2022年福州大学化工原理教案液体精馏.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载9 液体精馏9.1 蒸馏概述本章争论分别均相液体混合物最常用最重要的方法液体蒸馏及精馏；的区分；（1）蒸馏及精馏的分别依据同学们以后要留意蒸馏及精馏液体均具有挥发成蒸汽的才能,但各种液体的挥发性各不相同；习惯上,将液体混合物中的易挥发组分 A 称为轻组分,难挥发组分 B 就称为重组分；将液体混合物加热至泡点以上沸腾使之部分汽化必有y A x A；反之将混合蒸汽冷却到露点以下使之部分冷凝必有 x B y B；上述两种情形所得到的气液组成均满意yAxAyBx B部分汽化及部分冷凝均可使混合物得到肯定程度的分别,它们均是籍混合物中各组分挥发性的差异而达到分别的目的,这就是蒸馏及精馏分别的依据；（2）工业蒸馏过程 平稳蒸馏（闪蒸）平稳蒸馏又称闪蒸,系连续定态过程,其流程如图 9-1；原料经泵加压后连续地进入加热炉,在加热炉内被加热升温至高于分别器压力下的沸点,然后经节流阀减压至预定压强；由于压强的突然降低,液体成为过热液体,其高于沸点的显热立即转变为潜热发生自蒸发,液体部分汽化；气、液两相在分别器中分开,气相为顶部产物,其中难挥发组分获得了增浓； 简洁蒸馏简洁蒸馏为间歇操作过程,如图9-2；将一批料液加入蒸馏釜中,在恒压下加热至沸腾,使液体不断汽化；间续产生的蒸汽经冷凝后作为 顶部产品,其中易挥发组分相对地富集；在蒸馏过程中,釜内液体的易 挥发组分含量不断下降,蒸汽中易挥发组分的含量也相应地随之降低；因此,通常是分罐收集顶部产物,最终将釜液一次排出；（3）争论几个问题 平稳蒸馏及简洁蒸馏产生的汽液相其组成听从什么关 系？对了,是气液相平稳关系,故后面要争论蒸馏的气液相平稳 关系,这是蒸馏运算的基础；此外,蒸馏时各股物料和各组分仍 应满意另一种关系,是什么关系？对了,是物料衡算关系,故蒸 馏运算最基本的两个关系就是汽液相平稳关系和物料衡算,请同 学们要认真学习把握； 平稳蒸馏和简洁蒸馏能否实现高纯度的分别,为什么？不 能,由于平稳蒸馏只经过一次部分汽化,但其为间歇过程,顶部 蒸汽组成随釜液组成的降低而降低,得不到高纯度的顶部产品,虽然可得到高纯度的底部产品,但其量很小； 如何蒸馏可得到高纯度的产品？利用多次部分汽化与多次部分冷凝可分别得到高纯度的产品； 能否利用多次平稳蒸馏或多次简洁蒸馏实现高纯度分别？为什么？不能,由于：a、设备流程太复 杂,不经济且操作不便；b、中间产品量多,最终得到的高纯度产品量很少； 工业上如何利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理实现连续的高纯度分别,而流程又不太复杂名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载呢？利用精馏（在塔设备内完成,可以是板式塔、也可以是填料塔）本章在简洁介绍平稳蒸馏与简洁蒸馏 后,将重点争论混合液的精馏问题,也就是说精馏是本章的重点；（4）精馏操作的费用和操作压强 蒸馏和精馏都是通过气化、冷凝达到分别提浓的目的的；液体加热气化需要耗热,气相冷凝就需要提 供冷却量,因此,蒸馏和精馏都是能耗很高的单元操作,采纳何种措施达到节能降耗是精馏过程争论的重 要任务；此外,蒸馏过程中的液体沸腾温度和蒸汽冷凝温度均与操作压强有关,故工业蒸馏的操作压强应 进行适当的挑选；加压精馏可使冷凝温度提高以防止使用费用很高的冷凝器或者在常压下为气态混合物（如烷、烃类混合物） ,沸点很低,需加压使其成液态后才能精馏分别；减压精馏可使沸点降低以防止使 用高温载热体,沸点高且又是热敏性混合物精馏宜用减压精馏；除上述情形外以外一般用常压精馏；9.2 双组分溶液的气、液相平稳9.2.1 抱负物系的气液想平稳（1）气液两相平稳共存时的自由度FN22222t ,自由度 