化工原理第十章蒸馏

1、化工原理第十章蒸馏第1页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4一 蒸馏的应用汽油煤油柴油其他油品石油苯甲苯二甲苯等煤焦油非均相混合物的分离（沉降、过滤等）均相混合物的分离 （吸收、蒸馏、萃取等）蒸馏主要用于液体产品的精制。eg：第2页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4目的：对液体混合物的分离，提纯或回收有用组分。依据：液体混合物中各组分挥发性的差异。二 蒸馏分离的目的、依据及定义挥发性高（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A）挥发性低（水） ， 称为难挥发组分或重组分（B）蒸馏分离的对象：液体混合物(如酒精水溶液) 部分汽化

2、：易挥发组分 液相 气相部分冷凝：难挥发组分 气相 液相第3页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4定义：利用液体混合物中各组分挥发性能的差异，以热能为媒介使其部分汽化(或混合蒸气的部分冷凝)，从而在汽相富集易挥发组分、液相富集难挥发组分，使混合物得以分离的方法称为蒸馏。三 蒸馏操作的费用 费用包括设备投资费和能耗费，其中加热和冷却费用高，即能耗大。 因此降低精馏操作的费用主要通过改变工艺来降低生产的能耗。第4页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4按蒸馏方式 简单蒸馏 平衡蒸馏 （闪蒸）精馏 特殊精馏 恒沸蒸馏 萃取蒸馏 水

3、蒸汽蒸馏较易分离的物系或对分离要求不高的物系难分离的物系很难分离的物系或用普通方法难以分离的物系四 蒸馏过程的分类第5页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4按操作压力 常压 加压 减压 一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不到分离要求 混合液中组分数 双组分多组分 按操作方式 间歇 连续 第6页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4五 与吸收、萃取的比较 分离依据挥发性的差异溶解度的差异单元操作 蒸馏 吸收 萃取 操作难易操作简便，操作费用在于加热、冷却需加入分离剂，操作费用在于解吸 适用性适于各种浓度混合物的分离仅适于低

4、浓气体、液体混合物的分离第7页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4第十章 蒸馏一、双组分溶液的汽液关系二、汽液相平衡三、挥发度和相对挥发度四、非理想溶液第一节 二元物系的气液相平衡第8页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4组分： A、B变量 ： T、p、xA、 yA相数：汽相、液相 一定压力下，液相（气相）组成xA(yA)与温度T存在一一对应关系，汽液组成之间xAyA存在一一对应关系。自由度：1、相律分析一 双组分溶液的汽液关系 相律是表示平衡物系中的自由度数、相数和独立组分数之间的关系。第9页，共130页，2022年，5

5、月20日，17点9分，星期二2022/9/42、理想溶液溶液中同分子间的作用力与异分子间的作用力相等。如：甲醇与乙醇，苯和甲苯， 二甲苯和对二甲苯理想物系：液相为理想溶液，服从拉乌尔定律； 气相为理想气体，服从道尔顿分压定律。第10页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4 pA, pB 溶液上方A、B组分的分压，Pa；pA0 , pB0 溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa； xA , xB 液相中A、B组分的摩尔分率。对于理想溶液：1. 拉乌尔定律（ Raoults Law）二 气液相平衡第11页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022

6、/9/42、泡点、露点方程： 表达了一定总压下液相组成 x 与溶液泡点之间的关系 泡点方程 汽相压力不高时，可视为理想气体，满足道尔顿分压定律。第12页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4气液两相平衡组成间的关系：气相组成yA与温度（露点）的关系 表达了一定总压下汽相组成 y与开始冷凝时的温度之间的关系 露点方程第13页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/43、温度组成图（txy图)两条线：气相线（露点线） yAt 关系曲线 液相线（泡点线） xAt 关系曲线三个区域：液相区 气、液共存区 气相区汽液平衡用相图表示比较直观。

7、第14页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4从相图中得到如下结论：一定总压的下二元理想溶液：混合液体的泡点随组成的变化而变化；（随溶液中易挥发组分的含量增加而降低，且介于两纯液体之间） 同温度下，气液两相达平衡，气液量大小由杠杆定律确定； 同组成下，露点高于泡点。第15页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/44、yx图 对角线 y=x 为辅助曲线； yx曲线上各点具有不同的温度； 平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。蒸馏计算中广泛采用的相图：第16页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二202

