1、 在化工生产过程中，常需要将原料、在化工生产过程中，常需要将原料、中间产物或粗产物进行分离，以获得符合中间产物或粗产物进行分离，以获得符合工艺要求的化工产品或中间产品。例如将工艺要求的化工产品或中间产品。例如将原油蒸馏可得到汽油、煤油、柴油及重油原油蒸馏可得到汽油、煤油、柴油及重油等；将混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二等；将混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等；将液态空气蒸馏可得到纯态的液甲苯等；将液态空气蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。氧和液氮等。蒸馏是分离均相液体混合物的一种方蒸馏是分离均相液体混合物的一种方法。法。任务一任务一 了解蒸馏过程及其应用了解蒸馏过程及其应用n 在化工生产过程中，多
2、数原料和半成品都是混合液，在化工生产过程中，多数原料和半成品都是混合液，要想得到较高纯度的物质，就需要进行分离和精制。例要想得到较高纯度的物质，就需要进行分离和精制。例如将石油分离为汽油、煤油、柴油及重油等；又如从粮如将石油分离为汽油、煤油、柴油及重油等；又如从粮食、薯类的发酵液中制酒精。石油、乙醇水溶液等很多食、薯类的发酵液中制酒精。石油、乙醇水溶液等很多混合液有一个共同物征混合液有一个共同物征互溶、均质。人们将具有互互溶、均质。人们将具有互溶、均质的液体混合物称为均相溶液。蒸馏、萃取等操溶、均质的液体混合物称为均相溶液。蒸馏、萃取等操作均可将均相溶液分离为较纯组分的单元操作。但蒸馏作均可将
3、均相溶液分离为较纯组分的单元操作。但蒸馏操作是工业生产中应用最为广泛的一种单元操作。操作是工业生产中应用最为广泛的一种单元操作。n 实际生产中的蒸馏操作过程可根据溶液性质、生产实际生产中的蒸馏操作过程可根据溶液性质、生产目的与要求而采用不同的方法。当物质比较容易分离或目的与要求而采用不同的方法。当物质比较容易分离或分离要求不高时，可采用简单蒸馏或闪蒸，较难分离的分离要求不高时，可采用简单蒸馏或闪蒸，较难分离的物质可采用精馏，很难分离的物质或用普通精馏方法不物质可采用精馏，很难分离的物质或用普通精馏方法不能分离的则可采用特殊精馏。其中应用最为广泛的是精能分离的则可采用特殊精馏。其中应用最为广泛的
4、是精馏。馏。n按操作方式：间歇蒸馏、连续蒸馏按操作方式：间歇蒸馏、连续蒸馏 n按蒸馏方法：简单蒸馏、精馏、特殊精馏按蒸馏方法：简单蒸馏、精馏、特殊精馏n按操作压力：常压蒸馏、加压蒸馏、负压蒸馏按操作压力：常压蒸馏、加压蒸馏、负压蒸馏n按分离组分数目：两组分精馏、多组分精馏按分离组分数目：两组分精馏、多组分精馏蒸馏操作的分类蒸馏操作的分类简单蒸馏简单蒸馏 简单蒸馏又称微分蒸馏，也是一种简单蒸馏又称微分蒸馏，也是一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。简单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。简单蒸馏装置如图单蒸馏装置如图89所示。混合液在蒸所示。混合液在蒸馏釜中受热后部分气化，产生的蒸气随馏釜中受热后部分气
5、化，产生的蒸气随即进入冷凝器中冷凝，冷凝液不断流入即进入冷凝器中冷凝，冷凝液不断流入接受器中，作为馏出液产品。由于气相接受器中，作为馏出液产品。由于气相组成组成y大于液相组成大于液相组成x，因此随着过程的，因此随着过程的进行，釜中液相组成不断下降，使得与进行，釜中液相组成不断下降，使得与之平衡的气相组成（馏出液组成）亦随之平衡的气相组成（馏出液组成）亦随时降低，而釜内液体的沸点逐渐升高。时降低，而釜内液体的沸点逐渐升高。通常当馏出液平均组成或釜残液组成降通常当馏出液平均组成或釜残液组成降至某规定值后，即停止蒸馏操作。在一至某规定值后，即停止蒸馏操作。在一批操作中，馏出液可分批收集，以分别批操作
6、中，馏出液可分批收集，以分别得到不同组成的馏出液。简单蒸馏多用得到不同组成的馏出液。简单蒸馏多用于混合液的初步分离。于混合液的初步分离。平衡蒸馏平衡蒸馏 平衡蒸馏（或闪蒸）是一种单级蒸馏操平衡蒸馏（或闪蒸）是一种单级蒸馏操作。在单级釜内进行平衡蒸馏时，釜内液作。在单级釜内进行平衡蒸馏时，釜内液体混合物被部分气化，并使气相与液相处体混合物被部分气化，并使气相与液相处于平衡状态，然后将气液两相分开。这种于平衡状态，然后将气液两相分开。这种操作既可以间歇方式又可以连续方式进行。操作既可以间歇方式又可以连续方式进行。化工生产中多采用如图化工生产中多采用如图88所示的连续操所示的连续操作的平衡蒸馏装置。
