7精餾教學(xué)講解課件

化工生產(chǎn)中，常需要將液體混合物分離以達(dá)到提純和回收有用組分的目的，蒸餾（液體精餾）就是一種將液體混合物進(jìn)行分離（至于比較徹底的分離）的應(yīng)用廣泛的方法?；どa(chǎn)中，常需要將液體混合物分離以達(dá)到提純和回收有第六章蒸餾（液體精餾）任務(wù)：3.初步了解精餾操作及控制過程2.掌握精餾（二元組分）的原理和理論板的求取1.掌握蒸餾（液體精餾）涉及的基礎(chǔ)理論和概念1.掌握雙組分理想溶液汽液相平衡的各種表達(dá)形式；2.掌握進(jìn)料的不同熱狀況及其對(duì)精餾操作的影響；3.掌握兩組分連續(xù)精餾塔理論塔板數(shù)的逐板計(jì)算法和圖解法；4.掌握回流比對(duì)精餾過程的影響；本章重點(diǎn)及難點(diǎn)內(nèi)容:第六章蒸餾（液體精餾）任務(wù)：3.初步了解精餾操作及控1.分離物系：液-液均相,不能用機(jī)械方法達(dá)到分離的目的2.分離方式：熱分離—部分汽化、部分冷凝、汽-液相間的傳質(zhì)概述:蒸餾是通過熱量的加入，將液體混合物部分汽化，利用各組分揮發(fā)度的不同的特性以實(shí)現(xiàn)分離。對(duì)于均相混合物，必造成一個(gè)兩相物系才能進(jìn)行分離易揮發(fā)組分：沸點(diǎn)低的組分，又稱為輕組分利用液體混合物各組分揮發(fā)度的不同，使其部分氣化，從而達(dá)到分離的單元操作.難揮發(fā)組分：沸點(diǎn)高的組分，又稱為重組分注意：蒸餾：1.分離物系：液-液均相,不能用機(jī)械方法達(dá)到分離的目的2.3.蒸餾操作分類A.按流程間歇——小規(guī)模:實(shí)驗(yàn)室,科研連續(xù)——大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)幻燈片6B.按操作方法簡(jiǎn)單蒸餾平衡蒸餾（閃蒸）精餾特殊精餾萃取精餾恒沸精餾C.按操作壓強(qiáng)減壓：高沸組分、熱敏組分常壓：加壓：用于特殊精餾，改變平衡性質(zhì)αABD.按組分雙組分——重點(diǎn)討論多組分——簡(jiǎn)要介紹較易分離,分離要求不高3.蒸餾操作分類A.按流程間歇——小規(guī)模:實(shí)驗(yàn)室,科研B蒸餾操作實(shí)例：石油煉制中使用的250萬(wàn)噸常減壓裝置幻燈片5蒸餾操作實(shí)例：石油煉制中使用的250萬(wàn)噸常減壓裝置幻燈片§6.1雙組分溶液的汽-液相平衡§6.1.1溶液的蒸汽壓和拉烏爾定律（Raoult’slaw）汽液相平衡是分析精餾原理和進(jìn)行設(shè)備計(jì)算的理論基礎(chǔ)，過程以兩相達(dá)到平衡為極限。一.純組分飽和蒸汽壓其中A、B、C為常數(shù)，可由“汽液性質(zhì)”手冊(cè)查閱在密閉容器內(nèi)，在一定溫度下，純組分液體的汽液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，稱為飽和狀態(tài)，其蒸汽為飽和蒸汽，其壓力為飽和蒸汽壓?！?.1雙組分溶液的汽-液相平衡§6.1.1溶液的蒸汽只有物性和結(jié)構(gòu)相似，且分子大小也相近的物系才符合拉烏爾定律，如苯－甲苯、甲醇－乙醇、烴類同系物組成的溶液等等。描述理想溶液上方蒸汽壓(平衡分壓)與其組成xA及同溫度下飽和蒸汽壓()的關(guān)系。2.拉烏爾定律或二.理想物系的汽液相平衡——拉烏爾定律（Raoult’slaw）理想物系汽相為理想氣體液相為理想溶液1.理想溶液在全部濃度范圍內(nèi)都服從拉烏爾定律的溶液稱為理想溶液。只有物性和結(jié)構(gòu)相似，且分子大小也相近的物系才符合拉烏爾定律，杠桿原理：力力臂=常數(shù)即：液相量L1=汽相量L2量濃度差露點(diǎn)線一定在泡點(diǎn)線上方。露點(diǎn)泡點(diǎn)§6.1.2雙組分理想溶液的汽-液平衡相圖

一.溫度組成圖（t-x-y圖），p外一定杠桿原理：即：量濃度差露點(diǎn)線一定在泡點(diǎn)線上方。露點(diǎn)泡點(diǎn)§6.二.汽液平衡相圖(x-y圖)1.01.0②對(duì)大多數(shù)溶液,兩相平衡時(shí),y>x,平衡線總位于對(duì)角線上方。①對(duì)角線x=y的直線,作查圖參考用平衡線偏離對(duì)角線越遠(yuǎn),表示該溶液愈易分離三.理想溶液的t-x-y關(guān)系式1.液相組成與平衡溫度(泡點(diǎn))的關(guān)系式①+②混合物沸騰條件——泡點(diǎn)方程二.汽液平衡相圖(x-y圖)1.01.0②對(duì)大多數(shù)溶液,兩3.汽相組成與平衡溫度（露點(diǎn)）的關(guān)系式——露點(diǎn)方程2.恒壓下t-y-x關(guān)系式4.兩組分理想溶液t-y-x關(guān)系式的應(yīng)用若已知p、xA或yA

則可求

yA或xA,t泡或t露（試差計(jì)算）若已知p(一定t時(shí)),則可求出xA,yA（直接計(jì)算）①②問題:汽液平衡時(shí),t泡和t露及xA,yA關(guān)系如何??3.汽相組成與平衡溫度（露點(diǎn)）的關(guān)系式——露點(diǎn)方程2.恒溶液中某組分的揮發(fā)度等于平衡時(shí)其汽相中分壓p與平衡時(shí)液相中摩爾分率x之比。①對(duì)于A,B兩組分混合液②對(duì)于理想混合液：四.相對(duì)揮發(fā)度與理想溶液的y-x關(guān)系式

即:1.揮發(fā)度(volatility)于是：溶液中某組分的揮發(fā)度等于平衡時(shí)其汽相中分壓p與平衡時(shí)液相中摩2.相對(duì)揮發(fā)度α——混合液中同溫度下二組分的揮發(fā)度之比①對(duì)于A、B雙組分溶液：又：故：相平衡線方程（即平衡時(shí)雙組分溶液汽、液組成關(guān)系）②對(duì)于理想溶液形成的汽-液兩相：習(xí)慣將易比難揮發(fā)組分2.相對(duì)揮發(fā)度α——混合液中同溫度下二組分的揮發(fā)度之比③理論上：故α可近似為常數(shù)或取定性溫度下的平均值實(shí)際上:αAB隨t變化不大③理論上：故α可近似為常數(shù)或取定性溫度下的平均值實(shí)際上:α①αAB>1，則υA>υB或pA0>

pB0，A、B能分離②αAB<1，則υA<υB或pA0<

pB0，A、B能分離③αAB=1，則υA=υB,yA=xA，A、B不能分離④討論：用普通蒸餾、精餾方法不能分離，需用特殊方法精餾。1.αAB大小可用來(lái)判斷某混合液是否能用蒸餾方法加以分離及分離的難易程度2.總壓增大，泡點(diǎn)也增大，α將減小。①αAB>1，則υA>υB或pA0>pB0，A、§6.2蒸餾與精餾原理§6.2.1平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾

平衡蒸餾是液體的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸餾操作。生產(chǎn)工藝中溶液的閃蒸分離是平衡蒸餾的典型應(yīng)用。使混合液過熱(超壓),然后減壓使待分離組分(及第二組分)部分汽化，經(jīng)汽-液分離、冷凝即可。①屬單級(jí)操作，適于只需粗略分離的物料，又稱閃蒸。閃蒸罐D(zhuǎn),yD,teyD加熱器F,xF,tF

W,xW,teQ減壓閥xWt0②既可連續(xù)，又可間歇。2.特點(diǎn)：一.平衡蒸餾1.閃蒸操作流程：§6.2蒸餾與精餾原理§6.2.1平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾二.簡(jiǎn)單蒸餾y原料液x蒸氣xD1xD2xD3冷凝器1.一般流程如左圖:②隨著過程的進(jìn)行，汽相平衡濃度不斷下降,液相平衡濃度也下降，釜內(nèi)液體沸點(diǎn)不斷升高。2.簡(jiǎn)單蒸餾特點(diǎn)：①亦屬單級(jí)操作，常間歇操作（亦可連續(xù)），又稱微分蒸餾。③任一時(shí)刻,汽-液二相是平衡關(guān)系，且y>x。t/Cx(y)01.0露點(diǎn)線泡點(diǎn)線xAyAxf二.簡(jiǎn)單蒸餾y原料液x蒸氣xD1xD2xD3冷凝器1.一般§6.3.2

精餾原理和流程精餾流程(熟悉相關(guān)的概念)進(jìn)料釜液餾出液精餾段提餾段冷凝器再沸器原料液（進(jìn)料）

餾出液（產(chǎn)品）

回流液和釜液冷凝器（分凝器、全凝器）再沸器（塔釜加熱）加料板、精餾段和提餾段§6.3.2精餾原理和流程精餾流程(熟悉相關(guān)的概念)一.精餾原理——多次部分汽化與多次部分冷凝1.一次部分汽化或部分冷凝操作：由圖可見：采用一次部分汽化對(duì)于xF,tf的混合液,汽-液平衡時(shí),液相：x>xw(露點(diǎn)組成),汽相：y<yF

(泡點(diǎn)組成)

這說明一次部分汽化操作所能達(dá)到的分離程度是有限的。一.精餾原理——多次部分汽化與多次部分冷凝1.一次部分汽化或結(jié)果:將初級(jí)混合物部分汽化后所得汽相在塔頂經(jīng)多次部分冷凝.

