化工原理B复习资料蒸馏.pdf

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1、读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思第五部分蒸馏Part1 概述一、蒸馏原理（依据）利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度（沸点） 的不同进行分离的一种单元操作。二、基本定律及概念1、拉乌尔定律(1) 表示气液平衡关系 (某组分液面上分压与其液相组分关系) 某组分气体在液面上方分压等于其液相摩尔分率乘以该温度下饱和蒸汽压AAAxPP0(2)拉乌尔定律表示的气液相平衡关系气液相平衡（即溶液沸腾）时，有BAppP)1(xpxpoBoA所以可以推出泡点方程xA=（PpB0）/（pA0pB0）露点方程yA=pA0 xA/P 对于任一理想溶液， 利用一定温度下纯组分饱和蒸汽压数据可求得该温度下平衡的气

2、液相组成；反之，已知一相组成，可求得与之平衡的另一相组成和温度（试差法），具体的试差法应用不要求2、 挥发度和相对挥发度（1） 挥发度对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压0pvi对混合液，挥发度为组分在蒸气中分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比vA=pA/xAvB=pB/xB对于理想溶液：vA=pA/xA=p0*xA/xA=p0 即 vA=pA0，同理，vB=pB0（2） 相对挥发度溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，用表示。这是相对挥发度的三种表达形式=vA/vB=（pA/xA）/（pB/xB）=yAxB/yBxA读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思理想溶液中组分

3、的相对挥发度等于同温度下两组分的泡和蒸汽压之比。当t变化时，两者的变化不大，一般可将 视为常数，计算时可取操作温度范围内的平均值。（3）气液平衡方程及其推导原理由oBoABAppvv和ABBAxpxpABBAxyxyxyxy)1()1(导出气液平衡方程xxy) 1(1分析：值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。愈大，挥发度差异愈大，分离愈易； =1 时不能用普通精馏方法分离,此时用的是萃取精馏或恒沸精馏平衡线推出后， x-y 图分析平衡线始终位于对角线上方，偏离程度越大，两组分越易分离（4）气液平衡相图（1）温度组成（t-x-y）图该图由饱和蒸汽线（露点线） 、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液

4、体线以下区域为液相区， 饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。（2）x-y 图x-y 图表示液相组成x 与之平衡的气相组成y 之间的关系曲线图，平衡线位于对角线的上方。 平衡线偏离对角线愈远， 表示该溶液愈易分离。 总压对平衡曲线影响不大。读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思Part2 蒸馏方式例1：在常压下对苯与甲苯二元理想溶液分别进行平衡蒸馏与简单蒸馏。若原料液中苯的浓度为 0.5（摩尔分率）。物系的相对挥发度为 2.47。试求：1）用平衡蒸馏方法分离

5、，当汽化率为0.4时，釜液与馏出液的组成。2）用简单蒸馏方法分离，使釜液浓度与平衡蒸馏相同，所得馏出物中苯的平均组成。（结论：在相同的原料液浓度及相同釜液的条件下，简单蒸馏所得到的馏出液浓度高于平衡蒸馏， 而平衡蒸馏的优点是连续操作， 但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。）( 个人觉得，这个不太是重点，有时间就看看，没时间就抓别的重点吧) Part3 本章基本物理量及公式推导（1）物料衡算常用物理量F，xf为进料摩尔流量及易挥发组分摩尔分率w,xw为釜底料液摩尔流料及易挥发组分摩尔分率D,xd为塔顶流出液冷凝后摩尔流量及易挥发组分摩尔分率L为塔顶流出液冷凝后的回流摩尔流量根据理论板假设， L同

6、样也等于每层理论版上由上到下的液体流量V为由塔底向上气相摩尔流量(2) 推导、定义量q : 表 征 进 料 热 状 况 的 量 ， 也 可 以 叫 液 化 分 率 ， 定 义 为 ：汽化潜热原料液的热量进料变为饱和蒸汽所需将kmolkmol1物理意义：表示进料热状况与原料热状况关系读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思（F表示进料， L表示加料前由精馏到提馏液相原料流量，L 表示进料后液相原料变化结果； V表示加料前由提馏到精馏气相原料流量，V 表示进料后气相相原料变化结果）q=1 泡点进料， (原料以泡点温度全部流到液相，气相此时无法冷凝) VVLFLq=0 饱和蒸汽进料,( 原料以平衡温度

7、全部进入气相，液相此时无法气化) FVVLLq1 冷液进料，（原料全部流入液相，并加上被冷凝原气相，气相此时由于被冷凝减少）LFLLLVVq0 过热蒸汽进料 （原料全部进入气相， 并加上被气化的原液相， 液相此时由于被气化减少）VLLVFVV0q1 气 液 混 合 进 料 （ 原 料 气 相 部 分 进 入 气 相 ， 液 相 部 分 进 入 液 相 ）FqVV) 1(qFLL对于饱和液体、汽液混合物及饱和蒸汽三种进料而言，q值就等于进料中的液相分率。理解q与L 的关系，以便通过不同进料状况求解提馏操作线回流比 :R=L/D R的定义精馏操作结束后，塔顶产品回流液和气相流出物流量之比回流比变化

8、引起精馏段和提馏段操作线变化，但q线及平衡线不变（图解分析）读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思R增大，精馏段方程截距 xD/R+1减小， ab下移，因此理论塔板数减小当R 达到无穷， ab与y=x重合，得最小理论塔板数，此时没有提馏段此外， R增大的同时，釜内所需加热蒸汽量增大，塔顶冷却介质消耗量增大（这个习题答案上是减小，我问过老师，应该是增大的）当R 大到无穷时 ，出现的是全回流状态，此时D=0,F=0,W=0 该状态下 , 操作线方程为 yn+1=xn, 可用图解法推出最小理论塔板数，根据yn+1=xn和yn= x/1+( -1)xn 可以求出全回流条件下各板气液相组成。R减小，精馏

