化工原理精馏

1、掌握精馏原理和塔板数的计算2、了解回流比对精馏操作的影响3、了解精馏塔的基本结构和主要性能第五章蒸馏(distillation)基本要求重点难点精馏原理、塔板数的计算；回流比对精馏的影响连续精馏的原理，传质的概念

§1.1概述1．蒸馏传质（masstransfer）过程：物质在相间的转移过程称为传质（分离）过程常见传质过程：通过加热造成气液两相物系，利用物系中各组分挥发度不同的特性以实现分离的单元操作蒸馏、吸收、萃取、干燥2．蒸馏过程的分类1．按蒸馏方式简单蒸馏平衡蒸馏精馏特殊精馏萃取精馏恒沸精馏2．按操作压强常压蒸馏加压蒸馏减压蒸馏3．按待分离混合物中组分的数目：双组分蒸馏多组分蒸馏4．按操作流程：间歇蒸馏：小规模生产，非定态操作连续蒸馏：大规模，定态操作本章讨论：常压下的两组分连续精馏

vapor-liquidphaseequilibrium§1.2两组分溶液的气液平衡1.2.1双组分理想物系的气液平衡理想物系：溶液中不同组分的分子间作用力和相同组分的分子间作用力完全相等。液相为理想溶液、气相为理想气体的混合物系液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律气相为理想气体，遵循道尔顿定律1）用饱和蒸气压表示气液平衡关系的表示法拉乌尔定律：理想溶液气相中组分的分压等于纯组分在该温度下的饱和蒸气压与其在溶液中摩尔分数乘积A:易挥发组分，沸点低组分B:难挥发组分，沸点高组分y:气相中易挥发组分的摩尔分数；1-y:难挥发组分的摩尔分数x:液相中易挥发组分的摩尔分数；1-x:难挥发组分的摩尔分数溶液沸腾时，总压等于各组分的蒸气压之和理想气体混合物服从道尔顿分压定律：用饱和蒸气压表示的气液平衡关系2）用相对挥发度表示某组分在气相中的平衡分压与该组分在液相中的摩尔分率之比某组分由液相挥发到气相中的趋势，是该组分挥发性大小的标志☆挥发度定义挥发度意义双组分理想溶液☆相对挥发度定义溶液中易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之比压强不高，气相遵循道尔顿分压定律理想溶液①α>1，表明A比B容易挥发，α越大，挥发度差别越大，越容易分离。②若α=1，y=x，说明气液相组成相同，不能采用普通的精馏方法分离对相对挥发度的理解气液平衡方程3.两组分理想溶液的气液平衡相图苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压和温度关系如表，试利用拉乌尔定律和相对挥发度分别计算苯-甲苯混合液在总压101.33kPa下的气液平衡数据,温度－组成图t/℃80.184889296100104108110.8pAo/kPa101.3113.6130143.7160.5179.2199.3221.2233.0pBo/kPa39.344.450.657.665.774.583.393.9101.31）温度－组成（t-x-y）图解

(1)利用拉乌尔定律计算气液平衡数据t/℃80.184889296100104108110.8x1.0000.8220.6390.5080.3760.2560.1550.0580.000y1.0000.9220.8190.7200.5950.4530.3050.1270.000(2)利用相对挥发度计算气液平衡数据求平均挥发度t---y线，气相组成与平衡温度之间的关系。饱和蒸气线，露点线t---x线，液相组成与平衡温度之间的关系。饱和液相线，泡点线2）x-y图（1）y>x（2）平衡线离对角线越远，气液两相浓度差越大，溶液越易分离1.3.1平衡蒸馏（闪蒸）§1.3平衡蒸馏和简单蒸馏操作过程：混合液经加热器升温，使温度高于分离器压强下液体的沸点，通过减压阀降压进入分离器，此时过热的液体混合物被部分汽化得到分离1．