化工原理蒸馏

1.4精馏原理与流程SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SCUT,YangdongjieOneflash-vaporizationstage

y1>x11.4.1精馏原理多次部分汽化和多次部分冷凝xFy1x1y2x2y3x3y3y2213x1’y1x2’x3’x3y1<y2<y3…..<xD;x’1>x’2>x’3>…>xWPureAandPureBTheamountofAandBisfew,

yieldislower缺点：1.收率低；(大量的中间产品)2.设备重复量大，设备投资大；3.能耗大，过程有相变。多次部分汽化和多次部分冷凝是精馏分离的必要条件问题：工业上如何实现？x3<y1MasstransferT3<T1heattramsferxFx1y2x2y3x3y1321y2213x1y1xDx2x3y3

有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝缺点:设备复杂y'3x'3y'4y2213x'2x'4x1y1xDx2x3y3引入回流最上层冷凝器－提供下降液流最下层加热器－提供上升蒸汽SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SCUT,Yangdongjie

Inadistillationcolumnthestages(referredtoassieveplatesortrays)inadistillationtowerarearrangedvertically,SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SCUT,Yangdongjie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。SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SCUT,Yangdongjie精馏与简单蒸馏的区别：汽相和液相的部分回流。也是精馏操作的基本条件。精馏原理

料液,xFFeed塔顶产品,xDOverheadproduct塔底产品,xWBottomsproduct液相回流Liquidreflux汽相回流Vaporreflux精馏段Rectifyingsection提馏段Strippingsection再沸器Reboiler冷凝器condenser进料板以上称为精馏段

精制汽相中的易挥发组分。进料板以下（包括进料板）称为提馏段提浓液相中难挥发组分。塔顶产品称为馏出液——富含易挥发组分。塔底产品称为釜液——富含难挥发组分。SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SCUT,Yangdongjieynxnyn-1yn+1nn+1n-1xn+1xn-1xmymxDF,xFcondenserreboilerxn-1<xn,

yn>yn+1.BottomTopTBottom>TTopPBottom>PTopxD>xW板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系为n-1tn-1ntnn+1tn+1yn+2yn+1ynyn-1xn-2xn-1xnxn+1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。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；浓度变化xn+1yn-1yn+1xn-1传质推动力热量传递过程液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。易挥发组分：液相→汽相难挥发组分：汽相→液相。传质方向易挥发组分沿塔高方向增加，而温度沿塔高方向降低。过程控制精馏过程速率由传质过程控制。传质设备

板式塔—逐级接触式设备；填料塔—微分接触式设备。板式塔填料塔SchoolofChemistryandChemicalEngineering,SCUT,Yangdongjie1)回流的作用是什么？2)塔底再沸器和塔顶冷凝器能否省去？1）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。1.5两组分连续精馏塔的计算1.5.1理论板的概念和恒摩尔流的假设汽、液两相在其上进行接触传质时，离开该塔板的两相在传质、传热方面都达到了平衡。1.理论板的概念理论板具有最大的分离能力，是塔分离的极限能力tn=Tn

，yn=f(xn)VnynVn+1yn+1Ln-1

xn-1Ln

xnntnn-1n+1xnynxn+1xn-1yn+1yn-1实际中，塔板上气液两相间的接触时间和接触表面积是有限的；理论板的提出，便于衡量实际板分离的效果。通常在设计过程中先求出理论板数，经修正得实际板。同一板上气液浓度服从平衡关系隔板之间气液浓度服从操作关系（物料衡算）2.恒摩尔流的假设前提条件(1)各板上混合物的摩尔汽化潜热近似相等rA=rB(2)汽液接触时因温度不同交换的显热忽略Cp△t≈0(3)塔设备保温良好，热损失可以忽略QL=0精馏：V1=V2=Vn=V;L1=L2=Ln=L;提馏段V’1=V’2=Vn’=V’;L’1=L’2=Ln’=L’

恒摩尔汽、液流：L’L’L’V’V’V’B,xB精馏与提馏段两相流量

L=L’;V=V’(?)与什么有关？？

物料衡算全塔物料衡算F,xFD,xDW,xW总物料衡算F=W+DFxF=WxW+DxD难挥发组分回收率：易挥发组分回收率：公式记忆：符合杠杆定律

馏出液的采出率:釜液采出率:a非进料板物料衡算

塔板上物料衡算

任意n非进料板物料衡算则有：Ln-1xn-1VnynLnxnVn+1yn+1第n块板一类是非进料塔板一类是进料塔板

b.进料塔板的物料衡算设进料板为第m板，第m块加料板F,xFLm-1xm-1VmymLmxmVm+1ym+1

Operatinglinesequation

yn+1~xn相邻两板汽液组成的关系Twosectionstwooperatinglines

操作线方程

xn-1

yn

xn

yn+1第n块板1精馏段操作线方程V=L+DVyn+1=Lxn+DxD回流比refluxratio：R=L/DWhencondensateisliquidatitsbubblepoint,

L=Lc＝L1＝L2＝…….,V=V1＝V2=……D,xDL,xDV,y1123nL,xnV,yn+1L=RDV=(R+1)DTop---Totalcondenser：y1=xD.讨论：

当F（进料量）确定，同时规定了塔顶及塔底的产品组成，增加回流比是否意味着D减少？

并不意味着D减少，而是意味着上升蒸汽量增加；增大回流比的措施是增大塔底的加热速率和塔顶的冷凝量；

增大回流比的代价是能耗的增大。精馏段操作线:当R,D,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

）2提馏段操作线方程L'=V'+WL'xm=V'ym+1+WxW

W,xWm+1m+2m+3NL',xmV',ym+1xW过点（xW，xW

）斜率：截距:yxxDabq提馏段操作线提馏操作线：y

=x=xWL’/V’-WxW/V’操作线方程的在图上的画法精馏操作线：y

=x=xDR/(R+1)xD/(R+1)

xy01.01.0xD

abxW

cdeStrippingsectionVm+1=Vm

=……..=V’

Lm=Lm+1

=……….=L’

V=V’

?