7、混合液先经加热器加作的平衡蒸馏装置。混合液先经加热器加热，使液体温度高于分离器压强下液体的热，使液体温度高于分离器压强下液体的沸点，然后通过减压阀使其降压后进入分沸点，然后通过减压阀使其降压后进入分离器中，此时过热的液体混合物即被部分离器中，此时过热的液体混合物即被部分气化，平衡的气液两相在分离器中得到分气化，平衡的气液两相在分离器中得到分离。通常分离器又称为闪蒸罐（塔）。离。通常分离器又称为闪蒸罐（塔）。原料液溶液由塔中部加入，液体在塔内处于原料液溶液由塔中部加入，液体在塔内处于沸腾状态，产生的蒸汽沿塔上升，沸腾状态，产生的蒸汽沿塔上升，从塔顶引出从塔顶引出进入冷凝器冷凝，冷凝液一部分作为塔
8、顶产品，进入冷凝器冷凝，冷凝液一部分作为塔顶产品，一部分回流至塔内液相回流，液相沿塔下降至一部分回流至塔内液相回流，液相沿塔下降至塔底引出，进入再沸器被间接加热沸腾汽化，塔底引出，进入再沸器被间接加热沸腾汽化，所产生的蒸汽由再沸器引入塔内汽相回流，沿所产生的蒸汽由再沸器引入塔内汽相回流，沿塔上升，塔上升，没汽化的液相作为塔底产品。由此可没汽化的液相作为塔底产品。由此可知，知，塔内所进行的精馏过程可视为一股上升的塔内所进行的精馏过程可视为一股上升的汽流与一股下降液流在塔内逆流流动，直接接汽流与一股下降液流在塔内逆流流动，直接接触，在两股流体间实现了热量、质量的传递。触，在两股流体间实现了热量、质
9、量的传递。二、精馏操作二、精馏操作粗甲醇的精馏蒸馏的概念蒸馏的概念1.定义定义：将液体均相混合物加热，使之沸腾汽化，利用各组分沸点：将液体均相混合物加热，使之沸腾汽化，利用各组分沸点（挥发度）不同的特性进行分离的一种单元操作。（挥发度）不同的特性进行分离的一种单元操作。2.实质实质：传热和传质过程：传热和传质过程3.处理对象处理对象：液体均相混合物：液体均相混合物4.过程特征过程特征：1）全部汽化、全部冷凝）全部汽化、全部冷凝不能分离不能分离 2）部分汽化、部分冷凝）部分汽化、部分冷凝能够分离能够分离5.目的目的：分离液体混合物：分离液体混合物6.专有名词专有名词：塔顶产品、塔底产品：塔顶产品
10、、塔底产品三三 蒸馏分离的特点蒸馏分离的特点n可直接获得产品操作简单可直接获得产品操作简单n适用范围广泛可以将气态物先液化再分适用范围广泛可以将气态物先液化再分离，如空分；可将固态物先熔化再分离，离，如空分；可将固态物先熔化再分离，如分离脂肪酸混合物。如分离脂肪酸混合物。n需要消耗大量的能量，对于加压或减压需要消耗大量的能量，对于加压或减压将消耗额外的能量。将消耗额外的能量。五五 板式塔板式塔一、板式塔的主要结构：板式塔的主要结构：n塔体；塔体；n塔板；塔板；n气体及液体进口装置气体及液体进口装置塔板结构塔板结构n塔板可分为有降液管式塔板和无降液管式塔塔板可分为有降液管式塔板和无降液管式塔板两
11、类。板两类。有降液管式塔板上：有降液管式塔板上：气液两相呈错流方气液两相呈错流方式接触，这种塔板效率较高，具有较大操作式接触，这种塔板效率较高，具有较大操作弹性，使用广泛。弹性，使用广泛。无降液管式塔板上无降液管式塔板上：气液两相呈逆流接：气液两相呈逆流接触，塔板板面利用率较高，生产能力大，结触，塔板板面利用率较高，生产能力大，结构简单，但效率较低，操作弹性较小，工业构简单，但效率较低，操作弹性较小，工业使用较少。使用较少。n泡罩塔泡罩塔：主要元件为升气管用泡罩。泡罩的下：主要元件为升气管用泡罩。泡罩的下部周边有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形部周边有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。或
12、梯形。n筛孔塔筛孔塔：筛孔塔板简称筛板，塔板上开有许多：筛孔塔板简称筛板，塔板上开有许多均匀的小孔，筛孔在塔板上按一定的规律排列，均匀的小孔，筛孔在塔板上按一定的规律排列，塔板上设置溢流堰，使板上保证一定厚度的液塔板上设置溢流堰，使板上保证一定厚度的液层。层。n浮阀塔浮阀塔：在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔：在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。阀片连有几个装有一个可以上下浮动的阀片。阀片连有几个阀腿，而使阀片不被气体吹走。阀片周边冲出阀腿，而使阀片不被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气流很小时，保持几个略向下弯的定距片，当气流很小时，保持阀片与塔板间有一定