由圖可知，最后可得汽相濃度為y3（較高）的產(chǎn)品組成。2.塔頂產(chǎn)品多次部分冷凝t1t2t3操作流程操作在相圖上的反映結(jié)果:將初級(jí)混合物部分汽化后所得汽相在塔頂經(jīng)多次部分冷凝.2結(jié)果:對(duì)初級(jí)混合液部分汽化后得到的液相在塔底經(jīng)多次部分汽化最后可得液相濃度為x2`（較低）的塔底產(chǎn)品組成。3.塔釜產(chǎn)品多次部分汽化t1t1’t2’操作流程操作在相圖上的反映結(jié)果:對(duì)初級(jí)混合液部分汽化后得到的液相在塔底經(jīng)多次部分汽化①由2、3可知：欲使混合液得到有效分離，必須同時(shí)分別對(duì)塔頂汽相和塔釜液相進(jìn)行多次部分泠凝和多次部分汽化。4.過程進(jìn)行的必要條件及存在問題討論⑴過程中間產(chǎn)品x2x3…

x1`

x2`

多，最終產(chǎn)品少，收率低。此即為精餾操作的必要條件之一②存在問題：⑶汽化、冷凝熱量消耗大，運(yùn)行成本高。⑵設(shè)備龐大，投資高。①由2、3可知：欲使混合液得到有效分離，必須同時(shí)分別對(duì)4.使上一級(jí)的塔釜液相回流至下一級(jí)的進(jìn)塔汽相（圖1）液相回流汽相回流結(jié)果:通過回流，既克服了中間產(chǎn)品的問題，又完成了部分汽化和部分冷凝的操作。5.問題的解決方法——回流（部分回流）或：使下一級(jí)的塔頂汽相上升至上一級(jí)的入塔液相（圖2）使上一級(jí)的塔釜液相回流至下一級(jí)的進(jìn)塔汽相（圖1）液相回流③通過回流造成汽-液二相的接觸與傳質(zhì)，同時(shí)由于二組分揮發(fā)度的差異，使過程能夠進(jìn)行。由前討論可見：①回流是保證精餾過程連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行的又一必要條件。②回流亦是蒸餾與精餾的主要區(qū)別標(biāo)志。④精餾過程，塔頂、塔底均存在回流，對(duì)于上段為液相回流，

對(duì)于下段為汽相回流。問題:以上有回流的流程是否可在工程上應(yīng)用??解決方法:工業(yè)上采用精餾塔完成以上操作③通過回流造成汽-液二相的接觸與傳質(zhì)，同時(shí)由于二組分由前討圖6-6所示的為精餾塔的模型，目前工業(yè)上使用的精餾塔是它的體現(xiàn)。塔中各級(jí)的易揮發(fā)組分濃度由上至下逐級(jí)降低，而溫度逐步增高。當(dāng)某級(jí)的濃度與原料液的濃度相同或相近時(shí)，原料液就由此級(jí)進(jìn)入。圖6-6精餾塔模型圖6-7是以篩板塔為例，由精餾塔模型轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際精餾塔的一段。圖6-7精餾塔的一段圖6-6所示的為精餾塔的模型，目前工業(yè)上使用的精餾塔是它的體塔板：多為篩板(泡罩式、舌形板式等)§6.3.3精餾塔基本結(jié)構(gòu)與精餾操作流程1.精餾塔結(jié)構(gòu)：間歇操作：2.精餾操作流程:連續(xù)操作：幻燈片47(主要包括降液管、擋板、篩孔等)

塔內(nèi)結(jié)構(gòu)：板式、填料式幻燈片46塔段：精餾段、提餾段

塔板結(jié)構(gòu):塔板：多為篩板(泡罩式、舌形板式等)§6.3.3精餾塔基1.連續(xù)精餾操作流程2.間歇精餾操作流程1.連續(xù)精餾操作流程2.間歇精餾操作流程若：即:理論(理想)板3.精餾塔的操作情況在相同條件下,理論板具有最大的分離能力,是塔分離的極限.即:存在溫度差和濃度差塔板上:yn+1<xn-1,tn+1>tn-1

二者互不平衡結(jié)果:傳質(zhì)和傳熱則：離開第n塊板時(shí)的汽-液二相組成構(gòu)成平衡關(guān)系tn+1tn-1yn>xn②板上混合足夠均勻①氣液兩相接觸時(shí)間足夠長(zhǎng)若：即:理論(理想)板3.精餾塔的操作情況在相同條件下,作用:使輕組分濃度沿塔段高度上升而增濃，少量重組分被去除，起精制輕組分作用。4.精餾段、提餾段與進(jìn)料位置作用:使重組分濃度沿塔段高度下降而增濃，輕組分被逐漸被去除，起精制重組分作用。③進(jìn)料板:混合液入塔位置的一塊板。①精餾段:在進(jìn)料位置xF處(不包括xF處的一塊板)以上的塔段。②

提餾段:在進(jìn)料位置xF處(不包括xF處的一塊板)以下的塔段。作用:使輕組分濃度沿塔段高度上升而增濃，少量重組分被4.精傳質(zhì)、傳熱同時(shí)進(jìn)行，但屬于傳質(zhì)控制過程，或以傳質(zhì)分離為過程目的。5.過程特點(diǎn)：6.精餾裝置各設(shè)備作用：冷卻器、再沸器作用——造成塔頂、底汽/液相回流傳質(zhì)、傳熱同時(shí)進(jìn)行，但屬于傳質(zhì)控制過程，或以傳質(zhì)分離5.過程§6.4雙組分連續(xù)精餾計(jì)算和分析⑵計(jì)算理論板數(shù)(板式塔)或塔高—工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：⑶冷凝器、再沸器熱負(fù)荷計(jì)算——熱量衡算⑴確定產(chǎn)品流量D、W及組成xD、xW——全塔物料衡算§6.4雙組分連續(xù)精餾計(jì)算和分析⑵計(jì)算理論板數(shù)(板式塔)或塔一.全塔物料衡算塔頂輕組分回收率塔底重組分回收率注意：產(chǎn)量與質(zhì)量的辯證關(guān)系，不可求全。塔頂采出率原料液F,xF,IF餾出液D,xD,ID釜?dú)堃篧,xW,IWLVV’L’定義幾個(gè)概念：關(guān)系：平均分子量的計(jì)算單位：質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、摩爾百分?jǐn)?shù)對(duì)混合料:對(duì)輕組分:塔底采出率一.全塔物料衡算塔頂輕組分回收率塔底重組分回收率注意：產(chǎn)量與①混合液中二組分的摩爾汽化潛熱相等（實(shí)際上液體汽化潛熱相差不大）原因：①若汽化潛熱不等，則同溫度下，A、B組分汽化量不相同，同時(shí)由于各板組成不同，將使各塊板之間上升或下降汽、液相流量不同。二.恒摩爾流假定：③塔設(shè)備無(wú)熱損失（通過采用保溫措施解決）②塔板上汽-液接觸時(shí)雖溫度不同，顯熱交換可以忽略，只有潛熱交換。（因顯熱比潛熱小得多）前提：若滿足下列條件則有恒摩爾流假定成立③熱損失的結(jié)果將造成與②相同的結(jié)果。②若考慮顯熱交換，則各板上原溫度分布將發(fā)生改變，而溫度的改變將使板上液相的焓值改變，汽相的潛熱也隨溫度會(huì)發(fā)生改變。①混合液中二組分的摩爾汽化潛熱相等（實(shí)際上液體汽化潛熱相差不①汽相恒摩爾流動(dòng)（上升）對(duì)提餾段:對(duì)精餾段:②液相恒摩爾流動(dòng)（下降）

