1、2023-4-28第十章第十章第十章第十章第十章第十章 蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏一、蒸馏在工业中的应用一、蒸馏在工业中的应用二、蒸馏的目的和依据二、蒸馏的目的和依据三、蒸馏过程的费用三、蒸馏过程的费用四、蒸馏操作的分类四、蒸馏操作的分类五、与吸收、萃取的比较五、与吸收、萃取的比较概述概述概述概述概述概述2023-4-28一一 蒸馏的应用蒸馏的应用汽油汽油煤油煤油柴油柴油其他油品其他油品石油石油苯苯甲苯甲苯二甲苯等二甲苯等煤焦油煤焦油非均相混合物的分离（沉降、过滤等）非均相混合物的分离（沉降、过滤等）均相混合物的分离均相混合物的分离 （吸收、蒸馏、萃取等）（吸收、蒸馏、萃取等）蒸馏主要用于蒸馏主
2、要用于液体产品的精制液体产品的精制。eg：2023-4-28目的目的：对液体混合物的分离，提纯或回收有用组分。：对液体混合物的分离，提纯或回收有用组分。依据依据：液体混合物中各组分：液体混合物中各组分挥发性的差异挥发性的差异。二二 蒸馏分离的目的、依据及定义蒸馏分离的目的、依据及定义挥发性高（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（挥发性高（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A A）挥发性低（水）挥发性低（水），称为难挥发组分或重组分（称为难挥发组分或重组分（B B）蒸馏分离的对象：液体混合物蒸馏分离的对象：液体混合物(如酒精水溶液如酒精水溶液)部分汽化：易挥发组分部分汽化：易挥发组分 液相液相 气相气
3、相部分冷凝：难挥发组分部分冷凝：难挥发组分 气相气相 液相液相2023-4-28定义定义：利用液体混合物中各组分挥发性能的差异，：利用液体混合物中各组分挥发性能的差异，以热能为媒介使其部分汽化以热能为媒介使其部分汽化(或混合蒸气的部分冷或混合蒸气的部分冷凝凝)，从而在汽相富集易挥发组分、液相富集难挥，从而在汽相富集易挥发组分、液相富集难挥发组分，使混合物得以分离的方法称为蒸馏。发组分，使混合物得以分离的方法称为蒸馏。三三 蒸馏操作的费用蒸馏操作的费用 费用包括设备投资费和能耗费，其中加热和冷费用包括设备投资费和能耗费，其中加热和冷却费用高，即能耗大。却费用高，即能耗大。因此降低精馏操作的费用主
4、要通过改变工艺来因此降低精馏操作的费用主要通过改变工艺来降低生产的能耗。降低生产的能耗。2023-4-28按蒸馏方式按蒸馏方式 简单蒸馏简单蒸馏 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系或对分离要求不高的物系分离要求不高的物系难分离的物系难分离的物系很难分离的物系很难分离的物系或用普通方法难或用普通方法难以分离的物系以分离的物系四四 蒸馏过程的分类蒸馏过程的分类2023-4-28按操作压力按操作压力 常压常压 加压加压 减压减压 一般情况下多用常压一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不
5、到常压下不能分离或达不到分离要求分离要求 混合液中组分数混合液中组分数 双组分双组分多组分多组分 按操作方式按操作方式 间歇间歇 连续连续 2023-4-28五五 与吸收、萃取的比较与吸收、萃取的比较 分离依据分离依据挥发性的差异挥发性的差异溶解度的差异溶解度的差异单元操作单元操作 蒸馏蒸馏 吸收吸收 萃取萃取 操作难易操作难易操作简便，操操作简便，操作费用在于加作费用在于加热、冷却热、冷却需加入分离剂，需加入分离剂，操作费用在于操作费用在于解吸解吸 适用性适用性适于各种适于各种浓度混合浓度混合物的分离物的分离仅适于低仅适于低浓气体、浓气体、液体混合液体混合物的分离物的分离2023-4-28第
6、十章第十章第十章第十章第十章第十章 蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏一、双组分溶液的汽液关系一、双组分溶液的汽液关系二、汽液相平衡二、汽液相平衡三、挥发度和相对挥发度三、挥发度和相对挥发度四、非理想溶液四、非理想溶液第一节第一节第一节第一节第一节第一节 二元物系的气液相平衡二元物系的气液相平衡二元物系的气液相平衡二元物系的气液相平衡二元物系的气液相平衡二元物系的气液相平衡2023-4-28组分：组分：A、B变量变量：T、p、xA、yA相数：汽相、液相相数：汽相、液相 一定压力下，液相（气相）组成一定压力下，液相（气相）组成xA(yA)与温度与温度T存在一存在一一对应关系，汽液组成之间一对应关系，汽液组
