化工原理蒸馏课件

§6.1概述§6.2

双组分溶液的汽液相平衡§6.3蒸馏与精馏原理§6.4双组分连续精馏的分析与计算§6.5恒沸精馏与萃取精馏习题课第六章蒸馏§6.1概述第六章蒸馏1幻灯片1目录§6.1概述§6.2二元物系的汽液相平衡§6.3蒸馏方式与精馏原理

1、简单蒸馏2、平衡蒸馏3、平衡级和精馏原理第六章蒸馏幻灯片1目录§6.1概述第六章蒸馏2§6.1概述获得高纯度产品；获得粗馏分。例如：在酿酒业中饮料酒；

利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。一、什么是蒸馏？

二、蒸馏在工业生产中的应用

§6.1概述获得高纯度产品；利用各组分挥发3蒸馏的分类

§6.1概述蒸馏的分类§6.1概述4三、基本概念1、易挥发组分（轻组分）：在一定的外界压力下，混合物中沸点低的组分容易挥发2、难挥发组分（重组分）：混合物中沸点高的组分3、饱和蒸气压：在密闭容器内，在一定温度下，纯组分液体的汽液两相达到平衡状态，称为饱和状态，其蒸气称为饱和蒸气，其压力就是饱和蒸气压。在一定温度下，混合液中饱和蒸气压高的组分容易挥发，低的组分难挥发。三、基本概念1、易挥发组分（轻组分）：在一定的外界压力下，混5液体的饱和蒸气压是表示液体挥发能力的一种属性。液体的挥发能力越大，其蒸气压就越大。液体的饱和蒸气压是表示液体挥发能力的一种属性。6相对挥发度显然对理想溶液，有：相对挥发度显然对理想溶液，有：7液体混合物的蒸气压1、对于二组分混合液，由于B组分的存在，使得A组分在汽相中的蒸气分压比其在纯态下的饱和蒸气压要小。2、理想溶液：在全部浓度范围内符合拉乌尔定律的溶液液体混合物的蒸气压1、对于二组分混合液，由于B组分的存在，使8四、理想溶液汽液相平衡

蒸馏一般在恒压下操作，恒压下不同组成混合液加热汽化达到汽液两相平衡时的平衡温度与液相组成及汽相组成之间的关系。四、理想溶液汽液相平衡蒸馏一般在恒压下操作9§6.2双组分溶液的气液相平衡二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有：温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。§6.2双组分溶液的气液相平衡二元物系汽液相平衡时，所10杠杆原理：力力臂=常数即：液相量L1=汽相量L2量浓度差露点线一定在泡点线上方。§6.2二元物系的汽液相平衡11杠杆原理：即：液相量L1=汽相量L2量浓度差露点线一定在化工原理蒸馏课件121）对于理想溶液，曾得到这样一条规则：

“相对较易挥发物质，在平衡蒸气相中的浓度要大于其在溶液相中的浓度。”2）数学表示式为：若PA0PB0，则yAxA3）上述规则对非理想溶液来说，一般也是适用的。补充：经验规则（

1881年，阿诺华洛夫）1）对于理想溶液，曾得到这样一条规则：“相对较易挥发物质13由于较易挥发的物质其沸点较低，因此蒸气压—组成图中，蒸气压较高的物质A有较低的沸点；而具有较低沸点的组分在平衡气相中的浓度要大于其在溶液中的浓度。所以气相线在液相线

的右上方（如图）由于较易挥发的物质其沸点较低，因此蒸气压—组成图中，蒸气压较14纯组分A纯组分B6.2.1双组分理想物系的气液相平衡1.利用饱和蒸气压计算气液平衡关系下标A表示易挥发组分（轻组分）；下标B表示难挥发组分（重组分）纯组分A纯组分B6.2.1双组分理想物系的气液相平衡115理想物系理想物系拉乌尔定律1.利用饱和蒸气压计算气液平衡关系理想物系理想物系拉乌尔定律1.利用饱和蒸气压计算气液平衡关16相对挥发度2用相对挥发度表示的气液平衡关系相对挥发度2用相对挥发度表示的气液平衡关系17在一定温度范围内，α近似为常数；对理想物系，相对挥发度与温度关系不大，可近似认为与温度无关。α的大小反映了混合液分离的难易程度。