8、2/9/45. 压力对xy图的影响压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大第17页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4三 挥发度与相对挥发度pA、 pB汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压；xA、xB汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分数。 混合液某组分挥发度:1. 挥发度意义：是该物质挥发难易程度的标志。定义：气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液相中的该组分摩尔分数之比，用符号表示。 第18页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4理想溶液：理想气体：一般物系：2. 相对挥发度(以表示) (relative volatil

9、ity)定义：溶液中两组分挥发度之比。注：习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比称为相对挥发度，大于1.第19页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4对于二元物系：yB=1-yA xB=1-xA，忽略角标：即 相平衡方程理想溶液：则注： 随温度的变化比明显，计算时通常用一平均值进行计算。第20页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/43. 平均相对挥发度式中顶塔顶的相对挥发度 釜塔釜的相对挥发度4.的物理意义 气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比的倍数； 标志着分离的难易程度； 若1,则 yx ,可用蒸馏方法分

10、离，且愈大， 平衡线愈远离对角线，物系愈易分离； =1, 无法用普通蒸馏方法分离。 第21页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4非理想溶液 最低恒沸点 如：乙醇水，正丙醇水 最高恒沸点 如：硝酸水，氯仿酮 正偏差溶液 负偏差溶液 四 非理想溶液第22页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4第十章 蒸馏一、简单蒸馏与平衡蒸馏二、精馏原理三、连续精馏装置流程四、理论板、恒摩尔流第三节 蒸馏方式第23页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4一 简单蒸馏和平衡蒸馏1 简单蒸馏（1） 装置（2） 特点

11、:间歇非定态一次进料xD, xW不是一对平衡组成适合于大的组分对A部分提出, 粗分第24页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/42 平衡蒸馏(又叫闪蒸)1. 流程2. 特点:一次进料，粗分xD, xW是一对平衡组成W xWTD xDF xF第25页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4 比较：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。 总结：简单蒸馏和平衡蒸馏一般只能用于对原料的初步分离，但其结果均可使易挥发组分从液相向汽相转移

12、，从而是混合液达到一定程度的分离。第26页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/41、多次部分汽化和多次部分冷凝 二 精馏原理通过多次部分气化和多次部分冷凝，最终可以获得几乎纯态的易挥发组分和难挥发组分，但得到的气相量和液相量却越来越少。 第27页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4第28页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4缺点：1.收率低；2.设备重复量大，设备投资大；3.能耗大，过程有相变。问题：工业上如何实现？第29页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/

13、9/42. 有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝 第30页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4进料板：原料液进入的那层塔板。精馏段：进料板以上的塔段。提馏段：进料板以下（包括进料板）的塔段。三 连续精馏装置流程. 连续精馏装置第31页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/42. 塔板的作用 塔板提供了汽液分离的场所；每一块塔板是一个混合分离器；足够多的板数可使各组分较完全分离。特点：第32页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4说明：1、下降的液相泡点tn-1与上升的气相露点tn+1不等，当气液

14、平衡时，两相温度相等tn，即传质伴有传热。2、重组分由气相冷凝至液相，放出潜热，轻组分由液相汽化成气相，需要潜热，二者同时发生，潜热抵消；3、气液两相偏离平衡越远，传质过程进行越快。第33页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4回流的作用：提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传质的必要条件。精馏的主要特点就是有回流。3. 精馏过程的回流 回流包括：塔顶回流液塔底回流汽第34页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4塔顶回流液回流液：在任意塔板上，上一块塔板下来的液体，轻组分含量高，温度低。第35页，共130页，2022年，5月2

15、0日，17点9分，星期二2022/9/4塔釜汽相回流回流汽：任意塔板上，下一块塔板上来的汽体，重组分含量高，温度高；第36页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4四 理论板的概念和恒摩尔流假设 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的。 假设的条件（1） 两组分的摩尔汽化潜热相等；（2）两相接触因两相温度不同而交换的显热可忽略不计；（3）塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。 2. 恒摩尔流假设1. 理论板的概念第37页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4 精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏

16、段也一样。即： V1=V2= V=常数 V1=V2= V=常数式中：V 精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h; V提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。 （下标1、2表示自上而下的塔板序号。）（1）恒摩尔汽化第38页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等，提馏段也一样。即： L1=L2= L=常数 L1=L2= L=常数式中L 精馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h;L提馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h。（下标1、2表示自上而下的塔板序号。） （2）恒摩尔溢流 第39页，共130页，2022年，5月20日，17

