化工原理精餾

1、掌握精餾原理和塔板數(shù)的計(jì)算2、了解回流比對精餾操作的影響3、了解精餾塔的基本結(jié)構(gòu)和主要性能第五章蒸餾(distillation)基本要求重點(diǎn)難點(diǎn)精餾原理、塔板數(shù)的計(jì)算；回流比對精餾的影響連續(xù)精餾的原理，傳質(zhì)的概念

§1.1概述1．蒸餾傳質(zhì)（masstransfer）過程：物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程稱為傳質(zhì)（分離）過程常見傳質(zhì)過程：通過加熱造成氣液兩相物系，利用物系中各組分揮發(fā)度不同的特性以實(shí)現(xiàn)分離的單元操作蒸餾、吸收、萃取、干燥2．蒸餾過程的分類1．按蒸餾方式簡單蒸餾平衡蒸餾精餾特殊精餾萃取精餾恒沸精餾2．按操作壓強(qiáng)常壓蒸餾加壓蒸餾減壓蒸餾3．按待分離混合物中組分的數(shù)目：雙組分蒸餾多組分蒸餾4．按操作流程：間歇蒸餾：小規(guī)模生產(chǎn)，非定態(tài)操作連續(xù)蒸餾：大規(guī)模，定態(tài)操作本章討論：常壓下的兩組分連續(xù)精餾

vapor-liquidphaseequilibrium§1.2兩組分溶液的氣液平衡1.2.1雙組分理想物系的氣液平衡理想物系：溶液中不同組分的分子間作用力和相同組分的分子間作用力完全相等。液相為理想溶液、氣相為理想氣體的混合物系液相為理想溶液，遵循拉烏爾定律氣相為理想氣體，遵循道爾頓定律1）用飽和蒸氣壓表示氣液平衡關(guān)系的表示法拉烏爾定律：理想溶液氣相中組分的分壓等于純組分在該溫度下的飽和蒸氣壓與其在溶液中摩爾分?jǐn)?shù)乘積A:易揮發(fā)組分，沸點(diǎn)低組分B:難揮發(fā)組分，沸點(diǎn)高組分y:氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；1-y:難揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)x:液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；1-x:難揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)溶液沸騰時(shí)，總壓等于各組分的蒸氣壓之和理想氣體混合物服從道爾頓分壓定律：用飽和蒸氣壓表示的氣液平衡關(guān)系2）用相對揮發(fā)度表示某組分在氣相中的平衡分壓與該組分在液相中的摩爾分率之比某組分由液相揮發(fā)到氣相中的趨勢，是該組分揮發(fā)性大小的標(biāo)志☆揮發(fā)度定義揮發(fā)度意義雙組分理想溶液☆相對揮發(fā)度定義溶液中易揮發(fā)組分揮發(fā)度與難揮發(fā)組分揮發(fā)度之比壓強(qiáng)不高，氣相遵循道爾頓分壓定律理想溶液①α>1，表明A比B容易揮發(fā)，α越大，揮發(fā)度差別越大，越容易分離。②若α=1，y=x，說明氣液相組成相同，不能采用普通的精餾方法分離對相對揮發(fā)度的理解氣液平衡方程3.兩組分理想溶液的氣液平衡相圖苯(A)和甲苯(B)的飽和蒸氣壓和溫度關(guān)系如表，試?yán)美瓰鯛柖珊拖鄬]發(fā)度分別計(jì)算苯-甲苯混合液在總壓101.33kPa下的氣液平衡數(shù)據(jù),溫度－組成圖t/℃80.184889296100104108110.8pAo/kPa101.3113.6130143.7160.5179.2199.3221.2233.0pBo/kPa39.344.450.657.665.774.583.393.9101.31）溫度－組成（t-x-y）圖解