2 个,在 t 、 p 、 y 、 x 4 个变量中,任意确定其中的两个变量,就物系的状态被唯独确定,余下的参数已不能任意挑选；一般精馏在恒压下操作（p 肯定）,物系只剩下1 个自由度；如指定温度就气液组成y 、 x 均为 t 的函数被确定；后面争论tx或y,或xy的函数关系；（2）xt（泡点）关系式液相为抱负溶液,听从拉乌尔定律：pApAoxApAoxpBpBox BpAo 1x气相为抱负气体,符合道尔顿分压定律：yApApoxApp混合液沸腾的条件是各组分的蒸汽压之和等于外压,即求；ppApBpAoxApBo 1xxpopBoP AP Bo纯组分的蒸汽压p 与温度 t 的关系式可用安托因方程表示,即 ox 求泡点 t 要用试差法（迭代法）故 x 与 t 的关系为非线性关系,已知log p o A Bt ct 求 x 用上式很便利,但是已知到t（3）yt（露点）关系式指定 t 用上述方法求出x 后用道尔顿分压定律求y ,即yAp Aoxp（4）tx 或y图将用上述方法求出的tx 或y的数据画在同一张图上,就得x 或y图；此图的的特点如下：名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载 两端点 A 与 B.端点 A 代表纯易挥发 A 组分（x 1）,端点 B 代表纯难挥发 B 组分（x 0）；t A , 沸点 t B , 沸点； 两线：t x 线为泡点线,泡点与组成 x 有关；t y 线为露点线,露点与组成 y有关； 3 区：t x 线以下为过冷液体区；t y 线以上为过热蒸汽区；在 t x 与 t y 线之间的区域为气液共存区,在此区域内气液组成 y 与 x 是成平稳关系,气液两相的量符合杠杆定律；只有设法使体系落在汽液共存区这才能实现肯定程度的分别；例如将组成为 x F 的过冷溶液加热至 C 点,产生第 1 滴气泡,故 C 点所对应的温度称为泡点,气泡组成为 1y ,维护加热升温至 G 点,溶液部分汽化, 气相组成为 y（ F点）,液相部分分别,y 与 x 成平稳关系, G 点所对应的温度为气液相的平稳温度；反之将组成为 y F 的过热混合气体冷却至 D 点,第 1 滴冷凝液显现,D 点所对应的温度为露点,连续冷却至 G 点气相部分冷凝,液相组成为 x ,气相组成为 y ,x y F,y y F,故部分冷凝亦可实现肯定程度的分别；要实现高纯度分别必需采纳多次部分汽化和多次部分冷凝,这个过程在工业生产上是如何实现的呢？（5）y x 图o在蒸馏运算中广泛应用的是肯定总压下的 y x 图；因 p A / p 1,故在任一 x 下总是 y x,相平衡曲线 y x 必位于对角线 y x 上方；如平稳曲线离对角线越远,越有利于精馏分别；留意：y x 曲线上各点对应不同的温度；x 、 y 值越大,泡、露点温度越低；（6）相对挥发度 和相平稳方程 相对挥发度o纯组分的饱和蒸汽压 p 只能反映纯液体挥发性的大小；某组分与其它组分组成溶液后其挥发性将受其它组分的影响；溶液中各个组分的挥发性大小应当怎样表达才符合实际情形呢？对了,要用各组分的平衡蒸汽分压与其液相的摩尔分数的比值,即挥发度B表示；挥发度ApA,pBxAxB在蒸馏中表示分别难易程度要用两组分挥发度之比,称为相对挥发度相对挥发度ApA/xAyA/xAyA/yBy/1y值,便可算出气液两相平BpB/xByB/xBxA/xBx/1x相平稳方程y1x1x此式表示互成平稳的气液两相组成间的关系,称为相平稳方程；如能得知衡时易挥发组分浓度yx的对应关系；对抱负溶液,将拉乌尔定律带入的定义式可得ApA/xAP A0BpB/xBP B0即抱负溶液的值仅依靠于各纯组分的性质；纯组分的饱和蒸汽压p Ao、o p B 均系温度 t 的函数, 且随温度的上升而加大,因此原就上随温度 （也即随 x ）而变化； 但pAo/pBo与温度的关系较p Ao或o p B 单独与温度的关系小得多,因而可在操作的温度范畴内取一平均的相对挥发度并将其视为常数,这样利用相平衡方程就可便利地算出yx平稳关系； 换句话说相平稳方程仅对为常数的抱负溶液好用；那么怎么取 的平均值呢？