化工原理蒸馏

1、第1页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二化工原理蒸馏课件12022年9月4日第三章 蒸馏2/1213.0 概述蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。1.蒸馏分离的依据将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性而达到分离目的的单元操作。这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现的。例如：加热甲醇(沸点64.7)和乙醇(沸点78.3)混合液的过程。A+B大量A+少量B少量A+大量B第2页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏3/121将沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分light component ，用A表示。

2、将沸点高的组分称为难挥发组分或重组分heavy component ，用B表示。则混合液：A+BA+B大量A+少量B少量A+大量B第3页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏4/1212、蒸馏过程的分类按蒸馏方式分为： 平衡蒸馏和简单蒸馏。多用于待分离混合物中各组分挥发度相差较大而对分离要求不高的场合，是最简单的蒸馏；精馏。适合于待分离的混合物中各组分挥发度相差不大且对分离要求较高的场合，应用最广泛；特殊蒸馏。适合于待分离混合物中各组分的挥发度相差很小甚至形成共沸物，普通蒸馏无法达到分离要求的场合。主要有萃取精馏、恒沸精馏、盐熔精馏、反应精馏及

3、水蒸气蒸馏。第4页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏5/121按操作流程分为：间歇蒸馏。又称分批蒸馏，属于非稳态操作，主要适用于小规模及某些有特殊要求的场合；连续蒸馏。属于稳态操作，是工业生产中最常用的蒸馏方式，用于大规模生产的场合。第5页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏6/121按操作压力分为：加压蒸馏。适用于常压下为气态（如空气）或常压下沸点接近室温的混合物；常压蒸馏。适用于常压下沸点在1500C左右的混合物；减压蒸馏。（真空蒸馏）适用于常压下沸点较高或热敏性物质，可降低其沸点。第

4、6页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏7/121按待分离混合物的组分数分为：两组分精馏。计算简单。常以此精馏原理为计算基础，然后引申到多组分精馏计算中。多组分精馏。工业上常见。本章重点讨论常压两组分连续精馏过程的原理和计算。 第7页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏8/1213.蒸馏分离的特点直接获取几乎纯态的产品。而吸收、萃取等操作的产品为混合物。应用范围广。可分离液体混合物，气体混合物、固体混合物。能耗高。气化、冷凝需消耗大量的能量。加压、减压，将消耗额外的能量。第8页，共141页，

5、2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏9/1213.1 两组分溶液的气液平衡3.1.1 两组分理想物系的汽液关系 理想物系是指符合以下条件的物系：液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律；汽相为理想气体，遵循道尔顿分压定律，当总压不太高( 1 :easy to be separatedIf 1yD、xxW。txFxyxWyDtFt1 由此可见，将液体混合物进行一次部分汽化的过程，只能起到部分分离的作用。因此，这种方法只适用于要求粗分或粗加工的场合。要使混合物中的组分得到几乎完全的分离，必须进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。第31页，共141页，2022年，5月20日，

6、17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏32/1213.3 精馏rectification原理和流程3.3.1 精馏原理将部分汽化得到的汽相经过n次部分冷凝后，最终产品组成为yn。次数愈多，组成愈高，最后可得到几乎纯态的易挥发组分。将部分汽化得到的液相经过m次部分汽化后，最终产品组成为xm。次数愈多，组成愈高，最后可得到几乎纯态的难挥发组分。第32页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏33/121多次部分汽化和多次部分冷凝缺点：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。第33页，共141页，2022年，5月2

7、0日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏34/121有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝缺点：设备庞杂第34页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏35/121工业上的精馏过程时在直立圆形的精馏塔内进行的。3.3.2 精馏操作流程1.连续精馏流程进料板Feed plate ：原料液进入的那层塔板精馏段Rectifying section ：进料板以上的塔段All plates above the feed plate 提馏段Stripping section ：进料板以下（包括进料板）的塔段All plates below the