7、成之间xAyA存在一一对应关系。存在一一对应关系。22 cf自由度：自由度：1、相律分析、相律分析一一 双组分溶液的汽液关系双组分溶液的汽液关系 相律是表示平衡物系中的自由度数、相数和独相律是表示平衡物系中的自由度数、相数和独立组分数之间的关系。立组分数之间的关系。2023-4-282 2、理想溶液、理想溶液溶液中同分子间的作用力与异分子间的作用力相等。溶液中同分子间的作用力与异分子间的作用力相等。ABBBAAfff 如：甲醇与乙醇，苯和甲苯，如：甲醇与乙醇，苯和甲苯，二甲苯和对二甲苯二甲苯和对二甲苯理想物系：液相为理想溶液，服从拉乌尔定律；理想物系：液相为理想溶液，服从拉乌尔定律；气相为理想
8、气体，服从道尔顿分压定律。气相为理想气体，服从道尔顿分压定律。2023-4-28B0BBA0AAxppxpp pA,pB 溶液上方溶液上方A、B组分的分压，组分的分压，PaPa；pA0,pB0 溶液温度下纯溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，组分的饱和蒸汽压，PaPa；xA,xB 液相中液相中A、B组分的摩尔分率。组分的摩尔分率。对于理想溶液：对于理想溶液：1.1.拉乌尔定律（拉乌尔定律（Raoults Law）二二 气液相平衡气液相平衡2023-4-2800AAAAABBBBB();()pp xft xpp xft x0000AABBAAAABB(1)p xp xppxppxp)()()(BAB0
9、B0A0BAtftftfpppppx 2 2、泡点、露点方程：、泡点、露点方程：表达了一定总压下液相组成表达了一定总压下液相组成 x 与溶液泡点之间与溶液泡点之间的关系的关系 泡点方程泡点方程 汽相压力不高时，可视为理想气体，满足道汽相压力不高时，可视为理想气体，满足道尔顿分压定律。尔顿分压定律。2023-4-28气液两相平衡组成间的关系：气液两相平衡组成间的关系：A0AAA0AAAxPpyxppyp 气相组成气相组成yA与温度（露点）的关系与温度（露点）的关系)()()()(BABA0B0A0B0AA0AAtftftfpptfppppppxppy 表达了一定总压下汽相组成表达了一定总压下汽相
10、组成 y与开始冷凝时的与开始冷凝时的温度之间的关系温度之间的关系 露点方程露点方程2023-4-283、温度温度组成图组成图（txy图图)两条线：气相线（露点线）两条线：气相线（露点线）yAt 关系曲线关系曲线 液相线（泡点线）液相线（泡点线）xAt 关系曲线关系曲线三个区域：液相区三个区域：液相区 气、液共存区气、液共存区 气相区气相区汽液平衡用相图表示比较直观。汽液平衡用相图表示比较直观。2023-4-28从相图中得到如下结论：从相图中得到如下结论：一定总压的下二元理想溶液：一定总压的下二元理想溶液：混合液体的泡点随混合液体的泡点随组成的变化组成的变化而变化；而变化；（随溶液中易挥发组分的
11、含量增加而降低，（随溶液中易挥发组分的含量增加而降低，且介于两纯液体之间）且介于两纯液体之间）同温度下，气液两相达平衡，气液量大同温度下，气液两相达平衡，气液量大小由小由杠杆定律杠杆定律确定；确定；同组成下，露点同组成下，露点高于高于泡点。泡点。2023-4-284、yx图图 对角线对角线 y=x 为辅助为辅助曲线；曲线；yx曲线上各点具有曲线上各点具有不同的温度；不同的温度；平衡线离对角线越远，平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系挥发性差异越大，物系越易分离。越易分离。蒸馏计算中广泛采用的相图：蒸馏计算中广泛采用的相图：2023-4-285.5.压力对压力对xy图的影响图的影响压力增加，
12、平衡线靠近对角线，分离难度大压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大123ppp 2023-4-28三三 挥发度与相对挥发度挥发度与相对挥发度pA、pB汽液平衡时，组分汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压；在气相中的分压；xA、xB汽液平衡时，组分汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分数。在液相中的摩尔分数。BBBAAA ,xpxp 混合液某组分挥发度混合液某组分挥发度:1.1.挥发度挥发度意义：是该物质意义：是该物质挥发难易程度挥发难易程度的标志。的标志。定义：气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液定义：气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液相中的该组分摩尔分数之比，用符号相中的该组分摩尔分数
