《精馏原理》讲稿

第五章

蒸馏一、概述二、拉乌尔定律三、挥发度和相对挥发度四、气液相平衡图五、非理想溶液第一节

两组分溶液气液平衡2023/2/31.1概述1、蒸馏的原理通过加热造成气、液两相物系，利用一定压力下各物系中组分相对挥发度（沸点）的不同进行分离液体混全物的一种单元操作。

易挥发组分：沸点低的组分

难挥发组分：沸点高的组分2023/2/3实验室装置2023/2/32023/2/3

蒸馏操作实例：石油炼制中使用的250万吨常减压装置2023/2/32、蒸馏的分类按蒸馏方式

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2023/2/3按操作压强

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

混合物中组分

双组分多组分

按操作方式

间歇

连续

2023/2/33、拉乌尔定律

（1）、拉乌尔定律

溶液理想溶液非理想溶液

化学结构相似，分子大小接近，分子间力近似相等。如图所示，在一定的温度下，溶液上方任意组分的蒸气分压，等于该纯组分在同温度下的蒸气压与该组分在溶液中的摩尔分数之乘积。——拉乌尔定律。2023/2/3可由Antoine方程计算或从手册中查

2023/2/3当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和

——由拉乌尔定律表示的气液平衡关系2023/2/34、挥发度和相对挥发度（1）、挥发度对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压对混合液，挥发度为组分在蒸气中分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比2023/2/3对于理想溶液：

对于非理想溶液：

（2）、相对挥发度溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，用α表示。

2023/2/3相对挥发度的数值可由实验测得

对理想溶液：理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两组分的泡和蒸汽压之比。当t变化时，两者的变化不大，一般可将α视为常数，计算时可取操作温度范围内的平均值。

2023/2/3若操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律

——气液平衡方程

2023/2/3由

知，时，

组分A较B易挥发，可以用蒸馏方法分离时，挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作。

时，不能用普通蒸馏的方法分离混合液。

α可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判据。2023/2/35、汽液相平衡图

（1）温度—组成(

图)

两条线三个区三种点2023/2/3表示混合液的平衡温度和液相组成之间关系，t-x线。露点线表示混合液的平衡温度和气相组成之间的关系，t-y线，泡点线两条线2023/2/3过热蒸汽区两相区液相区三个区2023/2/3●●●沸点（boilingpoint）●●泡点（bubblepoint）x越大，易挥发组分的含量越高，泡点温度越低。

●●露点（dewpoint）y越大，易挥发组分含量越高，露点温度越低。

2023/2/3t汽液两相处于平衡时，两相温度相同此时，气相组成大于液相组成；当气液两相组成相同时，气相露点温度总是高于液相的泡点温度。

2023/2/3EtExFxEyEt-x-y图与蒸馏原理2023/2/32、x-y

图平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。2023/2/3第五章

蒸馏

一、精馏原理二、精馏的流程与装置第二节

精馏原理和流程2023/2/3一、简单蒸馏和平衡蒸馏1、简单蒸馏

2023/2/3简单蒸馏是一个非稳态过程，并不简单！2023/2/32.平衡蒸馏2023/2/3二、精馏原理

1、液体混合物经过多次部份汽化后可变为高纯度的难挥发组分

2023/2/32023/2/32023/2/32、汽体混和物经过多次部分泠凝后可变为高纯度的易挥发组分

2023/2/32023/2/32023/2/3（1）分离过程得到许多中间馏分，如图中的组成为x1.x2

等液相产品，y1.y2等气相产品，因此最后纯产品的收率就很低；（2）设备庞杂，能量消耗大。

2023/2/3图6-4多次部分气化的t-x-y图2023/2/32023/2/33、精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作精馏塔由若干块塔板构成，每块塔板均为理论板，其上温度为泡点；人为地安排则液体的温度2023/2/3汽流——热源液流——冷却剂塔板——中间再沸器和中间部分冷凝器

易挥发组份由液相向汽相传递，难挥发组份由汽相向液相传递

2023/2/3三、精馏的流程与装置1、流程精馏塔再沸器冷凝器2023/2/3F2023/2/3提馏段精馏段进料板2023/2/3这是原油精馏塔之一。原料油是以蒸汽形式加入塔中部，所以加料管很粗。塔顶和塔底有两种物料油流出。精馏塔特写实景2023/2/3精馏装置示意图2023/2/3第五章

蒸馏

一、理论板及恒摩尔流二、物料衡算和操作线三、理论塔板层数的求法四、几种特殊情况时理论板数的求法五、回流比的影响及其选择六、理论板数的捷算法七、实际塔板数、塔板效率八、精馏装置的热量衡算第三节