2用相对挥发度表示的气液平衡关系…….双组分理想溶液的气液相平衡方程在一定温度范围内，α近似为常数；对理想物系，相对挥发度与温度18化工原理蒸馏课件19化工原理蒸馏课件20因为yx

说明：（1）相平衡曲线必落在对角线的上方；2）气液平衡相图（y-x图）因为yx说明：（1）相平衡曲线必落在对角线的上方；2）气21说明：（2）越远离1，也就愈有利于蒸馏操作----------越大，相平衡曲线偏离对角线愈远，表示达到气液相平衡时气、液两相组成的差异愈大，说明：（2）越远离1，也就愈有利于蒸馏操作-------22非理想溶液的气液相平衡6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡非理想溶液的气液相平衡6.2.2双组分非理想23t-xt-y极大正偏差溶液：6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡t-xt-y极大正偏差溶液：6.2.2双组分非理想物系的242．负偏差溶液2．负偏差溶液25t-yt-x极大负偏差溶液：有最高恒沸物t-y6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡t-yt-x极大负偏差溶液：有最高恒沸物t-y6.2.226非理想物系的相平衡关系方程仍可用式但通常不再是一个常数。6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡非理想物系的相平衡关系方程仍可用式但通常不再是一个常数。6276.3蒸馏方式1、简单蒸馏6.3蒸馏方式1、简单蒸馏282、平衡蒸馏又称闪蒸1）．

流程及特点2、平衡蒸馏又称闪蒸1）．

流程及特点293、平衡级和精馏原理使不平衡的气液两相（气相温度高、液相温度低）经过足够长时间充分接触，离开时，气液两相达到了平衡，这个过程称为平衡级。1）平衡级定义

又称接触级

接触级

x0t0L饱和液相饱和气相y0T0VT0>t0yVtxLttt-yt-xB

A3、平衡级和精馏原理使不平衡的气液两相（气相30进料釜液馏出液精馏段提馏段冷凝器再沸器精馏是利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流、经过多次平衡级过程，使物系实现高纯度分离的操作。2）．精馏原理及设备

平衡级平衡级平衡级进料釜液馏出液精提冷凝器再沸器精馏是利用混合物中各组分31说明1）在精馏过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。2）工业上的精馏过程是在精馏塔内将液相的多次部分汽化和气相的多次部分冷凝过程有机结合而进行的。3）气、液相回流是精馏的重要特点。冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。4）由于在塔的进料板以下（包括进料板）的塔段中，上升气相从下降液相中提出了易挥发组分，故称提馏段（strippingsection)；由于塔的上半段上升气相中难挥发组分被除去，易挥发（轻）组分得到了精制，故称精馏段。说明1）在精馏过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制32幻灯片2目录§6.4双组分连续精馏的分析与计算6.4.1全塔物料衡算

6.4.2理论板的概念和恒摩尔流假定

6.4.1操作线方程

6.4.4进料热状况的影响及q线方程第六章蒸馏幻灯片2目录§6.4双组分连续精馏的分析与计算第六章33D,xDW,xWF,xF§6.4二元连续精馏塔的计算计算项目：塔顶（或塔底）产量和浓度塔内物流量回流量塔板数或填料层高度进料位置塔径D,xDW,xWF,xF§6.4二元连续精馏塔的34D,xDW,xWF,xF6.4.1全塔物料衡算F－原料流量，kmol/hD－塔顶产品（馏出液）流量，kmol/hW－塔底产品（釜液）流量，kmol/hxF–原料中易挥发组分的摩尔分数xD–馏出液中易挥发组分的摩尔分数xW–釜液中易挥发组分的摩尔分数D,xDW,xWF,xF6.4.1全塔物料衡算F35采出率采出率366.4.1全塔物料衡算参见：例题6-36.4.1全塔物料衡算参见：例题6-3371.理论板的概念

理论板指离开该板的气相组成与离开该板的液相组成之间温度相等，且平衡的理想化塔板。6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定1.理论板的概念6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定382.恒摩尔流假定

