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第六章蒸馏建湖县职业技术教育中心张连广【学习要求】1、掌握理想溶液的相平衡关系、相图和用相对挥发度表示的相平衡方程。2、掌握精馏原理，熟悉精馏流程。3、掌握精馏塔的物料衡算及操作线方程。4、了解五种进料对蒸馏操作的影响。5、理解理论板数的求法。6、理解回流比对精馏操作的影响。7、了解板式塔的结构与特点及流体力学特性。【知识精讲】一、概念1、蒸馏的概念蒸馏是利用液体混合物中各组分挥性的不同，或沸点的不同使各组分得到分离的单元操作。2、蒸馏操作的分类按操作方式可分为简单蒸馏、精馏及特殊精馏。按操作压力蒸馏可分为常压、加压及减压蒸馏。按被分离混合物中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。按操作是否连续可分为连续蒸馏和间歇蒸馏。3、拉乌尔定律在一定温度下平衡时溶液上方蒸气中任一组分的分压，等于此纯组分在该温度下饱和蒸气压乘以其在溶液中的摩尔分率，即PP0x。xA=yA=4、气液平衡相图温度组成（t-x-y）图上侧虚线，此线称为饱和蒸气线，亦称气相线、露点线下侧实线，此线称为饱和液体线，亦称液相线、泡点线相平衡（xy）图xy线表示液相组成和与之平衡的气相组成间的关系。此线偏离对角线愈远，表示该溶液愈容易分离。5、挥发度和相对挥发度挥发度是表示某中液体容易挥发的程度。相对挥发度是指两组分挥发度之比，以a表示。对于理想溶液，则aa用相对挥发度表示的气液相平衡关系为：y=6、简单蒸馏概念使混合液在蒸馏釜中逐渐受热气化，并不断将生成的蒸气引入冷凝器内冷疑，以达到混合液中各组分得以部分分离的方法。称为简单蒸馏或微分蒸馏。简单蒸馏主要应用于：分离沸点相差较大；分离程度要求不高；多组分混合液的粗略分离的场合。7、精馏概念精馏就是多次而且同时运用部分气化和部分冷疑的方法，使混合液得到较完全发离，以获得接近纯组分的操作。精馏操作连续稳定进行的两个必要条件是：塔顶的液相回流；塔底再沸器提供一定量的上升蒸气。8、连续精馏流程连续精馏流程的主要设备及作用：精馏塔：提供气液两相接触进行传热质的场所。塔顶冷疑器：获得液相产品及保证有适量的液相回流。塔底再沸器：提供一定量的上升蒸气量。9、理论板的概念及恒摩尔流的假定理论板是指离开该板的气、液两相互平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀一致。理论板是不存在的，仅是作为衡量实际板分离效率的依据和标准。恒摩尔流的假定：恒摩尔气化精馏操作时，在精馏塔的精馏段内，每层塔板的上升蒸气摩尔流量都是相等的，提馏段内也是这样。但两段的上升蒸气摩尔流量不一定相等。恒摩尔溢流精馏操作时，在精馏塔的精馏段内，每层塔板的下降液体的摩尔流量都是用相等的，提馏段内也是这样。但两段的液体摩尔流量不一定相等。假设成立的条件10、物料衡算和操作线方程全塔物料衡算注意：若F、D、W摩尔流量kmol/h，则xF、xD、xW为摩尔分率若F、D、W为质量流量kg/h，则xF、xD、xw为质量分率。精馏操作线方程y=此操作线方程为一直线方程。在xy图中为一直线，斜率为，截距为提馏段操作线方程yxXW或yxxw此操作方程也是一直线方程。11、五种进料和线方程进实受热状况参数（）进料受热状况参数是旨将1kmol进料变为饱和蒸气所需的热量与原料液的千摩尔气化潜热之比。其物理意义是每进1kmol料液而使提馏段中的液体回流量较精馏段增大的kmol值。对于饱和液体、气液混合物及饱和蒸气三种进料热状况值就等于进料中的液相分率。五种进料a.温度低于泡点的冷液体，b.温度等于泡点的饱和液体，c.温度介于泡点和露点之间的气液混合物，d.温度等于露点的饱和蒸气，e.温度高于露点的过热蒸气。线方程y=xxF此方程是一直线方程，其位置仅由和xF决定。