物料衡算总物料：易挥发组分：F，D，W---原料液、气相、液相产品摩尔流量,kmol/sxF，y，x---原料液、气相、液相产品的组成，摩尔分数q：液化分率2．热量刚衡算对加热器小热量衡算原料液概减压进抚入分离爆器，物柄料放出策的显热土等于部均分汽化痒所需潜贸热原料液赏离开加凯热器的践温度1.3疫.2湾简单蒸日馏（微符分蒸馏李）①得不度到大量高洽纯度的产絮品②釜液与著蒸气的组部成都是随兽时间而变粮化的，是额一种非稳纸态过程③只能进剥行初步分李离，而且拍生产能力恼低，适合悬于当组分灾挥发度相池差较大的螺情况。特点：※蒸馏-刃--当木生产上抛对产品庸的纯度牢要求不战高，只尚需要初躲步分离红时采用站的分离爱方法；※平衡、影简单蒸馏必是单级分借离过程→斧一次部分序汽化→混记合物部分董分离※精馏是统多级分离雄过程→多欲次部分汽京化和部分愁冷凝→混暂合物几乎脱完全分离※精馏-复--当淹产品的着纯度要笛求高，奔特别是塌在混合为物挥发唇度比较姨接近时犁采用的解分离方虽法。蒸馏与雁精馏的合区别§1.故4精哭馏原理苏和流程1.4占.1向精馏过错程原理乘和条件液体混寸合物经话多次部饰分气化脆后，在深液相中抵获得高验纯度的难难挥发暮组分气体混合浅物经多次腰部分冷凝昂后，在气例相中获得灯高纯度的抢易挥发组灶分条件结果将原料昂液进入而的层板船称为加东料板，久加料板贡以上的株塔段，深作用是碎把上升谈蒸气中围易挥发淘组分进阶一步提缝浓，称嫌为精馏州段；加捉料板以珍下的塔胃段（包袭括加料锦板），僵其作用经是从下竞降液体笛中提取削易挥发志组分，鼻称为提屿馏段1.4雷.2显精馏操扁作流程1.5.宰1理论滥板的概念些和恒摩尔肿流假定理论板尽：在其上气够、液两相哗都充分混他合，且传匀质及传热角过程阻力史均为零的凯理想化塔寺板，无论夫进入理论驶板的气、错液两相组张成如何，贸离开该板扫时气、液咳两相达到卸平衡状态色，即两相常温度相等哭，组成互届成平衡，组成关系匆可由平衡牺关系来确岩定§1.5援两组分晚连续精馏狸的计算1.恒摩爸尔气流精馏段提馏段2.恒摩创尔液流精馏段提馏段恒摩尔流妈：每层塔板水的上升蒸坝气的摩尔绘流量恒定容,下降液钞体的摩尔龙流量也恒沃定。在精馏紧塔的塔夜板上气姥液两相溉接触时斩，若有nkmol灾/h的蒸排气冷凝，壶相应有nkmol敲/h液体两气化。1.全叨塔物料值衡算总物料累：易挥发组冒分：F，D，W---培原料液颗、馏出英液、釜臂残液摩歌尔流量捉,km奔ol/忽sxF，xD，xW---易烤挥发组分回的摩尔分橡数1.5.炸2物料浴衡算与操贴作线方程塔顶易挥洁发组分的午回收率：分离要乳求的表掉示方法（1）波规定易辽挥发组炒分在馏涌出液和笛釜残液朴的组成睬；（2）勒规定馏雹出液组烘成xD和塔顶丑易挥发羊组分回们收率；（3）婚规定馏计出液组醉成xD和塔顶采茂出率D/赵F（4）塔腰底难挥发数组分的回布收率在连续精泉馏塔中分干离苯－甲腾苯混合液超。已知原裂料液流量我为100蝴00kg计/h,苯挠的组成为熟40％（帖质量）。东要求馏出快液组成为思97％，歌釜残液组刺成为2％亡。试求馏蚕出液和釜遭残液的流弯量（km也ol/h障）及馏出筒液中易挥瞎发组分的掘回收率？苯的摩尔标质量为7录8kg/乡丰kmol租;甲苯的和摩尔质量搁为92k滤g/km悲ol2.精肃馏段操作黑线方程总物料易挥发可组分回流比①物理型意义：音n板下太降的液晓相组成偿与相邻眉的n+恭1板上光升蒸气舰组成之支间的关黑系②由恒态摩尔流盲的假定夏，L为定值巧，且连勿续定态返操作中D和xD也是定乱值，R是常量张,直线灰方程3.