17、点9分，星期二2022/9/4第十章 蒸馏一、全塔物料衡算二、精馏段操作线方程三、提馏段操作线方程四、进料热状况的影响五、进料方程（q线方程）第四节 二元连续精馏的分析和计算第40页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/41）根据分离任务，确定产品流量D，W；2）选择操作条件R、进料状态；3）确定塔板数及加料位置；4）选择塔型，确定塔径，塔内结构尺寸， 流体力学验算；5）冷凝器及再沸器热负荷及设计计算。设计目标: 一 全塔物料衡算第41页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4塔顶采出率塔底采出率F, xFD, xDW, xW全塔

18、物料衡算F、D、Wkmol/hxF、xD、xW摩尔分率第42页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4塔顶易挥发组分回收率塔底难挥发组分回收率例：将5000kg/h含乙醇0.4（摩尔分数，下同）和水0.6的混合液在常压连续精馏塔中分离。要求馏出液含乙醇0.85，釜液含乙醇不高于0.02，求馏出液，釜液的流量及塔顶易挥发组分的回收率。第43页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4二 精馏段操作线方程令 回流比 精馏段操作线方程第44页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4精馏段操作线:当R, D,

19、 xD为一定值时,该操作线为一直线.斜率:截距:yxxD操作线为过点（xD， xD ）画操作线过程如下:第45页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4三 提馏段操作线方程提馏段操作线方程第46页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4xW 意义：提馏段 ym1f（xm） 提馏段操作线为 过点（xW， xW ） 斜率：截距:yxxDxFabq第47页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4例 将含0.24（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含0.95易挥发组分，釜

20、液含0.03易挥发组分。送入冷凝器的蒸汽量为850kmol/h，流入精馏塔的回流液为670kmol/h，试求：1每小时能获得多少kmol/h的馏出液？多少kmol/h 的釜液？2. 回流比R为多少？3. 写出精馏段操作线方程。第48页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4例题：在一连续操作的精馏塔中，某混合液流量为5000kg/h，其中轻组分含量为0.3（摩尔分数，下同），要求馏出液轻组分回收率为0.88，釜液中轻组分含量不高于0.05，试求塔顶馏出液的摩尔流量和摩尔分数。已知MA=114kg/kmol, MB=128kg/kmol。第49页，共130页，20

21、22年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4解：进料混合物的平均摩尔质量：进料混合液的摩尔流量：物料衡算： 联立求解得：W= 29.1 kmol/h D=11.31 kmol/h塔顶馏出液摩尔分数：第50页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4四 进料热状况的影响(1) 冷液 tFts (2) 饱和液体（泡点进料）tFts (3) 气液混合 tstFtd 第51页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/41. 加料板的物料衡算FhF+LhF-1+VHF+1=VHF+LhF 物料恒算：F+V+L=V+L2. 热量衡算加料板

22、FF, xF, hFL h F-1V HFL hFV H F+1式中 H，h，hF分别为饱和蒸汽、饱和液体、原料液的摩尔焓kJ/kmol；第52页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4HF=HF+1=H =原料在饱和蒸汽状态下的摩尔焓hF=hF-1=h原料在饱和液体状态下的摩尔焓假设令q进料热状况参数第53页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4所以：其中饱和液体所占分率为 q，饱和蒸汽所占分率为（1q）。将精馏段与提馏段关联起来第54页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4FLVLV冷液进料

23、泡点进料FLVLVFqF(1-q)FLVLV汽液混合进料第55页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4FLVLV过热蒸汽进料FLVLV饱和蒸汽进料第56页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4五 进料方程（q线方程）q 线方程或进料方程xWyxxDxF意义：精馏段与提馏段交点轨迹方程；第57页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4L与L(1) 冷液 q1(2) 饱和液体 q1(3) 气液混合 0q1(4) 饱和蒸汽 q0 (5) 过热蒸汽 q0进料状况q值q线位置V与V第58页，共130页，2

24、022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4第59页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4例:在一常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。原料液流量为100kmol/h，组成为0.5(摩尔分数，下同)，泡点进料。馏出液组成为0.9，釜残液组成为0.1，操作回流比为2.0。试求： 塔顶及塔底产量，kmol/h； 达到馏出液流量为56kmol/h是否可行？最大馏出液流量为多少？第60页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4 对一操作中的精馏塔，理论塔板数固定，同时该塔要受物料衡算制约，即在操作中要同时满足NT及物料衡算关系

