化工原理B復習資料——蒸餾

1、第五部分蒸播Parti概述一、蒸儲原理(依據(jù))利用混合物在一定壓力下各組分相對揮發(fā)度(沸點)的不同進行分離的一種單元操作。二、基本定律及概念1、拉烏爾定律(1)表示氣液平衡關(guān)系(某組分液面上分壓與其液相組分關(guān)系)某組分氣體在液面上方分壓等于其液相摩爾分率乘以該溫度下飽和蒸汽壓PA=P0xA(2)拉烏爾定律表示的氣液相平衡關(guān)系氣液相平衡(即溶液沸騰)時，有P=PaPb=pAxPB(1-X)所以可以推出一一泡點方程XA=(PpB)/(Pa0Pb0)露點方程Ya=paxa/P對于任一理想溶液，利用一定溫度下純組分飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)可求得該溫度下平衡的氣液相組成；反之，已知一相組成，可求得與之平衡的另一相

2、組成和溫度(試差法)，具體的試差法應用不要求2、揮發(fā)度和相對揮發(fā)度(1)揮發(fā)度對純液體，揮發(fā)度指該液體在一定溫度下的飽和蒸汽壓V=p對混合液，揮發(fā)度為組分在蒸氣中分壓和與之平衡的液相中的摩爾分率之比VA=pA/XAVB=pB/XB對于理想溶液:vA=pA/xA=p*xA/xA=p即vA=pA0同理，vB=pB0(2)相對揮發(fā)度溶液中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比，用a表示。這是相對揮發(fā)度的三種表達形式a=Va/Vb=(Pa/xa)/(Pb/xb)=Yaxb/Ybxa理想溶液中組分的相對揮發(fā)度等于同溫度下兩組分的泡和蒸汽壓之比。當t變化時，兩者的變化不大，一般可將副為常數(shù)，計算時可取

3、操作溫度范圍內(nèi)的平均值。(3)氣液平衡方程及其推導原理VapA._Paxb_YaXby(1-x)-=o-=由vBpB和pBxAyBxA(1-y)X導由氣液平衡方程:xy二1(：-1)x分析：a值的大小可用來判斷蒸儲分離的難易程度。a愈大,揮發(fā)度差異愈大,分離愈易；三L時不能用普通精儲方法分離，此時用的是萃取精儲或恒沸精儲平衡線推由后，x-y圖分析一一平衡線始終位于對角線上方，偏離程度越大，兩組分越易分離(4)氣液平衡相圖(1)溫度一組成(t-x-y)圖該圖由飽和蒸汽線(露點線)、飽和液體線(泡點線)組成，飽和液體線以下區(qū)域為液相區(qū)、飽和蒸汽線上方區(qū)域為過熱蒸汽區(qū)、兩曲線之間區(qū)域為氣液共存區(qū)。氣

4、液兩相呈平衡狀態(tài)時、氣液兩相溫度相同，但氣相組成大于液相組成;若氣液兩相組成相山則氣相露點溫度大王液相泡點溫度。(2)x-y圖x-y圖表示液相組成x與之平衡的氣相組成y之間的關(guān)系曲線圖，平衡線位于對角線的上方。平衡線偏離對角線愈遠，表示該溶液愈易分離?？倝簩ζ胶馇€影響不大。Part2蒸播方式例1：在常壓下對苯與甲苯二元理想溶液分別進行平衡蒸儲與簡單蒸儲。若原料液中苯的濃度為0.5（摩爾分率）。物系的相對揮發(fā)度為2.47。試求：1）用平衡蒸儲方法分離，當汽化率為0.4時，釜液與儲出液的組成。2）用簡單蒸儲方法分離，使釜液濃度與平衡蒸儲相同，所得儲出物中苯的平均組成。（結(jié)論：在相同的原料液濃度及

