化工原理 蒸餾

化工原理蒸餾第1頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

二、蒸餾過(guò)程的分類

蒸餾過(guò)程可按蒸餾方式、連續(xù)性、以及組分?jǐn)?shù)多少等進(jìn)行分類。

按蒸餾方式分：簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾（閃蒸）、

精餾、特殊精餾按操作壓力分：常壓蒸餾、真空蒸餾、加壓蒸餾按操作方式分：連續(xù)蒸餾、間歇蒸餾按被分離的混合物性質(zhì)分：雙組分蒸餾、多組分蒸餾

*連續(xù)精餾是液體混合物分離中首選分離方法。*本章討論前提常壓雙組分連續(xù)精餾.第2頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一精餾應(yīng)用極其廣泛原因?

不加入新的組分揮發(fā)度差異廣泛存在汽液平衡和分開很容易實(shí)現(xiàn)揮發(fā)度相差很大蒸餾揮發(fā)度相差適中精餾揮發(fā)度相差很小特種精餾揮發(fā)度如何描述?因此本章首先要講平衡關(guān)系第3頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、蒸餾操作費(fèi)用與操作壓強(qiáng)

蒸餾操作費(fèi)用主要是加熱和冷凝的費(fèi)用，與加熱和冷凝的溫度有關(guān)。而加熱和冷凝的溫度均與操作壓強(qiáng)有關(guān)，故工業(yè)蒸餾對(duì)操作壓強(qiáng)應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。

*真空蒸餾使沸點(diǎn)降低，可避免使用高溫載熱體。*加壓蒸餾使冷凝溫度提高，可避免使用冷凍劑。四、本章重點(diǎn)：

1、連續(xù)精餾過(guò)程的基本原理及過(guò)程描述的基本方法

2、二元精餾過(guò)程的設(shè)計(jì)以及精餾過(guò)程的操作分析與診斷

3、精餾過(guò)程的塔設(shè)備（板式塔）第4頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一連續(xù)精餾裝置組成

全凝器

回流罐

塔頂產(chǎn)品原料塔

塔釜產(chǎn)品再沸器

再沸器第5頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6-2雙組分溶液的汽液相平衡一、氣液相平衡經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間接觸，當(dāng)每個(gè)組分的分子從液相逸出與氣相返回的速度相同，或達(dá)到動(dòng)平衡時(shí)，即該過(guò)程達(dá)到了相平衡。

平衡時(shí)氣液兩相的組成之間的關(guān)系稱為相平衡關(guān)系。它取決于體系的熱力學(xué)性質(zhì)，是蒸餾過(guò)程的熱力學(xué)基礎(chǔ)和基本依據(jù)。第6頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一汽液平衡關(guān)系的描述：用圖來(lái)表示(等溫圖和等壓圖)

用相對(duì)揮發(fā)度來(lái)表示用相平衡常數(shù)來(lái)表示用表表示用方程式表示各適用于什么情況?平衡關(guān)系哪里來(lái)?

查書、實(shí)驗(yàn)、預(yù)測(cè)第7頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、溶液的蒸氣壓與拉烏爾定律1、溶液的蒸氣壓飽和蒸氣壓純液體A的飽和蒸氣壓pA0

（可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定或經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算得）雙組分溶液中A組分的蒸氣壓pA

（不同的溶液中A、B兩組分彼此對(duì)蒸氣壓的影響不同）2、汽液兩相共存時(shí)的自由度

根據(jù)相律，

F=N-Φ+2（N為獨(dú)立組分?jǐn)?shù)，Φ為相數(shù)）汽液兩相平衡物系：

N=2，Φ=2，故物系的自由度F為2。第8頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

平衡物系涉及的參數(shù)為:

溫度t

壓強(qiáng)P

(常壓蒸餾為定值)

氣液兩相的組成xA、xB、yA、yB*1對(duì)于雙組分物系，一相中某一組分的摩爾分?jǐn)?shù)確定后，另一組分的摩爾分?jǐn)?shù)也隨之而定，液相或氣相組成均可用單參數(shù)表示。即

xA、yA*2因物系的自由度為F=2，溫度、壓強(qiáng)與氣液兩相的組成三者中任意規(guī)定兩個(gè)，則物系的狀態(tài)將被唯一地確定，余下參數(shù)已不能任意選擇。第9頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