8、 feed, including the feed plate itself 。第35页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏36/121再沸器Reboiler ：部分汽化塔底釜残液Partially vaporize the liquid streams 。冷凝器：冷凝塔顶上升蒸汽Total condenser全凝器Partial condenser(部)分冷凝器理论板：离开的汽液两相达到平衡状态的塔板。第36页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏37/1212.间歇精馏流程原料一次加入到塔

9、内，当釜残液达到指定组成后，精馏停止。无提馏段。精馏段：全部的塔段馏出液组成不断变化，在塔底上升蒸汽量和塔顶回流液量恒定的条件下，馏出液组成不断降低。间歇精馏流程(板式塔)第37页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏38/1213. 塔板的作用 塔板提供了汽液分离的场所。汽液两相在板上充分接触，进行传质和传热。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第38页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏39/1214. 精馏过程的回流回流的作用：提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传

10、质的必要条件。精馏的主要特点就是有回流。回流包括：塔顶回流液塔底回流汽第39页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏40/1213.4 两组分连续精馏的计算3.4.1 理论板的概念和恒摩尔流假定3.4.1.1 理论板的概念Concept of ideal plate:理论板：离开的汽液两相在组成上互成平衡的塔板（The liquid and vapor leaving the plate are brought into equilibrium）。理论上，液相组成均匀一致，汽液两相温度相同。实际上，理论板并不存在，它是作为衡量实际板分离效率的依

11、据和标准。计算中，先求得理论板层数，再用塔板效率予以校正，即得实际板数。第40页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏41/1213.4.1.2 恒摩尔流Constant molal overflow假定恒摩尔汽流： 但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。恒摩尔液流： 但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。若恒摩尔流假定成立，则在塔板上汽液两相接触时，当有1kmol的蒸汽冷凝时便有1kmol液体汽化。第41页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏42/1213.4.2 物料衡算和操作线方程组成xn、

12、yn表示离开第n块理论板的液、汽相组成。yn xn关系已知，为平衡关系。若已知yn+1 xn关系，则塔内各板汽液组成可逐板确定，由此可计算出在指定分离要求下的理论板数， yn+1 xn关系由精馏条件确定，通过物料衡算求得，称为操作关系。第42页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏43/121F, xFD, xDW, xW3.4.2.1 全塔物料衡算式中：F、D、W原料液、塔顶馏出液Overhead product 、塔底釜残液Bottom product的流量，kmol/hxF、xD、xW原料液、塔顶馏出液、塔底釜残液的组成，摩尔分率第43页

13、，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏44/121馏出液采出率釜残液采出率塔顶轻组分回收率塔底重组分回收率说明通常F、xF已知，xD、xW由分离要求确定。物料衡算式中各物理量单位要对应。 流量 组成 kmol/h 摩尔分率 kg/h 质量分率分离程度的表示。第44页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏45/121令 回流比 精馏段操作线方程an equation for the operating line of the rectifying section. 3.4.2.2 操作线Opera

14、ting lines方程1. 精馏段操作线方程第45页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏46/121描述了n与n+1层板间的操作关系，适用于精馏段内任意两板。当R, D, xD为一定值时,该操作线为一直线.说明yxxDab第46页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏47/121已知D，可得L，V：L=RD，V=L+D=(R+1)D本方程只适用于符合恒摩尔流假定的物系斜率:截距:过点a(xD, xD),b(0, )，xy图上联a、b点得精馏段操作线Operating line of rect

15、ifying section。yxxDab第47页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏48/121例题在双组分连续精馏塔中精馏段的某一理论板n上，进入该板的气相组成为0.8(摩尔分率，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-1第48页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏49/121提馏段操作线方程2. 提馏段操作线方程第49页，共141页，2022年，5月20日，17点10

16、分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏50/121说明描述提馏段内相邻两板间的操作关系。L、W、xm、xW一定时，为一直线，过点c(xW,xW)。L与L、F及进料热状况q有关，所以不能直接在xy图上作出提馏段操作线。本方程只适用于符合恒摩尔流假定的物系。第50页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏51/1213.4.3 进料热状况的影响3.4.3.1 进料热状况原料液的可能的5种不同的热状况：1. 冷液体Subcooled liquid原料温度低于泡点进料。原料全部进入提馏段。L由三部分组成：LF提馏段蒸汽冷凝液流量FLVLV第51页，共1

