1、第第9章章 精馏精馏 典型例题题解典型例题题解00BApp t 总压、温度对相平衡的影响总压、温度对相平衡的影响蒸馏的压强增高，泡点升高，蒸馏的压强增高，泡点升高，相对挥发度减小，分离困难。相对挥发度减小，分离困难。00000BBAAAAApPppPpPxpy 对于理想溶液对于理想溶液PAyP总之，蒸馏宜选用较低的操作压强，较低的操作温度（汽相、液相共存温度），总之，蒸馏宜选用较低的操作压强，较低的操作温度（汽相、液相共存温度），有利于组分之间的分离。有利于组分之间的分离。例：平衡蒸馏与简单蒸馏的比较例：平衡蒸馏与简单蒸馏的比较将含苯为将含苯为 0.7 （摩尔分数，下同），甲苯（摩尔分数，下同
2、），甲苯 0.3 的溶液加热汽化，汽的溶液加热汽化，汽化率为化率为 1/3 。已知物系的相对挥发度为。已知物系的相对挥发度为 2.47 ，试计算：，试计算：（1）作平衡蒸馏时，汽相与液相产物的组成；）作平衡蒸馏时，汽相与液相产物的组成；（2）作简单蒸馏时，汽相产物的平均组成及残液组成。）作简单蒸馏时，汽相产物的平均组成及残液组成。解：解：（1）平衡蒸馏）平衡蒸馏32311 q13/27 . 013/23/211 xqxxqqyF10. 22 xy xxxxy47. 1147. 211 解得：解得：y=0.816 ; x=0.642（2）简单蒸馏）简单蒸馏5 . 132121 WW 122121
3、11lnln11lnxxxxWW 7 . 011ln47. 27 . 0ln47. 115 . 1ln22xx解得：解得：x2=0.633 221121xWxWWWy 834. 0321633. 0327 . 0212211 WWxWxWy（1）平衡蒸馏）平衡蒸馏解得：解得：y=0.816 ; x=0.642et原因是：简单蒸馏始终在最低（泡点）原因是：简单蒸馏始终在最低（泡点）的温度下操作，相对挥发度比较大，即的温度下操作，相对挥发度比较大，即在较低的温度下，重组分不易挥发，故在较低的温度下，重组分不易挥发，故所汽化的组分中轻组分浓度大。所汽化的组分中轻组分浓度大。例例1:某连续精馏塔，泡点
4、进料，已知操作线方程如下：某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下：精馏段精馏段(rectifying section)：提馏段提馏段(stripping section)：172. 08 . 0 xy018. 03 . 1 xy试求：试求：原料液组成、馏出液组成、釜液组成、回流比。原料液组成、馏出液组成、釜液组成、回流比。解：解：8 . 01 RR4 R172. 01 RxD86. 0 Dx或或xyxy 172. 08 . 0交点的横坐标交点的横坐标 x=xD=0.86因为是泡点进料因为是泡点进料018. 03 . 1172. 08 . 0 xyxy交点的横坐标交点的横坐标 x=xF=0.
5、38xyxy 018. 03 . 1交点的横坐标交点的横坐标 x=xw=0.06或或wwxWLWxWLWWLxVWxVLy wxWLWxWLWy 13 . 0 WLW018. 03 . 0 wx 解得解得 xw=0.06例例2：双组分混合液，在一连续精馏塔中进行分离，已知料液泡点：双组分混合液，在一连续精馏塔中进行分离，已知料液泡点ts=367k xF=0.45 xD=0.96 xw=0.05 R=1.50 L/V=1.50 ，料液平，料液平均比热均比热 Cp=158kJ/(kmol.k) ，平均汽化潜热，平均汽化潜热 r=30400kJ/kmol求：料液进塔时的温度求：料液进塔时的温度 tF
6、解解:25. 205. 045. 005. 096. 0 wFwDxxxxDF DFDFqRDFqRDFqFRDqFRDWLLVL1 25. 2125. 250. 125. 250. 150. 1 qq解得解得 q=1.02 rttCrqFsp 304003671583040002. 1Ft 解得解得 tF=363k例例3：有如图的精馏流程，以回收二元理想混合物中的易挥发组分：有如图的精馏流程，以回收二元理想混合物中的易挥发组分A ，塔，塔1和塔和塔2的回流比都是的回流比都是3 ，加料、回流均为饱和液体。已知：，加料、回流均为饱和液体。已知：xF=0.6 ,xD=0.9 ,xB=0.3 ,xT
7、=0.5（均为摩尔分数），（均为摩尔分数），F=100kmol/h 。整个流程可使易挥发组分整个流程可使易挥发组分A的回收率达的回收率达90% 。试求：。试求：1、塔、塔2的塔釜蒸发量；的塔釜蒸发量；2、写出塔、写出塔1中间段（中间段（FT)的操作线方程。的操作线方程。DxD,FxF ,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段解：解：FDFxDx hkmolxFxDDF/609 . 06 . 010090. 0 1#塔物料衡算：塔物料衡算：BDTFBxDxTxFxBDTF 解得：解得：hkmolT/30 hkmolB/70 2#塔物料衡算：塔物料衡算：WTB hkmol