25、。解： 塔顶及塔底产量，kmol/h全塔物料衡算：联立求解得：D=50kmol/h，W=50kmol/h 达到馏出液流量为56kmol/h是否可行？最大馏出液流量为多少？此时易挥发组分的回收率为：故从物料衡算角度看，如不改变xD，要达到D=56kmol/h是不可能的。第61页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4塔顶可能获得的最大馏出液流量为：若要求获得馏出液流量为56kmol/h，则最大的馏出液组成为： 为使精馏塔正常操作，通常首先应满足物料衡算关系，若物料不平衡，即使理论板数再多，板效率再高也不可能得到合格的产品。对一定的F、xF、D，xD的极限值为：xD

26、,max=FxF/D。反之，对一定的F、xF、xD，D的极限值为：Dmax=FxF/xD。第62页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4 例：在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为100kmol/h，组成为0.3(易挥发组分摩尔分数)，其精馏段和提馏段操作线方程分别为： y=0.714x+0.257 y=1.686x-0.0343试求： 塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，kmol/h； 进料热状态参数q。第63页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4解：先由已知的两操作线方程求出xD、xW和R；再由全塔物料衡算和回流

27、比定义求得D和L；由两操作线方程和q线方程联立可求得进料热状态参数q 塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，kmol/h由精馏段操作线方程和对角线方程联立解得:y=0.714x+0.257y=x由提馏段操作线方程和对角线方程联立解得:y=1.686x-0.0343y=x馏出液流量由全塔物料衡算求得，即：第64页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4D=29.4kmol/hW=71.6kmol/h回流比由精馏段操作线斜率求得(y=0.714x+0.257) ：R=2.5精馏段下降液体量为：L=RD=2.529.4=73.5kmol/h 进料热状态参数qq线方程为：

28、式中的x、y值可由两操作线方程联立解得第65页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4得：x=0.3将x=0.3代入精馏段操作线方程，得：y=0.471将x=0.3， y=0.471代入q线方程，得：q=1(泡点进料)y=0.714x+0.257y=1.686x-0.0343第66页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4例：用一连续精馏装置在常压下，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

29、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 。（苯的汽化潜热rA=93kcal/kg，甲苯的汽化潜热rB=87.5第67页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4kcal/kg，苯和甲苯的平均比热Cp,l=0.45 kcal/kg，蒸汽的平均比热Cp,v=0.30 kcal/kg）。分析：求W、D全塔物料衡算求xF、xW、xD求V、L已知R精馏段物料衡算求求q解： （1）产品量 第68页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4第69页，共130页，2022年，

30、5月20日，17点9分，星期二2022/9/4(2)上升蒸汽量及回流量 精馏段： 第70页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4(3)47进料时 将料液由47升温到93所需的热量为： 继续加热 由苯-甲苯物系的温度组成图可知：对组成为0.41的进料，泡点为93 ，露点为99.5 。 第71页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4饱和蒸汽进料时 第72页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4求：(1)D, W （2）V, L(3) 泡点进料, V L ?(4) 饱和蒸汽进料 V L?(5) t进

31、=40, V L?苯: M=78, r=389.4kJ/kg甲苯:M=92 r=376.4kJ/kgxW0.02F=110kmol/hxF=0.4xD=0.95例：分离苯-甲苯混合液，理想物系。已知：加料板温度96 , F=110kmol/h, xF=0.4, xD=0.95 , xw0.02, R=3.2。第73页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4第十章 蒸馏一、理论塔板数的计算二、回流比的影响与选择三、理论塔板数的捷算法第五节 双组分精馏的设计计算第74页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4（1）D, xD (W,

32、xW)；（2）xD , xW；（3）选择条件：操作压力p，回流比R，进料热状态q。确定：塔板数N精馏操作分离要求：一理论塔板数的计算第75页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/41.逐板计算法xnyn符合平衡关系；yn +1 xn符合操作关系。塔顶设全凝器，泡点回流。塔顶全凝器 精馏段（n-1）块板，第n块为加料板。精馏段：F, xFD, xDW, xWyWm-112nx1x2xnxm-1y2y1ym-1第76页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4提馏段： 提馏段（m-1）块板 再沸器相当于一块理论板； 分凝器也相当于一块理

33、论板，可以x0、y0计，其他相同 。D, xD分凝器全凝器第77页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/42. 图解法第78页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4第79页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/43. 最优加料位置的确定最优加料板位置：第80页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4确定最佳进料位置 最优进料位置：塔内气相或液相组成与进料组成 相等或相近的塔板。 图解法最优进料板：跨越两操作线交点的梯级， NT最少。 梯级的物理意义理论板上浓度特征：

