传质分离技术

项目一蒸馏技术任务1精馏操作入门知识任务目标：

认识常见的气液传质设备——精馏塔；了解精馏塔的作用及主要结构；掌握板式精馏塔常见的类型及特点；了解精馏装置工艺流程及主要附属设备。技能要求：能从外观上认识精馏塔，并能指出其附属设备。能认识常见的塔板类型，并能指出精馏塔内部的主要构造；能绘制并说明连续精馏的工艺流程简图。《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识一、精馏塔的感性认识

塔设备主要用于蒸馏、吸收、解析、萃取等典型的传质单元操作过程中，也称气液传质设备，广泛应用于炼油、石油化工、医药、食品及环境保护等工业领域。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识一、精馏塔的感性认识（1）地点的选择（2）指导方式（3）实习主要内容（4）时间安排（5）成绩评定感性认识的主要内容：乙酸乙酯化工综合实训装置《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识一、精馏塔的感性认识1.按操作压力--常压塔、加压塔、减压塔2.按单元操作—精馏塔、吸收塔、萃取塔3.按塔内气液接触部件结构型式--板式塔、填料塔塔设备的分类《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识一、精馏塔的感性认识塔设备的分类《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识一、精馏塔的感性认识塔设备的分类《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识二、板式精馏塔的主要结构

一个完整的板式塔主要由圆柱形塔体、塔板、降液管、溢流堰、受液盘及气体和液体进、出口管等部件组成，同时考虑到安装和检修的需要，塔体上还要设置人孔或手孔、平台、扶梯和吊柱等，整个塔体由塔裙座支撑。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识二、板式精馏塔的主要结构1.塔体--

塔设备的外壳，是等直径、等壁厚的钢制圆筒和上、下椭圆形封头所组成的。

2.塔体支座--是塔体安放到基础上的连接部件，必须保证塔体在确定位置能进行正常工作。3.塔内部件--塔板、降液管、溢流堰、受液盘、紧固件、支撑件及除沫装置等组成。《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识二、板式精馏塔的主要结构4.接管--用以连接工艺管线，把塔设备与相关设备连成系统。按接管用途，有进料管、回流管、进气管、出气管等。

5.塔附件--包括人孔或手孔、吊柱、平台、扶梯等。6.塔顶、塔底空间《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识三、常见板式精馏塔的类型及特点（1）生产能力大；（2）塔板效率高；（3）操作稳定、弹性大；（4）流体流动的阻力小；（5）结构、选材合理；（6）能满足物系某些特殊工艺特性。对板式塔塔板结构的要求《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识三、常见板式精馏塔的类型及特点精馏塔的类型错流塔板——板间设有专供液体流通的降液管，塔板上气、液两相呈错流接触。

逆流塔板——塔板间不设降液管，气液两相同时由板上孔道逆向穿流而过。《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识三、常见板式精馏塔的类型及特点精馏塔的类型《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识三、常见板式精馏塔的类型及特点常见塔板类型泡罩塔板筛孔塔板《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识三、常见板式精馏塔的类型及特点常见塔板类型浮阀《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识三、常见板式精馏塔的类型及特点其他类型塔板浮舌塔板舌形塔板《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识三、常见板式精馏塔的类型及特点其他类型塔板网孔塔板斜孔塔板《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识三、常见板式精馏塔的类型及特点其他类型塔板垂直塔板导向浮阀型塔板《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识三、常见板式精馏塔的类型及特点其他类型塔板穿流塔板《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识四、精馏操作工艺流程的描述

原料液预热至指定的温度后从塔的中段适当位置加入精馏塔，与自塔上部下流的回流液体汇合，顺着层层塔板向下流动，最后流入塔底再沸器中，在再沸器内液体被加热至一定温度，使之部分气化，将液体排出作为塔底产品；气化后的蒸气引回塔内作为塔底气相回流，蒸气逐板上升，在塔板上与液体接触进行充分传质与传热，上升到塔顶的蒸气进入塔顶冷凝器中，经冷凝器全部冷凝为液体，将部分冷凝液作为塔顶回流液体，其余部分经冷却后作为塔顶产品。《传质分离技术》----蒸馏技术任务1精馏操作入门知识五、精馏装置的附属设备塔顶冷凝器塔底再沸器泵贮罐《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识任务目标：

掌握双组分理想溶液的气、液相平衡关系；掌握精馏原理及精馏过程分析；了解简单蒸馏及平衡蒸馏的特点。技能要求：能绘制和正确分析双组分理想溶液的气、液相平衡图；能正确分析精馏操作的过程。《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识一、蒸馏及精馏蒸馏技术蒸馏是分离均相液体混合物的典型单元操作。这种操作是利用液体混合物中各组分挥发能力的差异或沸点的不同而使各组分得到分离的。

易挥发组分（轻组分）：混合物中挥发能力高的组分（即沸点低的组分）；

难挥发组分（重组分）：混合物中挥发能力低的组分（即沸点高的组分）

。《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识一、蒸馏及精馏蒸馏操作的分类按蒸馏方法分

平衡蒸馏（闪蒸）、简单蒸馏、精馏和特殊精馏按操作流程分间歇蒸馏和连续蒸馏按操作压力分

加压、常压和真空蒸馏按原料中组分数目分

两组分精馏和多组分精馏《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识一、蒸馏及精馏简单蒸馏与平衡蒸馏简单蒸馏属于间歇、单级蒸馏操作，是历史上使用比较早的蒸馏方法之一。平衡蒸馏也称闪蒸，属于连续、单级蒸馏操作。

只能使混合液进行初步分离，通常在混合液各组分挥发度相差较大、分离要求不太高的场合时采用。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识一、蒸馏及精馏精馏精馏是利用均相液体混合物中各组分挥发能力的差异，借助回流技术实现混合液高纯度分离的多级分离操作。是工业上广泛采用的一种液体混合物的分离方法。《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡1.相组成的表示方法①质量分数和摩尔分数《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡1.相组成的表示方法①质量分数和摩尔分数②混合物的平均摩尔质量《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡1.相组成的表示方法③压力分数和体积分数

对于理想气体混合物，某组分的压力分数、体积分数均等于其摩尔分数。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡1.相组成的表示方法