對(duì)提餾段:對(duì)精餾段:假定:塔板上有多少摩爾的蒸汽冷凝，就有多少摩爾的液體汽化。因此該精餾過程屬等摩爾反向擴(kuò)散傳質(zhì)過程.對(duì)于多數(shù)有機(jī)同系物和許多相近的理想體系，恒摩爾流假設(shè)均適用意義：在進(jìn)行塔板物料衡算時(shí)，汽相和液相量不會(huì)在同一段中因塔板位置變化而變化，使計(jì)算簡(jiǎn)化。注：一般V≠V`，L≠L`，原因：與進(jìn)料量F和狀態(tài)有關(guān)。①汽相恒摩爾流動(dòng)（上升）三.進(jìn)料熱狀況參數(shù)q①冷態(tài)進(jìn)料②泡點(diǎn)進(jìn)料（飽和液體進(jìn)料）③泡-露點(diǎn)之間進(jìn)料④露點(diǎn)進(jìn)料（飽和蒸汽進(jìn)料）⑤過熱蒸汽進(jìn)料1.原料液入塔狀況:令:-------熱狀況參數(shù)即:LILVIVL’I’LV’I’VFIF加料板又:得:-------進(jìn)料板物衡三.進(jìn)料熱狀況參數(shù)q①冷態(tài)進(jìn)料1.原料液入塔狀況:令:--V<V`,L`>（L+F）飽和液體進(jìn)料,q=1泡-露點(diǎn)間進(jìn)料,0<q<1飽和蒸汽進(jìn)料,q=0過飽和蒸汽進(jìn)料,q<0五種不同進(jìn)料熱狀況對(duì)汽液流量的影響冷態(tài)進(jìn)料，q>1V=V`,L`=L+FV>V`,L`<（L+F）L=L`,V=V`+FV>V`+F,L`<LV<V`,L`>（L+F）飽和液體進(jìn)料,q=1泡-露④過熱蒸汽進(jìn)料：此時(shí)q<0⑤泡-露點(diǎn)之間進(jìn)料：此時(shí)0<q<1①泡點(diǎn)（飽和液體）進(jìn)料：此時(shí)q=1②露點(diǎn)（飽和蒸汽）進(jìn)料：此時(shí)q=0③冷態(tài)進(jìn)料：此時(shí)q>12.q值參數(shù)討論:且(物料衡算)④過熱蒸汽進(jìn)料：此時(shí)q設(shè)進(jìn)料時(shí)q=1.1,0.5和q=-0.3,問進(jìn)料中液體量/進(jìn)料量=?注意：此節(jié)q（q值參數(shù)）與液化率q=LF/F的聯(lián)系與區(qū)別：思考題：在精餾中q取值在（-，+）間，而在平衡或簡(jiǎn)單蒸餾中0<q<11.聯(lián)系：均反映液化率問題在下列三種情況下,q等于液化率①泡點(diǎn)進(jìn)料（飽和液體進(jìn)料）②泡-露點(diǎn)之間進(jìn)料③露點(diǎn)進(jìn)料（飽和蒸汽進(jìn)料）2.區(qū)別：在精餾中還反映了原料的進(jìn)料狀態(tài)設(shè)進(jìn)料時(shí)q=1.1,0.5和q=-0.3,問進(jìn)料中液體設(shè)計(jì)中先求得理論板層數(shù),然后結(jié)合塔板效率予以校正，即可求得實(shí)際板層數(shù)。操作關(guān)系:整個(gè)塔內(nèi)各板的組成可逐板算出,板數(shù)即為指定分離要求下的理論板層數(shù)yn+1

與xn之間的關(guān)系:通過物料衡算來(lái)確定,與精餾條件有關(guān).理論板:問題:為何及如何求取理論板數(shù)??1.為何求取理論板數(shù)2.如何求取理論板數(shù)交替計(jì)算結(jié)果:設(shè)計(jì)中先求得理論板層數(shù),然后結(jié)合塔板效率予以校正，即可求得條件：塔頂為全凝器（y1=xD）混合料：于是:四.操作線方程（研究相鄰兩塊塔板氣液組成之間的關(guān)系）Ⅰ)精餾段操作線方程餾出液D,xD,IDLVy1Lx1Vy2Lx2Lxn-1Vyn12n-1輕組分:令：——

回流比則：穩(wěn)定操作時(shí)為直線關(guān)系條件：塔頂為全凝器（y1=xD）混合料：于是:四.操作線方Ⅱ)提餾段操作線方程對(duì)輕組分：即：對(duì)混合料：塔釜液W,xwL’xnV’yn+1n+1n其中：又：則有：(6-39)(6-40)故有：令：——塔釜的氣相回流比Ⅱ)提餾段操作線方程對(duì)輕組分：即：對(duì)混合料：塔釜另將得：提餾段操作方程的另一常用表達(dá)式.代入提餾方程：或：另將得：提餾段操作方程的另一常用表達(dá)式.代入提餾方程：或：Ⅲ)塔釜?dú)庀嗷亓鞅萊′與塔頂液相回流比R及q的關(guān)系式將及代入得關(guān)系式：改寫為：將全塔物衡式及代入上式得：Ⅲ)塔釜?dú)庀嗷亓鞅萊′與塔頂液相回流比R及q的關(guān)系式將及代入Ⅳ)操作線的繪制和q線方程作過D點(diǎn)直線該點(diǎn)(xw,y=xw)落在對(duì)角線W處

同理：當(dāng)x=xw

時(shí)y=xw,②作提餾線：

①作精餾線:由方程可見：當(dāng)x=xD時(shí)y=xD該點(diǎn)D(xD

，y=xD)處在對(duì)角線上再以為斜率(或?yàn)榻鼐?作過W點(diǎn)直線。再以為斜率(或?yàn)榻鼐?,q線W(xw,xw)xDxFF(xF,XF)D(xD,XD)f(xf,Xf)I或：Ⅳ)操作線的繪制和q線方程作過D點(diǎn)直線該點(diǎn)(xw,y=q線W(xw,xw)xDxFF(xF,XF)D(xD,XD)f(xf,Xf)I③兩操作線的交點(diǎn)q線方程解得交點(diǎn)q：（1）（2）結(jié)合：代入上式將得：即有：——（進(jìn)料板方程，q線方程）q線W(xw,xw)xDxFF(xF,XF)D(xD,XD)a.過D(xF,xF)點(diǎn)作為斜率的q線交精餾線于點(diǎn)f(xf,yf).于是提餾線的作法為:q線方程:b.連點(diǎn)f（xf

，yf

），W（xw，xw

）即為提餾線?？芍?一定狀態(tài)進(jìn)料時(shí),q為一常數(shù),故q線為直線.不同的加料熱狀態(tài)對(duì)應(yīng)著不同的q值,也就對(duì)應(yīng)著不同的q線,隨著q的不同，點(diǎn)F（xf，yf）位置在變化。q線W(xw,xw)xDxFF(xF,XF)D(xD,XD)f(xf,Xf)IFDWefq<0q=00<q<1q=1q>101.0xWxy1.0xDzF不同加料熱狀態(tài)下的q線a.過D(xF,xF)點(diǎn)作為斜率F(xF,xF)xFx(mol分率)y011D(xD,xD)W(xW,xW)1234f(xf,xf)q線方程1.NT圖解計(jì)算法五.理論板數(shù)NT的計(jì)算平衡線：操作線：F(xF,xF)xFx(mol分率)y011D(xD,xD)2.逐板計(jì)算法：交替計(jì)算基本思路:或：（全冷凝）（第n塊為進(jìn)料板）（規(guī)定值）計(jì)算過程：2.逐板計(jì)算法：交替計(jì)算基本思路:或：（全冷凝）（第n塊為進(jìn)六.回流比與進(jìn)料熱狀況對(duì)精餾過程的影響原料液qF,xF,QF餾出液D,xD,QD釜?dú)堃篧,xW,QWLVV’L’關(guān)系式：六.回流比與進(jìn)料熱狀況對(duì)精餾過程的影響原料液qF,xF原料液qF,xF,QF餾出液D,xD,QD釜?dú)堃篧,xW,QWLVV’L’原料液qF,xF,QF餾出液D,xD,QD釜xwxFxDq線yFWDx1.q一定，R對(duì)理論板的影響2.R一定，q對(duì)理論板的影響FDWefq<0q=00<q<1q=1q>101.0xWxy1.0xDzFR一定時(shí)q值對(duì)精餾線的影響隨q值不同,q線斜率發(fā)生變化.當(dāng)分離要求xD,xW,R一定時(shí),q值越大（QF↓），達(dá)到相同分離要求時(shí)所需的NT越少。當(dāng)NT一定時(shí)，q值越大（QF

↓），產(chǎn)品純度↑。xwxFxDq線yFWDx1.q一定，R對(duì)理論板的影響2.FDWefq<0q=00<q<1q=1q>101.0xWxy1.0xDzFR′一定時(shí)q值對(duì)精餾線的影響3.R′一定，q對(duì)理論板的影響FDWefq<0q=00<q<1q=1q>101.0xWxy回流的作用:穩(wěn)定連續(xù)精餾操作的必要條件一.最大回流比（全回流）及最少理論板數(shù)Nmin根據(jù)定義故當(dāng)D=0時(shí)R=∞即此時(shí)精餾線與對(duì)角線重合，平衡線與操作線相距最大。此時(shí)所需的理論梯級(jí)最少Nmin