8、TBW/403070 DxD,FxF ,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段2#塔：塔：31 TLRhkmolTL/9030331 hkmolBLL/1607090112 hkmolWLV/1204016022 1#塔：塔：hkmolRDL/1806031 hkmolFLL/280100180112 1#塔虚线所围范围物料衡算：塔虚线所围范围物料衡算：BVTL 22hkmolBTLV/240703028022 DxD,FxF ,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段1#塔虚线所围范围易挥发组分物料衡算：塔虚线所围范围易挥发组分物料衡算：BT
9、BxyVTxxL 22FT段操作线方程：段操作线方程：222VBxTxxVLyBT 数值代入，得：数值代入，得：025. 0167. 1 xyDxD,FxF ,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段2# 的的1段：段： hkmolTRV/12030131 hkmolRTL/90303 hkmolBLL/1607090 hkmolVV/120 或或hkmolWLV/12040160 DxD,FxF ,BxB,TxT,1#2#wxW ,1段段2段段3段段1段段2段段例例1：某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的气、液两相互成：某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的气、液两
10、相互成平衡。汽相作产品，液相作回流，见图，该系统符合恒摩尔流的假平衡。汽相作产品，液相作回流，见图，该系统符合恒摩尔流的假定，试推导此时的精馏段操作线方程。定，试推导此时的精馏段操作线方程。解：解：虚线范围物料衡算：虚线范围物料衡算：0DyLxVy VDyxVLy0 再分析分凝器与塔顶第一块再分析分凝器与塔顶第一块板之间的关系：板之间的关系：0yDx1yFDVL01DyLxVyD VDyxVLyD01 VL1VLVVD 0D1yVL1xVLy D010 xyyyVL 0D010D010yxyyy1xxyyyy 结论：符合操作线关系。结论：符合操作线关系。将操作线方程中的斜将操作线方程中的斜率和
11、截距用已知参数率和截距用已知参数表示出来表示出来 例例2：某精馏塔顶采用的是冷回流（即回流液的温度低于泡点温：某精馏塔顶采用的是冷回流（即回流液的温度低于泡点温度），其回流比为度），其回流比为R=L0/D （摩尔比，下同），而塔顶第一块板下（摩尔比，下同），而塔顶第一块板下方的回流比即为塔内实际回流比为方的回流比即为塔内实际回流比为R（内回流），（内回流），R=L/D ，试证明：，试证明：1、 rTTCrqqRRspm,:参参数数，其其中中回回流流液液的的热热状状态态2、冷回流时精馏段的操作线方程冷回流时精馏段的操作线方程形式不变，即形式不变，即111 RxxRRyDnn解：解：DRL0 DR
12、qLqL00 qRDLR DRqDRLqVV11100 DLR0 Dx1yFDVL0LDx0V DRqDRLqVV11100 DRLDDRqDRDRDV1 11111 RxxRRDRDxxDRRDVDxxVLyDnDnDnnDx1yFDVL0LDx0V结论：冷回流时精馏段的操作线方程形式不变。结论：冷回流时精馏段的操作线方程形式不变。例：例： 有两股原料，一股为有两股原料，一股为100kmol/h含苯含苯0.6（摩尔分率，下同）和含甲苯（摩尔分率，下同）和含甲苯0.4的的混合液。另一股为混合液。另一股为100kmol/h含苯含苯0.2（摩尔分率，下同）和含甲苯（摩尔分率，下同）和含甲苯0.8的
13、混合液。的混合液。拟用精馏操作进行分离，要求馏出液含苯拟用精馏操作进行分离，要求馏出液含苯0.9 ，釜液含苯，釜液含苯0.05 。塔顶设全凝器，。塔顶设全凝器，塔釜为水蒸气间接加热。操作回流比为塔釜为水蒸气间接加热。操作回流比为2 。问下述两种方案哪种方案所需的理论。问下述两种方案哪种方案所需的理论板数少？（板数少？（1）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上；）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上；（2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上。）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上。DxD,11,FxFwxW ,1段段2段段3段段22,FxF解：解： （1）两股原