提馏段操松作线方程总物料品：易挥发顽组分：②根据恒引摩尔流的组假定，L’为定顶值，且殃连续定津态操作箩中W和xW也是定继值，是爹直线方很程①物理意找义：m板神下降的液丙相组成与浅相邻的m我+1板上重升蒸气组环成之间的逼关系在某两组蓄分连续精羞馏塔中，摸精馏段内套自第n层理论板者下降的液慨相组成为司0.65既（易挥发鬼组分摩尔堪分数），添进入该板映的气相组环成为0.萝75，塔租内气液摩巾尔流量比仿V/L=扇2，物系段的相对挥省发度为2稠.5，试粒求R、yn、xn-1物料衡算桥：热量衡掌算：一、进料记热状况参扔数1.5.碌3进料岔热状态的样影响令：q:进料签热状况义参数精馏段淘和提馏跑段的气纤、液相塌流量与奋进料量辆及进料郊热状况舱参数之营间的基程本关系提馏段逆操作线蜓方程例题1-讽5二、进料不热状况：(1)温久度低于泡章点的冷液厦体；(2)邻泡点温轻度的饱绞和液体积；(3)警温度介支于泡点农和露点待之间的窄气液混颤合物；(4)露出点温度的母饱和蒸气赚；(5)鹊温度高剥于露点贼的过热盼蒸气。进料热状江况影响L、L’及V、V’之间彩的关系L’包括求三部分客:①L;②F;③因原间料温度低对于加料板月上气液温折度，故原属料进入加国料板后将撕一部分从锯提馏段上花升蒸气冷询凝下来（1）嗽冷液进石料：（2）掘饱和液和体进料原料进入催加料板后谈全部以原阿来液体的浇状况进入畜提馏段原料含有治一部分液倍体（往下眼流），一北部分气体毙（上升）（3）气衫液混合物惑进料（4）饱照和蒸气进悼料原料进伐入加料江板后全荣部以原命来气体团的状况扫上升因原料夹温度高碰于加料刮板上气拜液温度墙，故原两料进入抢加料板盘后势必饭将原塔漂内下降障的液体县加热气长化上升疤。（5）马过热蒸颗气进料例1－射8分离例1食－6中的释苯－甲苯党混合液，慨若进料为今饱和液体件，R=3抹.5,试票求提馏段添操作方程认，截距和匠斜率例1－多9分离例通1－8侍中的苯钩－甲苯线混合液给，若将筋进料热疼状态变戚为20牌℃的冷丘液体，即试求提淋馏段的伍上升蒸走气流量虎和下降袄液体流列量。已知操作喝条件下苯暗的汽化热告为389吗kJ/k帮g，甲苯荷的汽化热奔为360撑kJ/k曲g，原料独液的平均疤比热容为套158k松j/(k纪mol.炼℃)。苯厘－甲苯混肌合液的气疑液平衡数温据见图。原料液的意平均气化午热1.5苹.4岭理论塔叫板数的淘求法1.逐板原计算法精馏段第一块（梯全凝）第一板拆上升的群蒸气被亲全部冷篮凝并在详泡点下中回流，投故塔顶哄馏出液督组成及抢回流液壶组成与降第一层扁板的上还升蒸气煌相同第二块…….爪...离开每层节理论板的凶气液相平浆衡第n块加料板兔属于提赖馏段，看故精馏齐段所需初塔板数个为(n-1)…….夜...再沸器相科当一块理肥论板,提犹馏段所需退板数(m-1)提馏段月：……精馏塔所将需的总理包论板数2.梯盏级图解铸法2.1跃在x-y泄坐标图上歉作出平衡停曲线和对隐角线2.2违在x-y读坐标图上虫作出操作碰线(1)峰精馏段颤操作线击的作法精馏段牌操作线精馏段影操作线(2)提所馏段操作牧线的作法(3)q线方程精馏段材操作线扰与提馏越段操作仓线交点启的轨迹论方程画q线方程q线方程，解进料方程过e点作斜率单为q/(q-1)的梳直线ef，即为q线ef(4)进功料热状况猴对q线及操作势线的影响进料热状况q值q线的斜率q/(q-1)冷液体>1+饱和液体1∞气、液混合物0<q<1-饱和蒸气00过热蒸气<0+q线在x-y图上的位锈置2.3久图解愈方法图解法求滤理论板数2.4耕适宜的进煌料位置进料位薯置不当遵，将使公理论板周数增多社。实际次操作中善，进料土位置过缺高，馏分出液中燃难挥发羽组分含晃量增高决；反之酒进料位彻置过低捎，使釜名残液中窜易挥发直组分含遗量增高离开该板稠的液相组标成x≤xd，如上图班中的4块肉塔板为最享优加料位冻置最优加祥料板位抛置的确方定：例1－靠10在常压连巷续精馏塔度中，分离阁苯－甲苯纸混合液。祸已知原料托液流量为贸116.中6kmo导l/h,硬苯的组成搅为0.4器4（摩尔竖分数）。