七.塔頂液相回流比的影響及其選擇D(xD,y=xD)F(xF,y=xF)W(xw,y=xw)q線回流比是影響操作費(fèi)用及設(shè)備投資費(fèi)的重要因素故對(duì)于一定的分離任務(wù)，應(yīng)該選擇適宜的回流比回流的作用:穩(wěn)定連續(xù)精餾操作的必要條件一.最大回流比（全回根據(jù)相平衡關(guān)系:最少理論梯級(jí)(理論板)Nmin——Fenske計(jì)算公式推導(dǎo)全回流操作線方程式:操作線第二板相平衡操作線第N板相平衡根據(jù)相平衡關(guān)系:最少理論梯級(jí)(理論板)Nmin——Fen(a)(b)令:幾何平均值Nmin—包括再沸器在內(nèi)的全回流情況下的最少理論板數(shù).式中：有:——Fenske公式(a)(b)令:幾何平均值Nmin—包括再沸器在內(nèi)的全回流情①若將式中xW換為xF，α改為精餾段平均值，則可用來(lái)計(jì)算精餾段的理論板數(shù)。式中：1——進(jìn)料板

Nmin——精餾段理論板數(shù)②全回流R=∞是回流比上限，對(duì)實(shí)際操作無(wú)意義。主要用于開工（使系統(tǒng)穩(wěn)定）和實(shí)驗(yàn)研究。討論：①若將式中xW換為xF，α改為精餾段平均值，則可用來(lái)式中：二.最小回流比Rmin-----挾緊點(diǎn)和恒濃區(qū)

當(dāng)兩操作線的交點(diǎn)位于平衡線上時(shí)，則需要無(wú)窮多的階梯。相應(yīng)的回流比稱為最小回流比，以Rmin表示。對(duì)于一定的分離要求，Rmin是回流比的最小值。D(xD,xD)xwxFxDq線xD1+RminxD1+RF(xF,xF)W(xW,xW)f(xf,yf)P(xp,yp)挾緊點(diǎn)d和恒濃區(qū):注意:Rmin是精餾操作的下限若R<Rmin,精餾操作無(wú)法進(jìn)行問題:R=0是不是最小回流比??答:R=0意味著不回流,即無(wú)精餾操作.二.最小回流比Rmin-----挾緊點(diǎn)和恒濃區(qū)當(dāng)兩由D(xD,xD)作直線與平衡線相切,其與縱座標(biāo)的截距即為由W(xW,xW)作直線與平衡線相切,并交q線于P點(diǎn)，連P(xD,xD)直線。其截距為可由D(xD,xD)直接引直線過q線與平衡線交點(diǎn)P所得截距為a.對(duì)于正常平衡線：b.對(duì)于上部凹形平衡線：c.對(duì)于下部凹形平衡線：Ⅰ)作圖法D(xD,xD)P(xp,yp)F(xF,xF)W(xw,xw)或斜率W(xw,xw)D(xD,xD)F(xF,xF)P(xp,yp)D(xD,xD)F(xF,xF)W(xw,xw)P(xp,yp)由D(xD,xD)作直線與平衡線相切,其與縱座標(biāo)的截距即為由對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料：q=1，xp=xF

對(duì)于飽和蒸汽進(jìn)料：q=0，yp

*

=yF（xF）又yp*=f（xp）Ⅱ)解析計(jì)算法:又:⑴⑵故:⑶當(dāng)α為常數(shù)時(shí):對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料：q=1，xp=xF對(duì)于飽和蒸三.最適宜回流比：因?yàn)楣?當(dāng)F、q、D一定時(shí)操作費(fèi)：R↑→V、V`↑→能耗↑，冷卻、加熱設(shè)備體積和尺寸↑,塔徑↑一般取R=（1.1~2.0）Rmin，－－經(jīng)濟(jì)回流比

固定投資：R↑→NT↓→塔體高度↓三.最適宜回流比：因?yàn)楣?當(dāng)F、q、D一定時(shí)操§1.7操作型問題計(jì)算例4某連續(xù)操作精餾塔如圖所示，已知料液摩爾組成xF=0.2，料液以飽和液體狀態(tài)直接加入塔釜，塔頂設(shè)全凝器，全塔共兩塊理論板（包括塔釜），塔頂摩爾采出率D/F=1/3，回流比R=1，泡點(diǎn)回流，此條件下物系的相平衡關(guān)系可表示為y=4x，試計(jì)算xW=?§1.7操作型問題計(jì)算例4某連續(xù)操作精餾塔如圖所示，已知料操作型問題舉例1y=4x操作型問題舉例1y=4x練習(xí):由一層理論板及塔釜組成的常壓連續(xù)回收塔，每小時(shí)加入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量為0.3（摩爾分率，下同），要求塔頂?shù)玫郊状己繛?.6的餾出液。塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)進(jìn)料，由于該塔只有一層板，且料液就在這一板上加入，故塔可以不用回流。在操作范圍內(nèi)，相對(duì)揮發(fā)度＝5.8。試求：（1）釜液組成；（2）塔頂餾出液量（kmol/h）。解:（1）釜液組成操作型問題（1）練習(xí):由一層理論板及塔釜組成的常壓連續(xù)回收塔，每小時(shí)加入甲醇每小時(shí)加入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量為0.3，要求塔頂?shù)玫郊状己繛?.6的餾出液。泡點(diǎn)進(jìn)料，＝5.8。（2）（3）將式1、3代入式2得：每小時(shí)加入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量為0.3，要每小時(shí)加入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量為0.3，要求塔頂?shù)玫郊状己繛?.6的餾出液。泡點(diǎn)進(jìn)料，＝5.8。解之得：D=41.01kmol/h（舍去）（2）餾出液量（kmol/h）每小時(shí)加入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量為0.3，要練習(xí)1用常壓精餾塔分離雙組分理想混合物，泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量100kmol/h，加料組成為50%，塔頂產(chǎn)品組成xD=95%，產(chǎn)量D=50kmol/h，塔釜間接蒸汽加熱。回流比R=2Rmin，設(shè)全部塔板均為理論板，以上組成均為摩爾分率。相對(duì)揮發(fā)度＝3。求：（1）最小回流比Rmin；（2）精餾段和提餾段的上升蒸汽量；（3）列出該情況下提餾段操作線方程。解：（1）最小回流比RminxDaxWxbxFd2P設(shè)計(jì)型問題舉例練習(xí)1用常壓精餾塔分離雙組分理想混合物，泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量10（2）精餾段和提餾段的上升蒸汽量（3）列出該情況下提餾段操作線方程泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量100kmol/h，加料組成為50%，塔頂產(chǎn)品組成xD=95%，產(chǎn)量D=50kmol/h，回流比R=2Rmin，設(shè)全部塔板均為理論板，相對(duì)揮發(fā)度＝3。D=50xD=0.95W,xWF=100xF=0.5（2）精餾段和提餾段的上升蒸汽量（3）列出該情況下提餾段操作設(shè)計(jì)型問題舉例例2

用常壓連續(xù)精餾塔分離苯一甲苯混合物，原料中含苯0.40，塔頂餾出液中含苯0.9(以上為摩爾分率)。進(jìn)料為飽和蒸汽，苯對(duì)甲苯的相對(duì)揮發(fā)度＝2.5，操作回流比為最小回流比的1.5倍，塔頂采用全凝器。試求離開塔頂?shù)诙永碚摪宓恼羝M成。進(jìn)料為飽和蒸汽xDaxWxbxFP精餾段操作線方程為：解：xD=0.9設(shè)計(jì)型問題舉例例2用常壓連續(xù)精餾塔分離苯一甲苯混合物，原設(shè)計(jì)型問題舉例例2

用常壓連續(xù)精餾塔分離苯一甲苯混合物，原料中含苯0.40，塔頂餾出液中含苯0.9(以上為摩爾分率)。進(jìn)料為飽和蒸汽，苯對(duì)甲苯的相對(duì)揮發(fā)度＝2.5，操作回流比為最小回流比的1.5倍，塔頂采用全凝器。試求離開塔頂?shù)诙永碚摪宓恼羝M成。xDaxWxbxFd2exD=0.9設(shè)計(jì)型問題舉例例2用常壓連續(xù)精餾塔分離苯一甲苯混合物，原§6-3板式塔1.空塔氣速高，處理（生產(chǎn)）能量大；板式塔的主要特點(diǎn):4.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢修清理方便3.塔板效率穩(wěn)定；

2.造價(jià)低;§6-3板式塔1.空塔氣速高，處理（生產(chǎn)）能量大；板式塔的主降液管平頂型溢流堰受液區(qū)開孔區(qū)一、塔板結(jié)構(gòu)：§6-3-1塔板結(jié)構(gòu),類型及特點(diǎn)