线方程又称进料方程，它代表两条操作线交点的轨迹方程进料热状况对值及线的影响进料热状况进料的焓IF=线的斜率线在x-y图上的位置冷液体饱和液体气液混合物饱和蒸气过热蒸气IFIIIFIIIIIFIVIFIVIFIV110100+0+ef1（向上偏右）ef2（垂直向上）ef3（向上偏左）ef4（水平线）ef5（向下偏左）12、理论板层数的求法理论板层数的求算通常采用逐板计算法计算法或图解法逐板计算法图解法实际塔板数（N）13、回流比的影响及其选择回流比有两个极限值，上限为全回流时的回流比，下限为最小回流比。全回流是指塔顶上升蒸气经冷凝后，全部回流到塔内的操作。R，此时F、D、W皆为零。全塔无精馏段和提馏段之分，全塔只有一条操作线，即y=x。此时所需理论板数为最少。最小回流比是指精馏塔两操作线的交点落在平衡线上时此时的回流比为最小回流比。Rmin。此时所需理论板数为最多。适宜回流比的选择精馏的操作费用主要决定于再沸器中加蒸汽消耗量及塔顶冷凝器中冷却水的消耗量，当增大R，加热和冷却介质消耗量也增大，即操作费用增加。设备折旧费是指精馏塔、再沸器、冷凝器设备的投资费乘以折旧率。当增大R，塔板层数减少，设备投资费用减小，但随着R增大，上升蒸汽量增加，塔径、再沸器及冷凝器尺寸相应增大，设备投资费用增大。总费用为操作费用及设备折旧费用之和。适宜的回流比应使总费用为最小。即R（1.12）Rmin。14、气泡夹带液沫夹带液泛泄漏板式塔中，液体在上降时所含气体没有被分离出来而被带到下层板上去的现象称气泡夹带。气体从板下经浮阀孔进入板面通过液层鼓泡而出，离开液层时带出一些小液滴随气流进入上一层塔板的现象称液沫夹带。降液管内的液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫到上层塔板上去的现象称液泛。当上升气体的动压不足，而使液体经阀孔流下的现象称为泄漏。二、蒸馏的计算1、求D、W2、求xD、xW、xF。3、求L、L、V、V4、求Rmin、R5、求精馏段，提馏段操作线6、求y2、x2、x3、y37、用图解法求理论塔板解。例1：某连续精馏塔中分离苯、甲苯混合液，处理量为1200kg/h，原料中苯的含量为0.45，塔底残液采出量688kg/h，含甲苯0.98（以上组成均为摩尔分率），求塔顶馏出液量及组成。例2：某连续精馏操作中，已知操作线方程，精馏段：y=0.75x+0.24，提馏段：y=1.25x-0.02，若原料液于沸点温度进入精馏塔，试求回流比和馏出液、原料液、残液的组成。例3：常压连续精馏塔中分离含甲醇0.4与水0.6的溶液，每小时处理量为2360kg/h，馏出液组成为0.95，残液组成为0.05（以上组成均匀摩尔分率），回流比为2.5，设塔内恒摩尔流动。试求以下几种情况馏出液、残液流量、精馏段和提馏段上升蒸汽量及回流液量。泡点进料；液气比为2：1的汽液混合物进料；饱和蒸汽进料。例4：用一常压连续精馏塔分离苯甲苯混合液，泡点进料，每小时处理料液60kmol/h，料液中含苯50%，所得残液含苯5%，馏出液含苯98%（以上组成均摩尔百分率），苯对甲苯的平均相对挥发度为2.41，试求：馏出液及残液量；R2Rmin时的操作回流比；该操作条件下，精馏段、提馏段操作线方程。例5：连续精馏塔分离正庚烷甲苯混合液，原料液、馏出液、残液含正庚烷分别为0.5，0.9，0.1（均为摩尔分率），操作回流比为3.5，物系平均相对挥发度为1.52，塔顶采用全凝器，液体于泡点回流。试求自塔顶数起第二块理论板下降液体的组成。例6：某连续精馏塔，分离苯甲苯混合液，已知操作条件下汽液平衡方程为y=，精馏段操作线方程为y=0.60x+0.38，塔顶采用全凝器，液体泡点回流。问自塔顶向下数的第二块理论板上升的蒸汽组成是多少？例7：用一连续精馏塔处理组成为45%苯及55%甲苯的混合液，进料量为4kg/h，要求馏出液含苯不低于98%，釜液含苯不高于2%（以上组成均为摩尔百分率），塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比为4。计算馏出液量、釜液量及用图解法求算以下几种情况所需理论塔板数。饱和液体进料；饱和蒸汽进料。