六章精馏ppt课件.ppt

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1、六章精馏ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一一.蒸馏操作在化工生产中的应用蒸馏操作在化工生产中的应用 用于均相液体混合物的分离用于均相液体混合物的分离,达到提纯或回收达到提纯或回收组分的目的。组分的目的。二二.蒸馏分离的依据蒸馏分离的依据 利用液体混合物中各组分挥发能力的差异。利用液体混合物中各组分挥发能力的差异。概述概述三、蒸馏分类三、蒸馏分类 1 1、按操作方法分：、按操作方法分：2 2、按蒸馏方法分：、按蒸馏方法分：简单蒸馏（分离要求

2、不高）简单蒸馏（分离要求不高）平衡蒸馏（闪蒸）平衡蒸馏（闪蒸）精馏精馏特殊精馏特殊精馏3、按组分数分：、按组分数分：双组分蒸馏双组分蒸馏多组分蒸馏多组分蒸馏复杂系蒸馏复杂系蒸馏4、按操作压力分：、按操作压力分：常压常压减压（热敏性物料）减压（热敏性物料）加压加压连续蒸馏连续蒸馏间歇蒸馏间歇蒸馏本章主要讨论本章主要讨论常压下双组分常压下双组分连续精馏连续精馏蒸馏是气液两相间的传质过程；蒸馏是气液两相间的传质过程；组分在两相中的组分在两相中的浓度（组成）偏离平衡的程度浓度（组成）偏离平衡的程度来衡来衡量传质推动力的大小，传质过程以量传质推动力的大小，传质过程以两相达到相平衡两相达到相平衡为极限；为

3、极限；气液相平衡是分析蒸馏原理和进行蒸馏设备计算的气液相平衡是分析蒸馏原理和进行蒸馏设备计算的理论基础。理论基础。第一节第一节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡一、一、溶液的蒸汽压及拉乌尔定律溶液的蒸汽压及拉乌尔定律 根据溶液中同分子间的与异分子间的作用力的差异，根据溶液中同分子间的与异分子间的作用力的差异，将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。*溶液的蒸汽压与纯组分时不同溶液的蒸汽压与纯组分时不同(一一)气液相平衡气液相平衡单位时间从液相进入气相的分子数与单位时间从液相进入气相的分子数与从气相进入液相的分子数相等。从气相进入液相的分子数相等。(二二)

4、拉乌尔定律拉乌尔定律 Raoults lawRaoults law拉乌尔定律：在一定温度下，溶液上方某组分的平衡分压等于此组分在该温度下的饱和蒸汽压乘以其在溶液中的摩尔分数。即 pB=pB0 xB=Pb0(1-xA)纯组分液体的饱和蒸汽压与温度的关系纯组分液体的饱和蒸汽压与温度的关系（安托因方程）安托因方程）：分析温度组成图(t-x-y)二条线：泡点线、露点线。三个相区：液相区、气相区、气液两相区。两个温度：泡点温度、露点温度杠杆定律：二、理想溶液汽液相平衡二、理想溶液汽液相平衡1 1、温度、温度组成图组成图 1.1.1.1.T-x(y)T-x(y)T-x(y)T-x(y)图图图图 T T-x

5、 x(y y)图图代代表表的的是是在在总总压压 P P 一一定定的的条条件件下下，相相平衡时汽（液）相组成与温度的关系。平衡时汽（液）相组成与温度的关系。在在总总压压一一定定的的条条件件下下，将将组组成成为为 x xf f 的的溶溶液液加加热热至至该该溶溶液液的的泡泡点点 t tA A，产产生生第第一一个个气气泡泡的组成为的组成为 y yA A。继继续续加加热热，随随温温度度升升高高，物物系系变变为为互互成成平平衡衡的的汽汽液液两两相相，两两相相温温度度相相同同组组成成分分别别为为 y yA A 和和 x xA A 。t/Cx(y)01.0露点线(气相线）泡点线（液相线）露点泡点xAyAxf气

6、相区液相区两相区 当当温温度度达达到到该该溶溶液液的的露露点点，溶溶液液全全部部汽汽化化成成为为组组成为成为 y yA A=x=xf f 的气相，最后一滴液相的组成为的气相，最后一滴液相的组成为 x xA A。说明n图中有图中有2 2条曲线。上方曲线条曲线。上方曲线为为tyty线，表示混合物的平衡线，表示混合物的平衡温度温度t t与汽相组成与汽相组成y y之间的关之间的关系，称为饱和蒸汽线。下方系，称为饱和蒸汽线。下方曲线为曲线为txtx线，表示混合物的线，表示混合物的平衡温度平衡温度t t与液相组成与液相组成x x之间之间的关系，称为饱和液体线。的关系，称为饱和液体线。tx(y)txty3