14、料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上111 RxxRRyD段：段：第第全塔物料衡算全塔物料衡算WDffWxDxxFxFWDFF 221121hkmolWhkmolD/65.11735.82200,/35.82 hkmolDRVhkmolRDL/05.247)1(,/7 .164 hkmolFqVVhkmolFqLLq/05.247)1( ,/7 .264 , 111111 hkmolFqVVhkmolFqLLq/05.247)1( ,/7 .364 , 122222 DxD,11,FxFwxW ,1段段2段段3段段22,FxF第第2段：操作线方程段：
15、操作线方程DfDxxLxFyV 11 VFxDxxVLyfD 第第3段：操作线方程段：操作线方程VWxxVLywnn 1得：所需理论板得：所需理论板8块，自顶数第块，自顶数第3块为块为F1进料，第进料，第6块块为为F2进料。进料。（2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上度的塔板上DxD,FxF,wxW ,1段段2段段两股原料混合后的组成两股原料混合后的组成xf F、q=1hkmolFFFxFxFxfff/200, 4 . 0212211 hkmolWhkmolD/65.11735.82200,/35.82 111 RxxRRyD段：段：第第第第
16、2段：操作线方程段：操作线方程VWxxVLywnn 1得：所需理论板得：所需理论板10块，自顶数第块，自顶数第5块进料。块进料。例：例：2000年华东理工大学硕士入学考试试题年华东理工大学硕士入学考试试题 用连续精馏塔分离某双组分混合液，混合液中含易挥发组分用连续精馏塔分离某双组分混合液，混合液中含易挥发组分xF=0.4（摩尔分率，下同），原料以饱和液体状态加入塔中部，塔（摩尔分率，下同），原料以饱和液体状态加入塔中部，塔顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度=2 . 5 ，要求，要求塔顶产品浓度塔顶产品浓度xD=0.8 ，塔顶易挥发组分的回收
17、率，塔顶易挥发组分的回收率=0. 9 。塔釜间接。塔釜间接蒸汽加热。试求：（蒸汽加热。试求：（1）完成上述分离任务的最小回流比；）完成上述分离任务的最小回流比；（2）若）若R=1.5Rmin ,则进入塔顶第一块塔板的汽相组成为多少？则进入塔顶第一块塔板的汽相组成为多少？解：解：q线方程线方程4 . 0 Fxx平衡线方程平衡线方程 xxxxy5 . 115 . 211 4 . 0 Fexx625. 04 . 05 . 114 . 05 . 2 ey78. 04 . 0625. 0625. 08 . 0min eeeDxyyxR17. 178. 05 . 1 R117. 18 . 0117. 11
18、7. 1 xy8 . 01 Dxy 615. 08 . 05 . 15 . 28 . 01111 yyx 70. 017. 28 . 0615. 017. 217. 12 y例：华东理工大学例：华东理工大学1999年硕士入学考试试题年硕士入学考试试题 采用连续精馏塔分离某双组分混合物，进料组成为采用连续精馏塔分离某双组分混合物，进料组成为 0.4（易挥发（易挥发组分摩尔分率），进料汽液比为组分摩尔分率），进料汽液比为 1：1（摩尔量比）。塔顶泡点回流，（摩尔量比）。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶易挥发组分回收率达到塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶易挥发组分回收率达到98% ，塔釜，塔釜难挥
19、发组分回收率达到难挥发组分回收率达到99% 。已知该物系的相对挥发度为。已知该物系的相对挥发度为 3 试求：试求：（1）塔顶、塔底产品的组成和塔顶采出率；（）塔顶、塔底产品的组成和塔顶采出率；（2）Rmin（3）R=1.5Rmin ,试写出提馏段的操作线方程。试写出提馏段的操作线方程。解：（解：（1）FDxxFD %981 FwFwxxFDxFxW 11111%992 wDwFxxxxFD )1()2()3(FDxxFD98. 0 FDxxFw 1199. 01均代入（均代入（3）式）式 FDxFDxFDxxFDFFFF1199. 0198. 01199. 01解得：解得：4 . 0398.