【案例1】已知由25Kg乙醇和15Kg水组成的混合溶液。试求乙醇和水的质量分数、摩尔分数及混合液的平均摩尔质量。

【案例2】已知空气中氮和氧的质量分数分别为76.7%和23.3%，且总压为101.3KPa，试求它们的摩尔分数、体积分数及分压。《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡2.双组分理想溶液的气液相平衡方程①相平衡方程根据拉乌尔定律根据道尔顿分压定律

相平衡方程

该方程反映了理想溶液气、液相达平衡时，温度、压力及各组分在气、液两相中组成间的关系。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡2.双组分理想溶液的气液相平衡方程②泡点方程泡点：在一定压力下，将液体混合液加热至溶液刚刚开始沸腾，出现第一个小气泡时所对应的温度。该方程反映了理想溶液气、液相达平衡时，温度、压力与各组分在液相中组成间的关系。泡点方程

《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡2.双组分理想溶液的气液相平衡方程②露点方程露点：在一定压力下，将气体混合液进行冷凝，产生第一个小液滴时所对相应的温度。该方程反映了理想溶液气、液相达平衡时，温度、压力与各组分在气相中组成间的关系。露点方程

《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡3.双组分理想溶液的气液相平衡图①沸点－组成图（t－x－y图）条件：压力P一定坐标：横坐标——组成（x或y）

纵坐标——温度T两条曲线：上曲线——t－y线，气相线

下曲线——t－x线，液相线三个区域：液相线以下——液相区

气相线以上——气相区

两线之间——气液共存区《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡3.双组分理想溶液的气液相平衡图①沸点－组成图（t－x－y图）t－x－y图在精馏过程中意义：

ⅰ可简便地求得任一温度下气液相的平衡组成；ⅱ气、液两相的量可由杠杆规则来确定；ⅲ可说明精馏操作的原理及其操作的基本方法;ⅳ某混合液在加热中可出现五种热状况。

杠杆规则《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡3.双组分理想溶液的气液相平衡图②气－液相组成图（y－x图）条件：压力P一定坐标：横坐标——组成x

纵坐标——组成y两条线：曲线——y－x线，

相平衡曲线

对角线——参考线《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡3.双组分理想溶液的气液相平衡图②气－液相组成图（y－x图）ⅰ双组分理想溶液，当气液两相达到平衡时，y＞x，平衡线位于对角线的上方；ⅱ平衡线离对角线越远，说明互成平衡的气液两相浓度差别越大，该溶液就越容易分离。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡4.挥发度与相对挥发度①挥发度挥发度表示某种液体挥发的难易程度。

纯液体溶液中理想溶液

《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡4.挥发度与相对挥发度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，用表示

。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理双组分理想溶液的气液相平衡4.挥发度与相对挥发度③用相对挥发度表示的相平衡方程求取：《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理精馏原理1.多次部分汽化和多次部分冷凝对液体混合物进行多次部分气化，会使液相中易挥发组分的含量逐渐降低，最终在液相中便可得到较纯的难挥发组分。同理，对气体混合物进行多次部分冷凝，会使气相中易挥发组分的含量逐渐升高，最终在气相中便可得到较纯的易挥发组分。《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理精馏原理1.多次部分汽化和多次部分冷凝

存在的问题：在整个分离过程中将会使用很多的加热器和冷凝器，同时也会产生很多中间产物，致使最终得到的产品量收率很低。同时会造成设备庞杂、操作繁琐、能量消耗大，很不经济，因此这种多釜蒸馏在工业生产中是不能采用的。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理精馏原理2.塔板的功能提供了气液两相进行传质和传热的场所。

塔内要有足够多的塔板，可使混合液得到较为完全的分离。《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理精馏原理3.精馏操作的必要条件①塔顶液相回流作用：提供精馏操作所必须的液体，使塔板上液体组成保持稳定，取走塔内剩余热量，维持全塔热平衡。

方法：ⅰ泡点回流ⅱ冷液回流ⅲ塔顶采用分凝器产生液相回流

《传质分离技术》----蒸馏技术任务2精馏操作的理论知识二、精馏原理精馏原理3.精馏操作的必要条件②塔底气相回流作用：提供精馏操作所必须的气相，使塔板上气体组成保持稳定，向塔内提供热量，维持全塔热平衡。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练任务目标：了解板式精馏塔的构造及工艺流程；熟悉全回流的特点及在实际生产中的应用；观察精馏塔的流体力学状态；掌握精馏塔的基本操作方法，学会精馏塔的操作与调节。《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练技能要求：操作技能1.能独立地进行精馏系统的开、停车（包括开车前的准备、电源的接通、进流量、回流量的控制、温度的控制等）；2.能进行实际操作，并达到规定的工艺要求和质量指标；3.能及时地发现、报告并处理系统的异常现象与事故，能进行紧急停车。设备的使用与维护1.能正确使用仪器、仪表；2.能掌握设备的运行情况、能判别工艺故障及进行适当的处理。《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练一、实验任务对15%～20%（体积分数）的乙醇和水混合液进行精馏分离，以达到塔顶馏出液含量大于90%（体积分数），塔釜残液乙醇含量小于3%（体积分数）。完成精馏塔的正常开车、停车及调节稳定。二、仪器、仪表及使用方法

1.压力测量①液柱式测压法，将被测压力转变为液柱高度差；②弹性式测压法，将被测压力转变为弹性元件形变的位移；③电气式测压法，将被测压力转变为某种电信号的变化。《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练1.压力测量（1）液柱式压强计：U管压差计、倒U形管压差计、微差压差计、单管式压强计、倾斜式压强计（2）弹性式压力计（3）流体压强测量要点压强计的选用测压点的选择取压孔的大小与位置引压导管的安装与使用压力表的安装其它注意事项《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练2.流量测量（1）差压式流量计①孔板流量计

②文丘管流量计（2）转子流量计（3）涡轮流量计3.温度测量（1）玻璃温度计（2）电阻温度计（3）热电偶温度计《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练三、实验流程说明