17、41页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏52/1212. 饱和液体Saturated liquid （泡点）进料原料温度等于泡点。原料全部进入提馏段。FLVLV3. 气液混合物 Vapor-liquid mixture原料温度介于泡点和露点之间。进料中液相部分成为L的一部分，汽相部分成为V的一部分。FqF(1-q)FLVLV第52页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏53/1214. 饱和蒸汽Saturated vapor （露点进料）原料温度等于露点。原料全部进入精馏段。FLVLVFLVLV5.过热

18、蒸汽Superheated vapor原料全部进入精馏段。V由三部分组成：VF精馏段回流液体部分汽化的蒸汽流量第53页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏54/121加料板F, IFL,ILV,IVL,ILV,IV3.4.3.2 加料板的物料及热量衡算1、加料板的物料衡算Material balance of feed plate物料恒算：F+V+L=V+L第54页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏55/121加料板F, IFL,ILV,IVL,ILV,IV2、加料板的热量衡算Enthal

19、py balance of feed plateFIF+LIL+VIV=VIV+LIL恒摩尔流假定成立，则：IV=IV；IL=IL联立以上各式，得：F(IV-IF)=(L-L)(IV-IL)q称进料热状况参数第55页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏56/1213.4.3.3 q值的意义及计算第56页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏57/121或：以1kmol/h进料为基准时，提馏段中液体流量较精馏段中的增大的kmol/h数。对于饱和液体、汽液混和物及饱和蒸汽三种进料状况而言，q值就等

20、于进料中的液相分率（液化率）。饱和液体：L-L=F；q=1饱和蒸汽： L-L=0；q=0汽液混合物：杠杆规则。第57页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏58/121例题【例】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。【解】 1.第58页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏59/

21、121第59页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏60/121说明q线方程是精馏段操作线和提馏段操作线交点的轨迹方程。在xy图上是过点e(xF,xF)，斜率为q/(q-1)的直线。3.4.3.4 进料方程Feed condition q线方程加料板处于精馏段和提馏段的结合处，因而进料的操作关系应同时满足精馏段和提馏段操作方程式，将方程式中变量略去下标，使精馏段、提馏段中两式变量相同： 第60页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏61/1213.4.3.5 进料热状况对精馏操作过程的影响1.q

22、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()f1f2f3f4f5yxFexDxWabcd第61页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏62/1213.4.3.5 进料热状况对精馏操作过程的影响2.q值愈大，即进料愈冷，精馏段愈短，操作过程较早地转入提馏段，此时两操作线与平衡线距离愈远，因而有利于分离；3.q值不同，不改变精馏段操作线的位置，仅改变了提馏段操作线的位置。 f1f2f3f4f5yxFexDxWabcd第62页，共141页，2

23、022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏63/121W, xW3.4.4 理论板层数的计算采用逐板计算法和图解法。均利用平衡关系和操作关系。1. Lewis-Sorel method逐板计算法塔顶设全凝器，塔底间接蒸汽加热。yWF, xFD, xD212n(1)x1x2xnx2y2y1y2m-1第63页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏64/121【Attention 】The nth plate is feed plate, and is also the first plate of stripping

24、section.The number of plate in rectifying section is (n-1)The mth plate should be reboiler. Therefore the number of plate in stripping section is (m-1).Total number of ideal stages is (n+m-2)第64页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏65/121例5.在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。已知操作回流比R为3，馏出液的组成为0.95（摩尔分率），塔顶采用全凝

25、器。该物系在本题所涉及的浓度范围内气液平衡方程为y=0.42x+0.58。试求精馏段内离开第二层理论板（从塔顶往下计）的气液相组成。 解： 第65页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏66/1212. McCabe-Thiele method图解法其原理同逐板计算法相同。步骤：在xy图上绘出平衡曲线和对角线。作出精馏段操作线。作出提馏段操作线。从a点开始出发在平衡线与操作线间绘梯级。至xxW为止。xWabcfedyxFxD第66页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏67/121说明一个直角梯

