化工基础-课件chapter6精馏

第六传质过程工业上 厂里 的增浓与提纯蒸馏：液体混合物通过加热变成汽、液两相，利用各（一）蒸馏过程的分类按蒸馏方式分平衡蒸(闪蒸：连续操作简单蒸馏：间歇操 精馏：借助回流技术实现高纯度、高回收 的蒸馏方(重点特殊精馏：各组分相差极小或形成恒沸 萃取精馏、恒沸精馏、盐效应精馏 按操作压力分加压蒸馏：常态或常压下泡点以下的混合常压蒸馏：常压下泡点为室温至1500C左右的混合真空蒸馏：常压下泡点较高或热敏性混合泡点：一定压力、组成的二元混合物开始汽化：一定压力、组成的二元混合物开始液化沸点：纯按混合物中组分数目分两组分精馏：基多组分精馏：工业生产中常见按操作流程间歇蒸馏：小规模、多品种或有特殊要求，非稳态连续蒸馏：工业上主要存在形式，稳态操（二）蒸馏操作的特可直接获得产品，无需外加吸收剂或萃取适用范围广泛，不仅可分离液体混合物，还§1两组分溶液的汽液平8理想物pAp0pAp0AApApy汽相为理想气体，pApy理想气体：总压不太高(一般不高于104KPa)时的汽相蒸馏时描述相平衡的基FFC222表明对于两组分汽液平衡，可变化的参数有4任意确定2个，平衡物系状态即唯理想物系汽液相平衡方程：(一)利用饱和蒸气压计算汽液平衡关系以A表示易挥发组分，B表示难挥发组 p*

p*1x p* p*x pp

p

f(t),p f(t p p

plog A tyAlog A t pBA f(t), fpBA——安托尼 (二)利用相对挥发度计xvpxvAA

pBxvBxvB理想溶液 相对挥发度：易挥(重组分)的挥发度之比，以α表vApA /xA /汽相为理想

pyA/xAyAxB理想物

pyB/p*pp* p*B

yBxyAxyBx

y y y y ②α=1，代入得y=x，此时需用特殊精馏P196例6-一)t-x-y总压t-x：泡点线饱和液体 线饱和蒸汽E、 三个区域汽液共存杠杆规x-y恒压或理想物系 。比t-x-y图方便快。x=1§2精馏原理2-1馏原理精馏：借助“回流”技术实现混合液高纯度分离的多级P=t多多次部分汽化和多部分冷凝的t-x-y xor原理上可实现两组分高纯度分

缺点：尽管2-2馏流工业上在精馏塔与部分冷凝有机偶合在一起概念回流是精普通蒸建立汽液两相体足够层数的 VLDFVW塔板的ynynyn+1xnxn-1 原料分批得§3两组分连续精馏的计3-1理论板的概念和恒摩尔流、理论若离开某层塔板的汽液两相在组成上达到平衡，yn fxnyn fxn

——相平衡①理想化，因达到汽液平衡需要足够长的，而且还受到传质设备的限制，不可能存在的二、恒摩尔流假——为了简化精馏恒摩尔汽精馏段提馏段V与V’V与V’不一定相液气恒摩尔液精馏段提馏段：L1’=L2’=L3’=…=L两组分的摩尔汽化潜热nKmol液体汽化，就有nKmol气体液化(轻组分：液→气，重组分：气→液)，汽液接触时因温度不同交换的热量计，即tn-1tn。3-2衡料衡FxFDx

Wx采出易挥难挥发组分回收率(塔釜)：

W1

DxDAF DxDAFB(一)精馏段物料衡算总：V=L+D轻Vyn1DxD L D yyLL nDLxDR ——回流比D

L

xn

LD yyRRxn1RxD馏段物总：LV轻：LxmWxWV 'L 'Wym1'LWym1'LWxm'L'WW 三、加料板的物料及物衡：热衡：FIFLILVIvvIvLIL根据恒摩尔流假定：IV=IV，IL=IL(由于塔中)VV IvIFLLIvIL

IF将1Kmol进料变为饱和蒸汽所需热IvIL LL 进料热冷液V<V>(d)δ=0:(e)δ<0VLVLVLVLVLFF F F F {{}{}FF F F F {{}{}}

饱和液

汽液混合

饱和蒸

过热蒸过冷液体：tFt

Pt-t-t-AF饱和F

t 热状况饱和液、汽混合ttFt饱和蒸汽 过热蒸汽：tFt 在实际生产中，以接近泡点的冷进料和泡故提馏段的操作线方程中L’ymym1'LWxm'L'WWym' L x'LFmWLFxW四、精馏段操作线和提馏段操作线精馏段操作kRRkRRyyRRxR1RR①通过点RR

xy Ly L xLFWLFxW提馏线与精馏段操作线的交点轨迹VyLx D

VyLx W (VV')y(LL')x Wx LL

VV1yy x δ线的做y xδ线的做yδ线方程特①经过点

②斜率

xA精馏段操作线Ay②做δ线精馏线于点A（xδ、A与(xW,xW),

xbq<bq<fddq=ddd0<q<aq>q=③ x

xx x精馏提馏提馏

y

x操作线离相平衡线越远，传质推动力越大50kmolh试求：（1）塔顶、塔底写出精馏段和提馏段的操作线方程解

F又

1 wF wF

W500.65(10.99)8.125kmolDFW508.12541.875kmol回流比R＝L/LRD＝341.88＝125.6 h1VLD(R1)D441.88＝167.5 h1＝0V'V(1)F167.550117.5 h1L'LF125.6050125.6 h1