为常数时,溶液的相平稳曲线如图 9-5 所示；1时,y x（即对角线）,值越大,同一液相组成 x 对应的 y 值越大,可获得的提浓程度越大,分别程度越好；因此,的大小可作为用蒸馏分别某物系的难易程度的标志；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载9.2.2 非抱负物系的气液想平稳实际生产中所遇到的大多数物系为非抱负物系；非抱负物系的气液相平稳关系的运算要涉及逸度、活 度系数等参数,运算复杂,在学习物理化学时同学们有接触,更深化的争论在后续课程化工热力学中,我们在化工原理中不要求运算,只需把握非抱负物系的相平稳图即可；依据具体情形,非抱负物 系又分为：液相属非抱负溶液；气相属非抱负气体两大类；后面仅限于争论非抱负溶液的相平稳曲线 图；（1）非抱负溶液溶液的非抱负性来源于异种分子之间的作用力aAB不同于同种分子间的作用力aAA、aBB,其表现是溶液中各组分的平稳蒸汽压偏离拉乌尔定律；此偏差可以是正偏差,也可以是负偏差,实际溶液尤以正偏 差居多；正偏差：aABaAA,aABaBB,即异分子间的排斥倾向起了主导作用,使溶液的两个组分的平稳分名师归纳总结 - - - - - - -压都比拉乌尔定律所估计的高,如下列图；正偏差严峻时形成具有最低恒沸点的溶液,图9-7 苯-乙醇溶液就是这种溶液,其最低恒沸点为tM68.3,最低恒沸点的恒沸物组成为xM0.552；图 9-9 为乙醇 -水溶液的相平稳曲线也是这种情形,其tM78.15,xM0 .894,用一般精馏的方法分别乙醇-水溶液最多只能接近于恒沸物的组成,这就是工业酒精浓度95%的缘由, 要得到无水酒精, 要用特殊精馏的方法；第 4 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 负偏差：aABaAA,aAB学习好资料欢迎下载aBB,异分子间的吸引力大,使得溶液的两个组分的平稳分压都比拉乌尔定律所估计的低,如图；负偏差严峻时形成具有最高恒沸点的溶液,图 9-8 氯仿 -丙酮溶液就是这种溶液,其tM64.5,xM0 .65,也不能用一般精馏方法对具有最高恒沸点的恒沸物中的两个组分加以分别；非抱负溶液相对挥发度 随组成x 的变化很大,不能示为常数,故相平稳方程不能用；（2）总压对相平稳的影响上述相平稳曲线（包括抱负物系及非抱负物系）均以恒定总压 p为条件； p,泡点 t、,分别较困难, p 对 t x 或 y 图及 y x 图的影响见图 9-12,由图可见,当p p A , 临界 时,气、液共存区缩小,精馏只能在肯定浓度范畴内进行,即得不到轻组分的高纯度产物；摸索题： p,减压精馏, 理论上能否得到无水酒精？行,当p12.7kPa时,乙醇 -水溶液xM0. 99,接近无水,但此时乙醇沸点约34,其蒸汽不能用水冷凝,必需用冷冻剂才行,能耗大,不经济,故工业上不用减压的方法,而采纳特殊精馏的方法生产无水酒精；9.3 平稳蒸馏和简洁蒸馏9.3.1 平稳蒸馏1过程的数学描述蒸馏过程的数学描述不外为物料衡算式、热量衡算式及反映具体过程特点的方程,现分述如下；（1）物料衡算式：对连续定态过程做物料衡算可得总物料衡算：FDWWx易挥发组分的物料衡算：Fx FDy两式联立可得Dx Fx,代入上式整理可得Fyx式中：F,xF加料流率,kmol/s 及料液组成摩尔分数；D,y气相产物流率,kmol/s 及组成摩尔分数；W,x液相产物流率,kmol/s 及组成摩尔分数；设液相产物占总加料量F 的分率为 q ,气化率为D1qFyqx1xF1qq明显,将组成为x 的料液分为任意两部分时必需满意此物料衡算式；以上运算中各股物料流率的单位也可用（2）热量衡算 