本实验装置的主体设备是筛板精馏塔，料液为乙醇-水溶液。筛板塔主要结构参数为塔内径D＝68mm，厚度

＝2mm，塔节76

4，塔板数N＝10块，板间距HT＝100mm。加料位置由下向上起数第3块和第5块。降液管采用弓形，齿形堰，堰长56mm，堰高7.3mm，齿深4.6mm，齿数9个。降液管底隙4.5mm。筛孔直径d0＝1.5mm，正三角形排列，孔间距t＝5mm，开孔数为74个。塔釜为内电加热式，加热功率2.5kW，有效容积为10L。塔顶冷凝器、塔釜换热器均为盘管式。单板取样为自下而上第1块和第10块，斜向上为液相取样口，水平管为气相取样口。《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练四、板式精馏塔内的气、液两相存在状态1.塔板上气、液两相的接触状态鼓泡接触状态泡沫状接触状态喷射接触的状态

泡沫接触状态与喷射状态均为能提供良好的气液接触条件，但喷射状态是塔板操作的极限，易引起较多的液沫夹带，所以多数塔操作均控制在泡沫接触状态。《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练四、板式精馏塔内的气、液两相存在状态2.气体通过塔板的压降塔板压降是影响板式塔操作特性的重要因素。塔板压降增大，塔板上气液两相的接触时间增大，塔板效率增大，完成同样的分离任务所需实际塔板数减少，设备费用降低；但塔板压降增大，塔釜压力必须增大，釜温就会升高，能耗增加，操作费用增大。通常，在保证较高效率的前提下，力求减少塔板压降，以降低能耗。3.塔板上的液面落差液体在塔板的进口处液层薄，出口处液层厚，其高度差称为液面落差。液面落差将导致气流分布不均，从而易造成漏液现象，使塔板效率下降。《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练五、板式塔的异常操作现象1.漏液

漏液现象：当气速较低时，液体不经正常的降液管而是从塔板上的开孔处流到下一层塔板。

产生原因：上升气流流速太小致使气体通过筛孔的动压不足以阻止板上液体经筛孔下流。危害：使板效率严重下降。工程上：漏液量不应大于液体量的10%，是操作气速的下限。《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练五、板式塔的异常操作现象2.液沫夹带

液沫夹带现象：当气速增大时，塔板上的液体一部分被上升气流带至上层塔板的现象。

产生原因：一是板间距太小，二是气体速度太高。危害：使板效率严重下降。《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练五、板式塔的异常操作现象3.液泛（淹塔）

液泛现象：液体在塔内不能顺畅流下的现象。产生原因：塔板上液体流量过大；上升气体的速度很高；降液管局部地区堵塞。危害：压力降急剧加大，效率急剧下降，全塔操作遭到破坏。《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练六、精馏操作过程工艺指标的控制与调节1.塔压的调节三种方法：①进料量不变的情况下，用塔顶的液相采出量来调节塔压。产品采出多，则塔内上升蒸汽的流速减小，塔压下降；采出量减少，塔内上升蒸汽的流速增大，塔压上升。②在采出量不变的情况下，用进料量调节塔压。进料量加大、塔压上升；进料量减小、塔压下降。③在工艺指标允许的范围内，可以通过釜温的变化来调节塔压。提高釜温，塔压上升；降级釜温，塔压下降。《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练六、精馏操作过程工艺指标的控制与调节2.塔釜温度的调节——调节再沸器加热量3.回流比的调节4.塔顶温度的调节——主要是调节回流量5.塔釜液位的调节——多采用釜液的排除量来控制

《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练七、产品不合格时的调节方法精馏过程中由于物料不平衡而引起的不正常现象及调节方法分离能力不够引起产品不合格的现象及调节方法生产条件变化对操作的影响及调节进料温度的变化对操作的影响进料组成的变化对操作的影响

《传质分离技术》----蒸馏技术任务3精馏塔的实验操作训练八、精馏塔的实验操作实习1.操作步骤（1）全回流（2）部分回流（3）取样与分析（4）注意事项（5）数据记录及处理2.精馏塔的开、停车操作3.精馏塔的操作与调节训练4.精馏系统常见故障及处理方法5.精馏单元操作考核《传质分离技术》----蒸馏技术任务4精馏塔的仿真操作训练任务目标：了解精馏塔单元带控制点的工艺流程；掌握精馏塔单元的开、停车及正常操作技术；掌握串级回路调节和分程控制调节；掌握精馏过程中常见事故的处理方法。技能要求：能够独立进行精馏塔的冷态开车、正常停车、正常操作；了解精馏过程的控制系统，能熟练使用调节器，能将工艺参数调整到正常指标范围内；能够判断工艺、设备、仪表等的状态是否正常，熟练调节；对单元中出现的故障能尽快分析原因，掌握故障处理操作；《传质分离技术》----蒸馏技术任务4精馏塔的仿真操作训练一、实训任务及目的二、仿真工艺流程说明

三、调节器、显示仪表及现场阀说明四、仿真操作规程《传质分离技术》----蒸馏技术任务4精馏塔的仿真操作训练《传质分离技术》----蒸馏技术任务4精馏塔的仿真操作训练四、仿真操作规程1.冷态开车（1）进料过程（2）启动再沸器（3）建立回流（4）调整至正常2.正常运行

（1）正常工况下的工艺参数（2）主要工艺生产指标的调整方法：质量调节、压力控制、液位调节、流量调节《传质分离技术》----蒸馏技术任务4精馏塔的仿真操作训练四、仿真操作规程4.事故分析与处理（1）加热蒸汽压力过高（2）加热蒸汽压力过低（3）冷凝水中断（4）停电（5）回流泵故障（6）回流控制阀FC104阀卡3.正常停车