（1）恒摩尔气流精馏段V1=V2=V3=V=常数提馏段V1′=V2′=V3′=V′=常数（2）恒摩尔液流精馏段L1=L2=L3=L=常数提馏段L1′=L2′=L3′=L′=常数6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定下标1,2,…表示塔板的序号。2.恒摩尔流假定6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定下标396.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定------若组分A、B的汽化潜热接近，则NA=NB6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定------若组分A406.4.3进料热状况的影响及q线方程

6.4.3进料热状况的影响及q线方程416.4.3进料热状况的影响及q线方程

6.4.3进料热状况的影响及q线方程421.进料热状态参数1.进料热状态参数43化工原理蒸馏课件44对气液混合物进料：q表示了进料中液体量占总进料的分率，称为液体分率。------对气液混合物进料：q表示了进料中液体量占总进料的分率，称为液45操作线方程：表达由任意板下降液相组成xn与其下一层塔板上升的气相组成yn+1之间关系的方程。在连续精馏塔中，因原料液不断从塔的中部加入，使得精馏段和提馏段具有不同的操作关系。6.4.4操作线方程操作线方程：表达由任意板下降液相组成xn与其下一层塔板上升的46D,xDW,xWF,xF1、精馏段操作线方程n1D,xDW,xWF,xF1、精馏段操作线方程n1471、精馏段操作线方程nxn

yn+1

1、精馏段操作线方程nxnyn+148操作线斜率大，意味着经过一块理论板后，汽相的增浓程度变大，液相的减浓程度变大。故操作线斜率大对精馏段的分离是有利的。汽相增浓程度液相减浓浓程度思考：操作线斜率大，对精馏是否有利？操作线斜率大，意味着经过一块理论板后，汽相的增浓49

2．提馏段操作线方程2．提馏段操作线方程50定义：塔釜的汽相回流比（蒸出比）提馏段操作线方程为：定义：塔釜的汽相回流比（蒸出比）提馏段操作线方程为：51斜率小，提馏段内塔板的分离能力高。

斜率小，提馏段内塔板的分离能力高。523、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3、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53例题

在一连续操作的精馏塔中，分离正戊烷-正己烷溶液。进料温度20℃，进料组成为0.4，q值为1.22，馏出液组成为0.95，釜液组成为0.05，上述组成均为正戊烷的摩尔分数。精馏段每层塔板下降液体的流量为馏出液流量的1.6倍（摩尔比），试写出本题条件下的提馏段操作线方程。例题在一连续操作的精馏塔中，分离正戊烷-正己烷54根据题意，R=1.6，q=1.22根据题意，R=1.6，q=1.22554.q线方程4.q线方程566.4.5理论塔板数N的计算理论板数的求取方法：6.4.5理论塔板数N的计算理论板数的求取方法：57

1．

逐板法1．逐板法58

(1)

作出精、提操作线、q线；(2)

从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止；2．图解法麦卡勃-蒂列（Mccabe-Thiele）法，简称M-T法(1)

作出精、提操作线、q线；2．图解法麦卡勃-蒂59

(3)

所画的总阶梯数就是全塔所需的理论塔板数（包含再沸器），跨过点d的那块板就是加料板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。理论板12.8块（包括再沸器），其中精馏段5.7块，提馏段板数=11.8-5.7=6.1块，加料板在第6块。(3)

所画的总阶梯数就是全塔所需的理论塔板数（包含60说明：1）点1表示气相浓度y1与液相浓度x1成平衡，相当于逐板计算中使用一次平衡关系，由y1求x1，因此代表一块理论板。2）每一梯级的水平线代表液相向下流经每一理论板，其组成由xn降至xn+1；每一梯级的垂直线代表气相向上流经每一理论板，其组成由yn升至yn-1。3）平衡曲线上各点代表离开该理论板的上升蒸气组成yn与下降液体组成xn的平衡关系。4）操作线上各点代表相邻两层理论板之间的上升蒸气组成yn+1与下降液体组成xn的操作线关系。说明：1）点1表示气相浓度y1与液相浓度x1成平衡，相当于逐61幻灯片3目录§6.4二元连续精馏的分析与计算

6.4.6回流比的影响及选择6.4.7理论板数的捷算法6.4.8塔板效率与实际塔板数 习题课

第六章蒸馏幻灯片3目录§6.4二元连续精馏的分析与计算第六章626.4.6

回流比的影响及选用D,xDW,xWF,xF6.4.6回流比的影响及选用D,xDW,xWF,x631．最小回流比Rmin为完成某一分离要求，所需的理论塔板数为无穷多时的回流比称为最小回流比。6.4.6