20、0 FD98. 04 . 04 . 098. 098. 0 FDxxFD 01. 04 . 016 . 099. 011199. 01 FDxxFw（2）5 . 0 q8 . 011 xqxxqqyF xxxxy21311 解交点坐标解交点坐标(xe , ye )eeeDxyyxR minmin5 . 1RR qFRDL FqDRV 11 FqDRxDFxFqDRqFRDVWxxVLyww 1111 qFDRxFDxqFDRqFDRyw 11111例：华东理工大学例：华东理工大学1998年硕士入学考试试题年硕士入学考试试题 采用一连续操作的常压精馏塔，分离某采用一连续操作的常压精馏塔，分离某A
21、（轻组分）（轻组分）B（重组分）（重组分）双组分混合物，已知进料组成为双组分混合物，已知进料组成为 0.4（易挥发组分摩尔分率），进（易挥发组分摩尔分率），进料温度为料温度为50oC。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶产品。塔顶泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶产品含易挥发组分含易挥发组分95% ，塔釜产品含易挥发组分，塔釜产品含易挥发组分3% 。已知该物系的。已知该物系的相对挥发度为相对挥发度为 2. 5 ，实际操作回流比为，实际操作回流比为1.95 。 试求：（试求：（1）组分）组分A的回收率；（的回收率；（2）Rmin (3) 写出提馏段的操作线方程。写出提馏段的操作线方程。（4
22、）若塔顶第一块板下降的液相浓度为）若塔顶第一块板下降的液相浓度为 0. 9 ，求该塔板以气相组，求该塔板以气相组成表示的成表示的 Emv（由平衡数据已知，（由平衡数据已知，xf=0.4 , AB混合液的泡点为混合液的泡点为 95. 2oC ,定性温度定性温度下，原料液的下，原料液的 Cp=39kcal/(kmol.oC) , r=8800kcal/kmol )解：解：40. 003. 095. 003. 04 . 0 wDwfxxxxFD95. 04 . 095. 040. 01 FDxxFD 2 . 18800502 .953988000 rttCrqsp262 . 04 . 02 . 02
23、 . 111 xxqxxqqyF xxxxy5 . 115 . 211 44. 0 ex66. 0 ey32. 144. 066. 066. 095. 0min eeeDxyyxR qFDRxFDxqFDRqFDRyw 11111 013. 043. 12 . 114 . 0195. 103. 04 . 012 . 114 . 0195. 12 . 14 . 095. 1 xxy2*121yyyyEmv 95. 01 Dxy1112 RxxRRyD92. 0195. 195. 09 . 0195. 195. 12 y 96. 09 . 05 . 119 . 05 . 21111*1 xxy 7
24、5. 092. 096. 092. 095. 02*121 yyyyEmv例：例： 西北大学西北大学1999年硕士入学考试试题年硕士入学考试试题 两股组成不同的原料液两股组成不同的原料液分别预热至泡点，从塔分别预热至泡点，从塔的不同部位连续加入。的不同部位连续加入。已知：已知：xD=0.98 , xS=0.56xF=0.35 , xw=0.02 （均（均为易挥发组分的摩尔分为易挥发组分的摩尔分率）。物系的相对挥发率）。物系的相对挥发度度=2.4 ，S=0.2F试求：（试求：（1）塔顶易挥）塔顶易挥发组分的回收率；发组分的回收率；（2）为达到上述分离）为达到上述分离要求所需的要求所需的 Rmin
25、 .56. 0, sxS35. 0, FxF98. 0, DxD02. 0, wxW123解解:物料衡算：物料衡算：WDFF 2 . 0WDFF02. 098. 02 . 056. 035. 0 46. 0 FD98. 056. 02 . 035. 098. 046. 02 . 02 . 0 SFDSFDxxxFDxFFxDx 11221212:, 1VLVLLLVVq有有 解得：解得：56. 0, sxS35. 0, FxF98. 0, DxD02. 0, wxW123fx1e2e1ey2ey两股进料均为泡点，应根据两股进料均为泡点，应根据 哪哪股加料求股加料求 Rmin ？可能情况之一可能