9、段方程截距 xD/R+1增大，直到与平衡线相交，此时出现夹紧点d，R不能继续变小，因此出现最小回流比R （min）求法由 ab线斜率求解（有很多方法， 可以记公式， 我是不记公式的，下面是我的推导依据）精馏段物料衡算操作线斜率=R/(1+R) 由图，该斜率 =y-yq/xd-xq 由此 R/(1+R)=yd-yq/xd-xq推出的 R即是资料上直接用的Rmin=（xD yq）/（yqxq）y=xd, 当泡点 (饱和液体 ) 进料时， xq=xf; 饱和蒸汽进料时， yq=xf; 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思Part4 精馏计算一、理论假设基础理论板假设： 离开这种板的气液两相互成平衡

10、，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。（xn、yn 有平衡线关系）恒摩尔气化和恒摩尔溢流假设：VVVVn.21VVVVm.21LLLLn.21LLLLm.21也就是，每层板上气相流量及液相流量不变（恒摩尔流假设成立条件： （1）各组分的摩尔汽化潜热相等； （2）气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略； （3）塔设备保温良好， 热损失可以忽略。）二、物料衡算及操作线推导1 全塔物料衡算总物料衡算：F=D+W 易挥发组分：FxF=DxD+WxW塔顶易挥发组分回收率：D=（DxD/FxF）x100% 塔底难挥发组分回收率：W=W（1-xW）/F（1-xF）x100% 有的题会扯回收率，根据回收率和

11、已知的F 去推导 D 或 W 2 精馏段物料衡算和操作线方程总物料衡算：V=L+D 易挥发组分：Vyn+1=Lxn+DxD操作线方程：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条件下，精馏段内自任意第n 层板下降的液相组成xn与其相邻的下一层板（第n+1 层板）上升蒸汽相组成yn+1之间的关系。在 xy 坐标上为直线，斜率为R/R+1，截距为 xD/R+1。3 提馏段物料衡算和操作线方程总物料衡算：L=V+W 易挥发组分：Lxm =Vym+1+WxW操作线方程：ym+1=（L/V ）xm（W/V ）xW上式表示在一定操作条件下，提馏段内

12、自任意第m 层板下降的液相组成xm与其相邻的下一层板（第m+1 层板）上升蒸汽相组成ym+1之间的关系。 L除与L 有关外，还受进料量和进料热状况的影响。L 、V 与进料的关系及计算方法在前面 q 的讨论中提及。读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思三、理论塔板层数求法逐板计算法从塔顶算起： xd=y1由平衡线方程x1由操作线方程 y2由平衡线方程 x2一直推到某一个xn, 这个xn大于等于进料 xf ，那就说明第 n块板不是理论板，实际为进料板，精馏段有n-1块理论板接下来是提馏段：x1 =xn( 是指进料板下面那块理论板)由提馏操作线y2由平衡线x2 直推到某一个xm 小于等于 xw,此时

13、第 m 层实际不存在，提馏段有 m-1层计m+n-2块理论版，一块进料板图解法精馏段方程：11RxxRRyD提馏段方程：wxWqFLWxWqFLqFLyq 线 方 程 :11qxxqqyF（ 由Vy=Dxd+Lx和 V y=L x-WXw联 立 ， 再 加 上Dxd+WXw=Fxf ，引入q=(L -L)/F 推导出来的方程）所以f1 f2 f3 f4 f5 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思q线可以理解为进料方程，即进料关系对提馏线、精馏线的影响（对精馏线方程无影响，只影响提馏线方程）这时，理论塔板层数由 ab、bc操作线向平衡线引折线大致求解出来。四、课件例题例：用一连续精馏装置在常压

14、下，分离含苯41%（质量 %，下同）的苯 -甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于97.5% ，塔底产品中含甲苯不低于98.2% ，每小时处理的原料量为 8570kg 。操作回流比为 3，试计算：（1）塔顶及塔底的产品量；（2）精馏段上升蒸汽量及回流液量；（3）当原料于 47进塔和蒸汽进塔时，提馏段上升蒸汽量及回流液量。(我们一般考到的应该是饱和蒸汽进料或泡点进料这种基础的问题，像这种冷液进料偶尔才会涉及，个人觉得这一问不用太深究，看看就好) （苯的汽化潜热 rA=93kcal/kg ，甲苯的汽化潜热 rB=87.5) 建议根据分析自己推导过程1_F=100kmol/l hkmolD/3 .44h

15、kmolW/7 .552_读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思3_Part5 精馏原理及精馏流程、装置一、精馏原理液体混合物经过多次部份汽化后可变为高纯度的难挥发组分（部分气化、 部分冷凝）二、精馏装置板式塔(1) 板式塔基本知识板式塔主要构造筛孔、降流管、溢流堰保证较高效率的前提下，力求减小塔板压降，以降低能耗和改善塔的操作。（2）板式塔异常现象漏液主要是由于气速太小，板面上液面落差引起气流分布不均匀从而导致两相在板面上接触时间减少，板效率降低液沫夹带主要是由于气速过大或板间距过小，液滴随气体进入上层塔板过量液沫夹带，造成液相在板间的返混，板效率下降（3）液泛主要是由于气液两相流速过大板间距越大、液泛速度越高