L’=L’？Rectifyingsection

Vn+1=Vn=……….=V

Ln=Ln-1=…………=L进料热状况a:冷液b:饱和液体，泡点c:气液混合物d:饱和蒸气，露点e:过热蒸气1进料热状况cTx(y)abde进料热状况参数加料板FF,IFLILVIVL'IL'V'IV'IV=IV'IL=IL'3进料热状态对塔内气、液流量的影响

气液混合物进料(0<q<1)过热蒸气进料(q<0)冷液进料(q>1)饱和液体进料(q=1)饱和蒸气进料(q=0)V'进料热状态对塔内气、液流量的影响cPL－－specificheatsofliquidTF=temperatureoffeedTb=bubblepointoffeed,r=heatofvaporizationForcoldfeedq>1;Forpartiallyvaporfeed,0<q<1molesofliquidofcolumnpermoleoffeedForsuperheatedvaporfeedcPv－－specificheatsofvapor,TF=temperatureoffeedTd=dewpointoffeed,r=heatofvaporizationMaterialbalanceoffeedplate=fractionoffeedthatisvaporized原料汽化分率q=fractionoffeedthatisfluidified原料液化分率L'=L+qFV=V'-(q-1)FV'=V+(q-1)F

q=2/3，表明总量为3，含液体量2，汽体量为1

则进料液中汽：液=1：2，液体量：总量=2/3，

FeedlineFeedline----Lineofintersectionsofthetwooperatinglines.xW进料方程－－q线方程两操作线交点轨迹即q线Vy=Lx+DxDV'y=L'x-WxW

(V'–V)y=(L'–L)x-(DxD+WxW)(q-1)Fy=qFx-FxF经过点（xF,xF)的直线斜率：q/(q-1)

截距：-xF/(q-1)V'=V+(q-1)F

L'=L+qF

进料热状况对操作线的影响精馏段操作线斜率不变，长度增长提馏段操作线斜率增大，操作线更靠近平衡曲线，提馏段分离能力不断下降cxWyxxDxFDFWabdeq>1q=10<q<1q=0q<0当R和分离要求不变时，随着进料温度的升高，q值减小L与L'(1)冷液q>1(2)饱和液体

q＝1(3)气液混合0<q<1(4)饱和蒸汽

q＝0

(5)过热蒸汽q<0进料状况q值q线位置V与V'

【例】在由一层理论板和塔釜组成的精馏塔中，每小时向塔釜加入苯－甲苯混合液100kmol，含苯量为50%（摩尔％，下同），泡点进料，要求塔顶馏出液中含苯量为80%，塔顶采用全凝器，回流液为饱和液体，回流比为3，相对挥发度为2.5，求每小时获得的塔顶馏出液量D，塔釜排出液量W及浓度xw。已知条件：F＝100kmol/hxF=0.5xD=0.8R=3α=2.5y1=xD物料衡算F=D+WFxF=DxD+WxW平衡线精馏线y1=xDx1

y2(yW)x2(xW)解:平衡线

y1=xD=0.8得x1=0.615得D=17.0kmol/hW=83.0kmol/h精馏操作线得y2=0.6615再由平衡线得x2=xW=0.4385由物料衡算F=D+WFxF=DxD+WxW

【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.每小时能获得馏出液和釜液的量？

2.回流比R为多少？

3.写出精馏段操作线方程。此题复习的知识点：（1）塔顶回流V=L+D（2）物料衡算F=D+WFxF=WxW+DxD（3）回流比R=L/D（4）精馏段操作线问题1、精馏塔中从上至下的第n-1，n，n+1理论板，比较

yn+1

yn；xn+1

xn

；yn

xnTn

tn-1

；Tn

tn;yn

xn-12、为什么说分凝器相当于一块理论板？为什么说再沸器也相当于一块理论板？3、其他条件不变，精馏塔顶的全凝器改为分凝器。塔顶产品的浓度a)不变b)变小c)变大d)说不定1、欲高纯度分离为什么必须采用回流2、精馏过程的实现3、为什么回流有产品

4.用什么样设备、采用怎样的技术工艺才能同时实现多次部分汽化，部分冷凝呢？

塔内上半部分回流液自上而下与上升蒸汽交换热量，回流液中轻组分首先汽化进入汽相；而上升蒸汽受冷却，则其中重组分必先冷凝进入回流液。

●精馏与蒸馏的区别在于精馏有“回流”轻、重组分交换原因：蒸馏无回流则不能实现轻、重组分的再分配用有回流的精馏技术才能得到高纯度产品●只有回流才有轻、重组分的交换液相回流：塔顶冷凝液部分回流汽相回流：塔内上升蒸汽冷却后部分回流进料口

塔下半部分2、精馏过程的实现

工业上是在连续精馏塔中对液体混合物实现多次汽化和多次冷凝而达到高纯度分离的目的设备：连续精馏塔（3）塔底再沸器（蒸馏釜）加热液体产生上升蒸汽(称为汽相回流)，与下降液体逆流接触，塔底连续排出部分液体，作为塔底产品。（1）料液自塔中部适当位置进入塔内（2）塔顶冷凝器使蒸汽冷凝为液体，部分回流，其余作为塔顶产品连续排出过程分析

（1）加料口位置以上

传质过