（1）降负荷（2）停进料和再沸器（3）停回流（4）降压、降温《传质分离技术》----蒸馏技术任务5精馏塔的现场操作知识任务目标：

掌握精馏塔现场操作的基本步骤；了解精馏塔运行前的准备工作；了解精馏塔开、停车的主要操作方法；了解精馏塔常见的故障及处理方法。技能要求：能读懂国家职业技能鉴定标准对蒸馏工的基本要求；能灵活运用本专业知识和相关知识进行精馏塔的现场操作；具有应变和事故处理能力。《传质分离技术》----蒸馏技术任务5精馏塔的现场操作知识一、蒸馏工国家职业技能鉴定标准1.知识要求：基本知识——基础知识、安全防护知识专业知识——工艺技术知识、分析检验知识、电器、工具设备知识、仪表计量器具知识相关知识——三废处理知识、管理知识2.技能要求：操作技能——工艺操作能力、应变事故处理能力工具设备使用和维护——设备及仪表使用维护能力其他能力——工艺计算能力、识图制图能力、管理能力、语言文字领会与表达能力《传质分离技术》----蒸馏技术任务5精馏塔的现场操作知识二、精馏塔投运准备工作1.开车前的检查（1）配置检验清单（2）边安装边检查（3）主要检查项目——塔内件的材料、塔内件的安装位置、塔内件的尺寸、塔板、塔内件的固定、塔内空间2.吹扫——管路吹扫、塔的吹扫3.装拆盲板4.试压5.塔的水运6.干燥7.置换《传质分离技术》----蒸馏技术任务5精馏塔的现场操作知识一、精馏塔的开车与停车操作1.精馏塔开、停车的一般步骤2.开、停车应考虑的问题3.全回流操作4.塔中液体的排放《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法任务目标：

了解精馏过程工艺设计的目的与内容；掌握精馏过程的相关计算；掌握板式精馏塔设计的基本步骤；掌握板式精馏塔各部分结构参数的确定方法。技能要求：能根据生产任务要求设计板式精馏塔；能正确计算和选择精馏塔各部分结构参数；能正确选择精馏装置的附属设备。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法一、精馏过程工艺设计意图及基本原则1.精馏过程工艺设计意图（1）学会从资料、手册中查找有关的计算公式和数据的简便方法；（2）能正确选择和评价精馏过程的工艺流程及操作条件；（3）进行一系列的、较为全面的化工工艺过程的计算，并通过准确、严密的分析、论证，表达出自已的设计思想；（4）能根据工艺计算的结果确定主要设备的结构尺寸及进行有关附属设备的选型；（5）能对计算结果进行流体力学条件的校核；（6）能从理论上的正确性、技术上的可能性和经济上的合理性等方面对设计成果进行可行性和先进性的评价；（7）学会绘制工艺流程图、主要设备工艺条件图及结构图；（8）学会编写设计说明书。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法一、精馏过程工艺设计意图及基本原则2.精馏过程工艺设计基本原则

（1）技术上的先进性、可靠性；（2）工艺过程的经济性；（3）生产过程的安全性；（4）清洁生产；（5）过程的可操作性和可控制性。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法二、精馏过程工艺设计的基本过程与内容1.精馏过程工艺设计的基本过程（1）过程的方案设计；（2）工艺流程设计；（3）单元过程模拟计算；（4）单元设备的工艺设计；（5）绘制单元过程流程图；（6）工艺设计的技术文件；（7）详细设计。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法二、精馏过程工艺设计的基本过程与内容2.精馏过程工艺设计的内容（1）确定精馏过程工艺流程方案；（2）精馏塔工艺设计；（3）辅助设备设计；（4）管路设计及泵的选择；（5）控制方案；（6）设计结果汇总。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法三、设计方案的确定1.精馏过程的工艺流程确定流程时要较全面、合理地兼顾设备、操作费用、操作控制及安全诸因素。2.操作条件的选择

（1）操作压力的选择；（2）进料热状态的选择；（3）加热剂及加热方式的选择；（4）冷却剂的选择；（5）回流比的选择《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法三、设计方案的确定3.精馏塔设计具体要求

（1）设计说明书内容

①标题页：写明设计题目；②设计任务书：由指导教师给出；③前言：说明设计的意义，设计方案简介，设计结果简述；④目录；⑤工艺流程图及其说明；⑥设计结果汇总一览表；⑦设计结果讨论：对本设计的总结、收获、改进和建议等；⑧设计过程的工艺计算：物料与热量衡算，主要设备尺寸计算等；⑨辅助设备的选择⑩参考文献（2）设计图纸要求《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算1.理论板概念与恒摩尔流假定（1）理论板概念理论板:指离开该板的气、液两相互成平衡，并且该板上的液相组成也可视为均匀一致的。在理论板上，气、液两相温度相等、组成达到平衡。意义：作为衡量实际塔板分离效果的依据和标准。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算1.理论板概念与恒摩尔流假定（2）恒摩尔流假定①恒摩尔流假定的前提条件ⅰ各组分的摩尔汽化潜热相等；ⅱ气、液两相接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；ⅲ塔设备保温良好，热损失可以忽略。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算1.理论板概念与恒摩尔流假定（2）恒摩尔流假定①恒摩尔流假定内容ⅰ恒摩尔气流

精馏段V1=V2=V3=…＝V=常数提馏段V1，=V2，=V3，=…＝V，=常数ⅱ恒摩尔液流精馏段L1=L2=L3=…＝L=常数提馏段L1，=L2，=L3，=…＝L，=常数但两段不一定相等

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算2.全塔物料衡算与应用以单位时间为基准：总物料衡算：F=D+W易挥发组分衡算：FxF=DxD+WxW式中：F、D、W——分别为原料、塔顶产品和塔底产品的流量，Kmol/h；xF、xD、xW——分别为原料、塔顶产品和塔底产品中易挥发组分的摩尔分数。应用：确定连续精馏过程的馏出液、残液的流量及其组成。注意：单位统一。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算3.操作线方程表示精馏塔内任意板下降液相组成Xn与其下一层板上升蒸汽组成Yn＋1之间的关系。（1）精馏段操作线方程总物料衡算V=L+D易挥发组分衡算Vyn+1=Lxn+DxD

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算3.操作线方程（1）精馏段操作线方程令R＝L／D，称为回流比，即回流液量与塔顶馏出液（产品）量之比。

方程意义：表明在一定操作条件下，精馏段内自任意板（第n层板）下降的液相组成xn与来自下一层板（第n+1层板）上升汽相组成yn+1之间的关系。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算3.操作线方程（2）提馏段操作线方程总物料衡算L’=V’+W