因此，當(dāng)壓強(qiáng)一定時(shí)，雙組分平衡物系必存在：**液相（或氣相）組成與溫度間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系（t—xt—y）；**氣液相組成之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系（y—x）。

研究氣液相平衡關(guān)系就是對(duì)上述兩個(gè)關(guān)系進(jìn)行定量的描述。3、理想溶液與拉烏爾定律

理想溶液：

分子間引力不因混合而有所變化，即無(wú)熱效應(yīng)、無(wú)容積效應(yīng)非理想溶液：第10頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一拉烏爾定律：對(duì)于雙組分理想溶液，在一定溫度下，汽相中任一組分的分壓等于此純組分在該溫度下的蒸氣壓乘以它在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)。

即：

pA=pA0xA

pB=pB0xB=pB0（1-xA）式中pA、pB—溶液上方組分A、B的蒸氣壓，Kpa；

pA0、pB0—純組分A、B的蒸氣壓，Kpa；

xA、xB—溶液中組分A、B的摩爾分?jǐn)?shù)。**對(duì)于非理想溶液，汽液相平衡關(guān)系可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。第11頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、溫度組成圖（t—x、t—y關(guān)系）(等壓圖)

在一定壓力下（且總壓不高時(shí)），溶液的溫度隨組成而變。對(duì)于理想溶液，t—x、t—y數(shù)據(jù)可由拉烏爾定律、道爾頓分壓定律推導(dǎo)出t—x、t—y數(shù)據(jù)計(jì)算式。即

p-pB0pA0xA

xA=———yA=———pA0-pB0P

對(duì)于理想溶液，用數(shù)據(jù)作圖與實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果完全相符。對(duì)于非理想溶液，t—x、t—y數(shù)據(jù)通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。溫度組成圖可用于對(duì)過(guò)程的定性分析。第12頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一例：總壓為101.3kPa下，苯與甲苯混合液的t—x、t—y圖

tt—y

t—x①汽相區(qū)t—y汽相線以上區(qū)域②露點(diǎn)t—y線又稱為露點(diǎn)曲線xx或y③汽液共存區(qū)t—x線與t—y線之間區(qū)域④泡點(diǎn)t—x線又稱為泡點(diǎn)曲線⑤液相區(qū)t—x液相線以下區(qū)域**由t—x—y圖可知，雙元理想溶液與純液體的區(qū)別：

①雙元理想溶液的沸點(diǎn)不是一個(gè)定值，而是一個(gè)范圍；②雙元理想溶液組成一定時(shí)，泡點(diǎn)與露點(diǎn)不相等。第13頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三個(gè)區(qū)沸點(diǎn)(boilingpoint)泡點(diǎn)(bubblepoint)露點(diǎn)(dewpoint)相平衡時(shí)：如何由xA求T?用泡點(diǎn)線.

如何由xA求yA?用泡點(diǎn)線和露點(diǎn)線如何由yA求T?用露點(diǎn)線.第14頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、汽液相平衡圖（y—x圖）

pA0xA

yA=———P或yA=KxA

其中K稱為相平衡常數(shù)，且K=pA0/P。

當(dāng)總壓不變時(shí)K隨溫度而變。汽液相平衡關(guān)系可用于對(duì)過(guò)程的定量解析。汽液相平衡關(guān)系可用y—x圖表示，y—x圖可根據(jù)平衡數(shù)據(jù)直接繪制。以下為苯—甲苯混合液的x—y圖：

第15頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

*1

y—x線與對(duì)角線（y=x）的關(guān)系

*2

總壓對(duì)y—x線的影響總壓變化不大時(shí)，可忽略P對(duì)y—x線的影響（變化達(dá)30%時(shí)，影響小于2%）總壓變化大于一倍時(shí)，P對(duì)y—x線的影響不能忽略當(dāng)總壓低于兩純組分的臨界壓強(qiáng)時(shí)，蒸餾可在全含量范圍內(nèi)操作

*3

P對(duì)t—x、t—y線的影響不能忽略第16頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五、揮發(fā)度與相對(duì)揮發(fā)度