13、之比，用符号 表示表示。2023-4-28理想溶液：理想溶液：oooopxxpxppxxpxpBBBBBBBAAAAAAA BBAABAxpxp 理想气体：理想气体：BBAAxyxy 一般物系：一般物系：2.相对挥发度相对挥发度(以以表示表示)(relative volatility)定义：溶液中两组分挥发度之比。定义：溶液中两组分挥发度之比。注：习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组注：习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比称为相对挥发度，分的挥发度之比称为相对挥发度，大于大于1.2023-4-28对于二元物系对于二元物系：yB=1-yA xB=1-xA，忽略角标：忽略角标：即即x
14、xy)1(1 相平衡方程相平衡方程0B0App 理想溶液：理想溶液：xxyy11则则注：注：随温度的变化比明随温度的变化比明显，计算时通常用一平均显，计算时通常用一平均值进行计算。值进行计算。2023-4-283.3.平均相对挥发度平均相对挥发度釜釜 顶m式中式中顶顶塔顶的相对挥发度塔顶的相对挥发度 釜釜塔釜的相对挥发度塔釜的相对挥发度4 4.的物理意义的物理意义 气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比的倍数；气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比的倍数；标志着分离的难易程度标志着分离的难易程度；若若1,则则 yx,可用蒸馏方法分离，且可用蒸馏方法分离，且愈大，愈大，平衡线愈远离对角线
15、，物系愈易分离；平衡线愈远离对角线，物系愈易分离；=1,=1,无法用普通蒸馏方法分离。无法用普通蒸馏方法分离。2023-4-28非理想溶液非理想溶液 最低恒沸点最低恒沸点 如：乙醇水，正丙醇水如：乙醇水，正丙醇水 最高恒沸点最高恒沸点 如：硝酸水，氯仿酮如：硝酸水，氯仿酮 正偏差溶液正偏差溶液 1i负偏差溶液负偏差溶液 1i四四 非理想溶液非理想溶液2023-4-28第十章第十章第十章第十章第十章第十章 蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏一、简单蒸馏与平衡蒸馏一、简单蒸馏与平衡蒸馏二、精馏原理二、精馏原理三、连续精馏装置流程三、连续精馏装置流程四、理论板、恒摩尔流四、理论板、恒摩尔流第三节第三节第三节第
16、三节第三节第三节 蒸馏方式蒸馏方式蒸馏方式蒸馏方式蒸馏方式蒸馏方式2023-4-28一一 简单蒸馏和平衡蒸馏简单蒸馏和平衡蒸馏1 简单蒸馏简单蒸馏（1）装置装置（2）特点特点:间歇非定态间歇非定态一次进料一次进料xD,xW不是一对平衡不是一对平衡组成组成适合于适合于 大的组分大的组分对对A部分提出部分提出,粗分粗分2023-4-282 平衡蒸馏平衡蒸馏(又叫闪蒸又叫闪蒸)1.流程流程2.特点特点:一次进料，粗分一次进料，粗分xD,xW是一对平是一对平衡组成衡组成W xWTD xDF xF2023-4-28 比较：比较：在相同的原料液浓度及相同釜液的条件下，简单在相同的原料液浓度及相同釜液的条件
17、下，简单蒸馏所得到的馏出液浓度高于平衡蒸馏，而平衡蒸馏的优蒸馏所得到的馏出液浓度高于平衡蒸馏，而平衡蒸馏的优点是连续操作，但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。点是连续操作，但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。总结：总结：简单蒸馏和平衡蒸馏一般只能用于对原料的初步简单蒸馏和平衡蒸馏一般只能用于对原料的初步分离，但其结果均可使易挥发组分从液相向汽相转移，从分离，但其结果均可使易挥发组分从液相向汽相转移，从而是混合液达到一定程度的分离。而是混合液达到一定程度的分离。2023-4-281 1、多次部分汽化和多次部分冷凝、多次部分汽化和多次部分冷凝 二二 精馏原理精馏原理通过多次部分气化和多通过多次部分
18、气化和多次部分冷凝，最终可以次部分冷凝，最终可以获得几乎纯态的易挥发获得几乎纯态的易挥发组分和难挥发组分，但组分和难挥发组分，但得到的气相量和液相量得到的气相量和液相量却越来越少。却越来越少。2023-4-282023-4-28缺点：缺点：1.1.收率低；收率低；2.2.设备重复量大，设备投资大；设备重复量大，设备投资大；3.3.能耗大，过程有相变。能耗大，过程有相变。问题：工业上如何实现？问题：工业上如何实现？2023-4-282.2.有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝 2023-4-28进料板：进料板：原料液进入原料液进入的那层塔板。的那层塔板。精馏段：精