回流比的影响及选用1．最小回流比Rmin为完成某一分离要求，所需的理论塔板数为64图解法解析法6.4.6

回流比的影响及选用图解法解析法6.4.6回流比的影响及选用65L=V2．

全回流和最少理论板数Nmin6.4.6

回流比的影响及选用L=V2．全回流和最少理论板数Nmin6.4.666Nmin的求取方法：逐板法、图解法Nmin的求取方法：逐板法、图解法67（N、Nmin均包括再沸器在内）4.6.7理论板数的捷算法（N、Nmin均包括再沸器在内）4.6.7理论板数的捷算法68nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率与实际塔板数1．单板效率EmV、EmL

nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率与实际塔板数69nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率与实际塔板数1．单板效率EmV、EmL

nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率与实际塔板数702．全塔效率E0

又称总板效率，其定义为：其值一定小于1，多数在0.5～0.7之间。D,xDW,xWF,xF2．全塔效率E0又称总板效率，其定义为：其值一定小于1，多716.4.8塔板效率与实际塔板数ET与Em数值上不一定相等；ET大，则表明Em一定大。但反过来，Em大，则ET不一定大，这是因为，板和板之间传质会相互影响，可能存在着各种不利的操作现象，如漏液、雾沫夹带、液泛等。思考：单板效率Em与全塔效率ET有何关系？6.4.8塔板效率与实际塔板数ET与Em数值上不一定相等；72习题课D,xDW,xWF,xF公式：习题课D,xDW,xWF,xF公式：73例1苯和甲苯构成的理想混合物中，含苯0.4，流量1000kmol/h，在一常压精馏塔内进行分离，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90％，泡点进料，泡点回流，取回流比为最小回流比的1.5倍。已知α＝2.5。试求：(1)塔底残液量W及组成；(2)精馏段操作线方程；(3)提馏段操作线方程。习题课例1苯和甲苯构成的理想混合物中，含苯0.4，流量100074化工原理蒸馏课件75化工原理蒸馏课件76化工原理蒸馏课件77例2

欲用连续精馏塔分离苯－甲苯溶液。已知xF=0.5，xW=0.1，xD=0.9（均为摩尔分率）。采用回流比R＝2Rmin，系统相对挥发度α=2。饱和液体由塔中部加入，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。试求：(1)采出率D/F；(2)精馏段及提馏段操作线方程。

例2欲用连续精馏塔分离苯－甲苯溶液。已知xF=0.5，78化工原理蒸馏课件79化工原理蒸馏课件80例3设计型问题组成为xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中汽液摩尔比为1:2，塔顶xD=0.95（以上均为摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比R=1.5Rmin，塔釜间接蒸汽加热，相对挥发度=2.5。试求：（1）原料中汽相和液相组成；（2）列出提馏段操作线方程。DxD=0.95W,xWFxF=0.45R=1.5Rmin=2.5例3设计型问题DW,xWFR=1.5Rmin=2.81设计型问题举例汽液摩尔比为1:2DxD=0.95W,xWFxF=0.45R=1.5Rmin=2.5解：（1）原料中汽相和液相组成设原料中汽相组成为ye，液相组成为xe，则设计型问题举例汽液摩尔比为1:2DW,xWFR=1.5Rm82设计型问题举例（2）列出提馏段操作线方程DxD=0.95W,xWFxF=0.45R=1.5Rmin=2.5设计型问题举例（2）列出提馏段操作线方程DW,xWFR=183设计型问题举例设计型问题举例846.5恒沸精馏和萃取精馏

一些具有恒沸点的非理想溶液，因该点的相对挥发度等于1，不能采用常规精馏方法将完全分离。有些相对挥发度接近1的体系，采用常规精馏，则需要理论板数多，回流比大，很不经济。对于上述两种情况，可采用恒沸精馏和萃取精馏。6.5恒沸精馏和萃取精馏一些具有856.5.1恒沸精馏

在双组分的混合液中加入第三组分（称为夹带剂），该组分能与溶液中的一个或两个组分形成一新的最低恒沸物，恒沸物从塔顶蒸出，塔底引出较纯产品，此即恒沸精馏。eg：乙醇－水恒沸精馏中，加入夹带剂苯6.5.2萃取精馏