7、3个区域。液相区：代表未沸个区域。液相区：代表未沸腾液体；过热蒸汽区：代表过热腾液体；过热蒸汽区：代表过热蒸汽；汽液共存区：代表汽液同蒸汽；汽液共存区：代表汽液同时存在。时存在。2 2个端点。个端点。t tA A、t tB B代表纯代表纯A A、纯、纯B B组分的沸点。组分的沸点。过热蒸汽区液相区汽液 共存区tAtB绘绘温度组成图（温度组成图（txy）P =pA+pB =pA0 x+pB0（1-x）t1t2t3t4t5tx（y）液相线（泡点线）液相线（泡点线）气相线（露点线气相线（露点线）2 2、气液相平衡图（气液相平衡图（yxyx图）图）equilibrium diagram 沸点沸点-组成

8、（组成（t-x-y)图图 txy 图图 y x 图图t1t2x1x2y1y2y1y2x1x2蒸馏中使用蒸馏中使用 y-x y-x 图较图较t-y-x t-y-x 图更为方便。图更为方便。3 3、挥发度及相对挥发度挥发度及相对挥发度 (1)挥发度：挥发度：表示某种溶液易挥发的表示某种溶液易挥发的 程度。程度。纯液体：纯液体：PA表示。表示。溶液：溶液：A=pA/xA B=pB/xB A、B 组分组分A、B 的挥发度的挥发度。对理想溶液，符合拉乌尔定律对理想溶液，符合拉乌尔定律 A=pA/xA=pA0 xA/xA=pA0 B=pB0*理想溶液中理想溶液中,各组分的挥发度等于其饱和蒸汽压各组分的挥发

9、度等于其饱和蒸汽压.(2)相对挥发度相对挥发度relative volatility相对挥发度定义：相对挥发度定义：溶液中两组分挥发度之比。溶液中两组分挥发度之比。对于理想溶液对于理想溶液 是温度的函数是温度的函数相对挥发度的意义相对挥发度的意义 其值的大小可用于判断某混合溶液能否用蒸馏方法加以其值的大小可用于判断某混合溶液能否用蒸馏方法加以分离以及分离的难易程度。分离以及分离的难易程度。当当1时，表示组分时，表示组分A较较B容易挥发，容易挥发，愈大，挥发度差异愈大，挥发度差异愈大，分离愈容易。愈大，分离愈容易。当当=1时，气相组成与液相组成相同，不能用普通精馏方法时，气相组成与液相组成相同，

10、不能用普通精馏方法加以分离。加以分离。(3)气液相平衡方程气液相平衡方程（用相对挥发度表示）：称为气液平衡方程。称为气液平衡方程。n书书P263图图6-5n 1 1、一般情况下，、一般情况下，y y x x即即11，越大，则越大，则平衡线远离对角线二元溶液易于分离；操作平衡线远离对角线二元溶液易于分离；操作压力越小则压力越小则越大易于分离；越大易于分离；n 2 2、=1=1时，平衡线与对角线重合，无法时，平衡线与对角线重合，无法通过普通蒸馏实现二元溶液的分离；通过普通蒸馏实现二元溶液的分离；n 3 3、液体的正常沸点（蒸汽压等于液体的正常沸点（蒸汽压等于101.3kPa101.3kPa时的温度

11、）较低，表明在同一温度时的温度）较低，表明在同一温度下其蒸汽压较高，故理想溶液两组分挥发的下其蒸汽压较高，故理想溶液两组分挥发的难易也可以用其沸点的高低来表示，沸点差难易也可以用其沸点的高低来表示，沸点差越大，则相对挥发度也越大。越大，则相对挥发度也越大。三、非理想溶液气液相平衡三、非理想溶液气液相平衡(1)正偏差溶液正偏差溶液溶液的两个组分的平衡溶液的两个组分的平衡蒸汽压都比拉乌尔定律蒸汽压都比拉乌尔定律所预计的高，所预计的高，如右图所如右图所示。示。1.00蒸汽压蒸汽压x 正正偏偏差差严严重重时时形形成成具具有有最最低低恒恒沸沸点点的的溶溶液液，下下面面两两张张分分别为苯乙醇溶液的别为苯乙

12、醇溶液的tx（y）图及）图及yx图图。0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.08075706560tt/x（y）xy=xy0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01.00.90.80.70.6050.40.30.20.10 苯苯-乙醇溶液相图（正偏差）乙醇溶液相图（正偏差）由由图图可可知知苯苯乙乙醇醇溶溶液液的的最最低低沸沸点点tM68.3C,恒恒沸物的组成沸物的组成xM M=0.552=0.552。(2)负偏差溶液负偏差溶液溶溶液液中中两两组组分分的的平平衡衡蒸蒸汽汽压压都都比比拉拉乌乌尔尔定定律律所所预预计计的的低低，如右图如右图所示。所示。蒸汽压蒸汽压1.00 x 负偏差严重时形成具

13、有最高恒沸点的溶液，下面两张分负偏差严重时形成具有最高恒沸点的溶液，下面两张分别为氯仿丙酮溶液的别为氯仿丙酮溶液的tx（y）图及）图及yx图。图。0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.07065605550tt/x（y）氯仿氯仿-丙酮溶液相图（负偏差）丙酮溶液相图（负偏差）xy=xy0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10 由由图图可可知知氯氯仿仿丙丙酮酮溶溶液液的的最最高高恒恒沸沸点点tM=64.5C，恒沸物的组成恒沸物的组成xM=0.65。(三三)讨论讨论具有恒沸点的溶液用一般蒸馏的方法具有恒沸点的溶液用一般蒸馏的方法,其其