降液管平頂型溢流堰受液區(qū)開孔區(qū)一、塔板結(jié)構(gòu)：§6-3-1塔雙流型塔板雙流型塔板1.按塔內(nèi)氣—液流動(dòng)方式分類:2）逆流塔板（穿流板）：全塔中均為逆流.1）錯(cuò)流塔板：整體上是逆流，塔板上是錯(cuò)流.注：由于逆流塔板需要較高的操作氣速才能維持板上液層，操作彈性有限、分離效率低，故工業(yè)中應(yīng)用較少。二.塔板類型：2.錯(cuò)流塔板的分類:泡罩塔板篩孔塔板浮閥塔板噴射塔板1.按塔內(nèi)氣—液流動(dòng)方式分類:2）逆流塔板（穿流板）：全塔中塔板類型：A.結(jié)構(gòu):升氣管、泡罩、塔板、降液管B.特點(diǎn):上升氣流分散成氣泡，板上形成鼓泡層與泡沫層(傳質(zhì)面較大)1)不漏液，不易堵塞，適用于多種物料，板效率受L/G影響較小,彈性大、操作穩(wěn)定可靠2)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，材料消耗及造價(jià)高3)塔板壓降大,液泛氣速低，故生產(chǎn)能力較小。霧沫夾帶嚴(yán)重,板效率較低C.傳質(zhì)及流動(dòng)特點(diǎn):塔板類型：A.結(jié)構(gòu):升氣管、泡罩、塔板、降液管B.特點(diǎn):上升氣液在板上接觸緊密，混合程度劇烈.A.結(jié)構(gòu):篩板Φ=3—8mm，溢流堰、降液管

B.特點(diǎn):1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、氣體壓降損失小.生產(chǎn)能力及板效率比泡罩塔板高,操作彈性可達(dá)2~3

。2）易堵，操作彈性小(受漏液影響)

C.傳質(zhì)及流動(dòng)特征:氣液在板上接觸緊密，混合程度劇烈.A.結(jié)構(gòu):篩板Φ=3—50年代開始推廣使用（已有部頒標(biāo)準(zhǔn)JB1118—68標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品）A.結(jié)構(gòu):“三足”閥片,最小—最大開度控制支架B.特點(diǎn):2）操作彈性大,兼有泡罩及篩板塔優(yōu)點(diǎn)3）生產(chǎn)能力大(開孔率較大,空塔氣速較高)，與篩板塔相近，比泡罩塔高40%。

4）板效率高：氣液在水平方向接觸，接觸時(shí)間長(zhǎng)，霧沫夾帶少。

5）氣體壓降小，板上液面落差小。

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易制作、節(jié)省材料50年代開始推廣使用（已有部頒標(biāo)準(zhǔn)JB1118—68標(biāo)準(zhǔn)系列閥型：F1型、V型、T型、A型

各種浮閥：閥型：F1型、V型、T型、A型各種浮閥：④導(dǎo)向塔板結(jié)構(gòu)：如圖④導(dǎo)向塔板結(jié)構(gòu)：如圖旋流塔板

斜孔塔板

旋流塔板斜孔塔板

再沸器加熱釜液產(chǎn)生氣相在塔內(nèi)逐級(jí)上升，上升到塔頂由塔頂冷凝器冷凝，部分凝液返回塔頂作回流液。液體在逐級(jí)下降中與上升氣相進(jìn)行接觸傳質(zhì)。液體橫向流過塔板，經(jīng)溢流堰溢流進(jìn)入降液管，液體在降液管內(nèi)釋放夾帶的氣體，從降液管底隙流至下一層塔板。§6-3-2塔板上氣液兩相的流動(dòng)現(xiàn)象1.塔板上氣液的流動(dòng)狀態(tài):泡沫狀態(tài)、噴射狀態(tài)

再沸器加熱釜液產(chǎn)生氣相在塔內(nèi)逐級(jí)上升，上升到塔2.液面落差產(chǎn)生原因:影響:引起氣體不均勻分布乃至漏液使板效率降低①克服板上局部件阻力；②克服板上流動(dòng)阻力.當(dāng)塔徑或流量很大時(shí)，也會(huì)造成較大的液面落差。為此，對(duì)于直徑較大的塔，設(shè)計(jì)中常采用雙溢流或階梯溢流等溢流形式來(lái)減小液面落差。

3.漏液發(fā)生原因：③板上流體落差大,使氣流速度分布不均勻.后果:影響氣—液充分接觸，板效率下降通常，為保證塔的正常操作，漏液量應(yīng)不大于液體流量的10%。①塔板開孔率過大；②氣速或液量過小2.液面落差產(chǎn)生原因:影響:引起氣體不均勻分布乃至漏液使板效4.液泛產(chǎn)生原因:①當(dāng)某塊板上氣流增大，降液管不能正常降液，導(dǎo)致液體在其上塊板積累并波及整個(gè)上部塔板的現(xiàn)象。②上塊板降液量增大使降液管不能正常降液.不良后果：塔壓力降急劇增大、板效急劇減小。5.霧沫夾帶：上升氣流將板上液滴帶入上層塔板的現(xiàn)象不良后果：（1）降低板效、嚴(yán)重時(shí)造成液泛。（2）將不揮發(fā)性物質(zhì)逐板送至塔頂造成產(chǎn)品污染，霧沫夾帶現(xiàn)象=f（空塔氣速，板間距）為維持正常操作，需將液沫夾帶限制在一定范圍，一般允許的液沫夾帶量為eV<0.1kg（液）/kg（干蒸氣）。4.液泛產(chǎn)生原因:①當(dāng)某塊板上氣流增大，降液管不能正常降液§6-3-3塔板效率定義：——全塔效率a.全塔效率E0E0一般不能由理論公式計(jì)算而由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)崪y(cè)確定。b.單板效率（EmV/EmL,

默弗里效率Murphree)或§6-3-3塔板效率定義：——全塔效率a.全塔效率E0E0§6-3-4塔徑和塔高的計(jì)算1.塔高的計(jì)算2.塔徑的計(jì)算§6-3-4塔徑和塔高的計(jì)算1.塔高的計(jì)算2.塔徑的計(jì)算

化工生產(chǎn)中，常需要將液體混合物分離以達(dá)到提純和回收有用組分的目的，蒸餾（液體精餾）就是一種將液體混合物進(jìn)行分離（至于比較徹底的分離）的應(yīng)用廣泛的方法?；どa(chǎn)中，常需要將液體混合物分離以達(dá)到提純和回收有第六章蒸餾（液體精餾）任務(wù)：3.初步了解精餾操作及控制過程2.掌握精餾（二元組分）的原理和理論板的求取1.掌握蒸餾（液體精餾）涉及的基礎(chǔ)理論和概念1.掌握雙組分理想溶液汽液相平衡的各種表達(dá)形式；2.掌握進(jìn)料的不同熱狀況及其對(duì)精餾操作的影響；3.掌握兩組分連續(xù)精餾塔理論塔板數(shù)的逐板計(jì)算法和圖解法；4.掌握回流比對(duì)精餾過程的影響；本章重點(diǎn)及難點(diǎn)內(nèi)容:第六章蒸餾（液體精餾）任務(wù)：3.初步了解精餾操作及控1.分離物系：液-液均相,不能用機(jī)械方法達(dá)到分離的目的2.分離方式：熱分離—部分汽化、部分冷凝、汽-液相間的傳質(zhì)概述:蒸餾是通過熱量的加入，將液體混合物部分汽化，利用各組分揮發(fā)度的不同的特性以實(shí)現(xiàn)分離。對(duì)于均相混合物，必造成一個(gè)兩相物系才能進(jìn)行分離易揮發(fā)組分：沸點(diǎn)低的組分，又稱為輕組分利用液體混合物各組分揮發(fā)度的不同，使其部分氣化，從而達(dá)到分離的單元操作.難揮發(fā)組分：沸點(diǎn)高的組分，又稱為重組分注意：蒸餾：1.分離物系：液-液均相,不能用機(jī)械方法達(dá)到分離的目的2.3.蒸餾操作分類A.按流程間歇——小規(guī)模:實(shí)驗(yàn)室,科研連續(xù)——大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)幻燈片6B.按操作方法簡(jiǎn)單蒸餾平衡蒸餾（閃蒸）精餾特殊精餾萃取精餾恒沸精餾C.按操作壓強(qiáng)減壓：高沸組分、熱敏組分常壓：加壓：用于特殊精餾，改變平衡性質(zhì)αABD.按組分雙組分——重點(diǎn)討論多組分——簡(jiǎn)要介紹較易分離,分離要求不高3.蒸餾操作分類A.按流程間歇——小規(guī)模:實(shí)驗(yàn)室,科研B蒸餾操作實(shí)例：石油煉制中使用的250萬(wàn)噸常減壓裝置幻燈片5蒸餾操作實(shí)例：石油煉制中使用的250萬(wàn)噸常減壓裝置幻燈片§6.1雙組分溶液的汽-液相平衡§6.1.1溶液的蒸汽壓和拉烏爾定律（Raoult’slaw）汽液相平衡是分析精餾原理和進(jìn)行設(shè)備計(jì)算的理論基礎(chǔ)，過程以兩相達(dá)到平衡為極限。一.純組分飽和蒸汽壓其中A、B、C為常數(shù)，可由“汽液性質(zhì)”手冊(cè)查閱在密閉容器內(nèi)，在一定溫度下，純組分液體的汽液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，稱為飽和狀態(tài)，其蒸汽為飽和蒸汽，其壓力為飽和蒸汽壓?！?.1雙組分溶液的汽-液相平衡§6.1.1溶液的蒸汽只有物性和結(jié)構(gòu)相似，且分子大小也相近的物系才符合拉烏爾定律，如苯－甲苯、甲醇－乙醇、烴類同系物組成的溶液等等。描述理想溶液上方蒸汽壓(平衡分壓)與其組成xA及同溫度下飽和蒸汽壓()的關(guān)系。2.拉烏爾定律或二.理想物系的汽液相平衡——拉烏爾定律（Raoult’slaw）理想物系汽相為理想氣體液相為理想溶液1.理想溶液在全部濃度范圍內(nèi)都服從拉烏爾定律的溶液稱為理想溶液。只有物性和結(jié)構(gòu)相似，且分子大小也相近的物系才符合拉烏爾定律，杠桿原理：力力臂=常數(shù)即：液相量L1=汽相量L2量濃度差露點(diǎn)線一定在泡點(diǎn)線上方。露點(diǎn)泡點(diǎn)§6.1.2雙組分理想溶液的汽-液平衡相圖