加热炉的热流量 Q 为kg/s,但各组成均须相应用质量分数表示；QFcm,pTtF节流减压后,物料放出显热即供自身的部分气化,故名师归纳总结 Fcm,pTtF1qFr第 5 页,共 29 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载由此式可求得料液加热温度为式中：t F ,Tte1qcr,pmT分别为料液温度与加热后的液体温度；K; et 闪蒸后气、液两相的平稳温度；K ；Cm,混合液的平均摩尔热容,KJ/kmol .K；r 平均摩尔气化热,KJ/kmol ；（ 3）过程特点方程式；平稳蒸汽中可设气、液两相处于平稳状态,因此, y 与 x应满意相平稳方程式yfx如为抱负溶液应满意平稳温度y1x1 xet 与组成 x 应满意泡点方程,即t ex上述几个式子都是平稳蒸馏过程特点的方程式；2平稳蒸馏过程的运算当给定气化率 1 q,可依照下图所示的方法图解求出所求的气、液相组成；9.3.2 简洁蒸馏即两相温度相同,组成互为平稳；1简洁蒸馏过程的数学描述 描述简洁蒸馏过程的物料衡算、热量衡算方程与平稳蒸馏并无本质区分,但简洁蒸馏是个时变过程,而平稳蒸馏为定态过程；因此,对简洁蒸馏必需选取一个时间微元 设 W 某瞬时釜中的液体量,它随时而变,由初态d,对该时间微元的始末作物料衡算；W 变至终态 W ；x 某瞬时釜中液体的组成,它由初态1x 降至终态x ；2y 瞬时由釜中蒸出的气相组成,随时间而变；如 d时间内蒸出物料量为dW ,釜内液体组成相应地由x 降为xdx,对该时间微元作易挥发组分的物料衡算可得WxydWWdWxdx略去二阶无穷小量,上式可写为dWdxxWy将此时积分得lnW 1x 1dxxW 2x 2y简洁蒸馏过程的特点时任一瞬时的气、液相组成y 与 x互为平稳,故描述此过程的特点方程仍未相平衡方程,即yfxx 随时变化,y 及数联立上述两式可得：lnW 111lnx 1ln1x2W 2x 21x 12简洁蒸馏的过程运算原料量W 及原料组成x 一般已知,当给定x 即可联立上述两式求出W ；由于釜液组成每一瞬时的气相组成y也相应变化；如将全过程的气相产物冷凝后聚集一起,就馏出液的平均组成量可对全过程的始末作物料衡算而求出；全过程易挥发组分的物料衡算式为名师归纳总结 yW 1W 2x 1 W 1x 2W 2第 6 页,共 29 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料W 2x 1欢迎下载yx 1x 2W 1W 2例题：例 9-1 抱负溶液简洁蒸馏时,某时刻釜残液量W （kmol ）与易挥发组分组成x （摩尔分率）之间有如下关系式ln W 1 1 ln x 1 1 x 2 ln 1 x 2W 2 1 x 2 1 x 1 1 x 1式中：W （kmol ）为初始料液量,1x （摩尔分率）为初始浓度,为平均相对挥发度；对苯甲苯溶液,1x 0 . 6,W 1 10 kmol ,2 . 5,在 1atm 下进行简洁蒸馏；试求：（1）蒸馏到残液浓度 x 2 0 . 5 为止,馏出液的量 W （kmol ）和平均浓度 x ；（2）如蒸馏至残液量为原加料的一半时,残液的浓度；解：（1）将已知数据代入题给方程得解得（2）依题意W 2ln10 W 211ln0. 6 1.05 ln1.050. 4934.2 50. 5 1.061.06xDW 2106.11kmol exp .04934 W DW 1W 2106. 113. 89kmol W 1x 1W 2x 2100. 63.6. 110. 5.07571W D89W 1/2,将有关数据代入题给方程lnW 12.211ln0. 6 1x2ln1x 2W 1/5x 2 1.06 1.06整理后得2.5ln 1x 2lnx20.74020上式为非线性方程,可用试差法求fx 2.25ln1x2lnx20. 