14、浓度最多达到恒沸组成。浓度最多达到恒沸组成。非理想溶液不一定具有恒沸点，但有恒沸非理想溶液不一定具有恒沸点，但有恒沸点的是明显的、偏差大的非理想溶液；具有点的是明显的、偏差大的非理想溶液；具有恒沸点的溶液在恒沸点的溶液在总压总压发生改变时，发生改变时，恒沸组成恒沸组成也发生变化。也发生变化。第二节第二节 蒸馏及精馏原理蒸馏及精馏原理一、一、简单蒸馏简单蒸馏 简单蒸馏又称简单蒸馏又称微分蒸馏微分蒸馏，也是一种单级蒸馏操，也是一种单级蒸馏操作，常以作，常以间歇方式间歇方式进行。在恒定压力下，将蒸馏进行。在恒定压力下，将蒸馏釜中的溶液加热至沸腾，并使液体不断汽化，产釜中的溶液加热至沸腾，并使液体不断

15、汽化，产生的蒸汽随即进入冷凝器中冷凝，冷凝液用多个生的蒸汽随即进入冷凝器中冷凝，冷凝液用多个罐子收集。由于整个蒸馏过程中，气相的组成和罐子收集。由于整个蒸馏过程中，气相的组成和液相的组成都是不断降低的，所以每个罐子收集液相的组成都是不断降低的，所以每个罐子收集的溶液的组成是不同的，因此混合液得到了初步的溶液的组成是不同的，因此混合液得到了初步 的分离。的分离。适用于：适用于：1.沸点差较大的混合液；沸点差较大的混合液；2.分离含量要求不高的情况；分离含量要求不高的情况；3.粗加工过程。粗加工过程。一次加料，釜内及馏出液的含量不断变化，一次加料，釜内及馏出液的含量不断变化，得不到纯组分。得不到纯

16、组分。不稳定过程。不稳定过程。简单蒸馏简单蒸馏特点：特点：二、平衡蒸馏（闪蒸）二、平衡蒸馏（闪蒸）特点：特点：低温沸腾低温沸腾、放出的、放出的显热作为气化的显热作为气化的潜热潜热、平、平衡产物含量不高、产物含衡产物含量不高、产物含量不随时间变化。量不随时间变化。适用于：粗略分离的物料适用于：粗略分离的物料。加热器减压阀分离器冷凝器原料平衡蒸馏平衡蒸馏又称为又称为闪蒸闪蒸，是一种，是一种单单级蒸馏操作级蒸馏操作，常以，常以连续方式连续方式进行。进行。原料连续进入加热器中，加热到原料连续进入加热器中，加热到一定温度后经节流阀减到规定的一定温度后经节流阀减到规定的压力，部分液体迅速汽化，汽液压力，部

17、分液体迅速汽化，汽液两相在分离器中分开，得到了组两相在分离器中分开，得到了组成不同的塔顶产品和塔底产品。成不同的塔顶产品和塔底产品。由于汽液两相成平衡状态，所以由于汽液两相成平衡状态，所以称为平衡蒸馏。称为平衡蒸馏。三 精馏原理 Rectification精馏概念精馏概念精馏是将由精馏是将由挥发度不同挥发度不同的组分所组成的混合液，的组分所组成的混合液，在精馏塔中同时在精馏塔中同时多次地进行部分气化和部分冷凝多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程使其分离成几乎纯态组分的过程多次部分气化、部分冷凝多次部分气化、部分冷凝（一）精馏塔内气液两相的流动、传热与传质（一）精馏塔内气液

18、两相的流动、传热与传质v 馏出液馏出液 塔顶产品塔顶产品v 回馏液回馏液v 全凝器全凝器v 部分冷凝器部分冷凝器v再沸器再沸器v 加料板加料板v 精馏段精馏段v 提馏段提馏段 n传质：易挥发组分从液相向汽相传递n传热：汽相温度比液相高，汽相进行部分冷凝，将热量传递给液相n塔顶：易挥发组分n塔底：难挥发组分（二）塔板上汽液两相的传热与传质n在精馏塔中任取相邻的三在精馏塔中任取相邻的三块塔板，从上而下分别为块塔板，从上而下分别为第第n-1n-1块块,第第n n块块,第第n+1n+1块块n图见书图见书p269p269n在理想情况下，如果汽液在理想情况下，如果汽液两相接触良好，且时间足两相接触良好，且