一.溫度組成圖（t-x-y圖），p外一定杠桿原理：即：量濃度差露點(diǎn)線一定在泡點(diǎn)線上方。露點(diǎn)泡點(diǎn)§6.二.汽液平衡相圖(x-y圖)1.01.0②對(duì)大多數(shù)溶液,兩相平衡時(shí),y>x,平衡線總位于對(duì)角線上方。①對(duì)角線x=y的直線,作查圖參考用平衡線偏離對(duì)角線越遠(yuǎn),表示該溶液愈易分離三.理想溶液的t-x-y關(guān)系式1.液相組成與平衡溫度(泡點(diǎn))的關(guān)系式①+②混合物沸騰條件——泡點(diǎn)方程二.汽液平衡相圖(x-y圖)1.01.0②對(duì)大多數(shù)溶液,兩3.汽相組成與平衡溫度（露點(diǎn)）的關(guān)系式——露點(diǎn)方程2.恒壓下t-y-x關(guān)系式4.兩組分理想溶液t-y-x關(guān)系式的應(yīng)用若已知p、xA或yA

則可求

yA或xA,t泡或t露（試差計(jì)算）若已知p(一定t時(shí)),則可求出xA,yA（直接計(jì)算）①②問題:汽液平衡時(shí),t泡和t露及xA,yA關(guān)系如何??3.汽相組成與平衡溫度（露點(diǎn)）的關(guān)系式——露點(diǎn)方程2.恒溶液中某組分的揮發(fā)度等于平衡時(shí)其汽相中分壓p與平衡時(shí)液相中摩爾分率x之比。①對(duì)于A,B兩組分混合液②對(duì)于理想混合液：四.相對(duì)揮發(fā)度與理想溶液的y-x關(guān)系式

即:1.揮發(fā)度(volatility)于是：溶液中某組分的揮發(fā)度等于平衡時(shí)其汽相中分壓p與平衡時(shí)液相中摩2.相對(duì)揮發(fā)度α——混合液中同溫度下二組分的揮發(fā)度之比①對(duì)于A、B雙組分溶液：又：故：相平衡線方程（即平衡時(shí)雙組分溶液汽、液組成關(guān)系）②對(duì)于理想溶液形成的汽-液兩相：習(xí)慣將易比難揮發(fā)組分2.相對(duì)揮發(fā)度α——混合液中同溫度下二組分的揮發(fā)度之比③理論上：故α可近似為常數(shù)或取定性溫度下的平均值實(shí)際上:αAB隨t變化不大③理論上：故α可近似為常數(shù)或取定性溫度下的平均值實(shí)際上:α①αAB>1，則υA>υB或pA0>

pB0，A、B能分離②αAB<1，則υA<υB或pA0<

pB0，A、B能分離③αAB=1，則υA=υB,yA=xA，A、B不能分離④討論：用普通蒸餾、精餾方法不能分離，需用特殊方法精餾。1.αAB大小可用來(lái)判斷某混合液是否能用蒸餾方法加以分離及分離的難易程度2.總壓增大，泡點(diǎn)也增大，α將減小。①αAB>1，則υA>υB或pA0>pB0，A、§6.2蒸餾與精餾原理§6.2.1平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾

平衡蒸餾是液體的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸餾操作。生產(chǎn)工藝中溶液的閃蒸分離是平衡蒸餾的典型應(yīng)用。使混合液過熱(超壓),然后減壓使待分離組分(及第二組分)部分汽化，經(jīng)汽-液分離、冷凝即可。①屬單級(jí)操作，適于只需粗略分離的物料，又稱閃蒸。閃蒸罐D(zhuǎn),yD,teyD加熱器F,xF,tF

W,xW,teQ減壓閥xWt0②既可連續(xù)，又可間歇。2.特點(diǎn)：一.平衡蒸餾1.閃蒸操作流程：§6.2蒸餾與精餾原理§6.2.1平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾二.簡(jiǎn)單蒸餾y原料液x蒸氣xD1xD2xD3冷凝器1.一般流程如左圖:②隨著過程的進(jìn)行，汽相平衡濃度不斷下降,液相平衡濃度也下降，釜內(nèi)液體沸點(diǎn)不斷升高。2.簡(jiǎn)單蒸餾特點(diǎn)：①亦屬單級(jí)操作，常間歇操作（亦可連續(xù)），又稱微分蒸餾。③任一時(shí)刻,汽-液二相是平衡關(guān)系，且y>x。t/Cx(y)01.0露點(diǎn)線泡點(diǎn)線xAyAxf二.簡(jiǎn)單蒸餾y原料液x蒸氣xD1xD2xD3冷凝器1.一般§6.3.2

精餾原理和流程精餾流程(熟悉相關(guān)的概念)進(jìn)料釜液餾出液精餾段提餾段冷凝器再沸器原料液（進(jìn)料）

餾出液（產(chǎn)品）

回流液和釜液冷凝器（分凝器、全凝器）再沸器（塔釜加熱）加料板、精餾段和提餾段§6.3.2精餾原理和流程精餾流程(熟悉相關(guān)的概念)一.精餾原理——多次部分汽化與多次部分冷凝1.一次部分汽化或部分冷凝操作：由圖可見：采用一次部分汽化對(duì)于xF,tf的混合液,汽-液平衡時(shí),液相：x>xw(露點(diǎn)組成),汽相：y<yF

(泡點(diǎn)組成)

這說明一次部分汽化操作所能達(dá)到的分離程度是有限的。一.精餾原理——多次部分汽化與多次部分冷凝1.一次部分汽化或結(jié)果:將初級(jí)混合物部分汽化后所得汽相在塔頂經(jīng)多次部分冷凝.

由圖可知，最后可得汽相濃度為y3（較高）的產(chǎn)品組成。2.塔頂產(chǎn)品多次部分冷凝t1t2t3操作流程操作在相圖上的反映結(jié)果:將初級(jí)混合物部分汽化后所得汽相在塔頂經(jīng)多次部分冷凝.2結(jié)果:對(duì)初級(jí)混合液部分汽化后得到的液相在塔底經(jīng)多次部分汽化最后可得液相濃度為x2`（較低）的塔底產(chǎn)品組成。3.塔釜產(chǎn)品多次部分汽化t1t1’t2’操作流程操作在相圖上的反映結(jié)果:對(duì)初級(jí)混合液部分汽化后得到的液相在塔底經(jīng)多次部分汽化①由2、3可知：欲使混合液得到有效分離，必須同時(shí)分別對(duì)塔頂汽相和塔釜液相進(jìn)行多次部分泠凝和多次部分汽化。4.過程進(jìn)行的必要條件及存在問題討論⑴過程中間產(chǎn)品x2x3…

x1`

x2`

多，最終產(chǎn)品少，收率低。此即為精餾操作的必要條件之一②存在問題：⑶汽化、冷凝熱量消耗大，運(yùn)行成本高。⑵設(shè)備龐大，投資高。①由2、3可知：欲使混合液得到有效分離，必須同時(shí)分別對(duì)4.使上一級(jí)的塔釜液相回流至下一級(jí)的進(jìn)塔汽相（圖1）液相回流汽相回流結(jié)果:通過回流，既克服了中間產(chǎn)品的問題，又完成了部分汽化和部分冷凝的操作。5.問題的解決方法——回流（部分回流）或：使下一級(jí)的塔頂汽相上升至上一級(jí)的入塔液相（圖2）使上一級(jí)的塔釜液相回流至下一級(jí)的進(jìn)塔汽相（圖1）液相回流③通過回流造成汽-液二相的接觸與傳質(zhì)，同時(shí)由于二組分揮發(fā)度的差異，使過程能夠進(jìn)行。由前討論可見：①回流是保證精餾過程連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行的又一必要條件。②回流亦是蒸餾與精餾的主要區(qū)別標(biāo)志。④精餾過程，塔頂、塔底均存在回流，對(duì)于上段為液相回流，