19、馏段：进料板以上的进料板以上的塔段。塔段。提馏段：提馏段：进料板以下（包进料板以下（包括进料板）的塔段。括进料板）的塔段。三三 连续精馏装置流程连续精馏装置流程.连续精馏装置连续精馏装置2023-4-282.2.塔板的作用塔板的作用 塔板塔板提供了提供了汽液汽液分离的场所；分离的场所；每一块塔板是一每一块塔板是一个个混合分离器；混合分离器；足够多的板数足够多的板数可可使各组分使各组分较完全分较完全分离。离。特点：特点：2023-4-28说明：说明：1、下降的液相泡点、下降的液相泡点tn-1与上升的气相露点与上升的气相露点tn+1不等，不等，当气液平衡时，两相温度相等当气液平衡时，两相温度相等t
20、n，即传质伴有传热。，即传质伴有传热。2、重组分由气相冷凝至液相，放出潜热，轻组分、重组分由气相冷凝至液相，放出潜热，轻组分由液相汽化成气相，需要潜热，二者同时发生，潜由液相汽化成气相，需要潜热，二者同时发生，潜热抵消；热抵消；3、气液两相偏离平衡越远，传质过程进行越快。、气液两相偏离平衡越远，传质过程进行越快。2023-4-28回流的作用：回流的作用：提供不平衡的气液两相，是构成气液提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传质的必要条件。两相传质的必要条件。精馏的主要特点就是有回流精馏的主要特点就是有回流。3.3.精馏过程的回流精馏过程的回流 回流包括：回流包括：塔顶回流液塔顶回流液塔底回流汽塔
21、底回流汽2023-4-28塔顶回流液塔顶回流液回流液回流液：在任意塔板上，上一块塔板下来的液：在任意塔板上，上一块塔板下来的液体，轻组分含量高，温度低。体，轻组分含量高，温度低。2023-4-28塔釜汽相回流塔釜汽相回流回流汽回流汽：任意塔板上，下一块塔板上来的汽：任意塔板上，下一块塔板上来的汽体，重组分含量高，温度高；体，重组分含量高，温度高；2023-4-28四四 理论板的概念和恒摩尔流假设理论板的概念和恒摩尔流假设 离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板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的。上的液相组成也可视为均匀的。假设的条件假设的条件（1）两组分的摩尔汽化
22、潜热相等；两组分的摩尔汽化潜热相等；（2）两相接触因两相温度不同而交换的显热可忽略）两相接触因两相温度不同而交换的显热可忽略不计；不计；（3）塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。）塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。2.恒摩尔流假设恒摩尔流假设1.理论板的概念理论板的概念2023-4-28 精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏段也一样。提馏段也一样。即：即：V1=V2=V=常数常数 V1=V2=V=常数常数式中：式中：V 精馏段上升蒸汽的摩尔流量，精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h;V提馏段上升蒸汽的摩尔流量，提馏段上升蒸汽的摩尔流量，k
23、mol/h。（下标（下标1、2表示自上而下的塔板序号。）表示自上而下的塔板序号。）（1）恒摩尔汽化）恒摩尔汽化2023-4-28精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等，精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等，提馏段也一样。提馏段也一样。即：即：L1=L2=L=常数常数 L1=L2=L=常数常数式中式中L 精馏段下降液体的摩尔流量，精馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h;L提馏段下降液体的摩尔流量，提馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h。（下标（下标1、2表示自上而下的塔板序号。）表示自上而下的塔板序号。）（2）恒摩尔溢流）恒摩尔溢流 2023-4-28第十章第十章第十章第十章第十章第十
24、章 蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算二、精馏段操作线方程二、精馏段操作线方程三、提馏段操作线方程三、提馏段操作线方程四、进料热状况的影响四、进料热状况的影响五、进料方程（五、进料方程（q线方程）线方程）第四节第四节第四节第四节第四节第四节 二元连续精馏的分析和二元连续精馏的分析和二元连续精馏的分析和二元连续精馏的分析和二元连续精馏的分析和二元连续精馏的分析和计算计算计算计算计算计算2023-4-281 1）根据分离任务，确定产品流量）根据分离任务，确定产品流量D D，W W；2 2）选择操作条件）选择操作条件R R、进料状态；、进料状态；3 3）确定塔板数及加料位置；）