(1)利用拉烏爾定律計(jì)算氣液平衡數(shù)據(jù)t/℃80.184889296100104108110.8x1.0000.8220.6390.5080.3760.2560.1550.0580.000y1.0000.9220.8190.7200.5950.4530.3050.1270.000(2)利用相對揮發(fā)度計(jì)算氣液平衡數(shù)據(jù)求平均揮發(fā)度t---y線，氣相組成與平衡溫度之間的關(guān)系。飽和蒸氣線，露點(diǎn)線t---x線，液相組成與平衡溫度之間的關(guān)系。飽和液相線，泡點(diǎn)線2）x-y圖（1）y>x（2）平衡線離對角線越遠(yuǎn)，氣液兩相濃度差越大，溶液越易分離1.3.1平衡蒸餾（閃蒸）§1.3平衡蒸餾和簡單蒸餾操作過程：混合液經(jīng)加熱器升溫，使溫度高于分離器壓強(qiáng)下液體的沸點(diǎn)，通過減壓閥降壓進(jìn)入分離器，此時(shí)過熱的液體混合物被部分汽化得到分離1．物料衡算總物料：易揮發(fā)組分：F，D，W---原料液、氣相、液相產(chǎn)品摩爾流量,kmol/sxF，y，x---原料液、氣相、液相產(chǎn)品的組成，摩爾分?jǐn)?shù)q：液化分率2．熱量剛衡算對加熱器小熱量衡算原料液概減壓進(jìn)撫入分離爆器，物柄料放出策的顯熱土等于部均分汽化癢所需潛貿(mào)熱原料液賞離開加凱熱器的踐溫度1.3疫.2灣簡單蒸日餾（微符分蒸餾李）①得不度到大量高洽純度的產(chǎn)絮品②釜液與著蒸氣的組部成都是隨獸時(shí)間而變糧化的，是額一種非穩(wěn)紙態(tài)過程③只能進(jìn)剝行初步分李離，而且拍生產(chǎn)能力惱低，適合懸于當(dāng)組分災(zāi)揮發(fā)度相池差較大的螺情況。特點(diǎn)：※蒸餾-刃--當(dāng)木生產(chǎn)上拋對產(chǎn)品庸的純度牢要求不戰(zhàn)高，只尚需要初躲步分離紅時(shí)采用站的分離愛方法；※平衡、影簡單蒸餾必是單級分借離過程→斧一次部分序汽化→混記合物部分董分離※精餾是統(tǒng)多級分離雄過程→多欲次部分汽京化和部分愁冷凝→混暫合物幾乎脫完全分離※精餾-復(fù)--當(dāng)淹產(chǎn)品的著純度要笛求高，奔特別是塌在混合為物揮發(fā)唇度比較姨接近時(shí)犁采用的解分離方雖法。蒸餾與雁精餾的合區(qū)別§1.故4精哭餾原理蘇和流程1.4占.1向精餾過錯(cuò)程原理乘和條件液體混寸合物經(jīng)話多次部飾分氣化脆后，在深液相中抵獲得高驗(yàn)純度的難難揮發(fā)暮組分氣體混合淺物經(jīng)多次腰部分冷凝昂后，在氣例相中獲得燈高純度的搶易揮發(fā)組灶分條件結(jié)果將原料昂液進(jìn)入而的層板船稱為加?xùn)|料板，久加料板貢以上的株塔段，深作用是碎把上升談?wù)魵庵袊讚]發(fā)淘組分進(jìn)階一步提縫濃，稱嫌為精餾州段；加捉料板以珍下的塔胃段（包襲括加料錦板），僵其作用經(jīng)是從下競降液體笛中提取削易揮發(fā)志組分，鼻稱為提嶼餾段1.4雷.2顯精餾操扁作流程1.5.宰1理論濫板的概念些和恒摩爾腫流假定理論板盡：在其上氣夠、液兩相嘩都充分混他合，且傳勻質(zhì)及傳熱角過程阻力史均為零的凱理想化塔寺板，無論夫進(jìn)入理論駛板的氣、錯(cuò)液兩相組張成如何，貿(mào)離開該板掃時(shí)氣、液咳兩相達(dá)到卸平衡狀態(tài)色，即兩相常溫度相等哭，組成互屆成平衡，組成關(guān)系匆可由平衡犧關(guān)系來確巖定§1.5援兩組分晚連續(xù)精餾貍的計(jì)算1.恒摩爸爾氣流精餾段提餾段2.恒摩創(chuàng)爾液流精餾段提餾段恒摩爾流媽：每層塔板水的上升蒸壩氣的摩爾繪流量恒定容,下降液鈔體的摩爾龍流量也恒沃定。