和恒沸精馏相似，也是向原料液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原组分间的相对挥发度而达到分离要求的特殊精馏方法。eg：常压下环己烷－苯中，加入糠醛作为萃取剂。6.5.1恒沸精馏86复习题1、精馏过程是利用

和

的原理进行完成的。2、最小回流比是指

。3、当分离要求和回流比一定时，

进料的q值最小，此时分离所需的理论板数

。4、

精馏操作的依据是______。

复习题1、精馏过程是利用和875、若精馏塔塔顶某理论板上气相露点温度为t1，液相泡点温度为t2；塔底某理论板上气相露点温度为t3，液相露点温度为t4。请将4个温度间关系用>、=、<符号顺序排列如下_____。

答案：t1=t2<t3=t46、某二元理想物系的相对挥发度为2.5，全回流操作时，已知塔内某块理论板的气相组成为0.625，则下层塔板的气相组成为

。答案：0.45、若精馏塔塔顶某理论板上气相露点温度为t1，液相泡点温度为887、连续精馏操作时，操作压力越大，对分离越

，若进料气液比为1：4（摩尔）时，则进料热状况参数q为

。

答案：不利；0.28、精馏操作时，若进料的组成、流量和气化率不变，增大回流比，则精馏段操作线方程的斜率

，提馏段操作线方程的斜率_______,塔顶组成_______,塔底组成

_______.

答案：增加；减小；增加；降低7、连续精馏操作时，操作压力越大，对分离越，89参考文献1、浙江大学化工原理本科教学课程组2、天津大学化工原理本科教学课程组3、杨雪峰，化工原理课件4、王志魁主编，化工原理5、李凤华主编，化工原理参考文献1、浙江大学化工原理本科教学课程组90§6.1概述§6.2

双组分溶液的汽液相平衡§6.3蒸馏与精馏原理§6.4双组分连续精馏的分析与计算§6.5恒沸精馏与萃取精馏习题课第六章蒸馏§6.1概述第六章蒸馏91幻灯片1目录§6.1概述§6.2二元物系的汽液相平衡§6.3蒸馏方式与精馏原理

1、简单蒸馏2、平衡蒸馏3、平衡级和精馏原理第六章蒸馏幻灯片1目录§6.1概述第六章蒸馏92§6.1概述获得高纯度产品；获得粗馏分。例如：在酿酒业中饮料酒；

利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。一、什么是蒸馏？

二、蒸馏在工业生产中的应用

§6.1概述获得高纯度产品；利用各组分挥发93蒸馏的分类

§6.1概述蒸馏的分类§6.1概述94三、基本概念1、易挥发组分（轻组分）：在一定的外界压力下，混合物中沸点低的组分容易挥发2、难挥发组分（重组分）：混合物中沸点高的组分3、饱和蒸气压：在密闭容器内，在一定温度下，纯组分液体的汽液两相达到平衡状态，称为饱和状态，其蒸气称为饱和蒸气，其压力就是饱和蒸气压。在一定温度下，混合液中饱和蒸气压高的组分容易挥发，低的组分难挥发。三、基本概念1、易挥发组分（轻组分）：在一定的外界压力下，混95液体的饱和蒸气压是表示液体挥发能力的一种属性。液体的挥发能力越大，其蒸气压就越大。液体的饱和蒸气压是表示液体挥发能力的一种属性。96相对挥发度显然对理想溶液，有：相对挥发度显然对理想溶液，有：97液体混合物的蒸气压1、对于二组分混合液，由于B组分的存在，使得A组分在汽相中的蒸气分压比其在纯态下的饱和蒸气压要小。2、理想溶液：在全部浓度范围内符合拉乌尔定律的溶液液体混合物的蒸气压1、对于二组分混合液，由于B组分的存在，使98四、理想溶液汽液相平衡