揮發(fā)度v對(duì)于純?nèi)芤?，v=p0

對(duì)于混合溶液中某一組分，vi=pi/xi

對(duì)于理想溶液，vA=pA0vB=pB0

相對(duì)揮發(fā)度α：溶液中兩組分揮發(fā)度之比

vApA/xA

pA0α=———=———=———vBpB/xB

pB0

原則上α是溫度的函數(shù)，但pA0/

pB0比值與溫度關(guān)系較小，通常在操作溫度范圍內(nèi)取一平均值。第17頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一根據(jù)拉烏爾定律和道爾頓分壓定律

yAxBy（1-x）

α=———=————yBxAx（1-y）即

αxy=——————1+（α-1）x

該式稱為相平衡方程。＊α取值方法

＊已知α?xí)r可根據(jù)上式確定y—x平衡關(guān)系。若α=1，則yA=xA，此時(shí)不能用蒸餾方法分離該混合物。若α>1，則yA>xA，此時(shí)可以用蒸餾方法分離該混合物。第18頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一六、雙組分非理想溶液1、具有正偏差的非理想溶液fAB<fAA、fBB

（苯-乙醇，乙醇-水系統(tǒng)）

溶液的平衡分壓較理想溶液低，當(dāng)偏差達(dá)到一定程度時(shí)，具有最低恒沸點(diǎn)。2、具有負(fù)偏差的非理想溶液fAB>fAA、fBB（氯仿-丙酮系統(tǒng)）溶液的平衡分壓較理想溶液高，當(dāng)偏差達(dá)到一定程度時(shí)，具有最高恒沸點(diǎn)。*1具有恒沸點(diǎn)的溶液用一般蒸餾方法最多達(dá)到恒沸組成，就不能再進(jìn)一步分離。*2當(dāng)總壓改變時(shí)，t—x—y圖線不僅上下移動(dòng)，形狀也可能發(fā)生變化，即可以改變恒沸組成。*3非理想溶液不一定都有恒沸點(diǎn)。*4溶液的恒沸點(diǎn)數(shù)據(jù)可從手冊(cè)上查得。第19頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一汽液平衡關(guān)系的描述：

用圖來(lái)表示

1、（t—x、t—y）圖

2、y—x圖用方程式表示

1、拉烏爾定律

2、用相平衡常數(shù)來(lái)表示

3、用相對(duì)揮發(fā)度來(lái)表示各適用于什么情況?平衡關(guān)系哪里來(lái)?查書、實(shí)驗(yàn)、預(yù)測(cè)第20頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6—3蒸餾與精餾原理一、簡(jiǎn)單蒸餾Simpledistillation

過(guò)程及原理第21頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一特點(diǎn)：

間歇操作，產(chǎn)品濃度隨時(shí)間而變，只能達(dá)到有限程度的提濃

請(qǐng)?jiān)诘葔簣D上描述簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程。過(guò)程計(jì)算：求某一瞬間氣、液相組成及餾出液的平均組成第22頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、求某一瞬間氣、液相組成

由物料衡算得某一瞬間氣、液相組成關(guān)系為

Wx=ydW+（W-dW）（x-dx）

W—某一瞬間蒸餾釜中的液體量，隨時(shí)間而變，由初態(tài)

W1—終態(tài)W2；

x—某一瞬間蒸餾釜中液體的組成，由初態(tài)x1—終態(tài)x2；

y—某一瞬間蒸餾釜蒸出的氣相組成，隨時(shí)間而變。略去二階無(wú)窮小量，上式寫為：dW/W=dx/（y-x）積分得：

W1dxln——=∫————W2

（y-x）

y=f（x）

第23頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一若為理想液體

αxy=——————1+（α-1）x

W11x11-x2

則ln——=——{ln—+αln———}W2α-1x21-x1

當(dāng)已知W1、W2

、x1、x2

中三個(gè)量時(shí)，即可根據(jù)上式求出另一未知量。

第24頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2、餾出液的平均組成對(duì)全過(guò)程易揮發(fā)組分物料衡算式：