19、时间足够长，离开第够长，离开第n n板的汽液板的汽液两相可能达到平衡状态，两相可能达到平衡状态，平衡温度为平衡温度为t tn n，汽相组成，汽相组成为为y yn n，液相组成为，液相组成为x xn n理论板的概念理论板的概念理论板：离开塔板的理论板：离开塔板的蒸气和液体组成蒸气和液体组成呈平衡呈平衡的塔板的塔板。理理论论板板不不存存在在的的原原因因：气气液液间间接接触触面面积积和和接接触触时时间间是是有有限限的的，难难以达到平衡状态。以达到平衡状态。理论板可作为衡量实际板分离效率的依据和标准。理论板可作为衡量实际板分离效率的依据和标准。实际塔板的分离程度比理论板小实际塔板的分离程度比理论板小精

20、馏塔精馏塔1、分类：板式塔：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔。填料塔：塔内充填一定高度的填料。2、筛板塔中n层板上的操作情况板式塔浮阀塔泡罩塔塔板的作用塔板的作用 n塔板提供了汽液分塔板提供了汽液分离的场所。汽液两相离的场所。汽液两相在板上充分接触，进在板上充分接触，进行传质和传热。行传质和传热。n每一块塔板是一个每一块塔板是一个混合分离器混合分离器n足够多的板数可使足够多的板数可使各组分较完全分离各组分较完全分离（三）回流的作用（三）回流的作用1、回流、回流精馏与蒸馏的区别精馏与蒸馏的区别就在于就在于“回流回流”，回流包括塔顶，回流包括塔顶的液相回流和塔底再沸器部分汽的液相回流和塔底再沸器部分汽化造成

21、的汽相回流。化造成的汽相回流。2、回流是构成汽、液两相接触、回流是构成汽、液两相接触传质的必要条件，没有汽液两相传质的必要条件，没有汽液两相的接触也就无从进行物质交换。的接触也就无从进行物质交换。3、塔顶回流与塔底上升蒸汽回塔顶回流与塔底上升蒸汽回流流是是精馏塔连续稳定操作的必要精馏塔连续稳定操作的必要条件条件(五)精馏操作流程1.连续精馏流程n进料板：原料液进入的那层塔板n精馏段：进料板以上的塔段n提馏段：进料板以下（包括进料板）的塔段。n理论板：离开的汽液两相达到平衡状态的塔板。n再沸器：加热塔底釜残液。n冷凝器：冷凝塔顶上升蒸汽连续精馏流程(板式塔)Problem 1P318:Exerc

22、ise no.6-7第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算1.多次部分气化、部分冷凝多次多次部分气化、部分冷凝多次塔板数的确定塔板数的确定2.为获得高纯度产品，中间加料中间何位置为获得高纯度产品，中间加料中间何位置加料板加料板位置位置3.ynxn的关系如何？引入理论板概念的关系如何？引入理论板概念平衡关系平衡关系4.yn1xn的关系如何？的关系如何？物料衡算物料衡算操作关系操作关系5.加热蒸汽及冷却水用量热量衡算加热蒸汽及冷却水用量热量衡算描述精馏过程的基本方法是物料衡算、热量衡算及找出表示描述精馏过程的基本方法是物料衡算、热量衡算及找出表示过程特征的方程过程特征的方程计算

23、引出：计算引出：第三节第三节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算全塔物料衡算:F=D+W全塔轻组分物料衡算（易挥发组分）F xF=DxD+W xW塔顶易挥发组分回收率=D xD/F xF塔釜难挥发组分回收率 例例6-2 将将5000kg/h含正戊烷含正戊烷0.4(摩尔分率摩尔分率)的正戊烷正己烷的正戊烷正己烷混合液在连续精馏塔内分离混合液在连续精馏塔内分离,馏出液含正戊烷馏出液含正戊烷0.98,釜液含正戊釜液含正戊烷不高于烷不高于0.03,求馏出液、釜液的流量及塔顶易挥发组分的回求馏出液、釜液的流量及塔顶易挥发组分的回收率。收率。解解：正戊烷正戊烷 M

24、=72 正己烷正己烷 M=86MF=0.472+0.686 =80.4F=5000/80.4 =62.2 kmol/h D=24.6 2 kmol/hW=37.62 kmol/h恒摩尔汽化：恒摩尔汽化：每层每层塔板上升的蒸汽的摩尔流量相等。塔板上升的蒸汽的摩尔流量相等。精馏段精馏段:L L1 1=L=L2 2=L=L3 3=L Ln n=L=L=定值定值提馏段提馏段:L L1 1=L=L2 2=L=L3 3=L Lm m=L=L=定值定值但但L L与与L L不一定相等不一定相等.精馏段精馏段:V V1 1=V=V2 2=V=V3 3=V Vn n=V=V=定值定值提馏段提馏段:V V1 1=V

25、=V2 2=V=V3 3=V Vm m=V=V=定值定值但但V V与与V V不一定相等不一定相等.恒摩尔溢流：恒摩尔溢流：每层每层塔板溢流的液体的摩尔流量相等。塔板溢流的液体的摩尔流量相等。二、恒摩尔流量的假设二、恒摩尔流量的假设两段不一定相等，主要是与进料热状态有关两段不一定相等，主要是与进料热状态有关。(三三)恒摩尔流假设的条件恒摩尔流假设的条件 汽液两相在塔板上接触汽液两相在塔板上接触时，若由一摩尔蒸气冷凝能使一时，若由一摩尔蒸气冷凝能使一摩尔液体汽化，则汽液两相的恒摩尔液体汽化，则汽液两相的恒摩尔流量的假设才能成立。冷凝摩尔流量的假设才能成立。冷凝一摩尔蒸气能使一摩尔液体汽化一摩尔蒸气