两组分连续精馏的

分析和计算

2023/2/3一、理论板及恒摩尔流1、理论板

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。2、操作关系

yn+1与xn之间的关系

3、恒摩尔汽化2023/2/34、恒摩尔溢流

5、恒摩尔流假设的条件（1）各组分的摩尔汽化潜热相等；

（2）气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；

（3）塔设备保温良好，热损失可以忽略。

2023/2/3二、物料衡算和操作线1、全塔物料衡算

对总物料：

对于易挥发组分：

2023/2/3若已知进料量和组成，只要确定分离要求和，即可求出和计算式：或2023/2/32、精馏段操作线方程

对总物料：

对易挥发组分：

2023/2/3——回流比

——精馏段操作线方程2023/2/33、提馏段操作线方程

对总物料：

对易挥发组分：

提馏段操作线方程：2023/2/35、进料热状况对操作的影响

1）定义式2）q的计算物料衡算：

2023/2/3热量衡算：

（1）对于泡点进料

2023/2/32023/2/3（2）对于饱和蒸汽进料

（3）对于冷液进料

2023/2/3（4）汽液混合物进料

（5）过热蒸汽进料

对于饱和液体、汽液混合物及饱和蒸汽三种进料而言，q值就等于进料中的液相分率。2023/2/3（3）q值与提馏段操作线方程提馏段操作线方程为：2023/2/3三、理论塔板层数的求法

1．逐板计算法

（已知）

平衡关系操作关系1）精馏段2023/2/3平衡关系操作关系……泡点进料精馏段n-1层2）提馏段（已知）提馏段操作线……提馏段m-1层平衡关系操作关系2023/2/32、图解法1）操作线作法

a）精馏段操作线b）提馏段操作线的作法

2023/2/3abyxxDxWcxFefd2023/2/3c）q线方程－——q线方程或进料方程

2023/2/3d）进料热状况对q线及操作线的影响

过冷液体：q>1,

，ef1（）饱和液体：

q=1,

，ef2（↑）汽液混合物

：0<q<1,

，ef3（）饱和蒸汽：q=0,，ef4

（←）过热蒸汽：q<0,，ef5（）2023/2/3f1f2f3f4f52023/2/32）图解方法

xDabefdxFxWc11‘234562023/2/33、最宜的进料位置

2023/2/3五、回流比的影响及其选择

1、回流比对精馏操作的影响

R↑xD/R+1↓

abyxxDxWcxFefdxD/R+1

NT↓ab

下移R↑D、W不变L、V↑ab与ac重合R=∞NT=Nmin2023/2/3abyxxDxWcxFefdxD/R+1

R↓xD/R+1↑ab、q线与平衡线交于dR=RminN=∞d点夹紧点N↑ab上移Rmin＜＜R∞2023/2/32、全回流及最少理论板层数

全回流时，D=0，F=0，W=0；达到给定分离程度所需的理论板层数最少为Nmin。1）Nmin的求法

a）图解法

xWxD2023/2/3b）解析法——芬斯克(Fenske)方程式

全回流时操作线方程式为：yn+1=xn∴(yA)n+1=(xA)n，(yB)n+1=(xB)n离开任一层板的汽液组成间的关系为：若塔顶采用全凝器，（yA）1=（xA）D

，（yB）1=（xB）D

第一层板的汽液平衡关系为：2023/2/3第一层板和第二层板之间的操作关系为：yA2=xA1,yB2=xB2

即同理，第二板的气液平衡关系为：2023/2/3若令2023/2/3——芬斯克方程

3、最小回流比的求法

1）作图法a）对于正常的平衡曲线

2023/2/3xq,yq——q线与平衡线的交点坐标

qyqxq2023/2/3b）对于某些不正常的平衡曲线

由点a（xD,xD）向平衡线作切线，切线的斜率=Rmin/Rmin+1。

2023/2/32）解析法

对于相对挥发度为常量（或取平均值）的理想溶液

2023/2/3饱和液体进料时

饱和蒸汽进料时

2023/2/34、适宜回流比的选择

R=（1.1～2）Rmin2023/2/3六、理论板数的捷算法

1、吉利兰图

2023/2/32、简捷法求理论板数的步骤根据物系性质及分离要求，求出Rmin，选择合适的R；求出全回流下所需理论板数Nmin；使用吉利兰图，求出所需理论板数；确定加料位置，可把加料组成看成釜液组成求出理论板数即为精馏段所需理论板数，从而可以确定加料位置。

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