易挥发组分衡算L’x’m=V’y’m+1+WxW

方程意义：表明在一定操作条件下，提馏段内自任意板（第m层板）下降的液相组成xm与来自下一层板（第m+1层板）上升汽相组成ym+1之间的关系。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算4.进料热状况对操作线的影响（1）精馏塔的进料热状态在生产中，加入精馏塔中的原料可能有五种热状态：①冷液体进料t＞t泡②饱和液体进料t＝t泡③气液混合物进料t泡＜t＜t露④饱和蒸汽进料t＝t露⑤过热蒸汽进料t＞t露《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算4.进料热状况对操作线的影响（a）冷液进料（b）饱和液体进料（c）汽液混合物进料（d）饱和蒸汽进料（e）过热蒸汽进料《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算4.进料热状况对操作线的影响（2）进料板上的物料衡算和热量衡算物料衡算F+V’+L=V+L’热量衡算FIF+V’IV+LIL=VIV+L’IL’整理得

进料热状况参数《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算4.进料热状况对操作线的影响（2）进料板上的物料衡算和热量衡算不同进料时的q值：（1）冷液q＞1（2）饱和液体q＝1（3）汽液混合物0＜q＜1（4）饱和汽体q＝0（5）过热汽体q＜0《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算4.进料热状况对操作线的影响（2）进料板上的物料衡算和热量衡算精、提两段液体摩尔流量与进料热状况的关系：（3）进料状态对提馏段操作线的影响《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算4.进料热状况对操作线的影响（4）进料方程精馏段操作线与提馏段操作线交点的轨迹方程，故可由精馏段和提馏段操作线方程联立求：《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算5.理论板层数确定（1）逐板计算法若泡点进料，塔顶采用全凝器，泡点回流，塔釜采用间接蒸汽加热。借助气液相平衡关系（利用平衡关系式或平衡曲线）和塔内气液两相的操作关系（操作线方程式或操作线）。进料板为提馏段的的第一层塔板，故精馏段理论板层数为（n－1）块；再沸器本身相当于一块理论塔板，所以实际提馏段的理论塔板数为N－1块。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算5.理论板层数确定（2）简易图解法用平衡曲线和操作线代替相平衡方程和操作线方程。①绘制相平衡曲线②绘制操作线ⅰ精馏段操作线的作法：定点-截距法ⅱ提馏段操作线的作法：借助q线法③绘制理论板层数《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算5.理论板层数确定（3）最优进料位置的选择适宜的进料位置应为跨越三条线交点所对应的阶梯。因为这样完成一定的分离任务时所需理论板数为最少。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算6.实际塔板层数和板效率（1）全塔效率ET（总板效率）反映整个塔内气液两相之间传质传热过程的完善程度。求取：ET＝0.49(αμL)—0.245

①利用图查取②利用公式近似计算《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算6.实际塔板层数和板效率（2）单板效率（默弗里板效率）

反映该层塔板的传质效果，但板式塔各层塔板的单板效率并不相同。EMV=

EML=（3）实际塔板数ET=×100﹪

NT——理论板层数

NP——实际塔板层数《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算7.回流比的影响与选择（1）全回流——将塔顶上升蒸气冷凝后全部回流至塔内的操作①物料关系：D=0，R=L/D=L/0→∞，F=0，W=0；全塔无精馏段和提馏段之分。②操作关系：操作线方程为y＝x③理论塔板数：在操作线与平衡线之间作梯级的跨度最大，所需的理论塔板数最少，称为最少理论板数，记作Nmin

回流比有两个极限，一个是全回流时的回流比，一个是最小回流比；生产中采用的回流比应介于两者之间。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算7.回流比的影响与选择（1）全回流

全回流时的最少理论板数

Nmin也可采用芬斯克方程计算：《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算7.回流比的影响与选择（2）最小回流比当回流比小到两操作线的交点落在相平衡线之上时，完成这种状态下的分离需要无限多块塔板，称为最小回流比，记作Rmin《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算7.回流比的影响与选择（2）最小回流比《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算7.回流比的影响与选择（3）实际回流比选取原则：以达到完成给定任务所需设备费用和操作费用的总和为最小。R实=（1.1～2）Rmin1-设备费；2-操作费；3-总费用对于难分离体系：应采用较大的回流比，以降低塔高并保证产品的纯度；对于易分离体系：可采用较小的回流比，以减少加热蒸气消耗量，降低操作费用。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算8.精馏装置的热量衡算（1）再沸器中加热蒸气的消耗量

目的：求得塔釜再沸器中加热蒸气的消耗量以及塔顶冷凝器中冷却介质的消耗量。

对再沸器作热量衡算，以单位时间为基准，则：因提馏段底层塔板下降液体的温度、组成与釜液相近，可近似取：《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法四、精馏过程系统的模拟计算8.精馏装置的热量衡算（2）冷凝器中冷却介质的消耗量

对冷凝器作热量衡算，以单位时间为基准，则：《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法1.塔径与塔高的确定

（1）塔径设计

①塔径的估算

式中D——塔径，m；Vs——塔内气体的体积流量，m3/s；u——适宜的空塔气速，即按空塔计算的气体线速度，m／s。u=（0.6～0.8）umax《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法1.塔径与塔高的确定

（1）塔径设计

①塔径的估算

式中C——气体负荷因子，m／s；查图求取；ρL、ρV——塔内液体、气体的密度，kg／m3；ξ——阻力系数，无因次；d——液滴的直径，m。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法

史密斯关联图《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法1.塔径与塔高的确定

（1）塔径设计

①塔径的估算应用图时，须要预先拟定板间距HT和为板上清液层高度hL，可以事先初估塔径D，然后从表中预选塔板间距，但是否合理，需要经过塔板流体力学验算的校核加以确认。板上清液层高度hL：加压塔取0.03～0.1m，常压塔取0.05～0.1m（通常为0.05～0.08m），减压塔取0.025～0.035m。

在选择板间距时，应按照规定选取整数，如350、450、500mm等；人孔处不应小于600mm。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法1.塔径与塔高的确定

（1）塔径设计

②塔径的圆整

塔径初算后，要按照压力容器的系列标准予以圆整。当塔径小于1m时，其标准尺寸是按100mm递增的，如0.6、0.7、0.8m等；当塔径大于1m时，其标准尺寸是按200mm递增的，如1.0、1.2、1.4、1.6m等。为了制造方便一般精馏段和提馏段采用同一直径，但当两段上升气量差别较大时，也可采用变径塔。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法1.塔径与塔高的确定