26、能使一摩尔液体汽化的条件：的条件：1 1、溶液中两组分的摩尔汽化热相、溶液中两组分的摩尔汽化热相同同;2 2、因温度不同、因温度不同,气液接触交换的热气液接触交换的热量可忽略量可忽略;3 3、精馏塔保温良好，其热量损失、精馏塔保温良好，其热量损失可以忽略。可以忽略。1 1、进料热状态进料热状态 （1 1）温度低于泡点的冷液体（）温度低于泡点的冷液体（2 2）泡点下的饱和液体）泡点下的饱和液体（3 3）温度介于泡点和露点之间的气液混合物（）温度介于泡点和露点之间的气液混合物（4 4）露）露点下的饱和气体（点下的饱和气体（5 5）温度高于露点的过热蒸汽）温度高于露点的过热蒸汽三、三、进料热状态进料

27、热状态q q 分析关键分析关键-进料状态改变后对加料板温度有何影响？根据精馏原理，在饱和温度下易挥发组分进行部分气化，难挥发组分部分冷凝，因此，进料状态改变对加料板温度没有影响。影响的是上升蒸汽量和下降液体量影响的是上升蒸汽量和下降液体量-物料流向与进料状态的对应关系见示意图。2 2 定量分析进料热状况的影响定量分析进料热状况的影响由由于于进进料料所所引引起起的的提提馏馏段段下下降降液液体体流流量量L L与与精精馏馏段段的的L L不不同同，其其差差值值为为（L-LL-L）。而而单单位位进进料料量量引引起起的的提提馏馏段与精馏段下降液体流量之差以段与精馏段下降液体流量之差以q q表示。表示。（L

28、 L-L)/F=-L)/F=q q 进料热状况参数进料热状况参数物理意义：物理意义：（1 1）将）将1kmol1kmol原料液变成饱和蒸汽所需的热量与原料液原料液变成饱和蒸汽所需的热量与原料液kmolkmol的汽化潜热之比。的汽化潜热之比。（2 2）每每进进入入1kmol1kmol料料液液而而使使提提馏馏段段中中的的液液体体回回流流量量较较精精馏馏段增大的值段增大的值 。由定义可得：由定义可得：L=L+qFL=L+qF V=V+(q-1)F V=V+(q-1)F3 3 定性分析进料状况对气液流量的影响定性分析进料状况对气液流量的影响 （1 1）饱和液体）饱和液体 L L=L+F=L+F V V

29、=V=V，q=1q=1 （2 2）饱和气体饱和气体 V=V+F V=V+F L=L L=L，q=0q=0FVLLVFLLVV（3 3）气液混合物）气液混合物VV LV LL若进料量若进料量F F中含有液相量为中含有液相量为L LF F，汽相量为，汽相量为V VF F，则有，则有F=LF=LF F+V+VF FL=L+LL=L+LF F,V=V+V,V=V+VF F与与L=L+qF对比得对比得q=LF/F因此气液混合物进料时，因此气液混合物进料时，q q值的范围为值的范围为 0q1 0qL+F LL+F，VV VV 冷夜进料时，进料温度冷夜进料时，进料温度t tF F低于泡点温度低于泡点温度t

30、tb b，使提馏段上升蒸气部分冷凝（冷凝量为使提馏段上升蒸气部分冷凝（冷凝量为V-V)V-V)，放出冷凝热，将进料加热到泡点。其热量恒，放出冷凝热，将进料加热到泡点。其热量恒算式为：算式为：r-r-进料在进料在t tb b时的平均摩尔汽化热，时的平均摩尔汽化热，kJ/(kmol)kJ/(kmol)-温度（温度（t tb b+t+tF F)/2)/2时的进料液体摩尔热容，时的进料液体摩尔热容，kJ/(kmol)kJ/(kmol)（5 5）过热蒸汽）过热蒸汽 VV VV，LL Lttd d,q0,q0四、四、操作线方程与操作线方程与q q线方程线方程操作线方程操作线方程表示两层塔板之间，下表示两层

31、塔板之间，下层塔板的上升蒸气组成层塔板的上升蒸气组成ynyn与上层与上层塔板下降液体组成塔板下降液体组成xn-1xn-1之间的关之间的关系式。系式。流量单位为：流量单位为：kmol/h,kmol/h,组成为：摩组成为：摩尔分数。根据恒摩尔流量的假设，尔分数。根据恒摩尔流量的假设，推导操作线方程。推导操作线方程。(一一)精馏段操作线方程精馏段操作线方程精馏段总物料衡算精馏段总物料衡算V=L+DV=L+D精馏段易挥发组分物料衡算精馏段易挥发组分物料衡算V yV yn n=Lx=Lxn-1 n-1+D xD xD D改写成精馏段操作线方程改写成精馏段操作线方程L/VL/V为精馏段的液为精馏段的液-汽