對(duì)于下段為汽相回流。問題:以上有回流的流程是否可在工程上應(yīng)用??解決方法:工業(yè)上采用精餾塔完成以上操作③通過回流造成汽-液二相的接觸與傳質(zhì)，同時(shí)由于二組分由前討圖6-6所示的為精餾塔的模型，目前工業(yè)上使用的精餾塔是它的體現(xiàn)。塔中各級(jí)的易揮發(fā)組分濃度由上至下逐級(jí)降低，而溫度逐步增高。當(dāng)某級(jí)的濃度與原料液的濃度相同或相近時(shí)，原料液就由此級(jí)進(jìn)入。圖6-6精餾塔模型圖6-7是以篩板塔為例，由精餾塔模型轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際精餾塔的一段。圖6-7精餾塔的一段圖6-6所示的為精餾塔的模型，目前工業(yè)上使用的精餾塔是它的體塔板：多為篩板(泡罩式、舌形板式等)§6.3.3精餾塔基本結(jié)構(gòu)與精餾操作流程1.精餾塔結(jié)構(gòu)：間歇操作：2.精餾操作流程:連續(xù)操作：幻燈片47(主要包括降液管、擋板、篩孔等)

塔內(nèi)結(jié)構(gòu)：板式、填料式幻燈片46塔段：精餾段、提餾段

塔板結(jié)構(gòu):塔板：多為篩板(泡罩式、舌形板式等)§6.3.3精餾塔基1.連續(xù)精餾操作流程2.間歇精餾操作流程1.連續(xù)精餾操作流程2.間歇精餾操作流程若：即:理論(理想)板3.精餾塔的操作情況在相同條件下,理論板具有最大的分離能力,是塔分離的極限.即:存在溫度差和濃度差塔板上:yn+1<xn-1,tn+1>tn-1

二者互不平衡結(jié)果:傳質(zhì)和傳熱則：離開第n塊板時(shí)的汽-液二相組成構(gòu)成平衡關(guān)系tn+1tn-1yn>xn②板上混合足夠均勻①氣液兩相接觸時(shí)間足夠長(zhǎng)若：即:理論(理想)板3.精餾塔的操作情況在相同條件下,作用:使輕組分濃度沿塔段高度上升而增濃，少量重組分被去除，起精制輕組分作用。4.精餾段、提餾段與進(jìn)料位置作用:使重組分濃度沿塔段高度下降而增濃，輕組分被逐漸被去除，起精制重組分作用。③進(jìn)料板:混合液入塔位置的一塊板。①精餾段:在進(jìn)料位置xF處(不包括xF處的一塊板)以上的塔段。②

提餾段:在進(jìn)料位置xF處(不包括xF處的一塊板)以下的塔段。作用:使輕組分濃度沿塔段高度上升而增濃，少量重組分被4.精傳質(zhì)、傳熱同時(shí)進(jìn)行，但屬于傳質(zhì)控制過程，或以傳質(zhì)分離為過程目的。5.過程特點(diǎn)：6.精餾裝置各設(shè)備作用：冷卻器、再沸器作用——造成塔頂、底汽/液相回流傳質(zhì)、傳熱同時(shí)進(jìn)行，但屬于傳質(zhì)控制過程，或以傳質(zhì)分離5.過程§6.4雙組分連續(xù)精餾計(jì)算和分析⑵計(jì)算理論板數(shù)(板式塔)或塔高—工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容：⑶冷凝器、再沸器熱負(fù)荷計(jì)算——熱量衡算⑴確定產(chǎn)品流量D、W及組成xD、xW——全塔物料衡算§6.4雙組分連續(xù)精餾計(jì)算和分析⑵計(jì)算理論板數(shù)(板式塔)或塔一.全塔物料衡算塔頂輕組分回收率塔底重組分回收率注意：產(chǎn)量與質(zhì)量的辯證關(guān)系，不可求全。塔頂采出率原料液F,xF,IF餾出液D,xD,ID釜?dú)堃篧,xW,IWLVV’L’定義幾個(gè)概念：關(guān)系：平均分子量的計(jì)算單位：質(zhì)量百分?jǐn)?shù)、摩爾百分?jǐn)?shù)對(duì)混合料:對(duì)輕組分:塔底采出率一.全塔物料衡算塔頂輕組分回收率塔底重組分回收率注意：產(chǎn)量與①混合液中二組分的摩爾汽化潛熱相等（實(shí)際上液體汽化潛熱相差不大）原因：①若汽化潛熱不等，則同溫度下，A、B組分汽化量不相同，同時(shí)由于各板組成不同，將使各塊板之間上升或下降汽、液相流量不同。二.恒摩爾流假定：③塔設(shè)備無(wú)熱損失（通過采用保溫措施解決）②塔板上汽-液接觸時(shí)雖溫度不同，顯熱交換可以忽略，只有潛熱交換。（因顯熱比潛熱小得多）前提：若滿足下列條件則有恒摩爾流假定成立③熱損失的結(jié)果將造成與②相同的結(jié)果。②若考慮顯熱交換，則各板上原溫度分布將發(fā)生改變，而溫度的改變將使板上液相的焓值改變，汽相的潛熱也隨溫度會(huì)發(fā)生改變。①混合液中二組分的摩爾汽化潛熱相等（實(shí)際上液體汽化潛熱相差不①汽相恒摩爾流動(dòng)（上升）對(duì)提餾段:對(duì)精餾段:②液相恒摩爾流動(dòng)（下降）

對(duì)提餾段:對(duì)精餾段:假定:塔板上有多少摩爾的蒸汽冷凝，就有多少摩爾的液體汽化。因此該精餾過程屬等摩爾反向擴(kuò)散傳質(zhì)過程.對(duì)于多數(shù)有機(jī)同系物和許多相近的理想體系，恒摩爾流假設(shè)均適用意義：在進(jìn)行塔板物料衡算時(shí)，汽相和液相量不會(huì)在同一段中因塔板位置變化而變化，使計(jì)算簡(jiǎn)化。注：一般V≠V`，L≠L`，原因：與進(jìn)料量F和狀態(tài)有關(guān)。①汽相恒摩爾流動(dòng)（上升）三.進(jìn)料熱狀況參數(shù)q①冷態(tài)進(jìn)料②泡點(diǎn)進(jìn)料（飽和液體進(jìn)料）③泡-露點(diǎn)之間進(jìn)料④露點(diǎn)進(jìn)料（飽和蒸汽進(jìn)料）⑤過熱蒸汽進(jìn)料1.原料液入塔狀況:令:-------熱狀況參數(shù)即:LILVIVL’I’LV’I’VFIF加料板又:得:-------進(jìn)料板物衡三.進(jìn)料熱狀況參數(shù)q①冷態(tài)進(jìn)料1.原料液入塔狀況:令:--V<V`,L`>（L+F）飽和液體進(jìn)料,q=1泡-露點(diǎn)間進(jìn)料,0<q<1飽和蒸汽進(jìn)料,q=0過飽和蒸汽進(jìn)料,q<0五種不同進(jìn)料熱狀況對(duì)汽液流量的影響冷態(tài)進(jìn)料，q>1V=V`,L`=L+FV>V`,L`<（L+F）L=L`,V=V`+FV>V`+F,L`<LV<V`,L`>（L+F）飽和液體進(jìn)料,q=1泡-露④過熱蒸汽進(jìn)料：此時(shí)q<0⑤泡-露點(diǎn)之間進(jìn)料：此時(shí)0<q<1①泡點(diǎn)（飽和液體）進(jìn)料：此時(shí)q=1②露點(diǎn)（飽和蒸汽）進(jìn)料：此時(shí)q=0③冷態(tài)進(jìn)料：此時(shí)q>12.q值參數(shù)討論:且(物料衡算)④過熱蒸汽進(jìn)料：此時(shí)q設(shè)進(jìn)料時(shí)q=1.1,0.5和q=-0.3,問進(jìn)料中液體量/進(jìn)料量=?注意：此節(jié)q（q值參數(shù)）與液化率q=LF/F的聯(lián)系與區(qū)別：思考題：在精餾中q取值在（-，+）間，而在平衡或簡(jiǎn)單蒸餾中0<q<11.聯(lián)系：均反映液化率問題在下列三種情況下,q等于液化率①泡點(diǎn)進(jìn)料（飽和液體進(jìn)料）②泡-露點(diǎn)之間進(jìn)料③露點(diǎn)進(jìn)料（飽和蒸汽進(jìn)料）2.區(qū)別：在精餾中還反映了原料的進(jìn)料狀態(tài)設(shè)進(jìn)料時(shí)q=1.1,0.5和q=-0.3,問進(jìn)料中液體設(shè)計(jì)中先求得理論板層數(shù),然后結(jié)合塔板效率予以校正，即可求得實(shí)際板層數(shù)。操作關(guān)系:整個(gè)塔內(nèi)各板的組成可逐板算出,板數(shù)即為指定分離要求下的理論板層數(shù)yn+1