（1）塔径设计

③设计塔径的基本步骤

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法1.塔径与塔高的确定

（2）塔高的设计

式中H——塔高（从塔顶切线到塔底切线的距离），m；Hd——塔顶空间高度（不含头盖），m，一般取1.2～1.5m；Hb——塔底空间高度（不含底盖），m，一般取1.3～1.5m；HT——塔板间距，m；N——实际塔板数，块；Hf——进料段高，m，其高度取决于进料口的结构型式及物料状态。q=0时Hf应取大一些，依进料口的型式确定；q≥1时取Hf=HT或稍大一些；0＜q＜1时Hf一般为1.5～2.5m，采用螺旋板或切向进料。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法2.溢流装置的设计（1）液流型式

（a）回转流（b）单溢流（c）双溢流（d）阶梯流《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法2.溢流装置的设计

（2）溢流堰的设计

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法2.溢流装置的设计

（2）溢流堰的设计

①堰长LW指弓形的弦长，由液体负荷及溢流型式而决定。对于单溢流：LW=（0.6～0.8）D；对于双溢流：LW=（0.5～0.6）D②堰高hW指降液管上端必须超出塔板板面一定高度。hL=hw+how对于常压塔和加压塔，hw一般在0.03～0.05m范围内，减压塔可适当减小些。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法2.溢流装置的设计

（2）溢流堰的设计

③堰上液层高度how对于平堰

式中Lh——塔内液体流量，m3／h，E——液流收缩系数，一般情况下可近似取E值为1。设计时，how不应小于6mm，以免液体在堰上分布不均匀而导致塔板效率下降。但how也不宜过大，以免造成过大的塔板压降及雾沫夹带量，一般比较适宜的how在60～70mm。若how小于6mm可改用齿形堰。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法2.溢流装置的设计（3）进口堰与受液盘的设计

为保证液体由降液管流出时不致于受到很大的阻力，进口堰与降液管之间的水平距离hl不应小于降液管底隙高度h0，即hl≥h0。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法2.溢流装置的设计（4）降液管底隙高度ho的设计

式中Ls——塔内液体流量，m3/s；——液体通过降液管底隙时的流速，m／s，一般取0.07～0.25m／s。为简便起见，有时也用ho=hw－0.006来确定ho值。降液管底隙高度ho通常不应小于20～25mm，否则易于堵塞，或因安装偏差而使液流不畅，造成液泛。设计时，若塔径较小时可取h0为25～30mm，塔径较大时取为40～50mm。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法2.溢流装置的设计（5）弓形降液管的宽度和截面积

查图求取液体在降液管中的停留时间：为保证气相夹带不致超过允许的程度，降液管内液体停留时间不应小于3～5s。对于高压下操作的塔及易起泡沫的系统，停留时间应更长些。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法3.塔板板面的设计（2）鼓泡区（3）安定区（破沫区

）D＜1.5m，WS=60～75mmD＞1.5m，Ws=80～110mm。D＜lm时，WS可适当减小。（4）支撑区周边宽度依塔径大小而定，小塔在30～50mm，大塔可达50～75mm。板间支撑的宽度通常为40～60mm。

（1）降液区和受液区：通常面积相等

是塔板上气、液两相接触进行传质传热的有效区域。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法4.鼓泡区的布置（2）浮阀的排列（1）阀型的选择

F1型浮阀是最简单、使用最广泛的一种。F1型阀又分为重阀与轻阀两种，重阀操作稳定性好、效率高、应用广。①排列方式

一般情况下采用叉排方式。对于整块式塔板多采用正三角形叉排，孔心距t=75～125mm。分块式塔板多采用等腰三角形叉排，孔心距t固定不变为75mm，排间距开孔率的要求，可在65、80、110mm等几种尺寸中选取。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法4.鼓泡区的布置（2）浮阀的排列①排列方式排列阀孔时，排间距t′和孔心距t之间符合下列关系：

式中Ao——鼓泡区总面积，m2；N——阀孔数目，个。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法4.鼓泡区的布置（2）浮阀的排列②浮阀数目确定方法阀孔动能因数FO来衡量气体流动时动能的大小设计时，在FO=9～12范围内选择任一值，然后计算阀孔气速uo，再求得浮阀个数后，估算排间距t′，取一接近的标准值后，在坐标纸上绘制排列图确定出阀孔数。若排列出的阀孔数与前面计算的阀孔数相近，则按绘制出的浮阀数重新计算阀孔气速，并核算阀孔动能因数FO，如FO仍在9～12范围内，即可认为作图所得出的阀孔数能够满足要求。否则，应调整排间距重新作图，直到满足为止。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法4.鼓泡区的布置（3）塔板开孔率φ浮阀塔板的开孔率是指塔板上的阀孔总面积与塔的截面积之比。在工业生产中，对常压塔或减压塔，开孔率在10～14％之间；对于加压塔，一般小于10％。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法5.浮阀塔板的流体力学验算（1）气体通过浮阀塔板的压降目的：检验设计的结果是否合适，在设计任务规定的气、液负荷下是否会存在其他形式的异常流动及严重影响传质性能的因素等。hp=hc+hl+hσ

①干板阻力对FI型重阀，浮阀全开前（uo＜uoc）

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法5.浮阀塔板的流体力学验算（1）气体通过浮阀塔板的压降

hp=hc+hl+hσ

①干板阻力对FI型重阀，浮阀全开后（uo＞uoc）：

临界孔速uoc：

通过实际孔速u。与uoc的比较来确定浮阀的开启状态，选择计算干板阻力hc。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法5.浮阀塔板的流体力学验算（1）气体通过浮阀塔板的压降②塔板上充气液层的阻力hl式中hL——板上液层高度，m；εo——反映塔板上液层充气程度的因数，称为充气因数，无因次。当液相为水时，取0.5；当液相为油时，取0.2～0.35；当液相为碳氢化合物时，取0.4～0.5。hl=εohL