7402将上式求导得4,就0 x 2fx22. 5/1x21/x2取初值0. 4,就f0.4 0. 3794,f0. 46. 6666再次迭代x 12x0 2fx 2 0/fx 2 00. 40. 3794/6. 6666 0. 4569fx1 2.00003,f'x1 2.67919取精度10x2 2x1f1 x 2/f1 x 20. 4569.00003/.67919 .0 456942x20. 45694即满意精度要求；由此题结果可知,当非线性方程一阶导数可求时,采用牛顿迭代法求根收敛速度快；例 9-2 苯-甲苯溶液的初始料液量和初始浓度均与上题相同,在 1atm 下进行平稳蒸馏（闪蒸）,试求：（1）汽化率 f 0 . 389 时离开闪蒸塔的汽相组成 y D 和液相组成 x W,并与上题（ 1）的结果进行比较,说明什么问题？（2）定性分析,其他条件不变,原料加热温度 t 上升时 y 、x W、 D 及闪蒸后汽液两相的平稳温度 et的变化趋势；解：（1）如图 16-17 所示,离开闪蒸塔的汽相组成 y D、液相组成 x W 既要满意物料衡算关系又要满意相平稳关系；总物料衡算FxFDFDW（a）挥发组分衡算DxWxW（b）塔D顶为全凝器,就V,yDxD,将以上关系和由式（ a）解出的 W 一并代入式（ b）并整理,得名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料欢迎下载Dx Fx W（ c）VFFy Dx W令qW/F表示液相的残留率,就fV/FD/FFW/F1q；将上（ e）述关系代入式（c）整理得.0 389yqq1xx F1图 16-15 例 16-2 附图（d）q相平稳方程yD1xWxW1 将f0.389,q1f10. 611,x F0. 6,2. 5分别代入式（ d）和式（ e）得yD0. 6111x W.00. 611.5707xW.154240. 611611.25xW2.5 xWyD1.251xW11.5 xW联立解以上两式得一元二次方程解一元二次方程得xWy0x2 W.07458xW.065460. 5180,x W1. 2638（舍去）所以D2. 50. 51800. 728811. 5.05180本 题 结 果 与 上 题 简 单 蒸 馏 （ 1 ） 的 结 果 比 较 ： 简 单 蒸 馏 馏 出 率 （ 相 当 于 闪 蒸 汽 化 率 ） 为W DW 13.89/100.0389与此题汽化率f 相同,但简洁蒸馏馏出液平均浓度（x D0. 7571）大于平稳蒸馏汽相组成 （yD. 7288）,简洁蒸馏残液浓度 （x 20. 45694）小于平稳蒸馏液相组成（xW.05180）,说明在汽化率相同的情形下,简洁蒸馏分别成效比平稳蒸馏好；其缘由在于简洁蒸馏的汽相组成多是与开始阶段较高的液相组成（在 .0 6 x 0 . 5180 范畴内简洁蒸馏 x x W,只在 0 . 45694 x 0 . 5180 范围内 x x W）成平稳的,而平稳蒸馏汽相组成只能与最终较低的液相组成 x W 0 . 5180 成平稳；（2）定性分析采纳图解法比较便利,且图解法对非抱负溶液也适用；将式（d）中 y D、x W 的下标略去得到与连续精馏 q线方程式（ 16-16）相同的方程, 将该方程标绘在 x y 图上与相平稳曲线有一交点（如图 16-16 所示）,交点坐标即为y 、x W；分析：其它条件不变,即原料液流量 F ,原 图 16-16 t 转变时平稳蒸馏图解示意图料液组成 x ,闪蒸塔压强 p 均不变,原料液加热温度 t 上升,x 不变,式（ f）与对角线交点 F 不变, p 不变,相平稳曲线不变；t 上升,料液在闪蒸塔内放出的显热增加,因而汽化量 V （即 D ）增加,汽化率 f 变大,液相残留率 q 变小；由图 