y平均（W1-W2）=W1x1-W2x2

故

W2

y平均=x1+———（x1-x2

）

W1-W2

y平均

——冷凝液（塔頂產(chǎn)品）的平均濃度。

第25頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、平衡蒸餾

Equilibriumdistillation

過(guò)程及原理：特點(diǎn)：

連續(xù)操作、產(chǎn)品濃度不隨時(shí)間而變且滿足相平衡方程式、只能達(dá)到有限程度的提濃過(guò)程計(jì)算：求：氣、液相組成。

氣、液相組成根據(jù)物料衡算式、熱量衡算式及相平衡方程式求取。

（P80）

請(qǐng)?jiān)诘葔簣D上描述閃蒸過(guò)程。第26頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、精餾

1、原理多次部分汽化、部分冷凝如何實(shí)現(xiàn)多次部分汽化、部分冷凝？第27頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、分類連續(xù)精餾、間歇精餾3、連續(xù)精餾流程

①裝置組成全凝器回流罐

塔頂產(chǎn)品原料塔

再沸器塔釜產(chǎn)品

第28頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②各部分的作用塔頂：冷凝器、回流罐塔——塔身：加料板、精餾段、提餾段塔底：再沸器

③連續(xù)、穩(wěn)定操作的必要條件塔頂回流液塔底上升蒸汽第29頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一小結(jié)：

1、簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾、精餾

原理、特點(diǎn)、用于什么情況、區(qū)別

2、精餾原理(為什么這么做)3、精餾用何設(shè)備實(shí)現(xiàn)(塔)第30頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6—4雙組分連續(xù)精餾塔計(jì)算精餾設(shè)計(jì)計(jì)算

給出原料的量和組成提出產(chǎn)品的質(zhì)量要求(收率要求)設(shè)計(jì)內(nèi)容(理論板數(shù),回流比)

塔板數(shù)：高度直徑：粗細(xì)回流比R：能耗即已知：料液組成xF、料液量F、產(chǎn)品組成xD

求：產(chǎn)品量D、釜液量W、塔板數(shù)、塔高、塔徑第31頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

一、全塔物料衡算

①物料衡算式VDF=D+WLFxF=DxD+WxWF②易揮發(fā)組分的回收率

DxDV’η=———×100%L’WFxF

第32頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一難揮發(fā)組分的回收率

W（1-xW）

η=—————×100%F（1-xF）

③回流量L

(對(duì)塔頂冷凝器作物料衡算)

L/D=RR回流比

L+D=VV上升蒸汽量

**料液處理量一定時(shí)，L↑，即R↑，xD↑；

**料液處理量一定時(shí)，L↑，并不意味D↓，而是意味著V的增加，即加熱速率、冷凝速率要增加，能耗大。第33頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一全塔物料衡算

確定整個(gè)精餾系統(tǒng)進(jìn)出物料量及濃度之間的關(guān)系。完成分離任務(wù)對(duì)塔的要求如何確定？

經(jīng)每塊塔板濃度變化情況及相互關(guān)系塔板上------相平衡關(guān)系塔板間------物料衡算

第34頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、理論板與恒摩爾流假說(shuō)

1、理論板ynxn-1

板上傳遞過(guò)程的特征方程：物料衡算式Vyn+1+Lxn-1=Vyn+Lxn

相平衡方程yn=f（xn）xnyn+1

2、恒摩爾流假說(shuō)

a、恒摩爾汽化：精餾段V1=V2=…=V=定值

提餾段V1`=V2`=…=V`=定值

b、恒摩爾溢流：精餾段L1=L2=…=L=定值

提餾段L1`=L2`=…=L`=定值以上假設(shè)成立條件：①各組分摩爾汽化焓相等②汽、液相接觸時(shí)因溫度不同而交換的顯熱忽略③熱損失忽略第35頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、操作線方程（y—x操作關(guān)系）