32、比，将汽比，将 代入上式得代入上式得 *精馏段操作线方程的意义：精馏段操作线方程的意义：在一定的操作条件下，从任一塔板（在一定的操作条件下，从任一塔板（n-1）向）向下流的液体组成下流的液体组成xn-1与相邻的下一块塔板（与相邻的下一块塔板（n）上升蒸汽组成上升蒸汽组成y n之间的关系。之间的关系。L=R D V=L+D=（R+1）D【例【例6-4】氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔氯仿和四氯化碳的混合液在连续精馏塔内分离，要求馏出液氯仿浓度为内分离，要求馏出液氯仿浓度为0.95(摩尔分率摩尔分率)，流量为，流量为50kg/h，顶为全凝器，平均相对挥发顶为全凝器，平均相对挥发度为度为1.6，回

33、流比为，回流比为2。求求(1)由上向下数第一块塔板下降的液体组成由上向下数第一块塔板下降的液体组成;(2)第二块塔板上升蒸气组成。第二块塔板上升蒸气组成。(3)精馏段各板上升蒸气量及下降的液体量精馏段各板上升蒸气量及下降的液体量;解：解：(1)(1)y1=xD=0.95(2)（3）V=(R+1)D =(2+1)50=150 kg/h M氯访氯访=119.35 kg/kmol M四氯化碳四氯化碳=153.8kg/kmol Mm=0.95119.35+0.05153.8 =121.1 kg/kmolL=RD=2 50=100 kg/h n【例【例6-5】在双组分连续精馏塔中精馏段的某一理论板n上，

34、进入该板的气相组成为0.8(摩尔分数，下同)，离开该板的液相组成为0.7，物系相对挥发度为2.4，气液比为21，计算离开该板的气相组成和进入该板的液相组成。？nn+1xnxn+1ynyn+1xn-1n【例【例6-6】分离乙醇水溶液的精馏塔，进料量为100kmol/h，进料温度为60，含乙醇10%(摩尔分率，下同)，回流比为2。要求馏出液中含乙醇87%，且乙醇回收率达到98%，计算塔顶、塔底产品量及其釜液组成。精馏段和提馏段上升蒸汽及下降液体量。已知10%乙醇泡点为86。n【解】1.(二二)提馏段操作线方程提馏段操作线方程 L=V+W (总物料衡算）总物料衡算）Lxn=V yn+1+WxW（易挥

35、发（易挥发组分物料衡算）组分物料衡算）L/V-L/V-提馏段的液提馏段的液-汽比汽比物物理理意意义义：在在一一定定操操作作条条件件下下，从从提提馏馏段段内内自自任任意意第第n n层层板板下下降降液液体体组组成成X Xn n与与其其相相邻邻的的下下层层板板（第第n+1n+1）层层上上升升蒸蒸汽组成汽组成Y Yn+1n+1之间的关系。之间的关系。根据恒摩尔流的假定，根据恒摩尔流的假定，L L为定值，在操作稳定时，为定值，在操作稳定时，W W和和X XW W也为定值，表示的是一条直线方程。也为定值，表示的是一条直线方程。L L除与除与L L有关，还受进料量和进料热状况的影响。有关，还受进料量和进料热

36、状况的影响。L=L+qF L=L+qF V=V-V=V-（1-q1-q）F F（三）塔釜汽相回流比R与塔顶液相回流比R及进料热状态参数q的关系式n将将R=V/WR=V/W及及V=(R+1)DV=(R+1)D代入代入V=V+(q-1)FV=V+(q-1)F得得RR与与R R及及q q的关系式：的关系式：RW=(R+1)D+(q-1)FRW=(R+1)D+(q-1)Fn1.精馏段操作线 精馏段操作线方程为一直线方程，在y轴上的截距为xD/(R+1),以I点表示。当x=xD时，由操作线方程可得y=xD,在对角线上以D点表示。D点与I点的连线即为精馏段的操作线，其斜率为L/V=R/(R+1)n2.提馏

37、段操作线 提馏段操作线方程也为一直线方程，当x=xW时，由操作线方程可得y=xW,在对角线上以W点表示。以操作线的斜率为L/V=(R+1)/R,从W点画出Wf直线，即为提馏段操作线(四四)操作线的绘制与操作线的绘制与q 线方程线方程q 线方程应为精馏段操作线与提馏段操作线的交线方程应为精馏段操作线与提馏段操作线的交点轨迹坐标方程点轨迹坐标方程.精馏段操作线方程精馏段操作线方程 V y=Lx+D xD (1)提馏段操作线方程提馏段操作线方程 V y=L x-W xW (2)(2)-(1)(V-V)y=(L-L)x-(W xW +D xD)V=V+(q 1)F L=L+qF W xW +D xD