在精餾緊塔的塔夜板上氣姥液兩相溉接觸時(shí)斬，若有nkmol災(zāi)/h的蒸排氣冷凝，壺相應(yīng)有nkmol敲/h液體兩氣化。1.全叨塔物料值衡算總物料累：易揮發(fā)組冒分：F，D，W---培原料液顆、餾出英液、釜臂殘液摩歌爾流量捉,km奔o(jì)l/忽sxF，xD，xW---易烤揮發(fā)組分回的摩爾分橡數(shù)1.5.炸2物料浴衡算與操貼作線方程塔頂易揮潔發(fā)組分的午回收率：分離要乳求的表掉示方法（1）波規(guī)定易遼揮發(fā)組炒分在餾涌出液和笛釜?dú)堃簶愕慕M成睬；（2）勒規(guī)定餾雹出液組烘成xD和塔頂丑易揮發(fā)羊組分回們收率；（3）婚規(guī)定餾計(jì)出液組醉成xD和塔頂采茂出率D/趙F（4）塔腰底難揮發(fā)數(shù)組分的回布收率在連續(xù)精泉餾塔中分干離苯－甲騰苯混合液超。已知原裂料液流量我為100蝴00kg計(jì)/h,苯撓的組成為熟40％（帖質(zhì)量）。東要求餾出快液組成為思97％，歌釜?dú)堃航M刺成為2％亡。試求餾蠶出液和釜遭殘液的流彎量（km也ol/h障）及餾出筒液中易揮瞎發(fā)組分的掘回收率？苯的摩爾標(biāo)質(zhì)量為7錄8kg/鄉(xiāng)豐kmol租;甲苯的和摩爾質(zhì)量擱為92k濾g/km悲ol2.精肅餾段操作黑線方程總物料易揮發(fā)可組分回流比①物理型意義：音n板下太降的液曉相組成償與相鄰眉的n+恭1板上光升蒸氣艦組成之支間的關(guān)黑系②由恒態(tài)摩爾流盲的假定夏，L為定值巧，且連勿續(xù)定態(tài)返操作中D和xD也是定亂值，R是常量張,直線灰方程3.提餾段操松作線方程總物料品：易揮發(fā)頑組分：②根據(jù)恒引摩爾流的組假定，L’為定頂值，且殃連續(xù)定津態(tài)操作籮中W和xW也是定繼值，是爹直線方很程①物理意找義：m板神下降的液丙相組成與淺相鄰的m我+1板上重升蒸氣組環(huán)成之間的逼關(guān)系在某兩組蓄分連續(xù)精羞餾塔中，摸精餾段內(nèi)套自第n層理論板者下降的液慨相組成為司0.65既（易揮發(fā)鬼組分摩爾堪分?jǐn)?shù)），添進(jìn)入該板映的氣相組環(huán)成為0.蘿75，塔租內(nèi)氣液摩巾爾流量比仿V/L=扇2，物系段的相對揮省發(fā)度為2稠.5，試粒求R、yn、xn-1物料衡算橋：熱量衡掌算：一、進(jìn)料記熱狀況參扔數(shù)1.5.碌3進(jìn)料岔熱狀態(tài)的樣影響令：q:進(jìn)料簽熱狀況義參數(shù)精餾段淘和提餾跑段的氣纖、液相塌流量與奮進(jìn)料量輛及進(jìn)料郊熱狀況艙參數(shù)之營間的基程本關(guān)系提餾段逆操作線蜓方程例題1-諷5二、進(jìn)料不熱狀況：(1)溫久度低于泡章點(diǎn)的冷液廈體；(2)鄰泡點(diǎn)溫輕度的飽絞和液體積；(3)警溫度介支于泡點(diǎn)農(nóng)和露點(diǎn)待之間的窄氣液混顫合物；(4)露出點(diǎn)溫度的母飽和蒸氣賺；(5)鵲溫度高剝于露點(diǎn)賊的過熱盼蒸氣。進(jìn)料熱狀江況影響L、L’及V、V’之間彩的關(guān)系L’包括求三部分客:①L;②F;③因原間料溫度低對于加料板月上氣液溫折度，故原屬料進(jìn)入加國料板后將撕一部分從鋸提餾段上花升蒸氣冷詢凝下來（1）嗽冷液進(jìn)石料：（2）掘飽和液和體進(jìn)料原料進(jìn)入催加料板后談全部以原阿來液體的澆狀況進(jìn)入畜提餾段原料含有治一部分液倍體（往下眼流），一北部分氣體斃（上升）（3）氣衫液混合物惑進(jìn)料（4）飽照和蒸氣進(jìn)悼料原料進(jìn)伐入加料江板后全榮部以原命來氣體團(tuán)的狀況掃上升因原料夾溫度高碰于加料刮板上氣拜液溫度墻，故原兩料進(jìn)入搶加料板盤后勢必飯將原塔漂內(nèi)下降障的液體縣加熱氣長化上升疤。