13、的间距。阀片与塔板间有一定的间距。n喷射塔喷射塔：在喷射型塔板上，气体沿水平方向喷：在喷射型塔板上，气体沿水平方向喷出，不再通过较厚的液层而鼓泡，因而塔板压出，不再通过较厚的液层而鼓泡，因而塔板压降降低，可采用较大的操作气速，提高了生产降降低，可采用较大的操作气速，提高了生产能力。能力。喷射塔有：舌型塔板、浮舌塔板、斜孔塔喷射塔有：舌型塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板板、垂直筛板塔板的面积分四个区域塔板的面积分四个区域：鼓泡区；为气液传质的有效区域鼓泡区；为气液传质的有效区域 溢流区：溢流管及受液盘所占的区域溢流区：溢流管及受液盘所占的区域 安定区：在鼓泡区和溢流区之间的面积安定区：在鼓泡区
14、和溢流区之间的面积 边缘区：在靠近塔壁的部分，需留出一圈用边缘区：在靠近塔壁的部分，需留出一圈用于支持塔板边梁使用的边缘区域于支持塔板边梁使用的边缘区域塔板上的气液接触状态（增大接触面积）塔板上的气液接触状态（增大接触面积）n鼓泡接触状态鼓泡接触状态：当气速较低时，气体以鼓泡形：当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，此时塔板上存在液混合物基本上以液体为主，此时塔板上存在着大量的清液。因气泡占的比例较小，气液两着大量的清液。因气泡占的比例较小，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。相接触的表面积不大，
15、传质效率很低。n泡沫接触状态泡沫接触状态：当气速增加，缺泡数量集聚增：当气速增加，缺泡数量集聚增加，气泡不断的发生碰撞和破裂，此时板上液加，气泡不断的发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形成体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形成一些直径较小、扰动十分剧烈的动态泡沫，由一些直径较小、扰动十分剧烈的动态泡沫，由于泡沫接触的表面积大，并不断的更新，为两于泡沫接触的表面积大，并不断的更新，为两相传质传热提供了良好的条件。相传质传热提供了良好的条件。n喷射接触状态喷射接触状态：当气速继续增加，由于气体动：当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上液体向上喷成大小不等的液滴，能很
16、大，把板上液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力作用又落回到板上，直直径较大的液滴受重力作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。气体通过塔板的气体通过塔板的压压降降 上升气流通过塔板时需要克服一定的阻力上升气流通过塔板时需要克服一定的阻力,该阻力该阻力形成塔板的压降形成塔板的压降.它包括：它包括：n塔板本身的干板阻力；塔板本身的干板阻力；n板上气液层的静压力；板上气液层的静压力；n液体的表面张力液体的表面张力液面落差液面落差。当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻力和当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻力和板上部件（泡罩、
17、浮阀等）的局部阻力需要一定的板上部件（泡罩、浮阀等）的局部阻力需要一定的液位差。液位差。n雾（液）沫夹带雾（液）沫夹带 液沫夹带液沫夹带 塔板上的部分液体产生与塔板上的部分液体产生与液体主体流动方向相反的流动，即大、小液体主体流动方向相反的流动，即大、小液滴被上升的气体带到上层塔板上。液滴被上升的气体带到上层塔板上。气泡夹带气泡夹带 塔板上部分气体产生与主塔板上部分气体产生与主体流动方向相反的流动，即气泡被下降的体流动方向相反的流动，即气泡被下降的液体卷入下层塔板上。液体卷入下层塔板上。液沫夹带和气泡夹带均属液沫夹带和气泡夹带均属“返混现返混现象象”，其结果均使传质推动力减小，故对，其结果均使
18、传质推动力减小，故对传质不利。传质不利。要装除沫器要装除沫器，降液管的工效。，降液管的工效。n液泛（淹塔）液泛（淹塔）一种是降液管液泛，它是由于塔内气气速过一种是降液管液泛，它是由于塔内气气速过大使降液管内液面升高至上层塔板的溢流堰顶，大使降液管内液面升高至上层塔板的溢流堰顶，或塔内液体流量过大，使降液管不能及时将液体或塔内液体流量过大，使降液管不能及时将液体排出而使降液管内液面升高导致液泛。排出而使降液管内液面升高导致液泛。另一种情况是过量液沫夹带液泛，即由于气另一种情况是过量液沫夹带液泛，即由于气速过大使液沫夹带量过大而使降液管无法及时将速过大使液沫夹带量过大而使降液管无法及时将板上液体排