③液体表面张力所造成的阻力hσ由于浮阀塔的h。值通常很小，计算时可以忽略。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法5.浮阀塔板的流体力学验算（2）液泛（淹塔）为防止液泛，降液管内的液层高度应低于上层塔板的溢流堰上端。设计中要求：Hd≤φ（HT＋hw）式中φ——充气液体与清液的密度之比。对于一般的物系，φ=0.5；对于发泡严重的物系，φ=0.3～0.4；对不易发泡的物系，φ=0.6～0.7。Hd=hp+hL+hd

《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法5.浮阀塔板的流体力学验算（3）雾沫夹带控制：雾沫夹带量ev＜0.1kg（液）／kg（气）工业上：采用验算泛点率F1作为估算雾沫夹带量大小的指标。式中：ZL——板上液体流径长度，m。单溢流塔板ZL＝D－2Wd；Ab——板上液流面积，m。对单溢流塔板Ab=AT－2Af

；CF——泛点负荷系数由图查得；K——物性系数，见表。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法5.浮阀塔板的流体力学验算（3）雾沫夹带大塔泛点率F1＜80～82％直径小于0.9m的塔泛点率F1＜65～75％减压塔泛点率F1＜75～77％《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法5.浮阀塔板的流体力学验算（4）泄漏

正常操作：泄漏量应不大于液体流量的10％。经验证明：当阀孔动能因数FO=5～6时，泄漏量常接近10％，故取FO=5～6作为控制泄漏量的操作下限。对于浮阀塔，一般取FO=5作为阀孔气速的下限。（5）液体在降液管内的停留时间降液管内液体停留时间不应小于3～5s。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法6.浮阀塔板的负荷性能图意义：设计时，可以检验塔板设计的合理性，了解塔操作增产的潜力及减负荷运转的可能性；操作时，可以分析操作的稳定性。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法6.浮阀塔板的负荷性能图

（1）操作负荷性能图①过量雾沫夹带线根据Vs、Ls数据即可作出图中的雾沫夹带线。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法6.浮阀塔板的负荷性能图

（1）操作负荷性能图②液泛线根据Vs、Ls数据即可作出图中的雾沫夹带线。将各经验公式代入，整理：《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法6.浮阀塔板的负荷性能图

（1）操作负荷性能图③液相负荷上限线可求得液相负荷上限Ls数值（常数），作出液相负荷上限线。取《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法6.浮阀塔板的负荷性能图

（1）操作负荷性能图④泄漏线取FO=5可求得气相负荷下限Vs数值（常数），作出泄漏线.《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法6.浮阀塔板的负荷性能图

（1）操作负荷性能图可求得液相负荷下限Ls数值（常数），作出液相负荷下限线。

⑤液相负荷下限线

对于平堰，一般取堰上液层高度how=0.006m作为液相负荷下限：《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法五、板式精馏塔的设计方法6.浮阀塔板的负荷性能图

（2）操作负荷性能图分析①操作点与操作线P点：操作点直线OP：操作线②操作弹性③负荷性能图分析

操作点尽可能位于适宜操作区的中央位置《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法六、浮阀精馏塔的设计实例（1）设计题目：甲醇-乙醇精馏塔工艺设计（2）设计条件：生产能力为4000kg/h，原料中甲醇含量为40%（摩尔分数，以下同），分离要求为塔顶甲醇含量不低于96%，塔低甲醇含量不高于4%，常压下操作，塔顶采用全凝器，进料中液相分率为0.7。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法七、浮阀精馏塔的设计练习

1.设计题目：分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计条件：生产能力为5000kg/h，原料中乙醇含量为30%（质量分数，以下同），分离要求为塔顶乙醇含量不低于95%，塔低乙醇含量不高于0.4%，常压下操作，塔顶采用全凝器，饱和液体进料。

2.设计题目：分离正己烷-正庚烷混合液的浮阀精馏塔设计条件：生产能力为6000kg/h，原料中正己烷含量为40%（摩尔分数，以下同），分离要求为塔顶正己烷含量不低于96%，塔低乙醇含量不高于4.5%，常压下操作，塔顶采用全凝器，饱和液体进料。

3.设计题目：分离氯仿-苯混合液的浮阀精馏塔设计条件：生产能力为7000kg/h，原料中氯仿含量为40%（摩尔分数，以下同），分离要求为塔顶氯仿含量不低于95%，塔低氯仿含量不高于4%，常压下操作，塔顶采用全凝器，饱和液体进料。《传质分离技术》----蒸馏技术任务6精馏过程的工艺设计方法七、浮阀精馏塔的设计练习

4.设计题目：分离苯-乙苯混合液的浮阀精馏塔设计条件：生产能力为5000kg/h，原料中苯含量为45%（摩尔分数，以下同），分离要求为塔顶苯含量不低于98%，塔低苯含量不高于5%，常压下操作，塔顶采用全凝器，饱和液体进料。

5.设计题目：分离甲苯-乙苯混合液的浮阀精馏塔设计条件：生产能力为5500kg/h，原料中甲苯含量为45%（摩尔分数，以下同），分离要求为塔顶甲苯含量不低于98%，塔低甲苯含量不高于3.5%，常压下操作，塔顶采用全凝器，饱和液体进料。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介任务目标：

了解几种特殊的精馏方法；了解恒沸精馏和萃取精馏在工业生产中的应用；掌握多组分精馏的原理和工艺计算。技能要求：能够理解恒沸精馏和萃取精馏的分离原理；能够正确分析多组分精馏的工艺。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介一、水蒸气蒸馏

特点：将水蒸气直接通入蒸馏釜内的混合液中，避免混合液中各组分受热分解或采用高温热源，从而可以使混合液中的各组分得以分离的操作。

应用：热敏性物料的蒸馏或高沸点物质与杂质的分离。

应用举例：原油炼制的常、减压蒸馏塔中，常常采用从塔底通入水蒸气的方法来降低蒸馏的操作温度，并回收塔底中重油中的轻组分。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介二、恒沸精馏（共沸精馏）

分离原理：在被分离的混合液中加入第三组分，该组分能与原料液中的一个或多个组分形成新的恒沸液（该恒沸物可以是最低恒沸点的塔顶产品，也可以是难挥发的塔底产品），使溶液变成“恒沸物-纯组分”的精馏，其相对挥发度大，从而使原料液能用普通精馏方法予以分离。