38、F xF(q 1)Fy=q Fx-F xF3 操作线交点的轨迹方程操作线交点的轨迹方程(q线方程）线方程）(五五)三条操作线三条操作线(Operating line)Operating line)的画法的画法1.精馏段操作线精馏段操作线 斜率斜率R/（R+1）当当 xn=xd yn+1=xd交对角线交对角线y=x于于xd处处2、加料板操作线、加料板操作线(q线线)1、冷液进料、冷液进料 q12、泡点进料、泡点进料 q=1 3、气液进料、气液进料 1q0 4、露点进料、露点进料 q=05、过热蒸气、过热蒸气 q03.提馏段操作线提馏段操作线 yn+1=(R+1)/R xn-xw/R载距为载距为-

39、xw/R斜率斜率(R+1)/R 当当 xn=xw；yn+1=xw交对角线交对角线y=x于于xw处处 由精馏段操作线和由精馏段操作线和q q线的交点得提馏段操作线线的交点得提馏段操作线上的一点。上的一点。进料热状况对精馏操作过程的影响n1.q值对q线的影响。进料热状况IFqq/(q-1)q线在xy图上的位置冷液体IF1+ef1()泡点IF=IL=1ef2()汽液混合物 ILIFIV0+ef5()f1f2f3f4f5yxFexDxWabcd2.q值愈大值愈大，即进料愈冷，精馏段愈短，操作过程较早地转操作过程较早地转入提馏段入提馏段，此时两操作线与平衡线距离愈远两操作线与平衡线距离愈远，因而有利于分

40、有利于分离离；3.q值不同值不同，不改变精馏段操作线的位置，仅改变了提馏仅改变了提馏段操作线的位置段操作线的位置。五、理论板数计算五、理论板数计算 在分析精馏原理时曾提及理论板的概念。所谓理论板是指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀一致的。实际上，由于塔板上气液间接触面积和接触时间是有限的，因此在任何型式的塔板上气液两相都难以达到平衡状态，也就是说理论板是不存在的。理论板仅是作为衡量实际板分离效率的依据和标准，它是一种理想板。理论板数的确定理论板数的确定(一一)逐板计算法逐板计算法N=n+m-1【例6-7】苯甲苯混合液，含苯（mol%)，用精馏分离。要求塔顶产品组成

41、xD=0.95,塔底产品组成xW=0.05,选用.0,泡点进料，2.45,试用逐板法求T。解：（）列出计算式：（a）气液平衡关系式（b)精馏段操作线方程，已知xD=0.95,R=2.0,所以：0.667x+0.317(c)提馏段操作线方程设100mol/s,根据全塔物料衡算：得：泡点进料时提馏段操作线方程 如此逐板求得精馏段各塔板的y和x列表如下：塔板数12345y0.950.9080.8510.7840.715x0.8860.8010.7000.5970.506（）用逐板法计算板数(a)精馏数第一块板：因y1=xD=0.95x1=y1/(2.45-1.45y1)=0.95/(2.45-1.4

42、50.95)=0.886(b)第二块板：y2=0.667x1+0.317=0.908(b)提馏段由于xF=0.50，而x5=0.506，故第五块板以后改用提馏段操作线方程计算。第6块板：y6=0.33x5-0.017=1.330.506-0.017=0.685x6=y6/(2.45-1.45y6)=0.658/(2.45-1.450.658)=0.440如此逐板求得提馏段各塔板的y和x列表如下：塔板数67891011y0.658 0.569 0.449 0.315 0.194 0.101x0.440 0.350 0.249 0.158 0.089 0.044x11=0.044 xw=0.05故

43、：NT=11-1=10块（不含再沸器）【例6-8】常压下用连续精馏塔分离含苯44%的苯一甲苯混合物.进料为泡点液体，进料流率取100 kmol/h为计算基准。要求馏出液中含苯不小于 94%.釜液中含苯不大于8%(以上均为摩尔百分率).设该物系为理想溶液相对挥发度为2.47.塔顶设全凝器，泡点回流，选用的回流比为3.试计算精馏塔两端产品的流率及所需的理论塔板数。解：由全塔物料衡算：解：由全塔物料衡算：F FD DW W;FxFxF FDxDxDDWxWxWW 将已知值代入将已知值代入,可解得可解得D D41.86kmol/h;W=58.14kmol/h41.86kmol/h;W=58.14kmo

44、l/h提馏段操作方程为提馏段操作方程为:精馏段操作方程为精馏段操作方程为:泡点液体进料时泡点液体进料时q=1,q=1,相平衡方程为相平衡方程为对于泡点进料对于泡点进料,x xF F=x=xq q =0.44=0.44设设由由塔塔顶顶开开始始计计算算(从从上上往往下下)，第第1 1块块板板上上升升蒸蒸气气组组成成y y1 1=x=xDD=0.94.=0.94.第第1 1块板下降液体组成块板下降液体组成x x1 1由相平衡方程式计算由相平衡方程式计算:故第故第5 5 板为进料板板为进料板;习惯上习惯上,将进料板包括在提馏段内将进料板包括在提馏段内,故精馏段有故精馏段有4 4 块理块理论塔板论塔板.