19、至下一层塔板上所致。板上液体排至下一层塔板上所致。总之，液泛是塔操作的上限。为防止液泛产总之，液泛是塔操作的上限。为防止液泛产生，应选择适宜的操作气速，以保证塔的正常操生，应选择适宜的操作气速，以保证塔的正常操作。作。漏液：漏液：是液体不经正常的降液管通道是液体不经正常的降液管通道流到下一层塔板。产生漏液的原因是流到下一层塔板。产生漏液的原因是因为气速过小或气体分布不均匀所致。因为气速过小或气体分布不均匀所致。严重漏液是塔板上不能积累液层，使严重漏液是塔板上不能积累液层，使板上气液两相不能良好接触，致使塔板上气液两相不能良好接触，致使塔板不能正常操作。板不能正常操作。操作参数和负荷性能图操作参
20、数和负荷性能图n当物系性质及塔板结构当物系性质及塔板结构已定时，塔的操作参数已定时，塔的操作参数即指气、液负荷。即指气、液负荷。n负荷性能图即是将维持负荷性能图即是将维持塔的正常操作所允许的塔的正常操作所允许的气、液负荷范围的图示气、液负荷范围的图示。n负荷性能图负荷性能图是由五条线围成，即漏液线、液体流是由五条线围成，即漏液线、液体流量下限线、液体流量上限线、液泛线和过量液沫量下限线、液体流量上限线、液泛线和过量液沫夹带线。由五条线所包围的区域为塔板的正常操夹带线。由五条线所包围的区域为塔板的正常操作区。塔的实际操作液气比应在此区域内。作区。塔的实际操作液气比应在此区域内。n对一定的物系对一
21、定的物系，负荷性能图依塔板的类型、结构，负荷性能图依塔板的类型、结构尺寸不同而异。对同一类型塔板，塔板开孔率、尺寸不同而异。对同一类型塔板，塔板开孔率、板间距不同，负荷性能图亦不同。上、下操极限板间距不同，负荷性能图亦不同。上、下操极限的气体负荷之比称的气体负荷之比称塔板的操作弹性。塔板的操作弹性。双组分组成表示：双组分组成表示：x表示液相表示液相组组成，成，y表示表示气气相相组组成。成。质质量分量分数数：A、B的的质质量分量分数数分分别别用用mA,mB摩尔分摩尔分数数：xA、xB常用常用A、B分分别别表示易表示易挥发组挥发组分和分和难挥发组难挥发组分。分。为为了方便常以了方便常以x、y分分别
22、别表示表示挥发组挥发组分分A的液、的液、气气相相组组成。成。2、什么是理想溶液、什么是理想溶液?对于双组分溶液对于双组分溶液,当两组分（当两组分（A+B）的性质相）的性质相近、液相内相同分子间的作用力（近、液相内相同分子间的作用力（AA、BB）与）与不同分子间的作用力（不同分子间的作用力（AB）相近、各组分分子）相近、各组分分子体积大小相近。体积大小相近。宏观上表现为宏观上表现为：两组分混合时既无热效应又：两组分混合时既无热效应又无体积效应，这种溶液称为理相溶液。无体积效应，这种溶液称为理相溶液。在一定温度下，溶液上方某组分的蒸汽压等于同在一定温度下，溶液上方某组分的蒸汽压等于同温度下该纯组分
23、的饱和蒸汽压乘它在溶液中的摩温度下该纯组分的饱和蒸汽压乘它在溶液中的摩尔分数。尔分数。即：即：PA=PA xA PB=PB xB=PB（1 xA）3、气液相平衡关系、气液相平衡关系：混合物的总压等于分压之和混合物的总压等于分压之和.P=PA+PB P=PAxA+PBxB 理想溶液的汽理想溶液的汽-液平衡方程液平衡方程：该式称理想溶液的汽、液相平衡方该式称理想溶液的汽、液相平衡方程，又称为程，又称为泡点方程泡点方程，表示平衡物系，表示平衡物系的温度和液相组成的关系。的温度和液相组成的关系。在一定压在一定压强下，液体混合物开始沸腾产生第一强下，液体混合物开始沸腾产生第一个汽泡的温度，称为泡点温度（
24、简称个汽泡的温度，称为泡点温度（简称泡点）。泡点）。BABAPPPPx)1(ABAAAAAxPxPxPyn例题：某苯例题：某苯-甲苯混合液在甲苯混合液在45时沸腾，时沸腾，外界压力为外界压力为20.3kPa。此时。此时PA=22.7kPa；PB=7.6,kPa试求其液相组成。试求其液相组成。n习题：某庚烷习题：某庚烷 辛烷混合液在辛烷混合液在40时沸时沸腾，外界压力为腾，外界压力为101.3kPa。此时。此时PA=122.7kPa；PB=70.6,kPa试求其液试求其液相组成。相组成。三、相对挥发度三、相对挥发度：挥发度挥发度物质挥发的难易程度。用物质挥发的难易程度。用“”表示。表示。BBBx