第三组分：夹带剂或恒沸剂。

应用举例：从乙醇与水的混合液中分离出来无水酒精。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介二、恒沸精馏（共沸精馏）应用举例：从乙醇与水的混合液中分离出来无水酒精。夹带剂：苯生产工艺：《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介二、恒沸精馏（共沸精馏）夹带剂的选择：（1）夹带剂应能与被分离组分中的一个组分形成新的恒沸物，并且所形成恒沸物的恒沸点与纯组分的沸点差不小于10℃；（2）夹带剂应与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物，而且夹带组分的量要尽可能高，这样夹带剂用量较少，且能耗较低；（3）新恒沸物所含夹带剂的量愈少愈好，以便减少夹带剂用量及气化、回收时所需的能量；（4）新形成的恒沸物要易于分离，最好为非均相混合物，以回收其中的夹带剂。（5）要满足一般的工业要求。如热稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介三、萃取精馏原理：与恒沸精馏相似，向原料液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原有组分间的相对挥发度而达到分离要求的特殊精馏方法。应用：分离各组分挥发度差别很小的溶液。

特点：

①萃取剂加入后并不与组分形成任何恒沸物，而是与混合物互溶。②萃取剂的沸点一般比要分离组分的沸点都要高。③萃取剂在靠近塔顶处引入塔内。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介三、萃取精馏工业实例：分离苯-环己烷混合液萃取剂：糠醛《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介三、萃取精馏萃取剂的选择：（1）选择性强，应使原组分间相对挥发度发生显著的变化；（2）挥发度要远低于所需要分离物系中最高沸点组分的挥发度，从而使萃取剂的回收易于实现；（3）相容性好，萃取剂须和被分离组分具有较大的溶解度，以避免分层，否则就会产生恒沸物而起不了萃取精馏的作用；（4）毒性小，腐蚀性小，对环境的污染少；（5）具有良好的热稳定性和化学稳定性；（6）来源方便，价格低廉。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介四、溶盐精馏原理：在原料液中加入第三种组分——盐，使混合液中各组分的相对挥发度显著提高，从而可用普通精馏的方法使原来相对挥发度很小或形成恒沸物的体系分离。加盐方式：（1）将固体盐加入到回流液中；（2）将盐的溶液与回流液混合；（3）将盐加入到再沸器中。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介四、溶盐精馏优点：（1）第三组分是固体盐，盐类完全不挥发，只存在于液相，不像液体溶剂那样发生部分气化和冷凝问题，因此能耗较少。（2）盐对相对挥发度影响比较显著，用量很少，可以节约设备投资和降低能耗。（3）盐的选择范围比较广。缺点：

盐的回收比较困难，循环使用中固体盐的输送加料及盐结晶引起堵塞、腐蚀等问题，对塔体设备的材质要求高。因此限制了它在工业中的应用，目前主要用于制取无水乙醇。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介五、几种特殊精馏方法的比较（1）恒沸精馏的夹带剂必须与被分离组分形成恒沸物，而萃取剂没有这点限制，因此萃取剂选择的范围比夹带剂要广。（2）恒沸精馏时，夹带剂从塔顶蒸出，但萃取精馏时萃取剂从塔的塔底排出，因此一般说来恒沸精馏的热量消耗比萃取精馏要大。（3）在恒沸精馏中，一定总压下恒沸物的组成、温度是恒定的，因此夹带剂的选择和使用量有特定要求；而萃取精馏中，萃取剂的用量可在一定范围内变化，操作比较灵活，易控制。（4）萃取精馏时，萃取剂必须从塔的上部不断加入；但恒沸精馏时，夹带剂既可从塔顶加入，也可于料液一起加入塔釜，即可用于大规模的连续生产，也可在试验室里进行间歇操作。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介五、几种特殊精馏方法的比较（5）恒沸精馏操作温度通常比萃取精馏要低，当有热敏性组分存在时，采用恒沸精馏更合适。（6）溶盐精馏是萃取精馏的另一种形式，只要选择合适的溶盐，可取得较大的分离效果。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介六、多组分精馏

1.多组分精馏流程方案的选择根据挥发度从大到小依次分出比较经济《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介六、多组分精馏

1.多组分精馏流程方案的选择（1）减少组分汽化次数，降低能耗（2）保证产品质量，满足工艺要求（3）减少设备费和操作费（4）操作管理方便《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介六、多组分精馏

2.多组分物系泡点及露点的确定（1）理想物系的气液平衡

①平衡常数法

式中——相平衡常数；下标——表示溶液中的任意组分。理想物系中任意组分的相平衡常数，仅与温度、压力有关，而与溶液的组成无关。通过指定温度下的饱和蒸汽压和总压，即可算出相平衡常数。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介六、多组分精馏

2.多组分物系泡点及露点的确定（1）理想物系的气液平衡

②相对挥发度法

对于理想物系《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介六、多组分精馏

2.多组分物系泡点及露点的确定（2）非理想物系的气液平衡

①气相是非理想气体，液相是理想溶液

修正的拉乌尔定律和道尔顿定律：——液相和气相混合物中组分的逸度，Pa；——液态和气态的纯组分在压强P及温度t下的逸度，Pa。《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介六、多组分精馏

2.多组分物系泡点及露点的确定（2）非理想物系的气液平衡

①气相是非理想气体，液相是理想溶液

当两相达到平衡时：可见，当系统压力较高时，只要用逸度代替压力，就可以计算得到平衡常数。

《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介六、多组分精馏

2.多组分物系泡点及露点的确定（2）非理想物系的气液平衡

②气相为理想气体，液相为非理想溶液非理想溶液遵循修正的拉乌尔定律：理想气体遵循道尔顿定律：

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2.多组分物系泡点及露点的确定（2）非理想物系的气液平衡

②两相均为非理想状态——气相为非理想气体，液相为非理想溶液《传质分离技术》----蒸馏技术任务7其他精馏方法简介六、多组分精馏

2.多组分物系泡点及露点的确定（3）列线图法确定平衡常数称为图

查取方法：当已知压力