26、级代表一块理论板。若塔顶采用分凝器，则精馏段理论板层数=相应阶梯数-1；若塔底采用间接蒸汽加热，则提馏段理论板层数相应阶梯数-1。适宜进料板位置为跨过点d的理论板。当q，操作线离平衡线愈远，NT。xWabcfedyxFxD第67页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏68/121梯级的物理意义xn,yn符合平衡关系，由2点表示第68页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏69/121确定最优进料位置适宜的进料位置应为跨过d点所对应的阶梯。对于一定的分离任务，所需理论板数为最少。进料位置过低，使釜

27、残液中轻组分含量偏高，完成指定分离任务时，所需理论板数增加。第69页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏70/121进料位置过高，使馏出液中轻组分含量偏低，完成指定分离任务时，所需理论板数增加。第70页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏71/1213.4.5 回流比的影响及其选择3.4.5.1. 回流比对精馏操作的影响回流比有两个极限：上限全回流时的回流比，下限是最小回流比。第71页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏72/1213.4.

28、5.2 全回流与最少理论板数全回流Total reflux ：将塔顶上升蒸汽冷凝后全部回流至塔内。特点是：全回流操作时塔顶产品为零，因而当过程达到稳定时，既不向塔内进料，也不能取出塔底产品。无精馏段和提馏段之分，二段操作线合二为一，与对角线重合。由于操作线与平衡线距离最远，因而达到一定分离要求(xD，xW)时，所需理论板数最少，以Nmin表示。 第72页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏73/121Nmin求解方法：图解法：在平衡线和对角线间绘梯级。Nmin=梯级数。若塔釜采用间接蒸汽加热，则Nmin含釜。第73页，共141页，2022年，

29、5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏74/121操作线：平衡线：第1块板：全凝器则第2块板：解析法 Fenske equation 第3块板：第74页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏75/121（不含釜）全回流时，N=Nmin。对上式取对数，略去下标A、B：第n+1块板(再沸器)：第75页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏76/121全回流是回流比的上限。其操作因无产品，对生产过程无实际意义。但在精馏塔的开工阶段、调试过程或实验研究时采用，以便于操作过程的稳定

30、和控制。 相对挥发度相差不大时：上式仅适用于两组分精馏时全回流情况下最小理论板数Nmin的计算。将式中xW换为进料组成xF，取为塔顶和进料处的平均值，亦可用来计算全回流时精馏段的最少理论板数及进料板位置。 说明第76页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏77/1213.4.5.3 最小回流比随着回流比R的减小，两条操作线向平衡线移动，使得达到一定分离要求时，所需理论板数增多。当回流比减少到某一数值时，两操作线的交点d恰好落在平衡曲线上，见图。因两操作线交点不可能在平衡曲线上，否则推动力为0，所需理论板数为无穷大，此时对应的回流比称为最小回流比

31、，以Rmin表示。第77页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏78/121最小回流比：对于一定的分离任务，所需理论板为无穷多时所对应的回流比。特点：此时操作关系变为平衡关系，yn+1既与xn平衡，又与xn+1平衡，因而xn+1xn，及yn+1yn，即经过一块理论板，气液两相浓度无变化，d点称夹紧点，此区域称夹紧区(恒浓区)。操作已无浓度变化，因此要达到一定的分离要求，理论上需无限多块理论板，实际操作已不能进行。 第78页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏79/1213.4.5.3 最小回流

32、比(续)Rmin的求解方法：图解法正常平衡曲线：读取d点坐标(xq,yq)第79页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏80/121不正常平衡曲线：过点a或点c作平衡线的切线。过点e作q线，q线与精馏段操作线的交点为d，读取d点坐标(xq,yq)。按下式计算：cc第80页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏81/121说明饱和液体进料：q=1时，xq=xF饱和蒸汽进料： q=0，yq=yF汽液混和物进料：0qRmin：N=有限值,设备费R再增加，N减少的缓慢，但因V增加，使塔、再沸器、冷凝器等