25、PAAAxP ABBABBAAxyxyxPyxPy/xxy)1(1n当当=1时时，两组分在汽、液相中浓度相同，用普通精，两组分在汽、液相中浓度相同，用普通精馏是不能分离的；馏是不能分离的；n当当1时时，汽相浓度大于液相浓度，汽相浓度大于液相浓度，愈大，愈易分愈大，愈易分离；离；n当当1时时，液相浓度大于汽相浓度，可分离。，液相浓度大于汽相浓度，可分离。xxy)1(1二、汽液平衡相图二、汽液平衡相图nt-x图、图、t-y图有二个共同点：图有二个共同点：纵坐标都是溶液的沸点；纵坐标都是溶液的沸点；横坐标是溶液的浓度横坐标是溶液的浓度x、y，单位是摩尔分数，都是从，单位是摩尔分数，都是从0-1。2、
26、t-x-y图：图：识图：识图：n有二个点：有二个点：A点：点：x=1 纯纯A组分组分 t=353.2k B点：点：x=0 纯纯B组分组分 t=383.2kn有两条曲线：有两条曲线：t-x关系曲线：液相组成与泡点间的关系关系曲线：液相组成与泡点间的关系,液相线，饱和液相线，饱和液相线；液相线；t-y关系曲线：汽相组成与露点间的关系关系曲线：汽相组成与露点间的关系,汽相线，饱和汽相线，饱和汽相线。汽相线。三个区域三个区域t-x线下方：液相区，末饱和液相区；线下方：液相区，末饱和液相区；t-y线上方：汽相区，过热蒸汽区；线上方：汽相区，过热蒸汽区；t-x,t-y线之间：溶液已沸腾汽化，但并没线之间：
27、溶液已沸腾汽化，但并没有全部汽化，汽液共存饱和蒸汽区有全部汽化，汽液共存饱和蒸汽区。讨论讨论n结论：结论：通过以上通过以上t-x-y图讨论，在液相区，图讨论，在液相区，泡点、露点、过热蒸汽区组成都没有改泡点、露点、过热蒸汽区组成都没有改变，只有在汽液共存区，组成发生了变变，只有在汽液共存区，组成发生了变化。化。汽相中易挥发组成浓度提高了汽相中易挥发组成浓度提高了 y1y0；液相中难挥发组分浓度提高了液相中难挥发组分浓度提高了 x1x0t-x-y图的作用：图的作用：n了解了解t与与x，t与与y之间的关系；之间的关系；n汽相量、液相量、汽发率、液汽相量、液相量、汽发率、液化率计算方法；化率计算方法
28、；n蒸馏操作原理：部分汽化、部蒸馏操作原理：部分汽化、部分冷凝。分冷凝。3、x-y图图：n作图作图：以：以x为横坐标，为横坐标，y为纵坐标为纵坐标 讨论讨论：nx-y图表示在一定图表示在一定P下，汽、液相间组成关系下，汽、液相间组成关系n平衡曲线偏离对角线愈远，表示平衡曲线偏离对角线愈远，表示y愈大于愈大于x.该该溶液愈易分离。溶液愈易分离。n总压对总压对x-y图的影响不大图的影响不大 nx-y图可用实验方法或露点方程求取图可用实验方法或露点方程求取双组分精馏的工艺计算双组分精馏的工艺计算n恒摩尔流假定恒摩尔流假定恒摩尔气流恒摩尔气流：在精馏塔内，各层塔板上升蒸气摩尔流量在精馏塔内，各层塔板上
29、升蒸气摩尔流量相等，即：相等，即：n精馏段：精馏段：V1=V2=V3=V=常数常数 n提馏段：提馏段：V1=V2=V3=V=常数常数 n 但两段上升的蒸气摩尔流量不一定相等。但两段上升的蒸气摩尔流量不一定相等。n恒摩尔液流恒摩尔液流在精馏塔内，各层塔板下降的液体摩尔流在精馏塔内，各层塔板下降的液体摩尔流量相等，即：量相等，即：n精馏段：精馏段：L1=L2=L3=L=常数常数 n提馏段：提馏段：L1=L2=L3=L=常数常数 n 但两段下降的液体摩尔流量不一定相等但两段下降的液体摩尔流量不一定相等。恒摩尔流动假定成立的条件恒摩尔流动假定成立的条件n混合物中各组分的摩尔气化热相等。混合物中各组分的
30、摩尔气化热相等。n各板上液体显热的差异可忽略。各板上液体显热的差异可忽略。n塔设备保温良好，热损失可忽略。塔设备保温良好，热损失可忽略。一、一、物料衡算物料衡算 2、操作线方程、操作线方程 精馏段操作线方程精馏段操作线方程 DnnxDLDxDLLy1DnnxRxRRy1111DLR 令提馏段操作线方程提馏段操作线方程=Vym+1+Wxwn该式为该式为提馏段操作线方程提馏段操作线方程。该方程的物理意。该方程的物理意义是表达在一定的操作条件下，提馏段内自义是表达在一定的操作条件下，提馏段内自任意第任意第m板下降的液相组成与其相邻的下一板下降的液相组成与其相邻的下一层塔板第层塔板第m+1板上升的蒸汽
31、组成之间的关系。板上升的蒸汽组成之间的关系。n应该指出应该指出，提馏段内液体摩尔流量，除回流，提馏段内液体摩尔流量，除回流液外还受进料量及进料热状况的影响。液外还受进料量及进料热状况的影响。wmmxWLWxWLLy13、进料热状况的影响、进料热状况的影响、精馏塔的进料热状况、精馏塔的进料热状况n在实际生产中，加入精馏塔中的原料液可能有在实际生产中，加入精馏塔中的原料液可能有以下以下五种不同的热状况五种不同的热状况：n(1)温度低于泡点的冷液体。温度低于泡点的冷液体。n(2)泡点下的饱和液体。泡点下的饱和液体。n(3)温度介于泡点和露点之间的气液混合物。温度介于泡点和露点之间的气液混合物。n(4