26、情况之一:首先根据首先根据S确定确定Rmin11221212:, 1VLVLLLVVq有有 如果第如果第2段的操作段的操作线到线到e2点时，如点时，如图所示，则可以图所示，则可以按照按照S进料求进料求Rmin75. 056. 04 . 1156. 04 . 2ye 21. 156. 075. 075. 098. 0Rmin fx1e1ey2ey可能情况之二：可能情况之二：根据根据S股：股：75. 056. 04 . 1156. 04 . 2ye 21. 156. 075. 075. 098. 0Rmin 先根据先根据S确定确定Rmin如果第如果第2段的操作段的操作线到线到e2点时，如点时，如图
27、所示，则应该图所示，则应该按照按照S进料求进料求Rmin可能情况之三：可能情况之三：此时应根据第此时应根据第3段操段操作线的斜率作线的斜率,上推到上推到第第2段，再上推到第段，再上推到第1段确定段确定Rmin 。先根据先根据S确定确定Rmin如果第如果第2段的操作段的操作线到线到e2点时，出点时，出现了如图所示的现了如图所示的情况，则不能按情况，则不能按照照S进料求进料求Rminfx2esy2ey1eFDRFDRDRFFDRVL )1(2 . 1)1(2 . 0minminminmin3346. 0 FDfx2esy2eywfwexxxyVL 23356. 0)1(12 ffexxy 此时应根
28、据第此时应根据第3段操作线的斜率段操作线的斜率,上推到第上推到第2段，再上推到第段，再上推到第1段确段确定定Rmin 。46. 0 FD56. 0)1(12 ffexxy wfwexxxyFDRFDRVL 2minmin33)1(2 . 1636. 102. 035. 002. 056. 0)1(46. 02 . 146. 0minmin RR53. 1min R如果考虑不周全，仅根据如果考虑不周全，仅根据S股股进料，得出进料，得出Rmin=1.21的错误的错误结论结论。53. 1min Rfx2esy2ey例例某二组分混合物用连续精馏分离，进料的摩尔分数为某二组分混合物用连续精馏分离，进料的
29、摩尔分数为0.5，泡点进料。，泡点进料。系统的相对挥发度为系统的相对挥发度为2 ，塔顶出料量是进料的，塔顶出料量是进料的60%（摩尔比）。如（摩尔比）。如果所用精馏塔的理论板数为无穷多，试分析并计算：果所用精馏塔的理论板数为无穷多，试分析并计算：（1）R=0.8时，塔顶和塔底的组成各为多少？时，塔顶和塔底的组成各为多少？（2）R=1.5时，塔顶和塔底的组成各为多少？并绘出操作线示意图。时，塔顶和塔底的组成各为多少？并绘出操作线示意图。解：所用精馏塔的理论板数为解：所用精馏塔的理论板数为无穷多，操作线与平衡线可以无穷多，操作线与平衡线可以出现交点，在三处有可能出现：出现交点，在三处有可能出现：（
30、1）在进料处操作线与平衡）在进料处操作线与平衡线的夹点线的夹点e ，（2）xD=1.0处，处，（3）xw=0处。处。物料平衡对于精馏分离极限的制约物料平衡对于精馏分离极限的制约（1）R=0.8 先设在进料处出现挟点，则先设在进料处出现挟点，则R=0.8为为Rmin1 q5 . 0 efxx667. 0)1(1 eeexxy eDeDxxyxRR 1minmin8 . 0 Dx解得解得通过物料衡算计算通过物料衡算计算xw ，并判断是否合理。，并判断是否合理。005. 06 . 018 . 06 . 05 . 01 FDxFDxxDfw故假设在进料处出现夹点合理。故假设在进料处出现夹点合理。（2）
31、R=1.5时，仍然假设在进料处出现挟点，时，仍然假设在进料处出现挟点，5 . 0667. 015 . 15 . 1 DDxx917. 0 Dx解得解得通过物料衡算计算通过物料衡算计算xw ，并判断是否合理。，并判断是否合理。故假设在进料处出现夹点不合理，故假设在进料处出现夹点不合理，至大只能是至大只能是xw=0 。005. 06 . 01917. 06 . 05 . 01 FDxFDxxDfw设在设在xw=0处出现交点，处出现交点，0 wx物料衡算计算物料衡算计算xD833. 06 . 05 . 0 FDxDFxxffD故，合理。故，合理。 连续连续 精馏装置的热量平衡精馏装置的热量平衡lwD