蒸馏一般在恒压下操作，恒压下不同组成混合液加热汽化达到汽液两相平衡时的平衡温度与液相组成及汽相组成之间的关系。四、理想溶液汽液相平衡蒸馏一般在恒压下操作99§6.2双组分溶液的气液相平衡二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有：温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。§6.2双组分溶液的气液相平衡二元物系汽液相平衡时，所100杠杆原理：力力臂=常数即：液相量L1=汽相量L2量浓度差露点线一定在泡点线上方。§6.2二元物系的汽液相平衡101杠杆原理：即：液相量L1=汽相量L2量浓度差露点线一定在化工原理蒸馏课件1021）对于理想溶液，曾得到这样一条规则：

“相对较易挥发物质，在平衡蒸气相中的浓度要大于其在溶液相中的浓度。”2）数学表示式为：若PA0PB0，则yAxA3）上述规则对非理想溶液来说，一般也是适用的。补充：经验规则（

1881年，阿诺华洛夫）1）对于理想溶液，曾得到这样一条规则：“相对较易挥发物质103由于较易挥发的物质其沸点较低，因此蒸气压—组成图中，蒸气压较高的物质A有较低的沸点；而具有较低沸点的组分在平衡气相中的浓度要大于其在溶液中的浓度。所以气相线在液相线

的右上方（如图）由于较易挥发的物质其沸点较低，因此蒸气压—组成图中，蒸气压较104纯组分A纯组分B6.2.1双组分理想物系的气液相平衡1.利用饱和蒸气压计算气液平衡关系下标A表示易挥发组分（轻组分）；下标B表示难挥发组分（重组分）纯组分A纯组分B6.2.1双组分理想物系的气液相平衡1105理想物系理想物系拉乌尔定律1.利用饱和蒸气压计算气液平衡关系理想物系理想物系拉乌尔定律1.利用饱和蒸气压计算气液平衡关106相对挥发度2用相对挥发度表示的气液平衡关系相对挥发度2用相对挥发度表示的气液平衡关系107在一定温度范围内，α近似为常数；对理想物系，相对挥发度与温度关系不大，可近似认为与温度无关。α的大小反映了混合液分离的难易程度。

2用相对挥发度表示的气液平衡关系…….双组分理想溶液的气液相平衡方程在一定温度范围内，α近似为常数；对理想物系，相对挥发度与温度108化工原理蒸馏课件109化工原理蒸馏课件110因为yx

说明：（1）相平衡曲线必落在对角线的上方；2）气液平衡相图（y-x图）因为yx说明：（1）相平衡曲线必落在对角线的上方；2）气111说明：（2）越远离1，也就愈有利于蒸馏操作----------越大，相平衡曲线偏离对角线愈远，表示达到气液相平衡时气、液两相组成的差异愈大，说明：（2）越远离1，也就愈有利于蒸馏操作-------112非理想溶液的气液相平衡6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡非理想溶液的气液相平衡6.2.2双组分非理想113t-xt-y极大正偏差溶液：6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡t-xt-y极大正偏差溶液：6.2.2双组分非理想物系的1142．负偏差溶液2．负偏差溶液115t-yt-x极大负偏差溶液：有最高恒沸物t-y6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡t-yt-x极大负偏差溶液：有最高恒沸物t-y6.2.2116非理想物系的相平衡关系方程仍可用式但通常不再是一个常数。6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡非理想物系的相平衡关系方程仍可用式但通常不再是一个常数。61176.3蒸馏方式1、简单蒸馏6.3蒸馏方式1、简单蒸馏1182、平衡蒸馏又称闪蒸1）．

流程及特点2、平衡蒸馏又称闪蒸1）．

流程及特点1193、平衡级和精馏原理使不平衡的气液两相（气相温度高、液相温度低）经过足够长时间充分接触，离开时，气液两相达到了平衡，这个过程称为平衡级。1）平衡级定义

又称接触级

接触级

x0t0L饱和液相饱和气相y0T0VT0>t0yVtxLttt-yt-xB

A3、平衡级和精馏原理使不平衡的气液两相（气相120进料釜液馏出液精馏段提馏段冷凝器再沸器精馏是利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流、经过多次平衡级过程，使物系实现高纯度分离的操作。2）．精馏原理及设备