32、)露点下的饱和蒸气。露点下的饱和蒸气。n(5)温度高于露点的过热蒸气。温度高于露点的过热蒸气。进料热状况对进料板上、下各流股的影响进料热状况对进料板上、下各流股的影响 冷液进料冷液进料，提馏段内回流，提馏段内回流液流量包括以下三部分：精馏液流量包括以下三部分：精馏段的回流液流量；原料液流量；段的回流液流量；原料液流量；为将原料液加热到板上温度，为将原料液加热到板上温度，必然会有一部分自提馏段上升必然会有一部分自提馏段上升的蒸气被冷凝下来，冷凝液也的蒸气被冷凝下来，冷凝液也成为的一部分。成为的一部分。由于这部分蒸气的冷凝，由于这部分蒸气的冷凝，故上升到精馏段的蒸气量比提故上升到精馏段的蒸气量比提
33、馏段的要少，其差额即为冷凝馏段的要少，其差额即为冷凝的蒸气量。的蒸气量。LL+F VV进料热状况对进料板上、下各流股的影响进料热状况对进料板上、下各流股的影响n对于泡点进料对于泡点进料。由于原料。由于原料液的温度与板上液体的温液的温度与板上液体的温度相近，因此原料液全部度相近，因此原料液全部进入提馏段，作为提馏段进入提馏段，作为提馏段的回流液，而两段上升蒸的回流液，而两段上升蒸气流量则相等。气流量则相等。nL=L+F V=V进料热状况对进料板上、下各流股的影响进料热状况对进料板上、下各流股的影响n气液混合物进料气液混合物进料，则，则进料中液相部分成为进料中液相部分成为L的一部分，而蒸气部的一部
34、分，而蒸气部分则成为分则成为V的一部分。的一部分。nLLL+F V V进料热状况对进料板上、下各流股的影响进料热状况对进料板上、下各流股的影响n饱和蒸气进料饱和蒸气进料。整个。整个进料变为进料变为V 的一部分，的一部分，而两段的液体流量则而两段的液体流量则相等，相等，nL=L V=V+F进料热状况对进料板上、下各流股的影响进料热状况对进料板上、下各流股的影响n过热蒸气进料，过热蒸气进料，此种情况与冷液体进料的恰此种情况与冷液体进料的恰好相反，精馏段上升蒸气流量包括以下三部好相反，精馏段上升蒸气流量包括以下三部分：提馏段上升蒸气流量；原料液流量；为分：提馏段上升蒸气流量；原料液流量；为将进料温度
35、降到板上温度，必然会有一部分将进料温度降到板上温度，必然会有一部分来自精馏段的回流液体被气化，气化的蒸气来自精馏段的回流液体被气化，气化的蒸气量也成为量也成为 中的一部分。由于这部分液体的中的一部分。由于这部分液体的气化，故下降到提馏段中的液体量将比精馏气化，故下降到提馏段中的液体量将比精馏段的少，其差额即为气化的那部分液体量。段的少，其差额即为气化的那部分液体量。n LVn总物料衡算式为总物料衡算式为:F+L+V=V+Ln总热量衡算式为总热量衡算式为：F iF+L i+V I=V I+L I+热损失热损失 忽略设备的热损失及相邻两塔板间汽、液流各自的的变化忽略设备的热损失及相邻两塔板间汽、液
36、流各自的的变化和组成变化，则：和组成变化，则：ii、II，热损为零，热损为零F iF+L i+V I=V I+L I F（I iF）=（L-L）（）（I i）FLLiIiIF iIiIqF令进料的千摩尔汽化潜热需热量进料汽化为饱和蒸汽所将 kmolq1 L=L+qF V=V-（1-q）FFxqxqqy111q线方程q值的大小反映了进料的热状况，称为进料的值的大小反映了进料的热状况，称为进料的热状况参数。进料的热状况不同，热状况参数。进料的热状况不同，q值不同，值不同，对塔内物料变化的影响不同。对塔内物料变化的影响不同。不同热状况下的不同热状况下的q线线五种不同进料状况总结五种不同进料状况总结三
37、、理论板层数的求法三、理论板层数的求法n1、理论板的概念、理论板的概念n所谓理论板是指离开这种板的气液两相互成平所谓理论板是指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀一致衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀一致的。例如，对任意层理论板的。例如，对任意层理论板n而言，离开该板而言，离开该板的液相组成的液相组成yn与气相组成与气相组成xn符合平衡关系。符合平衡关系。2、逐板计算法、逐板计算法n计算依据计算依据气液平衡关系气液平衡关系操作关系精馏段操作线方程、提馏段操作线方程操作关系精馏段操作线方程、提馏段操作线方程n计算条件计算条件 塔顶采用全凝器；塔顶采用全凝器；塔顶回流液