33、尺寸增加，因此设备反而上升。如红线示。3.R对总费用的影响 如蓝线示。第83页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏84/1214.适宜回流比通过经济衡算确定适宜回流比：总费用最低时的回流比为适宜回流比。经济衡算繁琐，根据经验选取：R=(1.12.0)Rmin通常对易分离的物系R取得小些，而对难分离的物系，R取得大些。 第84页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏85/121例5 在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原料液流量为1000kmol/h，组成为含苯0.4（摩尔分率，下同）馏出液组

34、成为含苯0.9，苯在塔顶的回收率为90%，泡点进料，回流比为最小回流比的1.5倍，物系的平均相对挥发度为2.5。试求：（1）精馏段操作线方程；（2）提馏段操作线方程。 解：W=F-D=1000-400=600kmol/h第85页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏86/121精馏段操作线方程 （1）第86页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏87/121（2）第87页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏88/121例6.在常压连续精馏塔中分

35、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）饱和蒸汽进料两式联立；xq=0.483, yq=0.698相平衡方程：解：（1）q=1.387,则q线方程：第88页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏89/121(2)泡点进料，q=1 则xq=xF=0.4(3)饱和蒸汽进料，q=0则yq=xF=0.4第89页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二20

36、22年9月4日第三章 蒸馏90/121(4) 全回流时的最小理论板数结论在分离要求一定的情况下，最小回流比Rmin与进料热状况q有关，q, Rmin。Nmin与进料热状况无关。第90页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏91/1213.4.6 简捷法求理论板层数将N、Nmin、R、Rmin关联成如图形式，称吉利兰关联图。求解N步骤：求解Rmin：选择R：R=(1.12.0)Rmin第91页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏92/121将N、Nmin、R、Rmin关联成如图形式，称吉利兰关联

37、图。求解N步骤：求解Rmin：第92页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏93/121选择R：R=(1.12.0)Rmin求解Nmin：第93页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏94/121注意：N,Nmin不含釜。求解N：第94页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏95/121说明1.加料板位置的确定：2.曲线两端代表两种极限情况：右端：全回流左端：最小回流比第95页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9

38、月4日第三章 蒸馏96/1213.条件：组分数为211，5种进料状况，Rmin=0.530.70，=1.264.05，N=2.443.1。4.横标值X=0.010.9时，可用下式计算：第96页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏97/1213.4.8.1 塔高Z的计算板式塔，先利用塔板效率将理论板层数折算成实际板层数，然后再由实际板层数和板间距相乘计算塔高。填料塔，先计算等板高度，再由理论板层数与等板高度相乘计算塔高。以上计算的塔高，均指塔体有效高度，不包括再沸器和塔顶空间等高度。3.4.8 塔高和塔径的计算第97页，共141页，2022年，

39、5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏98/1211.板式塔有效高度的计算全塔效率ETNT、NP:不包括塔釜第98页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏99/121说明全塔效率反映全塔传质性能的优劣，是各层塔板的平均效率。影响全塔效率的因素很多，且非常复杂，因此目前不能用理论公式计算。ET的获得：选用经验值；利用经验公式计算。如P134奥康奈尔(Oconnell)关联式。第99页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏100/121单板效率(默弗里板效率)EM以汽相(或液

40、相)经过实际板的组成变化值与经过理论板的组成变化值之比。yn(yen)yn1xn(xen)xn-1n第100页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏101/121说明单板效率反映单独一块板上传质的优劣。EM通过实验测定获得。一般来说，每块板上的单板效率并不相等，用汽相和液相表示的单板效率也不相等。第101页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏102/121点效率EO塔板上某点的局部效率。y与流经塔板某点的液相浓度x相接触后而离开的气相浓度；ye与流经塔板某点的液相浓度x成平衡的气相浓度； ny