25、确定塔板数及加料位置；4 4）选择塔型，确定塔径，塔内结构尺寸，）选择塔型，确定塔径，塔内结构尺寸，流体力学验算；流体力学验算；5 5）冷凝器及再沸器热负荷及设计计算。）冷凝器及再沸器热负荷及设计计算。设计目标设计目标:一一 全塔物料衡算全塔物料衡算2023-4-28 WDFWxDxFxWDF塔顶采出率塔顶采出率WDWFxxxxFD 塔底采出率塔底采出率FDFW 1F,xFD,xDW,xW全塔物料衡算全塔物料衡算F、D、Wkmol/hxF、xD、xW摩尔分率摩尔分率2023-4-28%100FDA FxDx 塔顶易挥发组分回收率塔顶易挥发组分回收率塔底难挥发组分回收率塔底难挥发组分回收率%10
26、0)1()1(FWB xFxW 例：将例：将5000kg/h含乙醇含乙醇0.4（摩尔分数，下同）（摩尔分数，下同）和水和水0.6的混合液在常压连续精馏塔中分离。要的混合液在常压连续精馏塔中分离。要求馏出液含乙醇求馏出液含乙醇0.85，釜液含乙醇不高于，釜液含乙醇不高于0.02，求馏出液，釜液的流量及塔顶易挥发组分的回求馏出液，釜液的流量及塔顶易挥发组分的回收率。收率。2023-4-28二二 精馏段操作线方程精馏段操作线方程 Dn1nDxLxVyDLVDnDn1nxDLDxDLLxVDxVLy 11Dn1n RxxRRy令令 回流比回流比 DLR 精馏段操作线方程精馏段操作线方程2023-4-2
27、8精馏段操作线精馏段操作线:当当R,D,xD为一定值时为一定值时,该操作线为一直线该操作线为一直线.斜率斜率:VLRR1截距截距:1D Rxyx1D RxxD操作线为过点（操作线为过点（xD，xD）画操作线过程如下画操作线过程如下:2023-4-28三三 提馏段操作线方程提馏段操作线方程 W1mmWxyVxLWVLwmwm1mxWLWxWLLxVWxVLy 提馏段操作线方程提馏段操作线方程2023-4-28xW 意义：提馏段意义：提馏段 ym1f（xm）提馏段操作线为提馏段操作线为 过点（过点（xW，xW）VL 斜率：斜率：截距截距:VWxW-yxxD1D RxxFabq2023-4-28例例
28、 将含将含0.24（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含0.95易挥发组分，釜液含易挥发组分，釜液含0.03易挥发组分。送入易挥发组分。送入冷凝器的蒸汽量为冷凝器的蒸汽量为850kmol/h，流入精馏塔的回，流入精馏塔的回流液为流液为670kmol/h，试求：，试求：1每小时能获得多少每小时能获得多少kmol/h的馏出液？多少的馏出液？多少kmol/h 的釜液？的釜液？2.回流比回流比R为多少？为多少？3.写出精馏段操作线方程。写出精馏段操作线方程。2023-4-28例题：在一连续操作
29、的精馏塔中，某混合液流量为5000kg/h，其中轻组分含量为0.3（摩尔分数，下同），要求馏出液轻组分回收率为0.88，釜液中轻组分含量不高于0.05，试求塔顶馏出液的摩尔流量和摩尔分数。已知MA=114kg/kmol,MB=128kg/kmol。2023-4-28kg/kmol8.1237.01283.0114BBAAxMxMMkmol/h39.408.1235000FWDFWxDxFxWDF05.03.088.039.403.039.4039.40WWD943.031.1188.03.039.40DxFxFD解：进料混合物的平均摩尔质量：进料混合液的摩尔流量：物料衡算：联立求解得：W=29
30、.1 kmol/h D=11.31 kmol/h塔顶馏出液摩尔分数：2023-4-28四四 进料热状况的影响进料热状况的影响(1)(1)冷液冷液 tFts (2)(2)饱和液体（泡点进料）饱和液体（泡点进料）tFts (3)(3)气液混合气液混合 tstFtd 2023-4-281.1.加料板的物料衡算加料板的物料衡算FhF+LhF-1+VHF+1=VHF+LhF 物料恒算：物料恒算：F+V+L=V+L2.2.热量衡算热量衡算加料板加料板FF,xF,hFL h F-1V HFL hFV H F+1式中式中 H，h，hF分别为饱和蒸汽、饱和液体、原分别为饱和蒸汽、饱和液体、原料液的摩尔焓料液的摩