38、体在泡点温度下回流入塔；塔顶回流液体在泡点温度下回流入塔；塔釜（再沸器）采用间接蒸汽加热，再沸器相当于一层塔釜（再沸器）采用间接蒸汽加热，再沸器相当于一层理论板。理论板。n计算步骤计算步骤 塔顶馏出液塔顶馏出液与上升蒸气与上升蒸气相同，即：相同，即：=已知值已知值 离开理论板的气液两相组成是互成平衡的，故可由离开理论板的气液两相组成是互成平衡的，故可由 y y1 1用气液平衡方用气液平衡方程求得程求得x x1 1。111)1(1xxy1112RxxRRyD此后，使用提馏段操作此后，使用提馏段操作线方程和平衡方程，继线方程和平衡方程，继续采用上述方法进行逐续采用上述方法进行逐板计算，直至计算到板
39、计算，直至计算到xW为止。因再沸器相为止。因再沸器相当一块理论板，故提馏当一块理论板，故提馏段所需理论板数（段所需理论板数（m-1）。）。xxy)1(1wmmxWLWxWLLy13、图解法：、图解法：n在在x-y坐标图上画出平衡曲线和对角线。坐标图上画出平衡曲线和对角线。n画精馏段操作线。画精馏段操作线。n画线画线。n画提馏段操作线。画提馏段操作线。n画直角梯级。画直角梯级。n从从a点开始，在精馏段操作线与平衡线点开始，在精馏段操作线与平衡线之间作直角梯级，当梯级跨过两操作之间作直角梯级，当梯级跨过两操作线交点线交点d点时，则改在提馏段操作线与点时，则改在提馏段操作线与平衡线之间作直角梯级，直
40、至梯级的平衡线之间作直角梯级，直至梯级的垂线达到或跨过垂线达到或跨过c点为止。点为止。n应该指出：当梯级跨过两操作线交点应该指出：当梯级跨过两操作线交点d时，此梯级为进料板，即为适当的进时，此梯级为进料板，即为适当的进料位置。此时对一定的分离任务而言，料位置。此时对一定的分离任务而言，如此作图所需理论板数为最少。如此作图所需理论板数为最少。五、实际塔板数和板效率五、实际塔板数和板效率n由于气、液两相在塔板上的接触时间有限，使得离开塔板的气相与液由于气、液两相在塔板上的接触时间有限，使得离开塔板的气相与液相，一般不能达到平衡状态，即每一层塔板实际上起不到一层理论板相，一般不能达到平衡状态，即每一
41、层塔板实际上起不到一层理论板的作用。因此，在指定条件下在指定条件下进行精馏操作所需要的实的作用。因此，在指定条件下在指定条件下进行精馏操作所需要的实际板数际板数N较理论板数较理论板数NT为多。为多。NT与与N之比称为塔板效率之比称为塔板效率ET，即：，即：NNETT 1*1nnnnTyyyyE回流比回流比回流的作用回流的作用 1、向塔内提供一定数量的液流；、向塔内提供一定数量的液流；2、向塔内提供了易挥发组分，维持塔内的稳定操、向塔内提供了易挥发组分，维持塔内的稳定操作。作。回流比对精馏操作的影响回流比对精馏操作的影响一、回流比一、回流比R与理论塔板数与理论塔板数NT的关系的关系 R增大，增大
42、，L增大，增大，D下降，对生产不利，但下降，对生产不利，但R增大，增大，操作线的斜率减小，操作线往对角线上靠，每块板的操作线的斜率减小，操作线往对角线上靠，每块板的提浓能力提高，完成相同的分离要求，所需的提浓能力提高，完成相同的分离要求，所需的NT减少，减少，对生产有利。对生产有利。回流比有回流比有两个极限值两个极限值，一是全回流，二是最小回，一是全回流，二是最小回流比。流比。二、全回流与最少理论塔板数二、全回流与最少理论塔板数Nminn全回流的特点是全回流的特点是：F=0，D=0，W=0，R=，在，在(x-y)图上两条操作线合二为一，且与对角线重合。图上两条操作线合二为一，且与对角线重合。全
43、回流的操作线方程为全回流的操作线方程为 yn+1=xn 对于完成同样的分离任务而言，全回流时所需的对于完成同样的分离任务而言，全回流时所需的理理论塔板数为最少论塔板数为最少。全回流操作主要用于精馏塔的开工阶段、调试或实全回流操作主要用于精馏塔的开工阶段、调试或实验研究等方面。验研究等方面。全回流即回流比全回流即回流比R=，是所取回流比的上限。，是所取回流比的上限。三、最小回流比三、最小回流比Rmin 1、最小回流比、最小回流比Rmin的概念的概念 当回流比当回流比R减至某一数值时，两条操作线的交点减至某一数值时，两条操作线的交点d落在平衡曲线上，这时所需的理论板数为无穷多，故落在平衡曲线上，这
44、时所需的理论板数为无穷多，故称此时的回流比为最小回流比称此时的回流比为最小回流比.又因此时又因此时d点前后各板上气液两相组成无变化，即点前后各板上气液两相组成无变化，即无增浓作用，所以也称此区为恒浓区无增浓作用，所以也称此区为恒浓区(或称挟紧区或称挟紧区)，d点称为挟紧点，显然，最小回流比是回流比的下限。点称为挟紧点，显然，最小回流比是回流比的下限。2、最小回流比、最小回流比Rmin的求取的求取作图法作图法：*正常平衡曲线：正常平衡曲线：qDqDmmxxyxdHAHRR1qDqDmmxxyxdHAHRR1qqqDmxyyxR 计算法：计算法：n正常平衡曲线正常平衡曲线 精馏段操作线与精馏段操作