34、xnyn相平衡，落到平衡线上。某截面浓度特征： xnyn+1操作关系，落到操作线上。注意：第81页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4二回流比的影响与选择1. 回流比对精馏操作的影响第82页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4第83页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/42. 全回流与最少理论板数操作线方程第84页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4操作线：平衡线：第1块板：全凝器或则第2块板：第85页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星

35、期二2022/9/4NT块板后（不包括再沸器）相差不大时：双组分：（不包括再沸器）第86页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/43. 最小回流比第87页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4最小回流比：对于某一物系，在一定的分离任务下，所需理论板为无穷多时所对应的回流比。恒浓区（夹紧点）: 在d点前后气液两相浓度没有变化 ，即无增浓作用。所以此区称作恒浓区，d点叫夹紧点。（1）定义第88页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/41）一般形状的平衡线：（2）最小回流比的计算图解公式计算第89页，共

36、130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4斜率法截矩法公式法q=1，xq=xFq=0，yq=xF第90页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/42）不同平衡线形状的最小回流比第91页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/44. 适宜回流比适宜回流比：问题？实际操作中，RRmin，精馏塔能否正常工作，若能正常工作，导致什么结果？第92页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4三理论板的捷算法1. 先算Rmin2. R=(1.1-2)Rmin3. Nmin 由坐标YN注意：N,

37、 Nmin不包括再沸器。第93页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4例 用一精馏塔分离甲醇-水混合液，已知：xF=0.628(摩尔分率，下同), xD=0.965, xW=0.03, 泡点进料，回流比R=1.95。试: 按逐板计算法确定理论塔板数。并近似用图解法表示第二块板下降液体组成和上升蒸汽组成。第94页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4例 在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，已知xF=0.4（摩尔分率、下同），xD=0.97, xw=0.04 相对挥发度=2.47。 试分别求以下三种进料方式下的最小回流比和全回流

38、下的最小理论板数。 （1）冷液进料q=1.387（2）泡点进料（3）饱和蒸汽进料.第95页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4第十章 蒸馏一、直接蒸汽加热二、回收塔三、多股进料四、分凝器五、间歇精馏第六节 其他蒸馏方式第96页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4一 直接蒸汽加热操作前提：1.物料中有水2.水是重组分，从塔釜出去提馏段物料恒算：操作线方程：FxFWD第97页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4间接加热直接蒸汽加热区别：与对角线的交点不同，xW, N原因：直接蒸汽加热的稀释作

39、用。第98页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4例 含甲醇0.45（摩尔分数，下同）的甲醇-水溶液在一常压连续精馏塔中进行分离，进料量为100kmol/h，泡点进料，要求馏出液含甲醇0.95，釜液含甲醇0.05。塔釜用水蒸气直接加热，回流比为1.8。试问需要多少块理论板？第99页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4二回收塔（提馏塔）特点：从第一块板加料，无精馏段，无回流，下降的液体由进料提供。加料情况：冷液或泡点进料。F xFD xDW xW第100页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4

40、已知：xF, F, xW ,泡点进料L=F, V=D例 回收塔分离乙醇水溶液，塔内有蒸馏釜，一块理论板，已知为泡点进料，要求xD=0.6, xW=0.1。求：xF, D/F第101页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4三 多股进料两股进料： F1,xF1 ， F2, xF2分别与相应塔板组成与xF1，xF2相当; F1 q1 xF1F2 q2 xF2D xDW xW第102页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4两股进料将塔分成三段，得三个操作线方程第一段：第二段：第三段：第103页，共130页，2022年，5月20日，17

41、点9分，星期二2022/9/4例：有两股原料，一股为F1=10 kmol/h，xF1=0.5（摩尔分数，下同），q1=1的饱和液体，另一股为F2=5 kmol/h，xF2=0.4，q2=0的饱和蒸汽，现拟采用精馏操作进行分离，要求馏出液轻组分含量为0.9，釜液含轻组分0.05。塔顶为全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。若两股原料分别在其泡点、露点下由最佳加料板进入。求：1) 塔顶塔底的产品量D和W？ 2) 回流比R=1时求各段操作线方程？ 3）若=3 Rmin=?第104页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4D, xD分凝器全凝器 分凝器也相当于一块理论板，