32、CfBQQQQQQ BBBrFqDRrVQ 11FiQff CCCrDRVrQ 1DiQDD WiQww bwlttAQ 如果如果F、D、W保持不变，若回流比保持不变，若回流比R已定，已定，QB+Qf 则总量已定。则总量已定。CQDQlQfQBQwQFxDxwx为什么为什么 q 值增大（冷态，值增大（冷态，Qf数值减小），数值减小），所需要的所需要的NT减少呢？减少呢？lwDCfBQQQQQQ （1）回流比）回流比R一定一定精馏操作所需要的总热流量一定。精馏操作所需要的总热流量一定。若若q值增加，值增加，Qf减小，则意味着减小，则意味着QB增加了，增加了，这样达到预定分离程度所需要的这样达到预
33、定分离程度所需要的NT数量数量减少。减少。QB值大，使值大，使NT减小的原因：减小的原因： QB值大，意味着值大，意味着 数值大，数值大，V数值小，数值小，VL使得提馏段操作线与平衡线距离增大，传使得提馏段操作线与平衡线距离增大，传质推动力增大，故所需质推动力增大，故所需NT减少。减少。根据热量平衡原理根据热量平衡原理 和和 理论塔板数的求解，分析进料热状态的选择，分为理论塔板数的求解，分析进料热状态的选择，分为2种情况种情况结论：结论：在需要总热量一定的情况下，热量应从塔釜（再沸器）加入，而不在需要总热量一定的情况下，热量应从塔釜（再沸器）加入，而不应该是从原料带入。即：热量应从塔底（塔釜）
34、加入。应该是从原料带入。即：热量应从塔底（塔釜）加入。为什么为什么 当当Qt一定时，一定时，QB增加，可以使得增加，可以使得N减少？减少？（2）如果塔釜加热能力一定（即）如果塔釜加热能力一定（即 一定，一定，QB一定）时，加料热状一定）时，加料热状态变化，对于态变化，对于NT的影响的影响 VlwDCfBQQQQQQ CCCrDRVrQ 1若若Qf增加增加，则提供给精馏操作的总热量增加，意味着，则提供给精馏操作的总热量增加，意味着Qc增加了（消耗更多的冷增加了（消耗更多的冷量），回流比量），回流比 R 增加了，传质推动力增加了，故所需要的增加了，传质推动力增加了，故所需要的NT可以减少。可以减少
35、。结论：结论： 精馏操作，热量尽量加在塔底；冷量尽量加在塔顶。精馏操作，热量尽量加在塔底；冷量尽量加在塔顶。如果是饱和水蒸气，如果是饱和水蒸气，q=0 ,水蒸气的流率为水蒸气的流率为S Sq10V qSLW OHOHCH,OHNH2323 精馏段操作线、进料线不变，提馏段精馏段操作线、进料线不变，提馏段操作线有了变化。操作线有了变化。水蒸气直接加热的精馏水蒸气直接加热的精馏水蒸气的热状态参数为水蒸气的热状态参数为q WLSV ,提馏段轻组分衡算提馏段轻组分衡算WWxyVxL VWxxVLywnn 1SWxxSWywnn 1过点（过点（xw , 0）全塔物料衡算全塔物料衡算wDfWxDxFxWD
36、SF WDwfxxFSxxFD )1(FDFSFW 1塔釜间接加热时的物料衡算塔釜间接加热时的物料衡算WDF wDFWxDxFx FDFWxxxxFDwDwf 1,水蒸气直接加热精馏的物料衡算水蒸气直接加热精馏的物料衡算分析直接蒸汽加热提馏段方程式的特点：分析直接蒸汽加热提馏段方程式的特点：wnnxSWxSWy 1过点（过点（xw , 0）wxfxDx1Rxx1RRyD 11 qxxqqyf直接蒸汽加热与间接釜式加热相比较：直接蒸汽加热与间接釜式加热相比较：分分2种情况种情况第一种情况：第一种情况：F、xf 、q 、R 、xD 、xW 相同，比较热能消耗、轻组分的回收率和相同，比较热能消耗、轻
37、组分的回收率和N由于由于S直接进入塔釜，出塔的物料总量（直接进入塔釜，出塔的物料总量（D+W）必然增加。）必然增加。D? W?WDwfxxFSxxFD )1(FDFSFW 1塔釜间接加热时的物料衡算塔釜间接加热时的物料衡算WDF wDFWxDxFx FDFWxxxxFDwDwf 1,wDfWxDxFxWDSF 间接间接直接直接 FDFD。水水蒸蒸气气直直接接加加热热能能耗耗小小间间接接直直接接 VFqDRV)1()1( WD, fDFxDx wxfxDxwxfxDx间间接接直直接接TTNN第一种情况：第一种情况：F、xf 、q 、R 、xD 、xW 相同，比较热能消耗、轻组分的回收率和相同，比
38、较热能消耗、轻组分的回收率和N直接直接间接间接wxfxDxwxfxDx第二种情况：第二种情况：F、xf 、q 、R 、xD 相同，要求轻组分的回收率相同，要求轻组分的回收率相同，比较热能相同，比较热能消耗、和理论塔板数消耗、和理论塔板数N间接间接直接直接wwxx间接间接直接直接WW间接间接直接直接TTNNVLWLW 间间接接直直接接,由于由于D、xD相同，则相同，则(R+1)D相同，则能耗相同。精馏段方程、相同，则能耗相同。精馏段方程、q线方程相同，提线方程相同，提馏段的液汽流量和液汽比没有变化，直接蒸汽加热时的提馏段操作线只是将间接馏段的液汽流量和液汽比没有变化，直接蒸汽加热时的提馏段操作线