平衡级平衡级平衡级进料釜液馏出液精提冷凝器再沸器精馏是利用混合物中各组分121说明1）在精馏过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。2）工业上的精馏过程是在精馏塔内将液相的多次部分汽化和气相的多次部分冷凝过程有机结合而进行的。3）气、液相回流是精馏的重要特点。冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。4）由于在塔的进料板以下（包括进料板）的塔段中，上升气相从下降液相中提出了易挥发组分，故称提馏段（strippingsection)；由于塔的上半段上升气相中难挥发组分被除去，易挥发（轻）组分得到了精制，故称精馏段。说明1）在精馏过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制122幻灯片2目录§6.4双组分连续精馏的分析与计算6.4.1全塔物料衡算

6.4.2理论板的概念和恒摩尔流假定

6.4.1操作线方程

6.4.4进料热状况的影响及q线方程第六章蒸馏幻灯片2目录§6.4双组分连续精馏的分析与计算第六章123D,xDW,xWF,xF§6.4二元连续精馏塔的计算计算项目：塔顶（或塔底）产量和浓度塔内物流量回流量塔板数或填料层高度进料位置塔径D,xDW,xWF,xF§6.4二元连续精馏塔的124D,xDW,xWF,xF6.4.1全塔物料衡算F－原料流量，kmol/hD－塔顶产品（馏出液）流量，kmol/hW－塔底产品（釜液）流量，kmol/hxF–原料中易挥发组分的摩尔分数xD–馏出液中易挥发组分的摩尔分数xW–釜液中易挥发组分的摩尔分数D,xDW,xWF,xF6.4.1全塔物料衡算F125采出率采出率1266.4.1全塔物料衡算参见：例题6-36.4.1全塔物料衡算参见：例题6-31271.理论板的概念

理论板指离开该板的气相组成与离开该板的液相组成之间温度相等，且平衡的理想化塔板。6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定1.理论板的概念6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定1282.恒摩尔流假定

（1）恒摩尔气流精馏段V1=V2=V3=V=常数提馏段V1′=V2′=V3′=V′=常数（2）恒摩尔液流精馏段L1=L2=L3=L=常数提馏段L1′=L2′=L3′=L′=常数6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定下标1,2,…表示塔板的序号。2.恒摩尔流假定6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定下标1296.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定------若组分A、B的汽化潜热接近，则NA=NB6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定------若组分A1306.4.3进料热状况的影响及q线方程

6.4.3进料热状况的影响及q线方程1316.4.3进料热状况的影响及q线方程

6.4.3进料热状况的影响及q线方程1321.进料热状态参数1.进料热状态参数133化工原理蒸馏课件134对气液混合物进料：q表示了进料中液体量占总进料的分率，称为液体分率。------对气液混合物进料：q表示了进料中液体量占总进料的分率，称为液135操作线方程：表达由任意板下降液相组成xn与其下一层塔板上升的气相组成yn+1之间关系的方程。在连续精馏塔中，因原料液不断从塔的中部加入，使得精馏段和提馏段具有不同的操作关系。6.4.4操作线方程操作线方程：表达由任意板下降液相组成xn与其下一层塔板上升的136D,xDW,xWF,xF1、精馏段操作线方程n1D,xDW,xWF,xF1、精馏段操作线方程n11371、精馏段操作线方程nxn

yn+1

1、精馏段操作线方程nxnyn+1138操作线斜率大，意味着经过一块理论板后，汽相的增浓程度变大，液相的减浓程度变大。故操作线斜率大对精馏段的分离是有利的。汽相增浓程度液相减浓浓程度思考：操作线斜率大，对精馏是否有利？操作线斜率大，意味着经过一块理论板后，汽相的增浓139

2．提馏段操作线方程2．提馏段操作线方程140定义：塔釜的汽相回流比（蒸出比）提馏段操作线方程为：定义：塔釜的汽相回流比（蒸出比）提馏段操作线方程为：141斜率小，提馏段内塔板的分离能力高。

斜率小，提馏段内塔板的分离能力高。1423、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3、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143例题

在一连续操作的精馏塔中，分离正戊烷-正己烷溶液。进料温度20℃，进料组成为0.4，q值为1.22，馏出液组成为0.95，釜液组成为0.05，上述组成均为正戊烷的摩尔分数。精馏段每层塔板下降液体的流量为馏出液流量的1.6倍（摩尔比），试写出本题条件下的提馏段操作线方程。例题在一连续操作的精馏塔中，分离正戊烷-正己烷144根据题意，R=1.6，q=1.22根据题意，R=1.6，q=1.221454.q线方程4.q线方程1466.4.5理论塔板数N的计算理论板数的求取方法：6.4.5理论塔板数N的计算理论板数的求取方法：147