1、精餾段

對(duì)精餾段中某一塔板（第n+1塊）至塔頂作物料衡算

V=L+DVyn+1=Lxn+DxD

LDyn+1=——xn+——xD

L+DL+D

R1yn+1=——xn+——xD

R+1R+1

*當(dāng)D一定時(shí)，L、V取決于回流比RxD

*已知xD、R，即可作出精餾段操作線：

過(guò)點(diǎn)（xD、xD），斜率為R/（R+1）

第36頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、提餾段

對(duì)提餾段中某一塔板（第m塊）至塔底作物料衡算

L`=V`+WL`xm=V`ym+1+WxW

L`Wym+1=——--xm-———xW

L`-WL`-W

xW*提餾段操作線過(guò)點(diǎn)（xW、xW）*提餾段操作線要根據(jù)進(jìn)料狀況定第37頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、進(jìn)料熱狀況的影響V

①物料衡算F+V`+L=V+L`V–V`=F-（L`–L）L②熱量衡算FFhf+V`H+Lh=VH+L`hV`H——蒸汽的摩爾焓，kJ/kmol；

h——液體的摩爾焓，kJ/kmol；L`hf——料液的的摩爾焓，kJ/kmol。第38頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一③進(jìn)料狀況參數(shù)q

定義：加料中飽和液體所占的分率

L`–LH–hf

q=———=———FH-h

即L`=L+qFV`=V-（1-q）F

因此，提餾段操作線方程可改寫為：

L+qFWym+1=————xm-————xW

L+qF-WL+qF–W第39頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一④五種進(jìn)料熱狀況q的值：⑴冷液進(jìn)料q>1V<V`L`>F+L

*⑵飽和液體進(jìn)料q=1V=V`L`=F+L

⑶汽液混合物進(jìn)料0<q<1⑷飽和蒸汽進(jìn)料q=0V=V`+FL`=L⑸過(guò)熱蒸汽進(jìn)料q<0V>V`+FL`<L

第40頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4、q線方程（進(jìn)料方程）

q線方程為：精餾段操作線與提餾段操作線交點(diǎn)軌跡的方程。

d為兩操作線的交點(diǎn)，即有

Vyq=Lxq+DxD

L`xq=V`yq+WxW整理上式并將式dL`=L+qF及V`=V-(1-q)Fe代入可得：qxF

y=——x-——q-1q-1xWxFxD

上式稱為進(jìn)料線方程。

*當(dāng)進(jìn)料狀況一定時(shí)，上式為直線方程。且過(guò)點(diǎn)e(xF，xF)及*飽和液體進(jìn)料時(shí)，q線方程為x=xF,xF=xqd(xq

，xq)第41頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

進(jìn)料線示意圖

什么是操作線?如何得到?有什么用途?(包括q線)(N,R)第42頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一【例】某液體混合物含易揮發(fā)組分0.65（摩爾分率，下同），以飽和蒸汽加入連續(xù)精餾塔中，加料量為50kmol/h，殘液組成為0.04，塔頂產(chǎn)品的回收率為99%，回流比為3，試求：⑴塔頂、塔底的產(chǎn)品流率；⑵精餾段和提餾段內(nèi)上升蒸汽及下降液體的流率；⑶寫出精餾段和提餾段的操作線方程。

第43頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一D,xD123y1F,xFy1y2y3x1x2x3n1’2’3’yny2’y3’x1’x2’x3’m-1L’,xm-1V’,yWW,xW第44頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、雙組分連續(xù)精餾塔設(shè)計(jì)型計(jì)算前提：

1）由全塔物料衡算確定xF，xD

，xW

；

2）已知操作壓力——確定相平衡關(guān)系；

3）已知回流比和進(jìn)料熱狀態(tài)——確定操作線。方法：交替使用相平衡關(guān)系和操作線方程，確定理論板數(shù)N。第45頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1、理論板數(shù)的計(jì)算

逐板計(jì)算法（**飽和液體進(jìn)料時(shí)）精餾段：由xD=y1—x1—y2—x2—y3直至xn<xF，則精餾段需要（n-1）塊理論板。

提餾段：由xn—y2—x2—y3—x3—y4

直至xm<xW

則提餾段需要（m-1）塊理論板（除去再沸器）。問題:

再沸器什么時(shí)候相當(dāng)于一塊理論板?第46頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一作圖法：

xWxFxD

最優(yōu)加料位置的確定：為該板的液相組成x等于或略小于xq

。（從最接近的組成處進(jìn)入，為什么?）返混第47頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一理論板數(shù)的簡(jiǎn)捷計(jì)算法（吉利蘭關(guān)聯(lián)圖）當(dāng)(R-Rmin)/(R+1)＜0.17時(shí)

