蒸馏相关知识

小结1.概述

●蒸馏的目的和依据●蒸馏过程必要条件●蒸馏分类2.溶液的气、液相平衡●相平衡关系定义、条件及表示方法条件表示1对于双组分体系：(1)平衡常数法理想体系的气、液相平衡关系2状态变化相图

①t-x-y图★提高压力，对蒸馏过程不利3②气、液平衡组成的x-y图4(3)相对挥发度法①挥发度定义:平衡分压与液相组成的比值若溶液为理想溶液，则其挥发度为：②相对挥发度

定义：任意挥发组分与基准组分挥发度的比值5对于双组分理想体系有：---------相平衡方程说明:α表示了物系分离的难易程度，α远离1，则易分离，α=1，则该物系不能用普通的蒸馏方法分离。

理想溶液----相对挥发度α变化不大，可取一平均值作为常数处理;非理想物系----α不能作为常数处理。6◆相平衡常数与相对挥发度的关系◆压力对相平衡的影响P升高，t升高，下降，对分离不利，p下降，t下降，升高，对分离有利。7小结1.非理想溶液的气液相平衡①在恒沸点处,α=1，故一般蒸馏方法不能使两组分分离。②非理想溶液，α随t（或浓度）变化较大，α不能作为常数2.简单蒸馏（微分蒸馏，瑞利蒸馏）（1）装置与流程（2）特点

①间歇过程;②产品与釜液组成随时间而改变(降低）;③瞬时蒸气与釜中液体处于平衡状态8（3）简单蒸馏的计算93.平衡蒸馏（闪蒸）（1）闪蒸流程动画示意（2）特点连续操作，气、液一次平衡、（3）平衡蒸馏的计算对二元理想物系——操作线方程——相平衡方程10——汽化率114.精馏（1）精馏过程（2）精馏原理（3）精馏的特点①存在回流；②易挥发组分沿塔高方向增加，而温度沿塔高方向降低；③塔顶产品富含易挥发组分，塔底产品富含难挥发组分。（4）理论板（平衡级）的概念汽、液两相的温度相同、组成互呈平衡12注意：N不包括塔釜（再沸器）总板效率:131.物料衡算总物料衡算：qnF=qnD+qnW易挥发组分物料衡算：回收率定义：小结14(1)恒摩尔流假定(对多数有机同系物和许多相近的理想溶液体系)①热损失很小，可以忽略不计②混合热为零③各板上混合物的摩尔汽化热近似相等④各板液体焓变与摩尔汽化热相比可忽略不计2.精馏过程热量衡算精馏段：15提馏段：(2)进料的热状态参数q16①过冷液体q＞1②饱和液体q=1③气、液混合物0＜q＜1

q值在数值上等于进料中液相所占的分率δ④饱和蒸气q=0⑤过热蒸气q＜0五种进料状态17(3)全塔热量衡算不计热损失，则有：①再沸器热流量②

冷凝器的热流量③若物流qnD、qnW带出热流量qnF带入热量相差不大时则有：183.双组分连续精馏的设计计算(1)精馏操作方程精馏段:回流比提馏段:q线方程:19xDxWzFDWF③连接点W(xW,xW)和Q(xq,yq)得到提馏段操作线。②由点F（ZF，ZF）和斜率q/(q-1)做q线，得交点Q(xq,yq);（xq，yq）①连接D（xD，xD）和（0，xD/(R+1)两点，得精馏段操作线；(2)操作方程的图示（x-y图）20(3)回流比R及进料状态参数对操作线的影响①回流比R的影响：R↑→操作线靠近对角线→对分离有利21②

q的影响：q

的值不影响精馏段操作线，但对提馏段操作线有影响。

q↓，提馏段操作线斜率增大。q

线、精馏段、提馏段操作线均与进料量F无关q=1q>10<q<1q=0q<0zF22（2）图解法：（补的）①作平衡曲线；③由D(xD,xD)和b=xD/(R+1)作精馏段操作线；④由F(ZF,ZF)点和K=q/(q-1)作q线；⑤由交点Q(xq,yq)和W(xW,xW)作提馏段操作线；⑥由D点开始,在平衡线与操作线之间画梯级求N；②由xD,ZF,xW,作垂线与对角线交于D,F,W点;程序23（3）影响N的因素分析（补的）N决定于{平衡线位置：物系，T，P→（α）操作线位置：xD，xW，R，ZF，q，R：R↑，K精

↑,b↓，操作线与平衡线距离↑，各塔板分离能力↑，N↓。Rq：q↑，Kq↓，Q点右移，提馏段操作线与平衡线距离↑，提馏段各塔板分离能力↑，N↓。 qxD：xD↑，D点上移，K精不变，精馏线向上平移，操作线与平衡线距离↓，塔板分离能力↓，N↑图xW：略。分离要求提高，N增加。ZF：操作型问题。24小结1.理论塔板数的计算：（1）逐板计算法(2)图解法(1)逐板计算法