45、自第自第5 5 块开始块开始,应改用提馏段操作方程式应改用提馏段操作方程式.由由x xn n求下一板上升蒸汽组成求下一板上升蒸汽组成y yn+1n+1.第第2 2板上升蒸汽组成由精馏段操作方程计算板上升蒸汽组成由精馏段操作方程计算第第2 2板下降液体组成由相平衡方程计算，可得板下降液体组成由相平衡方程计算，可得如此逐级往下计算，可得如此逐级往下计算，可得-因为因为故所求的总塔板数为故所求的总塔板数为9 9块（包括再沸器）。块（包括再沸器）。因为因为-(二二)图解法图解法步骤步骤:1.画相平衡线和画相平衡线和三条操作线；三条操作线；2.作作 阶梯。阶梯。梯级的物理意义xn,yn符合平衡关系，由2

46、点表示图解法的步骤：n在直角坐标系上绘出待分离混合液的x-y相平衡曲线及对角线y=x；n在x轴上作垂线x=xD与对角线相交于a，再按精馏段操作线的截距xD/（R+1），在y轴上 定出点b。连接ab，得精馏段操作线。n在x轴上作垂线x=xD与对角线相交于e，再按进料热状况算出的q线斜率q/（q-1），从e点绘出q线，与精馏段操作线ab交于点d。n在x轴上作垂线x=xw与对角线相交于c，再将点c与点d相连得提留段操作线cd。n从点a开始，在操作线与平衡线之间绘出水平线与垂线组成的阶梯。每一个阶梯，代表一层理论板，梯级总数即为理论板总层数。图解法示例：xDabxFefdxWc12345进料位置过低进

47、料位置过高（三）（三）适宜进料位置的选择适宜进料位置的选择 在图解求理论塔板的过程中，当某阶梯跨过两操作线的交点时，应变更操作线。跨过交点的阶梯即代表适宜的加料板的位置（逐板计算也相同），这是因为对一定的分离任务而言，如此作图所需的理论塔板数最少。不改换操作线或提早更换操作线都会使理论塔板数增加。4.影响塔板效率的因素影响塔板效率的因素：传质系数、传质推动力、传质面积、传质系数、传质推动力、传质面积、接触时间、物料特性等。接触时间、物料特性等。1.理论塔板的概念理论塔板的概念：2.分离的实际情况分离的实际情况：由于气液两相接触时间、接触面积有限，由于气液两相接触时间、接触面积有限，因此在实际分

48、离过程中不存在理论塔板，完成一定任务所因此在实际分离过程中不存在理论塔板，完成一定任务所需的实际塔板数比理论塔板数多。需的实际塔板数比理论塔板数多。3.塔板效率塔板效率：理论塔板数理论塔板数NT与实际塔板数与实际塔板数NR之比称为塔板效之比称为塔板效率，用率，用ET表示。表示。式中式中ET称为全塔效率或总板效率称为全塔效率或总板效率注：计算塔板数时应圆整，如注：计算塔板数时应圆整，如 7/0.6=11.7 12实际塔板数与塔板效率实际塔板数与塔板效率六、回流比与进料热状态的影响六、回流比与进料热状态的影响1、q 提馏段操作线靠近相平衡线提馏段操作线靠近相平衡线,则：则：所需理论板数所需理论板数

49、N.2、由热量衡算得：、由热量衡算得：Q进进+Q釜釜=QD+QW+Q冷凝冷凝 当当R一定一定,V一定一定,Q冷凝冷凝 一定，则一定，则:Q进进,Q釜釜,N Q进进,Q釜釜,N 3、Q釜釜一定一定,QD一定，一定，QW一定，则一定，则 q，Q进进，Q冷凝冷凝，L，R，N 思考题思考题 在完成同样的分离任务下，进料热状况参数越大在完成同样的分离任务下，进料热状况参数越大（即进料温度越低）所需的理论板层数越少，为何工业上还（即进料温度越低）所需的理论板层数越少，为何工业上还经常将原料液预热接近泡点后进料？经常将原料液预热接近泡点后进料？答：在完成同样的分离任务下，进料热状况参数越大（即答：在完成同样

50、的分离任务下，进料热状况参数越大（即进料温度越低）所需的理论板层数越少，这一结论是正确进料温度越低）所需的理论板层数越少，这一结论是正确的。但精馏过程是传热和传质同时进行的过程，除考虑传的。但精馏过程是传热和传质同时进行的过程，除考虑传质因素外，还应考虑传热因素。若进料温度过低，不利于质因素外，还应考虑传热因素。若进料温度过低，不利于塔内温度梯度的建立。塔内温度梯度的建立。七、七、回流比的影响与选择回流比的影响与选择(一一)全回流与理论板全回流与理论板全回流：全回流：D=0 F=0 W=0 R=芬斯克公式推导芬斯克公式推导n全回流全回流：将塔顶上升蒸汽冷凝后全部回流：将塔顶上升蒸汽冷凝后全部回