45、线与q线交点落在平衡线上，故：线交点落在平衡线上，故：1111)1(1111qDqDmqqqDmx）x（xxRxyyxRxxy式中进行整理得代入将qDqDmmxxyxdHAHRR1适宜回流比的选择适宜回流比的选择 RmR宜宜全回流全回流n可通过经济核算来选择可通过经济核算来选择 *操作费用操作费用操作费用由全凝器冷却水用量和再沸器加热蒸汽消耗量二项组成。操作费用由全凝器冷却水用量和再沸器加热蒸汽消耗量二项组成。此二项费用取决于上升蒸汽量，此二项费用取决于上升蒸汽量，D一定，一定，V增加，回流比增加，回流比R增加，操增加，操作费用增加。作费用增加。*设备折旧费用设备折旧费用 设备折旧费包括精馏塔
46、、冷凝器、再沸器等设备投资乘折旧率设备折旧费包括精馏塔、冷凝器、再沸器等设备投资乘折旧率n估算估算 R宜宜=（1.22）Rm连续精馏装置的热量衡算连续精馏装置的热量衡算 本节计算内容：冷却水和加热蒸汽的消耗量本节计算内容：冷却水和加热蒸汽的消耗量全塔热量衡算全塔热量衡算n加热蒸汽带入的热量加热蒸汽带入的热量QB n进料带入的热量进料带入的热量QFn回流液带入的热量回流液带入的热量QR n塔顶蒸汽带出的热量塔顶蒸汽带出的热量QV n塔底产品带出的热量塔底产品带出的热量QWn热损失热损失QL 对于稳定过程，对于稳定过程，输入的热量输出的热量输入的热量输出的热量 QB+QF+QR=QV+QW+QL塔
47、顶冷却水消耗量的计算塔顶冷却水消耗量的计算n塔顶蒸汽带入的热塔顶蒸汽带入的热QV；n冷却水带入的热冷却水带入的热Ql；n冷凝液带出的热冷凝液带出的热QL+D；n冷却水带出的热冷却水带出的热Q2；n热损热损Q损损；）t（tCprRDG12)1(水塔底加热蒸汽消耗量的计算塔底加热蒸汽消耗量的计算n塔底液流带入的热塔底液流带入的热QD；n加热蒸汽带入的热加热蒸汽带入的热Q1；n回流汽带出的热回流汽带出的热QV；n加热蒸汽带出的热加热蒸汽带出的热Q2；n残液带出的热残液带出的热QW；n热损热损Q损损。QD+Q1=QV+Q2+QW+Q损损 LIL+WhI1=VIv+WhI2+WIw+Q损损Q损损不计，不
48、计，IL=Iw V=L-W I1-I2=rrIIVWLVh)(讨论题讨论题n1、特殊蒸馏主要有哪几种？各适用于什么场合。、特殊蒸馏主要有哪几种？各适用于什么场合。n2、精馏塔开工前要做哪些准备工作？、精馏塔开工前要做哪些准备工作？n3、精馏操作的开、停车步骤如何。需注意哪些安、精馏操作的开、停车步骤如何。需注意哪些安全问题？全问题？n4、精馏过程中有哪些节能方式？、精馏过程中有哪些节能方式？n5、塔板上气液接触状态有哪几种，各有何特点？、塔板上气液接触状态有哪几种，各有何特点？n6、当精馏操作中出现压力过高该如何调节？、当精馏操作中出现压力过高该如何调节？n7、当精馏操作中出现釜温过高该如何调
49、节？、当精馏操作中出现釜温过高该如何调节？n8、精馏塔的液泛、漏液现象如何避免？、精馏塔的液泛、漏液现象如何避免？n9、精馏塔中可能出现的设备故障有哪些，如何处、精馏塔中可能出现的设备故障有哪些，如何处理？理？n10、精馏塔在操作前为什么要进行清扫？清扫时要、精馏塔在操作前为什么要进行清扫？清扫时要注意什么？注意什么？n11、精馏塔操作前、检修时为什么要装拆盲板？、精馏塔操作前、检修时为什么要装拆盲板？n12、精馏塔操作前为什么要进行试压、冲洗、干燥、精馏塔操作前为什么要进行试压、冲洗、干燥、置换等操作？置换等操作？n13、精馏塔的操纵变量、干扰变量有哪些？、精馏塔的操纵变量、干扰变量有哪些？
50、n14、精馏塔的控制变量有哪些，如何进行控制？、精馏塔的控制变量有哪些，如何进行控制？n15、精馏塔安全开、停车应注意哪些问题？、精馏塔安全开、停车应注意哪些问题？n16、精馏塔检修安全要注意哪几点？、精馏塔检修安全要注意哪几点？五、板式塔流体力学性能：1、塔板上的气液接触状态n鼓泡接触状态：当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，此时塔板上存在着大量的清液。因气泡占的比例较小，气液两面三刀相接触的表面积不大，传质效率很低。n泡沫接触状态：当气速增加，缺泡数量集聚增加，气泡不断的发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形