與xn之間的關(guān)系:通過物料衡算來(lái)確定,與精餾條件有關(guān).理論板:問題:為何及如何求取理論板數(shù)??1.為何求取理論板數(shù)2.如何求取理論板數(shù)交替計(jì)算結(jié)果:設(shè)計(jì)中先求得理論板層數(shù),然后結(jié)合塔板效率予以校正，即可求得條件：塔頂為全凝器（y1=xD）混合料：于是:四.操作線方程（研究相鄰兩塊塔板氣液組成之間的關(guān)系）Ⅰ)精餾段操作線方程餾出液D,xD,IDLVy1Lx1Vy2Lx2Lxn-1Vyn12n-1輕組分:令：——

回流比則：穩(wěn)定操作時(shí)為直線關(guān)系條件：塔頂為全凝器（y1=xD）混合料：于是:四.操作線方Ⅱ)提餾段操作線方程對(duì)輕組分：即：對(duì)混合料：塔釜液W,xwL’xnV’yn+1n+1n其中：又：則有：(6-39)(6-40)故有：令：——塔釜的氣相回流比Ⅱ)提餾段操作線方程對(duì)輕組分：即：對(duì)混合料：塔釜另將得：提餾段操作方程的另一常用表達(dá)式.代入提餾方程：或：另將得：提餾段操作方程的另一常用表達(dá)式.代入提餾方程：或：Ⅲ)塔釜?dú)庀嗷亓鞅萊′與塔頂液相回流比R及q的關(guān)系式將及代入得關(guān)系式：改寫為：將全塔物衡式及代入上式得：Ⅲ)塔釜?dú)庀嗷亓鞅萊′與塔頂液相回流比R及q的關(guān)系式將及代入Ⅳ)操作線的繪制和q線方程作過D點(diǎn)直線該點(diǎn)(xw,y=xw)落在對(duì)角線W處

同理：當(dāng)x=xw

時(shí)y=xw,②作提餾線：

①作精餾線:由方程可見：當(dāng)x=xD時(shí)y=xD該點(diǎn)D(xD

，y=xD)處在對(duì)角線上再以為斜率(或?yàn)榻鼐?作過W點(diǎn)直線。再以為斜率(或?yàn)榻鼐?,q線W(xw,xw)xDxFF(xF,XF)D(xD,XD)f(xf,Xf)I或：Ⅳ)操作線的繪制和q線方程作過D點(diǎn)直線該點(diǎn)(xw,y=q線W(xw,xw)xDxFF(xF,XF)D(xD,XD)f(xf,Xf)I③兩操作線的交點(diǎn)q線方程解得交點(diǎn)q：（1）（2）結(jié)合：代入上式將得：即有：——（進(jìn)料板方程，q線方程）q線W(xw,xw)xDxFF(xF,XF)D(xD,XD)a.過D(xF,xF)點(diǎn)作為斜率的q線交精餾線于點(diǎn)f(xf,yf).于是提餾線的作法為:q線方程:b.連點(diǎn)f（xf

，yf

），W（xw，xw

）即為提餾線?？芍?一定狀態(tài)進(jìn)料時(shí),q為一常數(shù),故q線為直線.不同的加料熱狀態(tài)對(duì)應(yīng)著不同的q值,也就對(duì)應(yīng)著不同的q線,隨著q的不同，點(diǎn)F（xf，yf）位置在變化。q線W(xw,xw)xDxFF(xF,XF)D(xD,XD)f(xf,Xf)IFDWefq<0q=00<q<1q=1q>101.0xWxy1.0xDzF不同加料熱狀態(tài)下的q線a.過D(xF,xF)點(diǎn)作為斜率F(xF,xF)xFx(mol分率)y011D(xD,xD)W(xW,xW)1234f(xf,xf)q線方程1.NT圖解計(jì)算法五.理論板數(shù)NT的計(jì)算平衡線：操作線：F(xF,xF)xFx(mol分率)y011D(xD,xD)2.逐板計(jì)算法：交替計(jì)算基本思路:或：（全冷凝）（第n塊為進(jìn)料板）（規(guī)定值）計(jì)算過程：2.逐板計(jì)算法：交替計(jì)算基本思路:或：（全冷凝）（第n塊為進(jìn)六.回流比與進(jìn)料熱狀況對(duì)精餾過程的影響原料液qF,xF,QF餾出液D,xD,QD釜?dú)堃篧,xW,QWLVV’L’關(guān)系式：六.回流比與進(jìn)料熱狀況對(duì)精餾過程的影響原料液qF,xF原料液qF,xF,QF餾出液D,xD,QD釜?dú)堃篧,xW,QWLVV’L’原料液qF,xF,QF餾出液D,xD,QD釜xwxFxDq線yFWDx1.q一定，R對(duì)理論板的影響2.R一定，q對(duì)理論板的影響FDWefq<0q=00<q<1q=1q>101.0xWxy1.0xDzFR一定時(shí)q值對(duì)精餾線的影響隨q值不同,q線斜率發(fā)生變化.當(dāng)分離要求xD,xW,R一定時(shí),q值越大（QF↓），達(dá)到相同分離要求時(shí)所需的NT越少。當(dāng)NT一定時(shí)，q值越大（QF

↓），產(chǎn)品純度↑。xwxFxDq線yFWDx1.q一定，R對(duì)理論板的影響2.FDWefq<0q=00<q<1q=1q>101.0xWxy1.0xDzFR′一定時(shí)q值對(duì)精餾線的影響3.R′一定，q對(duì)理論板的影響FDWefq<0q=00<q<1q=1q>101.0xWxy回流的作用:穩(wěn)定連續(xù)精餾操作的必要條件一.最大回流比（全回流）及最少理論板數(shù)Nmin根據(jù)定義故當(dāng)D=0時(shí)R=∞即此時(shí)精餾線與對(duì)角線重合，平衡線與操作線相距最大。此時(shí)所需的理論梯級(jí)最少Nmin

七.塔頂液相回流比的影響及其選擇D(xD,y=xD)F(xF,y=xF)W(xw,y=xw)q線回流比是影響操作費(fèi)用及設(shè)備投資費(fèi)的重要因素故對(duì)于一定的分離任務(wù)，應(yīng)該選擇適宜的回流比回流的作用:穩(wěn)定連續(xù)精餾操作的必要條件一.最大回流比（全回根據(jù)相平衡關(guān)系:最少理論梯級(jí)(理論板)Nmin——Fenske計(jì)算公式推導(dǎo)全回流操作線方程式:操作線第二板相平衡操作線第N板相平衡根據(jù)相平衡關(guān)系:最少理論梯級(jí)(理論板)Nmin——Fen(a)(b)令:幾何平均值Nmin—包括再沸器在內(nèi)的全回流情況下的最少理論板數(shù).式中：有:——Fenske公式(a)(b)令:幾何平均值Nmin—包括再沸器在內(nèi)的全回流情①若將式中xW換為xF，α改為精餾段平均值，則可用來(lái)計(jì)算精餾段的理論板數(shù)。式中：1——進(jìn)料板

Nmin——精餾段理論板數(shù)②全回流R=∞是回流比上限，對(duì)實(shí)際操作無(wú)意義。主要用于開工（使系統(tǒng)穩(wěn)定）和實(shí)驗(yàn)研究。討論：①若將式中xW換為xF，α改為精餾段平均值，則可用來(lái)式中：二.最小回流比Rmin-----挾緊點(diǎn)和恒濃區(qū)

當(dāng)兩操作線的交點(diǎn)位于平衡線上時(shí)，則需要無(wú)窮多的階梯。相應(yīng)的回流比稱為最小回流比，以Rmin表示。對(duì)于一定的分離要求，Rmin是回流比的最小值。D(xD,xD)xwxFxDq線xD1+RminxD1+RF(xF,xF)W(xW,xW)f(xf,yf)P(xp,yp)挾緊點(diǎn)d和恒濃區(qū):注意:Rmin是精餾操作的下限若R<Rmin,精餾操作無(wú)法進(jìn)行問題:R=0是不是最小回流比??答:R=0意味著不回流,即無(wú)精餾操作.二.最小回流比Rmin-----挾緊點(diǎn)和恒濃區(qū)當(dāng)兩由D(xD,xD)作直線與平衡線相切,其與縱座標(biāo)的截距即為由W(xW,xW)作直線與平衡線相切,并交q線于P點(diǎn)，連P(xD,xD)直線。其截距為可由D(xD,xD)直接