41、(ye)yn1x (xe)xn-1第102页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏103/121塔高Z的计算式中：NP实际板层数，不含釜。 NT理论板层数，不含釜。 HETP等板高度，m，实验测定。 HT板间距，m，经验值范围见P180表4-3。第103页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏104/1213.4.8.2 塔径的计算式中：Vs塔内上升蒸汽的体积流量，m3/s u空塔速度，m/s精馏段和提馏段上升蒸汽量不一定相等，因此塔径分别计算。第104页，共141页，2022年，5月20日，1

42、7点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏105/1211.精馏段Vs的计算2.提馏段说明若两段上升蒸汽体积流量相差不太大时，两段采用较大一段的塔径；塔径圆整。第105页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏106/1211.再沸器的热量恒算：1小时，0C为基准。3.4.9 连续精馏装置的热量恒算目的：确定再沸器、冷凝器的热负荷，加热介质与冷却介质的用量，为设计这些设备提供数据。QL QBV,IVWL,ILmW,ILWLVWh,Ih1Wh,Ih2第106页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章

43、蒸馏107/1212.冷凝器的热量恒算以冷凝器为例。1小时,0C为基准，忽略热损失D,ILDQcV,IVDL,ILDWc,Ic1Wc,Ic1VL第107页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏108/1213.4.10 精馏过程的操作型计算和调节3.4.10.1 影响精馏操作的主要因素1.物料平衡的影响据物料衡算，对一定的F和xF，确定了xD和xW后，D、W即确定了。因此，D、W或D/F、W/F只能根据xD、xW确定，而不能任意增减，否则进、出塔的两个组分的量不平衡，将导致塔内组成变化，操作波动，使操作不能达到预期的效果。第108页，共141页

44、，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏109/1212.回流比R的影响增大R，将使精馏段操作线斜率L/V变大，推断力变大，馏出液组成变大；同时，使提馏段操作线斜率L/V变小，推断力变大，釜残液组成变小；但塔顶产品D减小。第109页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏110/1213.回流液温度的影响回流液温度降低，将增加塔内实际 的汽液两相流量，使分离效率提高。但能量消耗增大。4.进料组成xF的影响xF , 其它不变， D, W不变。结果：xD , xW xF 对xD, xW 的影响第110页，共141页

45、，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏111/1215.进料热状况q的影响q , R 不变， D不变， V 结果：xD , xW q 对xD, xW 的影响第111页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏112/1213.4.10.2 精馏过程的操作型计算此类计算的任务是在设备（精馏段板数及全塔理论板数）已定的条件下，由指定的操作条件预计精馏操作的结果。已知量为：全塔总板数N及加料板位置（第m块板）；相平衡曲线或相对挥发度；原料组成xF与热状态q，回流比R；并规定塔顶馏出液的采出率D/F。待求的未知量为精馏

46、操作的最终结果产品组成xD、xW以及逐板的组成分布。第112页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏113/121操作型计算的特点： 由于众多变量之间的非线形关系，使操作型计算一般均须通过试差（迭代），即先假设一个塔顶（或塔底）组成，再用物料衡算及逐板计算予以校核的方法来解决。 加料板位置（或其它操作条件）一般不满足最优化条件。第113页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏114/1213.4.10.3 精馏产品的质量控制和调节1.精馏塔的温度分布 溶液的泡点与总压及组成有关。精馏塔内各块塔板

47、上物料的组成及总压并不相同，因而塔顶至塔底形成某种温度分布。在加压或常压精馏中，各板的总压差别不大，形成全塔温度分布的主要原因是各板组成不同。图a表示各板组成与温度的对应关系，于是可求出各板的温度并将它标绘在图b中，即得全塔温度分布曲线。 第114页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏115/121减压精馏中，蒸汽每经过一块塔板有一定压降，如果塔板数较多，塔顶与塔底压强的差别与塔顶绝对压强相比，其数值相当可观，总压降可能是塔顶压强的几倍。因此，各板组成与总压的差别是影响全塔温度分布的重要原因，且后一因素的影响往往更为显著。第115页，共141

