能力不大。泡罩塔缺点泡罩塔缺点2022-6-5第六章 精 馏80二、浮阀塔二、浮阀塔浮阀结构（浮阀结构（F1）三阀脚：导向、保持位置三阀脚：导向、保持位置 控制最大开度。控制最大开度。三定距片：控制静开度。三定距片：控制静开度。无升气管。无升气管。园形、直径园形、直径48mm重阀重阀33克，轻阀克，轻阀25克克特点特点生产能力大：比泡罩塔提高生产能力大：比泡罩塔提高2030%操作弹性大：操作弹性大：79（泡罩塔（泡罩塔45，筛板塔，筛板塔23）液面差小，气体分布均匀，阻力小，可用于减压精馏。液面差小，气体分布均匀，阻力小，可用于减压精馏。