31、尔焓k kJ/kmol；2023-4-28HF=HF+1=H=原料在饱和蒸汽状态下的摩尔焓原料在饱和蒸汽状态下的摩尔焓hF=hF-1=h原料在饱和液体状态下的摩尔焓原料在饱和液体状态下的摩尔焓假设假设FLLhHhHq F令令q q进料热状况参数进料热状况参数汽化潜热原料的热量原料变为饱和蒸汽所需将kmolkmol1FhHhHq2023-4-28FqVVqFLL)1(所以：所以：其中饱和液体所占分率为其中饱和液体所占分率为 q，饱和蒸汽所占分率为，饱和蒸汽所占分率为（1q）。10 液化率在数值上等于原料液的，若qq 将精馏段与提将精馏段与提馏段关联起来馏段关联起来2023-4-28FLVLV冷液
32、进料冷液进料泡点进料泡点进料FLL VV FLLVV FLVLVFqF(1-q)FLVLV汽液混合进料汽液混合进料FqVV)1(qFLL 2023-4-28FLVLV过热蒸汽进料过热蒸汽进料LL FVV FLVLV饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料FVVLL 2023-4-28五五 进料方程（进料方程（q线方程）线方程）WDWxxLyVDxLxVyFqVV)1(qFLL 11F qxxqqyq q 线方程或进料方程线方程或进料方程xWyxxD1D RxxF意义：精馏段与提馏段交点轨迹方程；意义：精馏段与提馏段交点轨迹方程；2023-4-28L与与L(1)冷液冷液 q1FLL VV (2)饱和液体饱和液体
33、 q1FLL VV (3)气液混合气液混合 0q1LL VV (4)饱和蒸汽饱和蒸汽 q0LL FVV (5)过热蒸汽过热蒸汽 q0LL FVV 进料状况进料状况q值值q线位置线位置V与与V2023-4-282023-4-28例例:在一常压连续精馏塔中分离苯在一常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。原料液甲苯混合液。原料液流量为流量为100kmol/h，组成为，组成为0.5(摩尔分数，下同摩尔分数，下同)，泡点进，泡点进料。馏出液组成为料。馏出液组成为0.9，釜残液组成为，釜残液组成为0.1，操作回流比，操作回流比为为2.0。试求：试求：塔顶及塔底产量，塔顶及塔底产量，kmol/h；达到馏出液流
34、量为达到馏出液流量为56kmol/h是否可行？最大馏出液是否可行？最大馏出液流量为多少？流量为多少？2023-4-28 对一操作中的精馏塔，理论塔板数固定，同时该塔要对一操作中的精馏塔，理论塔板数固定，同时该塔要受物料衡算制约，即在操作中要同时满足受物料衡算制约，即在操作中要同时满足NT及物料衡算关系。及物料衡算关系。解：解：塔顶及塔底产量，塔顶及塔底产量，kmol/h全塔物料衡算：全塔物料衡算：WDFWxDxFxWDFWDWD1.09.05.0100100联立求解得：联立求解得：D=50kmol/h，W=50kmol/h 达到馏出液流量为达到馏出液流量为56kmol/h是否可行？最大馏出液流
35、是否可行？最大馏出液流量为多少？量为多少？此时易挥发组分的回收率为：此时易挥发组分的回收率为：%1005.01009.056FDFxDx故从物料衡算角度看，如不改变故从物料衡算角度看，如不改变xD，要达到，要达到D=56kmol/h是不可能的。是不可能的。2023-4-28塔顶可能获得的最大馏出液流量为：塔顶可能获得的最大馏出液流量为：kmol/h56.559.05.0100DFmaxxFxD若要求获得馏出液流量为若要求获得馏出液流量为56kmol/h，则最大的馏出液组成，则最大的馏出液组成为：为：89.0565.0100FDDFxx 为使精馏塔正常操作，通常首先应满足物料衡算关系，为使精馏塔
36、正常操作，通常首先应满足物料衡算关系，若物料不平衡，即使理论板数再多，板效率再高也不可能若物料不平衡，即使理论板数再多，板效率再高也不可能得到合格的产品。对一定的得到合格的产品。对一定的F、xF、D，xD的极限值为：的极限值为：xD,max=FxF/D。反之，对一定的。反之，对一定的F、xF、xD，D的极限值为：的极限值为：Dmax=FxF/xD。2023-4-28 例：例：在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为100kmol/h，组成为，组成为0.3(易挥发组分摩尔分数易挥发组分摩尔分数)，其精馏段，其精馏段和提馏段操作线方程分别为：和提
37、馏段操作线方程分别为：y=0.714x+0.257 y=1.686x-0.0343试求：试求：塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，kmol/h；进料热状态参数进料热状态参数q。2023-4-28解：解：先由已知的两操作线方程求出先由已知的两操作线方程求出xD、xW和和R；再由全塔物料衡算和回流比定义求得再由全塔物料衡算和回流比定义求得D和和L；由两操作线方程和由两操作线方程和q线方程联立可求得进料热状态参数线方程联立可求得进料热状态参数q 塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，kmol/h由精馏段操作线方程和对角线方程联立解