48、页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏116/1212.灵敏板一个正常操作的精馏塔当受到某一外界因素的干扰（如回流比、进料组成发生波动等），全塔各板的组成发生变动，全塔的温度分布也将发生相应的变化。因此，有可能用测量温度的方法预示塔内组成尤其是塔顶馏出液的变化。第116页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏117/121在一定总压下，塔顶温度是馏出液组成的直接反映。但在高纯度分离时，在塔顶（或塔底）相当高的一个塔段中温度变化极小，典型的温度分布曲线如图所示。这样，当塔顶温度有了可觉察的变化，馏出液组成的

49、波动早已超出允许的范围。以乙苯-苯乙烯在8kPa下减压精馏为例，当塔顶馏出液中含乙苯由99.9%降至90%时，泡点变化仅为0.7。可见高纯度分离时一般不能用测量塔顶温度的方法来控制馏出液的质量。第117页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏118/121 仔细分析操作条件变动前后温度分别的变化，即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上，温度变化量最为显著。或者说，这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏，故将这些塔板称之为灵敏板。将感温元件安置在灵敏板上可以较早觉察精馏操作所受到的干扰；而且灵敏板比较靠近进料口，可在塔顶馏出液组成尚未产生 变化之

50、前先感受到进料参数的变动并即使采取调节手段，以稳定馏出液的组成。第118页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏119/1213.5 间歇精馏间歇蒸馏如图所示。间歇蒸馏又称分批精馏。将原料分批加入釜内，每蒸馏完一批原料后，再加入第二批料。所以，对批量少，品种多，且经常改变产品要求的分离，常采用间歇蒸馏。 间歇蒸馏有两种操作方式：（1）恒定回流比R（2）恒定塔顶组成间歇蒸馏有以下特点：a. 间歇蒸馏属于非稳态过程 b. 只有精馏段没有提留段 第119页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏120/

51、1213.6 特殊精馏3.6.1 恒沸精馏对于具有恒沸点的非理想溶液，通过加入质量分离剂即挟带剂与原溶液其中一个或几个组分形成更低沸点的恒沸物，从而使原溶液易于采用蒸馏进行分离的方法，称之为恒沸精馏。乙醇水恒沸精馏流程如下图所示。第120页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏121/1213.6.2 萃取精馏组分的相对挥发度非常接近，但不形成共沸物的混合物，不宜采用常规蒸馏方法进行分离。而通过加入质量分离剂（或称之萃取剂），其本身挥发性很小，不与混合物形成共沸物，却能显著地增大原混合物组分间的相对挥发度，以便采用精馏方法加以分离，称此精馏为萃

52、取精馏。环乙烷苯的萃取精馏流程如图所示 （糠醛萃取剂使苯由易挥发组分变为难挥发组分其值远离 第121页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏122/121基本原理 与概念设计计算强化精馏指导操作本章总结联系图扩展延伸第122页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏123/121一、三个平衡1.相平衡汽液平衡相图：txy图和xy图泡点方程和露点方程汽液平衡方程基本原理与概念tx(y)第123页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏124/1212.

53、物料平衡全塔精馏段提馏段进一步整理得：精馏段操作线第124页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏125/121提馏段操作线方程q线方程或进料方程第125页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏126/1213.热量平衡再沸器冷凝器（全凝器）第126页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏127/121二、两个概念1.回流比全回流：最小回流比第127页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏128/

54、121适宜回流比R：R=(1.12.0)Rmin2.进料热状况5种进料热状况q对汽液流量的影响f1f2f3f4f5yxFexDxWabcd冷液体q1VVLL泡点q=1V=VL=L+F汽液混合物0q1VL露点q=0V=V-FL=L过热蒸汽q0VVLL第128页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏129/121三、四个回收程度1.塔顶轻组分回收率：2.塔底重组分回收率：3.塔顶馏出液采出率：4.塔底釜残液采出率：返回第129页，共141页，2022年，5月20日，17点10分，星期二2022年9月4日第三章 蒸馏130/121设计计算1.理论板层数的计算2.塔高的计算：3.塔径的计算：方法特点假设逐板计算法精确符合恒摩尔流假定梯级图解法简明简捷法(Gilliand图)估算用返回第130页，共141页，20