N-NminR-Rminlog————=-0.9(————)–0.17N+1R+1

N—全塔理論板數(shù)

Nmin—全塔最小理論板數(shù)

R—回流比

R

min—最小回流比

第48頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一逐板計(jì)算:準(zhǔn)確,但是本課程中做了簡(jiǎn)化圖解法:是簡(jiǎn)化了的逐板計(jì)算在y-x圖上的反映Gilliland圖:估算,可以不必追求精度第49頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一以上計(jì)算基于已知R的前提,

那么R如何確定?第50頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、回流比的確定

回流比對(duì)操作的影響：

**料液處理量一定時(shí)，R↑，xD↑；**料液處理量一定時(shí)，R↑，并不意味D↓，而是意味著V的增加，即加熱速率、冷凝速率要增加，能耗大。**料液處理量、xD一定時(shí)，R↑，操作線越接近對(duì)角線，所需理論板數(shù)↓

∴回流比R與所需理論板數(shù)及操作費(fèi)用（能耗）有關(guān)。

第51頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一回流比的確定：

①全回流與最少理論板：

全回流R=L/D=∞R/（R+1）=1操作線與對(duì)角線重合，即yn+1=xn

所需理論板數(shù)最少，全回流只適用于開工、調(diào)試和實(shí)驗(yàn)研究。

xWxD

第52頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一最少理論板可用下式近似計(jì)算：芬斯克（Fenske）方程

log{[xD/(1-xD)][(1-xW)/xW]}Nmin=—————————————logα

α—近似取塔頂與塔底相對(duì)揮發(fā)度的平均值。

xD—塔頂產(chǎn)品濃度

xW—塔底產(chǎn)品濃度第53頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一②最小回流比

*什么是最小回流比：

當(dāng)兩操作線交點(diǎn)落在平衡曲線上或一操作線與平衡曲線相切時(shí)，回流比有最小值，即Rmin

。

*確定方法：

用下式計(jì)算：根據(jù)有最小回流比時(shí)精餾段操作線過(guò)點(diǎn)（xD、xD）和點(diǎn)（xq、yq），即斜率為

RminxD–yq

————=————Rmin+1xD–xqyq

xwxqxD第54頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一整理上式可得：Rmin=(xD–yq)/(yq–xq)

此時(shí)αxqyq=——————1+（α-1）xq

泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)：

Rmin=(xD–yF)/(yF–xF）

αxFyF=——————1+（α-1）xF第55頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

或由作圖法求得xwxqxDxwxqxDxwxqxD

若泡點(diǎn)進(jìn)料，xq=

xF

第56頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一③適宜回流比（操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用之和有最小值時(shí)）

通常R=（1.2—2.0）Rmin

回流比與理論板數(shù)的關(guān)系：

NNminRminR第57頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五、雙組分連續(xù)精餾的其它類型

1、直接蒸汽加熱L`xm=Sym+1+WxW

L`=W

S=V`

直接蒸汽

WWym+1=——xm-——xWSS(x=xW

時(shí),y=0)

xWxqxD第58頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一條件——（1）分離液體為水溶液，且水是難揮發(fā)組分；（2）餾出物為非水組分，釜液近乎純水。

使用直接水蒸汽加熱，可省去再沸釜。第59頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

2、多股加料（料液濃度不同，需從不同位置加入）

(后加入所需塔板數(shù)少

)xF1xF2

xWxF2xF1xD第60頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、側(cè)線出料（要求產(chǎn)品濃度不同，需從不同位置取出）

xWxFxD2xD1第61頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4、回收塔第62頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

第63頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一只有提餾段而無(wú)精餾段的塔條件—（1）回收稀溶液中的輕組分，而對(duì)餾出液濃度要求不高；（2）物料在低濃度下，相對(duì)揮發(fā)度大，不用精餾段也可達(dá)到xD。如：在稀氨水中回收氨。第64頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一六、雙組分連續(xù)精餾塔操作型計(jì)算