16-16 可看出 y D、x W 均削减； 平稳温度 et 与液相组成 x W 应满意泡点方程, 图 16-16 示意画出了泡点线 （t x）,由图 16-16可看出 et上升；结论：其它条件不变,t 上升,就 y D、x W 均减小, D 增加,et上升；上式中 0 q 1；明显,将组成为 x 的原料液分为汽、 液两相时, 其组成 y 、x 必满意物料衡算式 （g）也应满意相平稳方程；式（g）与连续精馏 q 线方程的形式相同；当连续精馏为汽液混合物进料时,即0 q 1,q 线方程实际上就是平稳蒸馏的物料衡算方程式（g）,故连续精馏汽、 液混合物进料其组成 y 、x 既满意 q 线方程也应满意相平稳方程；9.4 精馏名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习好资料 欢迎下载9.4.1 精馏过程（1）精馏原理 简洁蒸馏及平稳蒸馏只能使液体混合物得到有限的的分别,远远不能满意工业的要求；如何利用两组 分挥发度的差异实现连续的高纯度的分别,是我们在本节要争论的基本内容； 精馏操作 前已述及可以反复进行多次部分汽化,部分冷凝可以实现高纯度的分别；从理论上说,可以用多次重 复蒸馏的方法来达到所要求的分别纯度；多次蒸馏可用的方法有 多次简洁蒸馏；设备,操作复杂,不经济多次平稳蒸馏；多次平稳级；但前两种方法操作复杂,不经济；让我们再来回忆一下平稳级的操作情形：进入平稳级的组成 x ,y 0 不平稳,x 0x 或 * y y ,但离开平 *衡级时的组成 x w 与 y 平稳；此外在平稳级中的蒸馏过程,汽化热和冷凝热相互补偿,无需从外界加热或冷却,才适 宜于多次进行； 这种汽、 液的多次接触, 也就是多次蒸馏,可以在板式塔中实现,我们称之为精馏,板式塔中每一层 理论板就是一个平稳级；下面我们就来争论在板式塔中进 行的精馏操作；如下列图,塔内装有多层塔板,其作用是使上升的气 相与下降的液相在其上进行充分的接触,实现传质过程；料液自塔的中部某个适当的位置（该处塔板上的组成与进料的组成最接近）连续地加入塔内；塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体,冷凝液的一部分回 流入塔顶,称为回流液,其余作为塔顶产品（馏出液）连续排出；在塔内上半部（加料板以上）进行上升 蒸汽和回流液体之间的逆流接触和物质传递；塔底设有再沸器（蒸馏釜）以加热到达塔底的液体,使之部分汽化,所产生的蒸汽回流入塔,沿塔上升与下降的液体逆流接触并进行物质传递；塔底连续排出部分液 体作为塔底产品； 精馏原理 现取第 n 板为例来分析精馏过程和原理名师归纳总结 塔板的形式有多种,最简洁的一种是板上有很多小孔（称筛板塔）,每层板上都装有溢流管,由下一n层（ n+1 层）的蒸汽通过板上的小孔上升,而上一层（n-1 层）来的液体通过溢流管流到第n 板上,在第板上汽液两相亲密接触,进行热和质的交换；进、出第n 板的物流有四种：a由第 n-1 板溢流下来的液体量为Ln1,其组成为xn1温度为nt1；b由第 n 板上升的蒸汽量为V ,组成为y ,温度为nt；c从第 n 板溢流下去的液体量为Ln,组成为x ,温度为tn；d由第 n+1 板上升的蒸汽量为V n1,组成为yn1,温度为nt1；开头时进入第n 板的汽液两相是不平稳的1 热不平稳nt1nt1；2 质不平稳xn1x*1y n1y n1,或yn1y*11x n1x n1n1 n1第 9 页,共 29 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 因此,当组成为xn1学习好资料1的蒸汽同时进入第欢迎下载的液体及组成为ynn 板,由于存在温度差和浓度差,汽液两相在第 n 板上亲密接触进行传质和传热的结果会使离开第 n 板的汽液两相平稳 （假如为理论板,就离开第n 