条件：①塔顶蒸气在冷凝器中全部冷凝；②泡点回流xD=y1→x1y2→x2y3→x3

平操作………..25xDzFQDWxWN=9(包含釜)（2）图解法：26ncbxnxn-1yn+1yn水平线长度:通过第n板液相组成变化垂线长度:通过第n板气相组成变化梯级的含义:272.影响N的因素分析（1）R：R

↑→N

↓动画示意28

（2）q：q

↑→

N

↓。

动画过程（3）分离要求：

xD↑、xW↓→N

↑293.进料位置选择（1）进料位置确定原则两操作线交点Q所在梯级。（2）Q点为最优进料位置的分析上移或下移均对分离不利，导致N增加。（3）关于进料位置的允许范围进料位置对分离的影响3031

概念：R=∞，qnD=0称为全回流。

此时qnW=qnD=qnF=0

特征：①

操作线与对角线重合，yn+1=xn；

②

塔板分离能力最大③完成分离任务所需N称为最少理论塔板数，Nmin

最小理论板数的确定:

①图解法；②逐板计算法回流比的选择（1）回流比为无限大32●图解法33●逐板计算法对双组分：——Fenske方程计算思想：由xD始，依次反复应用平衡关系与操作关系，直至xn≤xw为止。34b.最小回流比（1）定义

回流比减小，两操作线同时向平衡线靠近，所需理论板数增加

继续减小至交点Q移至平衡线上时（点Ｅ），则所需的理论板数无穷多。

对应的回流比称为最小回流比Rmin。示意图

动画

（2）计算：设Ｅ（xe,ye)则3536也可由精馏段操作线在y轴上的截距yC确定37非理想体系操作的最小回流比动画38C.适宜回流比适宜回流比的确定示意6.5.5理论塔板数的简捷计算法注意：N、Nmin均已包括釜。该关系可以用吉利兰(Gilliland)图表示。391.最小回流比（1）定义示意图

示意图

（2）计算：小结(3)适宜回流比402.理论塔板数的简捷计算法注意：N、Nmin均已包括釜。该关系可以用吉利兰(Gilliland)图表示。413.其他方式的蒸馏

（1）水蒸气直接加热的蒸馏（2）带侧线采出的精馏（3）多股进料（4）回收塔

（5）塔顶设部分冷凝器

424.实际塔板数及塔板效率

(1)实际塔板数(2)塔板效率①总板效率ETET的来源:◆经验公式◆实测数据——来源生产塔和试验塔

②单板效率（Murphree效率）43445.精馏操作分析

(1)诊断分析步骤(2)故障诊断45小结1.间歇精馏

(1)

特点●间歇操作，料液分批加入塔釜。●只有精馏段，无提馏段。●非稳态过程操作方式

◆回流比恒定的间歇精馏

◆恒定产品组成的间歇精馏间歇精馏示意图46(3)计算①回流比恒定的间歇精馏

特点:塔顶产品组成不断降低，釜液中组成也不断降低。

假定xD1，确定Rmin,确定R，求N假定是否合适，以=为判据理论塔板数的确定:

47设计校核:操作型计算②

恒定产品组成的间歇精馏

特点:保持馏出液组成不变，连续加大回流比理论板数确定:操作型计算:动画示意482.恒沸精馏

和萃取精馏(1)

应用：

①具有恒沸点的液相混合物②具有较小相对挥发度的物系(2)原理：在液相混合物中加入第三组分（质量分离剂），改变原溶液中各组分间的相对挥发度(3)恒沸精馏

加入第三组分，使其与某一组分形成最低恒沸物，从而使而使原溶液易于分离，称为恒沸精馏。该第三组分常又称为挟带剂。49(4)萃取精馏

加入第三组份能显著改变两组份间的相对挥发度，且本身的挥发性很小，该第三组分称为萃取剂。(5)恒沸精馏和萃取精馏的比较50

小结多组份精馏①多组份精馏的特点②全塔物料衡算◆关键组份、轻关键组份、重关键组份、非关键组份、轻非关键组分、重非关键组分◆清晰分割、非清晰分割

③多组份精馏的最小回流比④多组份精馏的塔板数计算

▲简捷法▲逐板计算法51精馏过程节能技术：

精馏塔设计和操作参数的优化

多组分分离序列的选择

精馏与过程系统的能量集成

选择适宜的分离方法替代精馏（1）精馏塔设计和操作参数的优化回流比优化

b.适宜进料位置c.进料热状态的选择d.操作压力的选择52（2）多组分分离序列的选择●多组分分离流程方案称之为分离序列，不同序列分离相同产品的成本不同。●在分离序列中，如果易挥发组分依次从塔分离出来，此序列为顺序流程