已知：相平衡曲線或相對(duì)揮發(fā)度；全塔總板數(shù)及加料板位置；原料量及組成；原料的熱狀態(tài)q。

求：產(chǎn)品組成及產(chǎn)量。

計(jì)算方法：根據(jù)操作關(guān)系、相平衡關(guān)系及物料衡算求得。第65頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、回流比R對(duì)操作的影響

xw、xF、xD一定時(shí)塔板數(shù)一定時(shí)

R↑，N↓R↑，xD↑，xw↓xwxF、xD第66頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、原料組成xF對(duì)操作的影響

塔板數(shù)、回流比一定時(shí)

xF↓，xD↓，xw↓，（若要xD不變，增大R）

x’FxF

第67頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、加料板位置對(duì)操作的影響

xwxDxwxD

**

xD，xw

一定時(shí)，提前或推遲加料，所需N↑**N、R一定時(shí)，提前或推遲加料，xD↓，xw↑

第68頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

4、加料狀況的選擇在回流比R一定時(shí)，q值不影響精餾段操作線位置，但明顯改變了提餾段操作線的位置。一般說(shuō)來(lái)，在耗熱不變的情況下，熱量應(yīng)盡可能在塔底輸入，冷卻量應(yīng)盡可能在塔頂輸入，以使所產(chǎn)生的氣相回流與液相回流能經(jīng)過(guò)全塔而發(fā)揮最大的效能。xWxFxD

但當(dāng)塔釜溫度過(guò)高、物料易產(chǎn)生聚合或結(jié)焦時(shí)，為了減少塔釜的加熱量，工業(yè)生產(chǎn)中可考慮采用熱態(tài)甚至氣態(tài)進(jìn)料。

第69頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5、精餾塔的溫度分布和靈敏板

（可用測(cè)量溫度的方法預(yù)示塔內(nèi)組成）

塔頂

塔板號(hào)

塔釜

tt

全塔溫度分布圖

高純度分離時(shí)各板上組成及總壓不同，所以t不同，因此可以用測(cè)溫度的方法來(lái)預(yù)示塔內(nèi)組成，尤其是塔頂組成的變化。但是高純度分離時(shí)，不能用該方法。加壓或常壓精餾，塔內(nèi)溫度分布主要受組成影響；減壓精餾，則即受組成影響又受總壓影響。第70頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一靈敏板（高純度分離時(shí)，可用測(cè)靈敏板上溫度的方法來(lái)預(yù)示塔內(nèi)組成變化情況）靈敏板：這塊板上的溫度對(duì)外界干擾因素（如：R或

XF等）的反應(yīng)最靈敏。靈敏板位置的求?。旱?1頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一六、精餾裝置的熱量衡算及熱能的回收利用1、熱量衡算

**冷凝器的熱負(fù)荷及冷卻水用量計(jì)算冷凝器的熱負(fù)荷Qc

Qc=D(R+1)(Hv-hR)Hv—塔頂上升蒸氣的摩爾焓，kJ/kmol；

hR—回流液的摩爾焓，kJ/kmol。冷卻水用量Gc

Gc=Qc/Cp(t2-t1)第72頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一**再沸器的熱負(fù)荷QB及加熱劑用量GB計(jì)算

QB=QD+QQ+QC-QF

QD—塔頂產(chǎn)品帶出去的熱量，kJ/h；

QQ—塔底產(chǎn)品帶出去的熱量，kJ/h；

QC—冷凝器中冷卻劑帶出去的熱量，kJ/h；

QF—進(jìn)料帶入的熱量，kJ/h；2、熱能的回收利用方法

*產(chǎn)生低壓蒸汽*余熱利用

*熱泵第73頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6—5其它精餾一、間歇精餾

1、間歇精餾過(guò)程

特點(diǎn)：（與連續(xù)精餾比較）（1）非定態(tài)過(guò)程（2）沒有提餾段**為減少持液量，多采用填料塔；能耗大間歇精餾方式：（1）餾出液組成維持恒定的操作（2）回流比維持恒定的操作第74頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、餾出液組成維持恒定的操作