42、可以x0、y0计，其他相同 。四分凝器第105页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4T 86889092pA0mmHg908.2963.21020.81081pB0mmHg356.1381.1406.7433.7例 分离苯-甲苯混合液，塔顶装有分凝器与全凝器，已知塔顶的蒸汽出口温度92，分凝器出口的汽液温度为88（汽液温度同），p=1atm, 若上述两个温度均下降2，即90与86，试问回流比与流出液组成有何变化？苯-甲苯沸点与饱和蒸汽压数据分凝器第106页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4五间歇精馏特点：（1）过程非定态

43、（2）塔底加料，无提馏段（3） 获得 xD, xW一定的产 品，能耗大于连续精馏两种操作：(1) 恒回流比R为常数(2) 恒流出液组成, 定xD第107页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4(1) 恒回流比R为常数回流比以开始的状态计算已知: F xF,xW终,（平均馏出液组成）, 选择适宜的R求 : NT第108页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4(2) 恒馏出液组成,定xD第109页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4例 CS2和CCl4的混合液在常压下进行间歇精馏，原料中含CS2

44、 , xF=0.3, xW=0.1，停止操作。保持流出液组成恒定为xD=0.9, R=2Rmin。求:理论塔板数第110页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4一 填空题 某精馏塔操作时，F、xf、q、D保持不变，若增加回流比R，则会使xd 增加 xw 减少 V 增加 L/V 增加 。 某精馏塔操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷料进料，且保持F、xf、V、D不变，则会使xd 增加 ，xw 减少 ，R 不变 ，L/V 不变 。第111页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4二 某具有全凝器及间接加热再沸器的精馏塔，分离

45、两组分理想溶液。已知：F=100kmol/h，xf=0.5，q=1，=3，塔内为理论板。测得：xd=0.95，xw=0.05，L=60kmol/h。 求D=？，W=？； 求精馏段操作线的斜率以及最小回流比与最大回流比时精馏段操作线的斜率； 求x0、y1、x1、y2及yw 现因再沸器加热蒸汽压力下降，致使热量下降10，问欲使塔顶产品质量不变，在操作上可采取哪些措施？第112页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4解： 求D=？，W=？可解得：D=50 kmol/h，W=50 kmol/h 求精馏段操作线的斜率以及最小回流比与最大回流比时精馏段操作线的斜率操作条件

46、下：R=L/D=60/50=1.2 精馏段操作线斜率为：最小回流比：q=1，xe=xF=0.5，则第113页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4最小回流比下精馏段操作线斜率为：全回流下精馏段操作线斜率为： 求x0、y1、x1、y2及yw全凝器：x0=y1=xD=0.95第114页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4 现因再沸器加热蒸汽压力下降，致使热量下降10，问欲使塔顶产品质量不变，在操作上可采取哪些措施釜加热量减少10% V减少10%q=1时，V=(R+1)D-(1-q)F=(R+1)D为保证顶产品质量(xD)不变，可

47、保持R不变，D减少10%第115页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4三 在连续精馏塔内分离苯-甲苯二元混合液，原料液中含苯0.5(摩尔分率，以下同)，于泡点温度下加入塔内。要求馏出液中含苯0.95，回收率为96。塔顶采用一个分凝器和一个全凝器，分凝器向塔内提供泡点温度的回流液，从全凝器中得到合格产品。塔底采用间接水蒸汽加热。现测得塔顶回流液中含苯0.88，离开塔顶第一层板的液体含苯0.79。试计算： 操作回流比为最小回流比的倍数； 为得到每小时50kmol的馏出液，需消耗的原料液量； 精馏段和提馏段的汽相负荷各为多少kmol/h？ 假定：操作条件下，相对挥

48、发度为常数；精馏段和提馏段均保持恒摩尔流；塔内各板均为理论板。第116页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4解：据题意知：xF=0.5,q=1,xD=0.95,=0.96,x0=0.88,x1=0.79,y0=xD=0.95y11x0y0 xDx1 操作回流比为最小回流比的倍数q=1，xe=xF=0.5，则第117页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4则 R/Rmin=1.593/1.032=1.544 为得到每小时50kmol的馏出液，需消耗的原料液量 精馏段和提馏段的汽相负荷各为多少kmol/hV=(R+1)D=(1.593+1)50=130 kmol/hV=(R+1)D-(1-q)F=V=130 kmol/h第118页，共130页，2022年，5月20日，17点9分，星期二2022/9/4一 填空题 对一定组成的二元物系，精馏操作压力越大，则相对挥发度 减小 ，塔操作温度 提高 ，对分离 不利 。 精馏塔设计时，F、xF、q、D、xD、R均已知，如降低塔顶回流液的温度，则塔内实际下降液体量 增加 ，塔内实