38、得由精馏段操作线方程和对角线方程联立解得:y=0.714x+0.257y=x90.0899.0714.01257.0Dx由提馏段操作线方程和对角线方程联立解得由提馏段操作线方程和对角线方程联立解得:y=1.686x-0.0343y=x05.01686.10343.0Wx馏出液流量由全塔物料衡算求得，即：馏出液流量由全塔物料衡算求得，即：2023-4-283.010005.09.0100WDFWDD=29.4kmol/hW=71.6kmol/h回流比由精馏段操作线斜率求得回流比由精馏段操作线斜率求得(y=0.714x+0.257)：714.01RRR=2.5精馏段下降液体量为：精馏段下降液体量为
39、：L=RD=2.529.4=73.5kmol/h 进料热状态参数进料热状态参数qq线方程为：线方程为：13.0111Fqxqqqxxqqy式中的式中的x、y值可由两操作线方程联立解得值可由两操作线方程联立解得2023-4-28得：得：x=0.3将将x=0.3代入精馏段操作线方程，得：代入精馏段操作线方程，得：y=0.471将将x=0.3，y=0.471代入代入q线方程，得：线方程，得：q=1(泡点进料泡点进料)y=0.714x+0.257y=1.686x-0.03430.714x+0.257=1.686x-0.03432023-4-28例：用一连续精馏装置在常压下，分离含苯例：用一连续精馏装置
40、在常压下，分离含苯41%（质量（质量%，下同）的苯，下同）的苯-甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于97.5%，塔底产品中含甲苯不低于，塔底产品中含甲苯不低于98.2%，每小时处理的，每小时处理的原料量为原料量为8570kg。操作回流比为操作回流比为3，试计算：，试计算：（1）塔顶及塔底的产品量；）塔顶及塔底的产品量；（2）精馏段上升蒸汽量及回流液量；）精馏段上升蒸汽量及回流液量；（3）当原料于）当原料于47进塔和蒸汽进塔时，提馏段上升蒸汽进塔和蒸汽进塔时，提馏段上升蒸汽量及回流液量量及回流液量。（苯的汽化潜热（苯的汽化潜热rA=93kcal/kg，甲苯的汽化潜
41、热甲苯的汽化潜热rB=87.52023-4-28kcal/kg，苯和甲苯的平均比热苯和甲苯的平均比热Cp,l=0.45 kcal/kg，蒸汽的蒸汽的平均比热平均比热Cp,v=0.30 kcal/kg）。）。分析：分析：求求W、D全塔物料衡算全塔物料衡算求求xF、xW、xD求求V、L已知已知R精馏段物料衡算精馏段物料衡算求求LV、qFLLFqVV)1(求求q解：解：（1）产品量）产品量 2023-4-2892/5978/4178/41Fx4504.092/5.278/5.9778/5.97Dx9787.092/2.9878/8.178/8.1wx0212.092)4504.01(784504.0
42、FMkmolkg/69.8569.858570Fhkmol/0.1002023-4-28WDFwDFWxDxFxWD0.1000212.09787.04504.00.100WDhkmolD/3.44hkmolW/7.55(2)上升蒸汽量及回流量上升蒸汽量及回流量 精馏段：精馏段：RDL 8.443hkmol/5.134DLV83.445.134hkmol/3.1792023-4-28(3)47进料时进料时 LV、将料液由将料液由47升温到升温到93所需的热量为：所需的热量为：)4793(4504.069.85FLiikmolkcal/4.1775继续加热继续加热 LVii 4504.07893
43、5.9930.0934504.01925.87935.9945.02.45727.3335kmolkcal/9.7907由苯由苯-甲苯物系的温度组成图可知：甲苯物系的温度组成图可知：对组成为对组成为0.41的进料，泡点为的进料，泡点为93 ，露点为，露点为99.5。2023-4-28LVFViiiiq LVFLLViiiiiiLVFLiiii19.79074.17751225.1qFLL100225.15.134hkmol/257FqVV11001225.13.179hkmol/8.201饱和蒸汽进料时饱和蒸汽进料时 0LVFViiiiqhkmolLL/5.134FVV1003.179hkmo