倘要求馏出般液组成为探0.97烘5，釜残万液组成为祖0.02鬼35，回勤流比为3俩.5，相怜对挥发度亭为2.4镇7,塔顶额采用全凝舱器，泡点登下回流。醋塔釜采用富间接蒸汽召加热，试舒用逐板计如算法求理利论板数。例1－汇11在常压删连续精过馏塔中吃分离苯巴－甲苯屿混合液糖，试用擦图解法电求理论笔板数（1）昂在直角艰坐标上局利用平勒衡方程容绘制平等衡曲线滤及对角寨线；（2）年在对角迹线上定纱点a（荡0.9捡75,吊0.9受75）横，在y躁轴上截爹距为：在y轴上定电出点b，连接ab即为精馏赌段方程（3）在蛇对角线上馒定点e（0.栏44,童0.4茶4）,靠过点e作斜率为练3.76程的直线ef，即为q线。与精混馏段操作仆线相交于惠点d（4）在舱对角线上暴定点c（0.0纹235,雹0.02射35），冒连接cd，该直糖线即为政提馏段宝操作线自点a开始在巡寿平衡线膜和精馏烟段操作瓜线间由逝水平线诊和垂直匠线所构需成的梯胳级，当例梯级跨阳过点d预后更换俊操作线滥，即在除平衡线苦和提馏发段操作高线间画壮梯级，张直到梯仆级达到更或跨过舟点c为止1.5.幻玉5回流倦比的影响樱及其选择回流比有餐两个极限短值，上限廉是全回流芽，下限为虫最小回流员比回流比风：1.全回丘流和最少仆理论板层爪数全回流时愤，操作线碎距平衡线品最远，表膏示塔内气种液两相间亏的传质推命动力最大李，因此达蜡到给定分而离任务所常需理论板求数最少，最少理论结板数Nmin精馏段操监作线与对登角线重合操作线方败程：提馏段膛操作线垒与对角势线重合理论板数迫：芬斯克赵方程全塔平均袍相对挥发躲度，可取泰塔顶和塔链底的平均镰值全回流时掉最小理论匪板层数（昨不包括再态沸器）最小理辽论塔板肢数的图睛解法当回流比宾减少到某拴一极限值演时，两条待操作线的论交点d落在相韵平衡线腊上，此利时梯级姿无法跨走过d，所需俗的理论处塔板数造为无穷林大，这慈时的回捏流比称卸为最小君回流比Rmin２.最小遇回流比当回流宰比小于Rmin,操作线兼和q线的交碌点落在遇平衡线给外，精蹦馏操作运无法完信成最小回器流比的故求法（1）影作图法（2）解识析法饱和液体充进料饱和蒸即气进料3.最挎适宜回贸流比的圆选择۞一般原阵则：1.5.视6简捷肆法求理论裕板层数1．吉掩利兰（倒Gil忠lilR、Rmin、N、丢Nmin的关联图吉利兰图经应用条件考:组分数栗：2~越11；邻进料热落状况：碧5Rmin=0.5申3~7.迈0；相对辈挥发度：蒜1.26画~4.0凶5理论板层货数：2.沸4~43较.1李德（L袖iddl谣e）回归教方程适用条合件：2．简捷伤法求理论吼板层数的淡步骤①计算Rmin，选择R④确定进幻玉料板位脂置②计算Nmin③计算横坐五标（R-予Rmin）/（鸦R+1麻）→纵坐标（N-间Nmin）/（抓N+2腹）→算出理论腹板层数例题1-鬼81.5极.8筝塔高和仙塔径的鉴计算1．塔高抓的计算1）板殊式塔有秋效高度压的计算实际板幕层数板间距有效高度楼，不包括避塔釜和塔解顶空间高明度2）塔锋板效率反映实械际塔板塑的气、朽液两相怕传质的慢程度（1）昨总板效前率（全很塔效率乌）：达头到指定箩分离效刚果所需暴理论板辞层数与零实际板极层数的救比值理论板岗层数实际板层精数影响塔娱板效率守的因素（1）叨物系性鞋质（2）塔戏板结构（3）标操作条诞件塔板效因率估算搭方法（2）经些验计算法矛：奥康奈网尔（O’赠conn推ell）（1）全轻面考虑传疮质和流体蔑力学因素银的影响，疯从点效率傅计算出发侦，逐步推页算塔顶与轰塔底平船均温度中下的相层对挥发竭度塔顶与塔绵底平均温碍度下的液碎相黏度（2）单旬板效率（丛Murp丧hree湿板效率）职：指气相或获液相经过启一层塔板蚂前后的实赶际组成变大化与经过踏该层塔板劲前后理论咏变化的比忆值气相表族示的单炼板效率液相表斧示的单概板效率（3）能点效率夹