（5）馬過熱蒸顆氣進(jìn)料例1－射8分離例1食－6中的釋苯－甲苯黨混合液，慨若進(jìn)料為今飽和液體件，R=3抹.5,試票求提餾段添操作方程認(rèn)，截距和匠斜率例1－多9分離例通1－8侍中的苯鉤－甲苯線混合液給，若將筋進(jìn)料熱疼狀態(tài)變戚為20牌℃的冷丘液體，即試求提淋餾段的伍上升蒸走氣流量虎和下降襖液體流列量。已知操作喝條件下苯暗的汽化熱告為389嗎kJ/k幫g，甲苯荷的汽化熱奔為360撐kJ/k曲g，原料獨(dú)液的平均疤比熱容為套158k松j/(k紀(jì)mol.煉℃)。苯厘－甲苯混肌合液的氣疑液平衡數(shù)溫?fù)?jù)見圖。原料液的意平均氣化午熱1.5蘋.4嶺理論塔叫板數(shù)的淘求法1.逐板原計(jì)算法精餾段第一塊（梯全凝）第一板拆上升的群蒸氣被親全部冷籃凝并在詳泡點(diǎn)下中回流，投故塔頂哄餾出液督組成及搶回流液壺組成與降第一層扁板的上還升蒸氣煌相同第二塊…….爪...離開每層節(jié)理論板的兇氣液相平漿衡第n塊加料板兔屬于提賴餾段，看故精餾齊段所需初塔板數(shù)個(gè)為(n-1)…….夜...再沸器相科當(dāng)一塊理肥論板,提猶餾段所需退板數(shù)(m-1)提餾段月：……精餾塔所將需的總理包論板數(shù)2.梯盞級圖解鑄法2.1躍在x-y泄坐標(biāo)圖上歉作出平衡停曲線和對隱角線2.2違在x-y讀坐標(biāo)圖上蟲作出操作碰線(1)峰精餾段顫操作線擊的作法精餾段牌操作線精餾段影操作線(2)提所餾段操作牧線的作法(3)q線方程精餾段材操作線擾與提餾越段操作倉線交點(diǎn)啟的軌跡論方程畫q線方程q線方程，解進(jìn)料方程過e點(diǎn)作斜率單為q/(q-1)的梳直線ef，即為q線ef(4)進(jìn)功料熱狀況猴對q線及操作勢線的影響進(jìn)料熱狀況q值q線的斜率q/(q-1)冷液體>1+飽和液體1∞氣、液混合物0<q<1-飽和蒸氣00過熱蒸氣<0+q線在x-y圖上的位銹置2.3久圖解愈方法圖解法求濾理論板數(shù)2.4耕適宜的進(jìn)煌料位置進(jìn)料位薯置不當(dāng)遵，將使公理論板周數(shù)增多社。實(shí)際次操作中善，進(jìn)料土位置過缺高，餾分出液中燃難揮發(fā)羽組分含晃量增高決；反之酒進(jìn)料位徹置過低捎，使釜名殘液中竄易揮發(fā)直組分含遺量增高離開該板稠的液相組標(biāo)成x≤xd，如上圖班中的4塊肉塔板為最享優(yōu)加料位凍置最優(yōu)加祥料板位拋置的確方定：例1－靠10在常壓連巷續(xù)精餾塔度中，分離閣苯－甲苯紙混合液。禍已知原料托液流量為貿(mào)116.中6kmo導(dǎo)l/h,硬苯的組成攪為0.4器4（摩爾豎分?jǐn)?shù)）。倘要求餾出般液組成為探0.97烘5，釜?dú)埲f液組成為祖0.02鬼35，回勤流比為3倆.5，相憐對揮發(fā)度亭為2.4鎮(zhèn)7,塔頂額采用全凝艙器，泡點(diǎn)登下回流。醋塔釜采用富間接蒸汽召加熱，試舒用逐板計(jì)如算法求理利論板數(shù)。例1－匯11在常壓刪連續(xù)精過餾塔中吃分離苯巴－甲苯嶼混合液糖，試用擦圖解法電求理論筆板數(shù)（1）昂在直角艱坐標(biāo)上局利用平勒衡方程容繪制平等衡曲線濾及對角寨線；（2）年在對角跡線上定紗點(diǎn)a（蕩0.9撿75,吊0.9受75）橫，在y躁軸上截爹距為：在y軸上定電出點(diǎn)b，連接ab即為精餾賭段方程（3）在蛇對角線上饅定點(diǎn)e（0.欄44,童0.4茶4）,靠過點(diǎn)e作斜率為練3.76程的直線ef，即為q線。與精混餾段操作仆線相交于惠點(diǎn)d（4）在艙對角線上暴定點(diǎn)c（0.0紋235,雹0.02射35），冒連接cd，該直糖線即為政提餾段寶操作線自點(diǎn)a開始在巡壽平衡線膜和精餾煙段操作瓜線間由逝水平線診和垂直匠線所構(gòu)需成的梯胳級，當(dāng)例梯級跨陽過點(diǎn)d預(yù)后更換俊操作線濫，即在除平衡線苦和提餾發(fā)段操作高線間畫壯梯級，張直到梯仆級達(dá)到更或跨過舟點(diǎn)c為止1.5.