39、只是将间接加热的操作线延长到横坐标上。加热的操作线延长到横坐标上。直接直接间接间接例：含甲醇例：含甲醇0.45（摩尔分率，下同）的甲醇水溶液在一常压连续精馏塔中进行分（摩尔分率，下同）的甲醇水溶液在一常压连续精馏塔中进行分离。原料流量为离。原料流量为100kmol/h ，泡点进料。要求馏出液中含甲醇，泡点进料。要求馏出液中含甲醇0.95 ，釜液含甲醇，釜液含甲醇0.05 。塔釜用饱和水蒸气直接加热。回流比为。塔釜用饱和水蒸气直接加热。回流比为1.8 。甲醇水溶液在操作条件下的。甲醇水溶液在操作条件下的汽、液相平衡数据见表。图解法确定理论塔板数。汽、液相平衡数据见表。图解法确定理论塔板数。是饱和
40、水蒸气，是饱和水蒸气，q=0 ,水蒸气的流率为水蒸气的流率为SWLSV ,解：解：1Rxx1RRyD 11 qxxqqyfwnnxSWxSWy 1wxfxDxRRVL 111 111111221FqVFqLVL 22111221113311FqFqVFqFqLVL 112212211212:10, 0, 1VLVLqLLVVqLLVVq均有均有的范围内，的范围内，在在若若若若 对对q0或或q1 的情况应具体计算的情况应具体计算。多股加料的精馏多股加料的精馏当回流比当回流比R变化时，各段操作线的斜率均发生变化。挟点位置有多种可能。变化时，各段操作线的斜率均发生变化。挟点位置有多种可能。若液相侧线
41、，则引出下降的液相物。若液相侧线，则引出下降的液相物。12VV 12LL 侧线出料的精馏侧线出料的精馏挟点一般出现在挟点一般出现在q线与平衡线的线与平衡线的交点处。交点处。若汽相侧线，则引出上升的汽相物。若汽相侧线，则引出上升的汽相物。0 V FqV 10qFLW 只有精馏段的塔只有精馏段的塔F塔釜即为理论进料板塔釜即为理论进料板若饱和蒸汽进料：若饱和蒸汽进料：q=0WLFV ,fxDx精馏段操作线方程精馏段操作线方程q线方程线方程只有提馏段的塔只有提馏段的塔-提馏塔（回收塔）提馏塔（回收塔） 馏出液浓度要求不高，目的是回收轻组分。馏出液浓度要求不高，目的是回收轻组分。如果是泡点进料如果是泡点
42、进料 q=1DVVFL 若一般进料：若一般进料：qF0L FqVVD 1VWxxVLywnn 1DWxxDFywnn 1冷液进料冷液进料泡点进料泡点进料首先规定首先规定xw ，则操作线的下端点确定。，则操作线的下端点确定。 DxyDFVD1确定理论塔板数：确定理论塔板数：如果是泡点进料如果是泡点进料 q=1DWxxDFywnn 1 NDFVDq线位置已定线位置已定,使得精馏段操作线、提馏段操使得精馏段操作线、提馏段操作线均向对角线靠近，与平衡线的距离增加。作线均向对角线靠近，与平衡线的距离增加。数数已已定定。、nm wDxxRR值增加，使传质推动力值增加，使传质推动力(ye-y)增加，增加，达
43、到原分离要求时所需的达到原分离要求时所需的 NT 减少。减少。但是塔中的塔板数已定（比所需的但是塔中的塔板数已定（比所需的 NT 数值大），这说明塔的分离能力数值大），这说明塔的分离能力提高了，所以分离效果会更好。提高了，所以分离效果会更好。m 指精馏段塔板数。指精馏段塔板数。1、回流比、回流比R对于精馏结果的影响对于精馏结果的影响2、塔顶产品采出率、塔顶产品采出率D/F的合理规定的合理规定-物料衡算的约束物料衡算的约束FDFxDx一般情况下：一般情况下：若塔的分离能力很大，达到若塔的分离能力很大，达到0 xw FDFxDx FDxxFD （1）若规定的）若规定的 D/F 值太小，出现：值太小
44、，出现：0.1FDxxfD 显然，实际上至大只可能出现显然，实际上至大只可能出现xD=1.0 。当当xD=1.0，则相应，则相应 xw0 ，则未充分发挥，则未充分发挥好塔的分离能力。好塔的分离能力。（2）若规定的）若规定的 D/F 过大过大：显然：显然 xD 小，未充分发挥好塔的分离能力。小，未充分发挥好塔的分离能力。合理的合理的 D/F 值应该是：值应该是：FxFD 若塔的分离能力充足，可以获得若塔的分离能力充足，可以获得最好的分离效果，即同时出现：最好的分离效果，即同时出现： xD =1 ; xw=0 则充分发挥了塔的分离能力。则充分发挥了塔的分离能力。如果塔的分离能力很大，例如塔板数无限