過(guò)程：餾出液組成維持恒定，回流比不斷增大，直至釜液組成降為xwe

最小回流比的確定：Rmin=(xD–ywe)/(ywe–xwe）R＞Rmin

塔板數(shù)確定：第75頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一每批料液操作時(shí)間：根據(jù)氣化量等于塔頂蒸氣量，以及物料衡算可得，

FxFR+1τ=——（xD–

xF）∫—————dxVxW

（xD–

x）2

在操作過(guò)程中，因塔板數(shù)不變，每一釜液組成必對(duì)應(yīng)一回流比，可用數(shù)值積分從上式求出每批料液的精餾時(shí)間。第76頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、回流比維持恒定的操作過(guò)程：回流比維持恒定，餾出液、釜液組成不斷降低最小回流比的確定：Rmin=(xD開始–yF)/(yF–xF）

xD開始＞xD平均

R＞Rmin**在精餾產(chǎn)物的組成相同的條件下，餾出液組成維持恒定的操作較為經(jīng)濟(jì)第77頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、恒沸精餾與萃取精餾適用場(chǎng)合?相對(duì)揮發(fā)度等于1或者特別接近與1使相對(duì)揮發(fā)度提高的思路加入物質(zhì)C使原有組分AB的相對(duì)揮發(fā)度改變使B更易揮發(fā)的例子:恒沸精餾制取無(wú)水乙醇使B更難揮發(fā)的例子:萃取精餾制取無(wú)水乙醇第78頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一恒沸精餾流程1BEWWEB230.89EW99.9%EEWBEWBEW99.9%W0.89EWB:benzeneE:ethanolW:waterEWB:azeotropic第79頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一恒沸精餾挾帶劑選擇的主要條件：（1）能與待分離組分之一（或兩個(gè)）形成非均相的最低恒沸物（2）新形成的恒沸物要便于分離，以回收其中的挾帶劑（3）恒沸物中挾帶劑的相對(duì)含量少（以減少其用量）第80頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一萃取精餾流程120.89EW99%EWGGWE:ethanolW:waterG:glycol第81頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一萃取精餾添加劑選擇的主要條件：

*選擇性高、揮發(fā)性小*添加劑與原溶液有足夠的互溶度，以充分發(fā)揮每塊板上液相中添加劑的作用萃取精餾與恒沸精餾比較：

共同點(diǎn)：

加入某種添加劑以增加被分離組分的相對(duì)揮發(fā)度

差別：

*恒沸精餾添加劑的選擇比萃取精餾要求高*萃取精餾比恒沸精餾經(jīng)濟(jì)，熱消耗少*恒沸精餾操作方便，萃取精餾不能用于簡(jiǎn)單的間歇操作第82頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一6—6板式塔

1、塔板結(jié)構(gòu)

汽相通道、溢流堰、降液管

泡罩塔板浮伐塔板篩孔塔板導(dǎo)向塔板垂直塔板（舌型塔板、浮舌塔板、斜孔塔板）

第83頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一塔板型式要求：1.生產(chǎn)能力大，即汽液負(fù)荷高；

2.板效率高；

3.塔板壓降低；

4.操作彈性大；

5.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低。第84頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一泡罩塔板優(yōu)點(diǎn):操作彈性較大，塔板不易堵塞。缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔設(shè)備中已很少采用。篩板優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力大，傳質(zhì)效率高。缺點(diǎn):篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。浮閥塔板優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高。缺點(diǎn):處理易結(jié)焦、高粘度的物料時(shí)，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過(guò)程中有時(shí)會(huì)發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。第85頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、塔板的流體力學(xué)狀況塔內(nèi)流動(dòng)總體：逆流流動(dòng)板上：錯(cuò)流流動(dòng)第86頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一篩板上的汽液接觸狀況：鼓泡接觸汽液接觸面為汽泡表面泡沫接觸汽液接觸面為液膜表面，更新快

蜂窩狀接觸噴射接觸

液體變?yōu)榉稚⑾啵噢D(zhuǎn)變?yōu)閭鬟f提供了更好的條件

第87頁(yè)，共140頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（1）鼓泡接觸狀態(tài)當(dāng)氣速較低時(shí)，氣體以鼓泡形式通過(guò)液層。由于氣泡的數(shù)量不多，形成的氣液