5、相同釜液的條件下，簡單蒸儲所得到的儲出液濃度高于平衡蒸儲，而平衡蒸儲的優(yōu)點是連續(xù)操作，但其分離效果不如間歇操作的簡單蒸儲。）（個人覺得，這個不太是重點，有時間就看看，沒時間就抓別的重點吧）Part3本章基本物理量及公式推導（1）物料衡算常用物理量F,xf為進料摩爾流量及易揮發(fā)組分摩爾分率w,xw為釜底料液摩爾流料及易揮發(fā)組分摩爾分率D,xd為塔頂流出液冷凝后摩爾流量及易揮發(fā)組分摩爾分率L為塔頂流出液冷凝后的回流摩爾流量根據(jù)理論板假設(shè)，L同樣也等于每層理論版上由上到下的液體流量V為由塔底向上氣相摩爾流量（2）推導、定義量q:表征進料熱狀況的量，也可以叫液化分率，定義為：_將Ikmol進料變?yōu)轱柡?/p>

6、蒸汽所需熱量原料液的kmol汽化潛熱物理意義：表示進料熱狀況與原料熱狀況關(guān)系（F表示進料，L/示加料前由精儲到提儲液相原料流量，L表示進料后液相原料變化結(jié)果；V表示加料前由提儲到精儲氣相原料流量，V表示進料后氣相相原料變化結(jié)果）q=1泡點進料，（原料以泡點溫度全部流到液相，氣相此時無法冷凝）V =VL=FLq=0飽和蒸汽進料,（原料以平衡溫度全部進入氣相，液相此時無法氣化）V =V-FL=Lq1冷液進料，（原料全部流入液相，并加上被冷凝原氣相，氣相此時由于被冷凝減少）L=LFLV=VLq0過熱蒸汽進料（原料全部進入氣相，并加上被氣化的原液相，液相此時由于被氣化減少）LLVY7FV0q1氣液混合

7、進料（原料氣相部分進入氣相，液相部分進入液相）V =V（q-1）FL=LqF對于飽和液體、汽液混合物及飽和蒸汽三種進料而言，q值就等于進料中的液相分率。理解q與L的關(guān)系，以便通過不同進料狀況求解提儲操作線回流比:R=L/DR的定義一一精儲操作結(jié)束后，塔頂產(chǎn)品回流液和氣相流出物流量之比回流比變化引起精儲段和提儲段操作線變化，但q線及平衡線不變（圖解分析）田曾大，精儲段方程截距xD/R+1減小，ab下移，因此理論塔板數(shù)減小當他到無窮，ab與y=x重合，得最小理論塔板數(shù)，此時沒有提儲段此外，田曾大的同時，釜內(nèi)所需加熱蒸汽量增大，塔頂冷卻介質(zhì)消耗量增大(這個習題答案上是減小，我問過老師，應該是增大的)

8、當戲到無窮時，出現(xiàn)的是全回流狀態(tài)，此時D=0,F=0,W=0該狀態(tài)下，操作線方程為yn+1=Xn,可用圖解法推出最小理論塔板數(shù)，根據(jù)yn+1=Xn和yn=0X/1+(a-1)Xn可以求出全回流條件下各板氣液相組成。R減小，精微段方程截距xD/R+1增大，直到與平衡線相交，此時出現(xiàn)夾緊點d,R不能繼續(xù)變小，因此出現(xiàn)最小回流比R(min)求法一一由ab線斜率求解(有很多方法，可以記公式，我是不記公式的，下面是我的推導依據(jù))求儲段物料衡算一一操作線斜率=R/(1+R)由圖，該斜率=y-yq/xd-xq由此R/(1+R尸yd-yq/xd-xq推出的R即是資料上直接用的Rmin=(xdyq)/(yqxq

9、)y=xd,當泡點(飽和液體)進料時，xq=xf;飽和蒸汽進料時，yq=xf;Part4精微計算、理論假設(shè)基礎(chǔ)理論板假設(shè)：離開這種板的氣液兩相互成平衡，而且塔板上的液相組成也可視為均勻的。(xn、yn有平衡線關(guān)系)恒摩爾氣化和包摩爾溢流假設(shè)：FFFVi=V2=Vn=VV1=V2=.Vm=VL1=L2=Ln=LL=L2=Lm=L也就是，每層板上氣相流量及液相流量不變(包摩爾流假設(shè)成立條件：(1)各組分的摩爾汽化潛熱相等；(2)氣液接觸時因溫度不同而交換的顯熱可以忽略；(3)塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略。)、物料衡算及操作線推導1 .全塔物料衡算總物料衡算：F=D+W易揮發(fā)組分：Fxf=Dxd+