1．

逐板法1．逐板法148

(1)

作出精、提操作线、q线；(2)

从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止；2．图解法麦卡勃-蒂列（Mccabe-Thiele）法，简称M-T法(1)

作出精、提操作线、q线；2．图解法麦卡勃-蒂149

(3)

所画的总阶梯数就是全塔所需的理论塔板数（包含再沸器），跨过点d的那块板就是加料板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。理论板12.8块（包括再沸器），其中精馏段5.7块，提馏段板数=11.8-5.7=6.1块，加料板在第6块。(3)

所画的总阶梯数就是全塔所需的理论塔板数（包含150说明：1）点1表示气相浓度y1与液相浓度x1成平衡，相当于逐板计算中使用一次平衡关系，由y1求x1，因此代表一块理论板。2）每一梯级的水平线代表液相向下流经每一理论板，其组成由xn降至xn+1；每一梯级的垂直线代表气相向上流经每一理论板，其组成由yn升至yn-1。3）平衡曲线上各点代表离开该理论板的上升蒸气组成yn与下降液体组成xn的平衡关系。4）操作线上各点代表相邻两层理论板之间的上升蒸气组成yn+1与下降液体组成xn的操作线关系。说明：1）点1表示气相浓度y1与液相浓度x1成平衡，相当于逐151幻灯片3目录§6.4二元连续精馏的分析与计算

6.4.6回流比的影响及选择6.4.7理论板数的捷算法6.4.8塔板效率与实际塔板数 习题课

第六章蒸馏幻灯片3目录§6.4二元连续精馏的分析与计算第六章1526.4.6

回流比的影响及选用D,xDW,xWF,xF6.4.6回流比的影响及选用D,xDW,xWF,x1531．最小回流比Rmin为完成某一分离要求，所需的理论塔板数为无穷多时的回流比称为最小回流比。6.4.6

回流比的影响及选用1．最小回流比Rmin为完成某一分离要求，所需的理论塔板数为154图解法解析法6.4.6

回流比的影响及选用图解法解析法6.4.6回流比的影响及选用155L=V2．

全回流和最少理论板数Nmin6.4.6

回流比的影响及选用L=V2．全回流和最少理论板数Nmin6.4.6156Nmin的求取方法：逐板法、图解法Nmin的求取方法：逐板法、图解法157（N、Nmin均包括再沸器在内）4.6.7理论板数的捷算法（N、Nmin均包括再沸器在内）4.6.7理论板数的捷算法158nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率与实际塔板数1．单板效率EmV、EmL

nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率与实际塔板数159nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率与实际塔板数1．单板效率EmV、EmL

nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率与实际塔板数1602．全塔效率E0

又称总板效率，其定义为：其值一定小于1，多数在0.5～0.7之间。D,xDW,xWF,xF2．全塔效率E0又称总板效率，其定义为：其值一定小于1，多1616.4.8塔板效率与实际塔板数ET与Em数值上不一定相等；ET大，则表明Em一定大。但反过来，Em大，则ET不一定大，这是因为，板和板之间传质会相互影响，可能存在着各种不利的操作现象，如漏液、雾沫夹带、液泛等。思考：单板效率Em与全塔效率ET有何关系？6.4.8塔板效率与实际塔板数ET与Em数值上不一定相等；162习题课D,xDW,xWF,xF公式：习题课D,xDW,xWF,xF公式：163例1苯和甲苯构成的理想混合物中，含苯0.4，流量1000kmol/h，在一常压精馏塔内进行分离，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90％，泡点进料，泡点回流，取回流比为最小回流比的1.5倍。已知α＝2.5。试求：(1)塔底残液量W及组成；(2)精馏段操作线方程；(3)提馏段操作线方程。习题课例1苯和甲苯构成的理想混合物中，含苯0.4，流量1000164化工原理蒸馏课件165化工原理蒸馏课件166化工原理蒸馏课件167例2

欲用连续精馏塔分离苯－甲苯溶液。已知xF=0.5，xW=0.1，xD=0.9（均为摩尔分率）。