幻玉5回流倦比的影響櫻及其選擇回流比有餐兩個(gè)極限短值，上限廉是全回流芽，下限為蟲最小回流員比回流比風(fēng)：1.全回丘流和最少仆理論板層爪數(shù)全回流時(shí)憤，操作線碎距平衡線品最遠(yuǎn)，表膏示塔內(nèi)氣種液兩相間虧的傳質(zhì)推命動(dòng)力最大李，因此達(dá)蠟到給定分而離任務(wù)所常需理論板求數(shù)最少，最少理論結(jié)板數(shù)Nmin精餾段操監(jiān)作線與對登角線重合操作線方敗程：提餾段膛操作線壘與對角勢線重合理論板數(shù)迫：芬斯克趙方程全塔平均袍相對揮發(fā)躲度，可取泰塔頂和塔鏈底的平均鐮值全回流時(shí)掉最小理論匪板層數(shù)（昨不包括再態(tài)沸器）最小理遼論塔板肢數(shù)的圖睛解法當(dāng)回流比賓減少到某拴一極限值演時(shí)，兩條待操作線的論交點(diǎn)d落在相韻平衡線臘上，此利時(shí)梯級姿無法跨走過d，所需俗的理論處塔板數(shù)造為無窮林大，這慈時(shí)的回捏流比稱卸為最小君回流比Rmin２.最小遇回流比當(dāng)回流宰比小于Rmin,操作線兼和q線的交碌點(diǎn)落在遇平衡線給外，精蹦餾操作運(yùn)無法完信成最小回器流比的故求法（1）影作圖法（2）解識析法飽和液體充進(jìn)料飽和蒸即氣進(jìn)料3.最挎適宜回貿(mào)流比的圓選擇?一般原陣則：1.5.視6簡捷肆法求理論裕板層數(shù)1．吉掩利蘭（倒Gil忠lilR、Rmin、N、丟Nmin的關(guān)聯(lián)圖吉利蘭圖經(jīng)應(yīng)用條件考:組分?jǐn)?shù)栗：2~越11；鄰進(jìn)料熱落狀況：碧5Rmin=0.5申3~7.邁0；相對輩揮發(fā)度：蒜1.26畫~4.0兇5理論板層貨數(shù)：2.沸4~43較.1李德（L袖iddl謠e）回歸教方程適用條合件：2．簡捷傷法求理論吼板層數(shù)的淡步驟①計(jì)算Rmin，選擇R④確定進(jìn)幻玉料板位脂置②計(jì)算Nmin③計(jì)算橫坐五標(biāo)（R-予Rmin）/（鴉R+1麻）→縱坐標(biāo)（N-間Nmin）/（抓N+2腹）→算出理論腹板層數(shù)例題1-鬼81.5極.8箏塔高和仙塔徑的鑒計(jì)算1．塔高抓的計(jì)算1）板殊式塔有秋效高度壓的計(jì)算實(shí)際板幕層數(shù)板間距有效高度樓，不包括避塔釜和塔解頂空間高明度2）塔鋒板效率反映實(shí)械際塔板塑的氣、朽液兩相怕傳質(zhì)的慢程度（1）昨總板效前率（全很塔效率烏）：達(dá)頭到指定籮分離效剛果所需暴理論板辭層數(shù)與零實(shí)際板極層數(shù)的救比值理論板崗層數(shù)實(shí)際板層精數(shù)影響塔娛板效率守的因素（1）叨物系性鞋質(zhì)（2）塔戲板結(jié)構(gòu)（3）標(biāo)操作條誕件塔板效因率估算搭方法（2）經(jīng)些驗(yàn)計(jì)算法矛：奧康奈網(wǎng)爾（O’贈(zèng)conn推ell）（1）全輕面考慮傳瘡質(zhì)和流體蔑力學(xué)因素銀的影響，瘋從點(diǎn)效率傅計(jì)算出發(fā)偵，逐步推頁算塔頂與轟塔底平船均溫度中下的相層對揮發(fā)竭度塔頂與塔綿底平均溫礙度下的液碎相黏度（2）單旬板效率（叢Murp喪hree濕板效率）職：指氣相或獲液相經(jīng)過啟一層塔板螞前后的實(shí)趕際組成變大化與經(jīng)過踏該層塔板勁前后理論詠?zhàn)兓谋葢浿禋庀啾碜迨镜膯螣挵逍室合啾砀镜膯胃虐逍剩?）能點(diǎn)效率夾