10、Wxw塔頂易揮發(fā)組分回收率：”D=(Dxd/Fxf)x100%塔底難揮發(fā)組分回收率：”w=W(1-xw)/F(1-xf)x100%有的題會扯回收率，根據(jù)回收率和已知的F去推導D或W2 .精儲段物料衡算和操作線方程總物料衡算：V=L+D易揮發(fā)組分：Vyn+1=Lxn+DxD操作線方程：yn+1=(L/V)xn+(D/V)xD=R/(R+1)xn+1/(R+1)xD上式表示在一定操作條件下，精儲段內(nèi)自任意第n層板下降的液相組成出與其相鄰的下一層板(第n+1層板)上升蒸汽相組成yn+1之間的關(guān)系。在x-y坐標上為直線，斜率為RZR+1,截距為xd/R+103 .提儲段物料衡算和操作線方程總物料衡算：

11、L=V+W易揮發(fā)組分：Lxm=Vym+1+WxW操作線方程：ym+1=(L/V、)xm(W/V)xw上式表示在一定操作條件下，提儲段內(nèi)自任意第m層板下降的液相組成x_m與其相鄰的下一層板(第m+1層板)上升蒸汽相組成ym+1之間的關(guān)系。L除與L有關(guān)外，還受進料量和進料熱狀況的影響。L、V與進料的關(guān)系及計算方法在前面q的討論中提及。三、理論塔板層數(shù)求法逐板計算法從塔頂算起：xd=y1由平衡線方程一一x1由操作線方程一一y2由平衡線方程一一x2一直推到某一個xn,這個xn大于等于進料xf,那就說明第n塊板不是理論板，實際為進料板，精儲段有n-1塊理論板接下來是提儲段：x1=xn（是指進料板下面那塊

12、理論板）一一由提儲操作線y2-一由平衡線一一x2直推到某一個xm小于等于xw,此時第ng實際不存在，提儲段有m-1層計m+n-映理論版，一塊進料板圖解法LqFWy=xxwIF-WInF-W精儲段方程:提儲段方程：LqF-WLqF-Wqxfy二x一q線方程：q1q1（由Vy=Dxd+Lx和Vy=Lx-WXwM立，再力上Dxd+WXw=Fxf弓I入q=（LL）/F推導出來的方程）所以q線可以理解為進料方程，即進料關(guān)系對提儲線、精儲線的影響（對精儲線方程無影響，只影響提儲線方程）這時，理論塔板層數(shù)由ab、bc操作線向平衡線引折線大致求解出來。四、課件例題例：用一連續(xù)精儲裝置在常壓下，分離含苯41%（

13、質(zhì)量,下同）的苯-甲苯溶液。要求塔頂產(chǎn)品中含苯不低于97.5%,塔底產(chǎn)品中含甲苯不低于98.2%,每小時處理的原料量為8570kg0操作回流比為3,試計算：（1）塔頂及塔底的產(chǎn)品量；（2）精微段上升蒸汽量及回流液量；（3）當原料于47c進塔和蒸汽進塔時，提儲段上升蒸汽量及回流液量。（我們一般考到的應該是飽和蒸汽進料或泡點進料這種基礎(chǔ)的問題，像這種冷液進料偶爾才會涉及，個人覺得這一問不用太深究，看看就好）（苯的汽化潛熱rA=93kcal/kg,甲苯的汽化潛熱rB=87.5）建議根據(jù)分析自己推導過程分標全塔物料衡算求11+口求白、X*工口求*L已知網(wǎng)精愉段物料衡其求K；L匚=L-qF求孑郵產(chǎn)品量1F=100kmol/lD=44.3kmol/hW=55.7kmol/h上升羲汽量及回游量看懶段T_=rc=3x44.fi=1.34一5如打/方曠一LD=134.5-I-44.83一179.3A7J?7Z/h2_匚=L=1345kmolikr=F=179,3-100=79JW/i3_Part5精微原理及精微流程、裝置一、精微原理液體混合物經(jīng)過多次部份汽化后可變?yōu)楦呒兌鹊碾y揮發(fā)組分(部分氣化、部分冷凝)二、精