44、l/3.792023-4-28求：求：(1)D,W （2）V,L(3)泡点进料泡点进料,V L?(4)饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料 V L?(5)t进进=40,V L?苯苯:M=78,r=389.4kJ/kg甲苯甲苯:M=92 r=376.4kJ/kgxW 0.02F=110kmol/hxF=0.4xD=0.95例：分离苯例：分离苯-甲苯混合液，理想物系。甲苯混合液，理想物系。已知：加料板温度已知：加料板温度96,F=110kmol/h,xF=0.4,xD=0.95,xw 0.02,R=3.2。2023-4-28第十章第十章第十章第十章第十章第十章 蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏一、理论塔板数的计算一、
45、理论塔板数的计算二、回流比的影响与选择二、回流比的影响与选择三、理论塔板数的捷算法三、理论塔板数的捷算法第五节第五节第五节第五节第五节第五节 双组分精馏的设计计算双组分精馏的设计计算双组分精馏的设计计算双组分精馏的设计计算双组分精馏的设计计算双组分精馏的设计计算2023-4-28（1）D,xD (W,xW)；（2）xD ,xW；%100FDA FxDx（3）选择条件：选择条件：操作压力操作压力p，回流比，回流比R，进料热状态，进料热状态q。确定：塔板数确定：塔板数N精馏操作分离要求：精馏操作分离要求：一理论塔板数的计算一理论塔板数的计算2023-4-281.1.逐板计算法逐板计算法xnyn符合
46、平衡关系符合平衡关系；yn+1 xn符合操作关系符合操作关系。塔顶设全凝器，泡点回流。塔顶设全凝器，泡点回流。塔顶全凝器塔顶全凝器 1x平衡平衡 D1xy 2y操作操作nqxx精馏段精馏段（n-1）块板，第块板，第n块为加料板。块为加料板。精馏段：精馏段：F,xFD,xDW,xWyWm-112nx1x2xnxm-1y2y1ym-12023-4-28提馏段：提馏段：xn1n y操操作作1n x平平衡衡Wmxx 提馏段提馏段（m-1）块板块板 再沸器相当于一块理论板；再沸器相当于一块理论板；分凝器也相当于一块理论分凝器也相当于一块理论板，可以板，可以x0、y0计，其他相计，其他相同同。D,xD分凝
47、器分凝器全凝器全凝器2023-4-282.2.图解法图解法2023-4-282023-4-283.3.最优加料位置的确定最优加料位置的确定最优加料板位置最优加料板位置：qxx2023-4-28确定最佳进料位置确定最佳进料位置 最优进料位置：塔内气相或液相组成与进料组成最优进料位置：塔内气相或液相组成与进料组成 相等或相近的塔板。相等或相近的塔板。图解法最优进料板：跨越两操作线交点的梯级，图解法最优进料板：跨越两操作线交点的梯级，NT最少。最少。梯级的物理意义梯级的物理意义理论板上浓度特征：理论板上浓度特征：xn yn相平衡，落到平衡线上。相平衡，落到平衡线上。某截面浓度特征：某截面浓度特征：x
48、n yn+1操作关系，落到操作线上。操作关系，落到操作线上。注意：注意：2023-4-28二回流比的影响与选择二回流比的影响与选择1.1.回流比对精馏操作的影响回流比对精馏操作的影响 R操作线远离平衡线操作线远离平衡线 TN 设备费设备费 ,VVL 冷凝器、再沸器热负荷冷凝器、再沸器热负荷 操作费操作费2023-4-282023-4-282.2.全回流与最少理论板数全回流与最少理论板数操作线方程操作线方程n1nxy 2023-4-28操作线：操作线：n1nxy 平衡线：平衡线：nnnnn)1(1xxy 第第1 1块板：块板：全凝器全凝器D1xy 或或DBA1BA)()(xxyy 则则A11AA
49、1DB1BB1(1()(yyxxxx第第2 2块板：块板：DBA11BA2BA)(1)()(xxxxyy A22BAA2DB12B1()()1xyxxyx 2023-4-28AAWDB12NWB1()()xxxx NT T块板后块板后TWN21N 1lg)()(lgWABDBAminT xxxxN（不包括再沸器）（不包括再沸器）底底顶顶 相差不大时：相差不大时：双组分：双组分：1lg)1)(1(lgWWDDminT xxxxN（不包括再沸器）（不包括再沸器）2023-4-283.3.最小回流比最小回流比2023-4-28最小回流比：最小回流比：对于某一物系，在对于某一物系，在一定的分离任务下一
50、定的分离任务下，所需理论板，所需理论板为无穷多时所对应的回流比。为无穷多时所对应的回流比。恒浓区（夹紧点）恒浓区（夹紧点）:在在d d点前后气液两相浓度没有变化点前后气液两相浓度没有变化 ，即无增浓作，即无增浓作用。所以此区称作恒浓区，用。所以此区称作恒浓区，d d点叫夹紧点。点叫夹紧点。（1）定义）定义2023-4-281 1）一般形状的平衡线：）一般形状的平衡线：（2 2）最小回流比的计算）最小回流比的计算qqyx,图解图解公式计算公式计算2023-4-28qDqDminmin1xxyxRR qqqDminxyyxR 斜率法斜率法截矩法截矩法ARx 1minDminR公式法公式法q=1，x