板的汽液两相成平稳） ,即组成为 y n 1 的蒸汽中有一部分难挥发组分被冷凝（由于 nt 1nt）下来进入液相中,冷凝放出的潜热传给液相,组成为 nx 1 的液体中有一部分易挥发组分得到气相部分难挥发组分冷凝放出的潜热而汽化到气相中,因而离开第 n 板的气相组成 y y n 1,液相组成 x x n 1,如汽液两相在板上的接触时间长,接触比较充分,那么离开该板的汽液两相相互平稳,通常称这种板为理论板（x ,y 成平稳）；精馏塔中每层板上都进行着与上述相像的过程,其结果是上升蒸汽中易挥发组分浓度逐步增高,而下降的液体中难挥发组分越来越浓,只要塔内有足够多的塔板数,就可使混合物达到所要求的分别纯度；加料板把精馏塔分为二段,加料板以上的塔,即塔上半部完成了上升蒸汽的 精致,即除去其中的难挥发组分,因而称为精馏段；加料板以下（包括加料板）的塔的下半部完成了下降液体中难挥发组分的提浓,即除去了易挥发组分,因而称为提馏段；一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段； 回流的作用从上面所争论的精馏操作不难看出,精馏之所以区分于蒸馏就在于精馏有“ 回流”,而蒸馏没有 “ 回流”；回流包括塔顶的液相回流与塔釜部分汽化造成的气相回流；回流是构成汽、液两相接触传质使精馏过程得以连续进行的必要条件；如塔顶没有液相回流,或是塔底没有再沸器产生蒸汽回流,就塔板上的气液传质就缺少了相互作用的一方,也就失去了塔板的分别作用；因此,回流液的逐板下降和蒸汽的逐板上升是实现精馏的必要条件；摸索题：为什么只需要部分回流而不必全部回流？（唯有如此,塔顶和塔底才有产品,否就没有工业意义）（2）全塔物料衡算通过全塔的物料衡算,可以求出精馏塔顶,塔底产品的流量D,W,组成xD,xW和进料量F,组成xF之间的关系；按红色虚线所画的范畴 ,对如下列图的连续精馏塔作全塔物料衡算,令；F 原料液流量,kmol / h（kmol / s）；D 塔顶产品（馏出液）流 量,kmol / h（koml / s）；W 塔底产品（釜液）流量,kmol / h（koml / s）；x F 原料液中易挥发组分的 摩尔分率；x D 馏出液中易挥发组分的 摩尔分率；x W 釜液中易挥发组分的摩 尔分率；总物料衡算：F D W易挥发组分的物料衡算：Fx F Dx D Wx W联立以上两式可得：名师归纳总结 - - - - - - -DxFx WFxD-xWW1DxDx FFFxDx W式中D , FW分别为馏出液和釜液的采出率.进料组成x 通常是给定的,这样 ,在确定精馏条件时受式F10-19, 10-20 的约束,即：a当规定塔顶 ,塔底产品组成xD, xW时,即规定了产品质量,就可运算产品的采出率D 及 FW；换言之,F规定了塔顶,塔底的产品质量,产品的采出率D 及 FW不再能自由挑选；Fb 规定塔顶产品的采出率D 和质量 Fx D,就塔底产品的质量xW及采出率W 不能自由挑选；F第 10 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - c 规定塔底产品的采出率学习好资料欢迎下载D 不能再自由挑选；FW 和质量 Fx W,就塔顶产品的质量x 及采出率留意：a 收率 的定义 .在精馏运算中 ,分别程度除用 x ,x W 表示外,有时仍有回收率表示：塔顶易挥发组分回收率：Dx D Fx F塔底难挥发组分回收率：W（1 x W）F（1 x F）max 1,1b在规定分别要求时应使 Dx D Fx F,或 D x D；假如塔顶产品采出率 D 取得过大 ,即使精馏塔有 F x W F足够的分别也可以,但我们以后会讲难大部分物系来说组分的摩尔汽化潜热相等；满意恒摩尔流假设 .在推 导操作线方程时恒摩尔流假设为基础,故对这类物系全塔物料平稳时仍是用摩尔流量和摩尔分率,除非是 恒质量物系才用质量流量和质量分率；（3）回