45、多，能否充分发挥塔的分离能力，与如果塔的分离能力很大，例如塔板数无限多，能否充分发挥塔的分离能力，与生产中人为规定的塔顶产品采出率生产中人为规定的塔顶产品采出率D/F有着直接的关系。有着直接的关系。DFW wDwFxxxxFD 可以利用物料衡算做近似分析：可以利用物料衡算做近似分析：进料位置不变，提馏段的塔板数不变。可见进料位置不变，提馏段的塔板数不变。可见xW减小了，同时减小了，同时xD也降低了。也降低了。D、W、xW均变化后，仅根据物料衡算不容易确定均变化后，仅根据物料衡算不容易确定xD的变化趋势。只能根据的变化趋势。只能根据作图法显示出。作图法显示出。m 指精馏段塔板数，指精馏段塔板数，
46、m、n已定。已定。3、塔顶产品采出率、塔顶产品采出率D/F对于精馏结果的影响对于精馏结果的影响 DWxxFD,xF 减小，在精馏段达到原减小，在精馏段达到原 xD 所需的理论板数增加，而精馏段板数已固定。所需的理论板数增加，而精馏段板数已固定。则则xD 减小；减小；xF 减小，在提馏段达到原减小，在提馏段达到原 xw 所需的理论板数减少，而提馏段板数已固定。所需的理论板数减少，而提馏段板数已固定。则则xw减小。减小。4、进料组成、进料组成xf变化对于精馏结果的影响变化对于精馏结果的影响Fx如果做设计，如果做设计，xf减小时，进料板位置相应减小时，进料板位置相应下降。但是，现在的操作中，下降。但
47、是，现在的操作中， xf减小了，减小了，没有改变进料位置，所以，现在的操作中没有改变进料位置，所以，现在的操作中不是最适宜的进料位置。不是最适宜的进料位置。例例1 如图，精馏塔具有一块实际板如图，精馏塔具有一块实际板及一只蒸馏釜，原料预热至泡点，及一只蒸馏釜，原料预热至泡点，由塔顶连续加入，由塔顶连续加入，xF=0.20（摩尔（摩尔分率，下同），测得塔顶产品能回分率，下同），测得塔顶产品能回收原料液中易挥发组分的收原料液中易挥发组分的80% ，且且xD=0.28 ,系统的相对挥发度系统的相对挥发度=2.5 ，试求残液组成，试求残液组成xw及该塔板及该塔板的板效率。蒸馏釜可视为一块理论的板效率。
48、蒸馏釜可视为一块理论板。板。解：解：FDxxFD wDwFxxxxFD 20. 028. 028. 020. 0%80 wwxx得：得：09. 0 wxFxDxwxwyyxwwmvyyyyE *28. 0 Dxy 20. 009. 015 . 2109. 05 . 211 wwwxxy y*是与是与x成平衡的浓度成平衡的浓度,故需求故需求x ,列列出操作线方程。出操作线方程。泡点进料：泡点进料：FL DV DxDFxDFVWxxVLywnwnn 173. 109. 020. 009. 028. 0 wFwDxxxxDFwwxDFxDFy 1 09. 0173. 173. 120. 0 x15.
49、 0 xFxDxwxwyyxFxDxwxwyyxwwmvyyyyE * 31. 015. 015 . 2115. 05 . 211* xxy 73. 020. 031. 020. 028. 0 mvE例例2： 某精馏塔共有某精馏塔共有3块理论板，块理论板，xF=0.002 ,预热至饱和蒸汽连续送预热至饱和蒸汽连续送入精馏塔的塔釜，入精馏塔的塔釜，R=4.0 ，物系的平衡关系为，物系的平衡关系为:y=6.4x ,求：求：xD , xw Dx ,Dwx ,WFy,F解：解：DDx2 . 0 x8 . 014xx144y D1xy 4 . 6x4 . 6yxD11 DDD2x325. 0 x2 .
50、04 . 6x8 . 0y DD2x0508. 04 . 6x325. 0 x DDD3x2406. 0 x2 . 0 x0508. 08 . 0y DDw3x0376. 04 . 6x2406. 0 xx 需要建立需要建立2个关系式个关系式Dwx0376. 0 x Dx ,Dwx ,WFy,F饱和蒸汽进料：饱和蒸汽进料：q=0 FFq10V LqFLW 8 . 010 . 40 . 4FWVL 物料衡算：物料衡算：wDwxxx002. 08 . 01FW1FD wDwxxx002. 02 . 0 Dwx0376. 0 x 例例3：某双组分混合液在连续精馏塔中进行分离，泡点进料，泡点：某双组分