FxF500.650.99 y x

0.75xR Ry

1.07x 重要原则精馏塔内任一截面上的汽液两相组成：计算双组分连续精理论塔板数的方法逐逐板计图图解捷捷算逐板计算（Mccabe-Thiele）法前提：塔顶是全凝器设共有N块理论塔板，在第m已知：xD、xF、xW，R，δ逐板计算yy1D衡1线 衡22操作y......N3NN xNW 相平衡方程：y 精馏线方1R nRxD提馏线方' L x'mLFmWLFxW

精馏段操提馏段操

xwyes停止计No继续计①若xi-1>xF，xi≤xF，则第i块理论板为加料(即最优加料位置是确②每使用一次相平衡关系，即对应一层理论塔板③逐板计算的理论塔板数包括再沸器在内④以上作出的xi是否大于xF的判断是针对泡点进料的，对于其它进料，应是xi≤xδ。(xδ为精馏线与δ线交逐板计算法的优缺点

y xδ x图解法yy 相平衡x操作线y相平衡x操作线1 2x23NNNNW3453456721yyy已知 xD、xFxW从塔底、塔顶

x图解法步骤（从塔底算起）：作相平衡线和作精馏线、δ当x>xδ(泡点时是xF),在精馏线与相平衡用图解法作出的塔板数包括再沸器和分凝塔内N阶梯数不作特殊说明时塔顶冷凝器都按全凝器处最优进料位置的确 由图解法和逐板计算法都可以确定加料在塔内液相或汽相组成与进料组成相近或相均不能获得最佳分离1

进料口213213a4567d89f非最佳位置料比最佳位进料论板数多4bc100

x理论板数的图解1c

进料口213213a4567d89f2b非最佳位置料比最佳位进料论板数多F, 0

x理论板数的图解

δ↓，操作线越靠近平衡线，传质推动力↓，其T。其它条件不变时，当连续精馏操作的度、进料液流量分别增大时，理论塔板数yyx1.全回流：特点①D=0，无产出

馏线、提馏线之分，操作线与y=x重合③离平衡线最远，传质最好，传质推动力最大，所i。应用，用刚开车时，系统还未达到稳态，塔底馏出液组成不恒定，收集无益，利用全回流传质推动力最大的特q123q12345作图在y=x与相平衡线间逐板计Fenske 1xWlg1 D ①αm为①αm为全塔平均挥发度，可取塔顶、塔底②Nmin不含

lg

2.增大产品量随着R的减小，精当精馏线与δ线交点落在平衡线上时，相应的R称为Rmin。

RminRmin的求kkRmin

xD

xDRRxDyy

xxyx

最小回流 解：Rmin=(xD-yδ)/(yδ- 相平衡关系yδ ⑴δ=0,yδ由(2)：xδ=(0.5-Rmin=(0.95-0.5)/(0.5-⑵δ=1,xδ由(2)yδ=0.8×0.5+0.2=0.6Rmin=(0.95-0.6)/(0.6-适宜回流比的确定综合操作费用和设备费用两方面考虑 设备 操作关联Rmin、R、Nmin、NNNN

步骤1求出Rmin，并确定宜回流比 Fenske求出实际塔板 xn-yn yyn y*n

xn- MarphreeEm单板效率EEyny*实际塔板推动 （气相n理论塔板推动EExn1x实际塔板推动 （液相x*n理论塔板推动总板效率EEN 100N影响塔板效率的预测塔板效率的方法，一般用经验公式计算，见§6特殊精馏和适用情况类型恒沸精馏、萃取精馏、减压精馏等6-16-1形成的恒沸物沸点与另一分离组分的沸点之差②易于回收，最好是新恒沸物在冷凝时可以分层（非均相）A+B形成恒沸物，S夹带剂，S与B形成新的

6-26-2萃取精馏原理(萃取剂)萃取剂要求②应明显改善两组分的相对挥发度③萃取剂必须与待分离混合物互溶苯（80.1℃）、环己烷（80.73℃）、加入萃取剂糠糠醛摩尔0α 糠环己烷+

环己苯苯+糠6-36-3简单流程示意6-46-4适用于具有最低沸点相图 简单流程示意 B

6-56-5AABACCB§7Equipmentforgas-liquidmass塔式设备可以分为—代表是—代表是填料7-1板式塔（Tray塔溢流

保持Overflow一定降液

动液液体依靠，由上层板的板式正常操作空塔速度生产能力大塔板效率稳造价低，检修方故工有降液管式（错流塔板）cross-flow无降液管式（穿流塔板）dual-flow结构简单，操作弹性小，生产能力大，工小，过去工业上应结构特点：塔板上开有优点：生产能力大、操缺点:不易处理易结生产能力大塔板效率高压降低结构简单，制造维修方便，造价低廉常见塔板的性塔板类相对相对操压力结成泡罩塔中高复低低0.4-浮阀塔大中一0.7-舌型塔小低简0.5-对难分离物质的高纯度分——追求高的塔板效率对处理量大又易分离的物——追求高的生产能力对于真空蒸——要求低的塔板压降 填料塔（Packed填料塔的特点（一生产能力大（单位塔截面上10%。10填料塔空隙率高。板式塔：0.4-1.1千帕0.01-0.27千帕。优点：有利于热敏性物系分离填料塔的特(二填料是填料塔 构件，它提供了气两相接触传质的散装规整

列，整齐堆砌的填RaschigPall 几种常用填料的综评排丝网波纹填很1孔板波纹填2金属3456瓷较7略8略9The 间歇精馏（选讲操作特点无提馏场合原料分批得，灵间歇精馏的间歇精馏有两种操作方式恒定馏出液组成的间歇精馏操作计算恒回流比操作时所需要的理论最小回流比Rmin的确 RxdydyxffRxdR