例8：常压连续精馏塔分离乙醇水混合液，原料液为饱和液体，其中含乙醇25%，馏出液含乙醇不低于80%，釜液含乙醇不高于2%（以上组成均为摩尔百分率），操作回流比为最小回流比的1.5倍，塔顶采用全凝器，液体在泡点下回流，全塔效率为70%，求实际塔板数和加料板的位置。第六章蒸馏建湖县职业技术教育中心张连广一、选择题（31030）1、在生产过程中，加入精馏塔中的原料液为气液混合物，则q线在xy相图上的位置方向为（）A、向上偏右B、垂直向上C、向上偏左D、向下偏左2、在连续精馏塔中，若加大液体的回流量，其它条件不变，则提馏段操作线的斜率有何变化（）A、增大B、减小C、不变D、无法确定3、二元溶液连续精馏计算中，进料热状况的变化将引起以下线的变化（）A、提馏操作线和q线B、平衡线C、平衡线与精馏段操作线D、平衡线与q线4、某二元理想体系进行连续精馏，相邻二理论板气液相浓度分别为yn、xn、yn+1、xn+1（见图），则它们的大小关系（）A、ynyn+1xn+1xnB、ynxn+1xnyn+1 C、yn+1ynxn+1xnD、ynyn+1xnxn+1 5、不能引发降液管液泛这种不正常操作现象的原因是（）A、塔板间距过小B、严重漏液C、过量雾沫夹带D、液气负荷过大6、相平衡（x.y）图中，平衡线位于对角线上方，说明（）A、该溶液易分离B、该溶液一定是理想溶液C、该溶液不易分离D、该溶液一定是非理想溶液7、精馏塔理论塔板数的确定（）A、只与进料量有关B、取决于进料量和分离要求C、只与分离要求有关D、取决于进料组成和分离要求8、流率为800kmol/h，组成为0.4的二元理想溶液精馏分离，要求塔顶产品组成这到0.7，塔底残液组成不超过0.1，泡点进料，回流比为2.5，要使塔顶采出量达到500kmol/h，应采取措施（）A、增加塔板数B、加大回流比C、改进进料热状况D、增加进料量9、在连续精馏中，若加大液体的回流量，其它条件不定，则出塔顶液体的浓度将（）A、增大B、减小C、不变D、无法确定10、在间歇精馏中，为保证馏出液浓度的恒定，需（）A、增大回流比RB、减小回流比RC、保持R不变D、无法确定二、填空题（13030）1、精馏分离的依据是的差异，要使混合物中的组分得到完全的分离，必须进行多次的和。2、在精馏操作中，当原料液由饱和液体变为气液混合物时，进料热状况参数将（增大、减小、不变）所需理论板数要。3、板式塔的塔板分为和二大类，常用的板型有、等（三种）4、理论板是指，且液相组成，它是衡量和。5、精馏塔有进料热状态，其中进料q值最大，若混合物气液比为1:3进料，则q值为。6、在全回流操作时，达到给定的分离程度所需理论板层数，当回流减小到最小时，所需理论板层数。7、苯一甲苯混和液在45，20kpa时沸腾，若此时苯和甲苯的饱和蒸汽压为25kpa和8kpa，则平衡时苯的液相组成为气相组成为，相对挥发度为。8、经浮阀塔板的上升气流需要克服以下几种阻力：（1），（2），（3）。9、二元组分连续精熘，精馏段操作线方程y=0.723x0.263，提馏段y=1.25x-0.0187，若泡点下进料，则xD=，xW=，xF=。10、恒沸精馏是指在组分或的物系中，加入第三组分该组分能与原料液中一个或两个组分形成新的，从而使原料液能用方法分离。三、简答题（5630）1、连续精馏装置主要应包括哪些设备？它们的作用是什么？2、用图解法简述求理论板层数的步骤？3、简述蒸馏有何特点，为提高分离效果，如何对其进行改进？4、什么是“液面落差”、“液面落差”时精馏操作有何影响？怎样减小液面落差。5、什么是负荷性能图？对精馏塔操作及设计有何指导意义？四、计算题（60分）1、在连续精馏塔中分离含苯50%（质量%下同）的苯一甲苯混合液，要求馏出液组成为98%，釜残液组成为1%，试求馏出液及釜残液的流量；若R2，饱和液体进料，试写出精馏段，提馏段操作线方程。2、在一双组分连续精馏塔中，进入精馏段中某层理论板n的气相组成yn+1为0.75，从该板流出的液相组成xn为0.65（均为摩尔分率），塔内气液比V/L2，物系为相对挥发度2.5，求：从该板上升的蒸汽组成yn；流入该板的液相组成为xn-1；回流比R。3、用一常压连