化工原理第五章第四节讲稿(精品课程)

1、2022-6-15第第第第第第章章章章章章 蒸蒸蒸蒸蒸蒸 馏馏馏馏馏馏DistillationDistillationDistillation、理论板及恒摩尔流、理论板及恒摩尔流二、物料衡算和操作线二、物料衡算和操作线三、理论塔板层数的求法三、理论塔板层数的求法四、几种特殊情况时理论板数四、几种特殊情况时理论板数的求法的求法 五、回流比的影响及其选择五、回流比的影响及其选择六、理论板数的捷算法六、理论板数的捷算法七、实际塔板数、塔板效率七、实际塔板数、塔板效率八、精馏装置的热量衡算八、精馏装置的热量衡算第第第第第第。节节节节节节 两组分两组分两组分两组分两组分两组分连续精馏的连续精馏的连续精馏

2、的连续精馏的连续精馏的连续精馏的分析和计算分析和计算分析和计算分析和计算分析和计算分析和计算 2022-6-15、理论板及恒摩尔流、理论板及恒摩尔流、理论板及恒摩尔流、理论板及恒摩尔流、理论板及恒摩尔流、理论板及恒摩尔流1、理论板、理论板 离开这种板的气液两相(xnyn)互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。2、操作关系、操作关系 yn+1与xn之间的关系 3、恒摩尔流假设恒摩尔流假设恒摩尔汽化恒摩尔汽化VVVVn.21VVVVm.212022-6-154、恒摩尔溢流、恒摩尔溢流 LLLLn.21LLLLm.215、恒摩尔流假设的条件、恒摩尔流假设的条件 （1）各组分的摩尔汽化潜热相等

3、； （2）气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略 ； （3）塔设备保温良好，热损失可以忽略。 2022-6-15。、物料衡算和操作线。、物料衡算和操作线。、物料衡算和操作线。、物料衡算和操作线。、物料衡算和操作线。、物料衡算和操作线1、全塔物料衡算全塔物料衡算 对总物料： WDF对于易挥发组分： WDFWxDxFx2022-6-15WDWFxxxxFDFDFW1当塔顶、塔底产品组成xD、xW及产品质量已规定，产品的采出率D/F和W/F也随之确定，不能再自由选择；当规定塔顶产品的产率和质量xD，则塔底产品的质量xW及产率也随之确定而不能自由选择；在规定分离要求时，应使FDFxDx塔顶产品的组成

4、应满足DFxxFD2022-6-15塔顶易挥发组分回收率：易挥发组分从塔顶采出的量占全部进料量中轻组分的百分数。 %100FDDFxDx塔底难挥发组分回收率：单位应一致:各参数用质量单位时,结果是质量单位;如用摩尔单位,结果必然是摩尔单位.二者不可混淆. %100)1 ()1 (FWWxFxW2022-6-15全凝器全凝器，泡点回流泡点回流L,xnV,y1 DnnDxLxVyDLV1DnnxVDxVLy 1令DLR -回回流流比比 DRVRDL)1(L,xD111 RxxRRyDnnn1 t B A x 或或 y D, xDF, xF2022-6-15111 RxxRRyDnn-精馏段的操作线

5、方程精馏段的操作线方程过点过点 a（xD、xD） 、） 、斜率小于斜率小于 1 的直线的直线nxn yn+1 y xD a 0 X xDxnyn+12022-6-15 操作线斜率大，意操作线斜率大，意味着经过一块理论板味着经过一块理论板后，汽相的增浓程度后，汽相的增浓程度变大，液相的减浓程变大，液相的减浓程度变大。故度变大。故操作线斜操作线斜率大对精馏段的分离率大对精馏段的分离是有利的是有利的 。ynxn-1汽相汽相增浓增浓程度程度液相减浓液相减浓浓程度浓程度思考：思考：操作线斜率大，对精馏是否有利？操作线斜率大，对精馏是否有利？111 RxxRRyDnnxnyn+1 y xD a xn-1

6、yn n xn yn+1 0 xD 2022-6-15物物料料衡衡算算得得： WmmWxyVxLWVL1VWxxVLyWmm 1-提馏段的操作线方程提馏段的操作线方程 3提馏段操作线方程提馏段操作线方程 xm+1 L , xM V ,yW ym V L xm-1 W , xW xm m+1 m ym+1 2022-6-15y xD a xW b 0 xW xD -提馏段的操作线方程提馏段的操作线方程直直线线过过点点 b（xW、xW） 、斜斜率率1 WLL斜率小，提馏斜率小，提馏段内塔板的分段内塔板的分离能力高。离能力高。 VWxxVLyWmm 12022-6-15(a)过过冷冷液液体体 (b)

7、饱饱和和液液体体 (c)汽汽液液混混合合物物 (d)饱饱和和蒸蒸汽汽 (e)过过热热蒸蒸汽汽VLLVFVLLVFVLLVFVLLVFVLLVF P一一定定 B t-y t t-x A 0 1 露露露露露露泡泡泡泡泡泡过过热热蒸蒸汽汽：饱饱和和蒸蒸汽汽：饱饱和和液液、汽汽混混合合物物：饱饱和和液液体体：过过冷冷液液体体：五五种种进进料料热热状状况况tttttttttttFFFFF V V， L L V =V， L L V L V V， L =L V V， L V， L L V =V， L L V L V V， L =L V V， L LLVFVhhhhFLLq 2022-6-15前已推得，精馏段

8、和提馏段操作线方程如下：前已推得，精馏段和提馏段操作线方程如下： DDxLxVy WWxxLyV )()()(WDWxDxxLLyVV 又又 FqVVqFLL)1(，故故 11 qxxqqyF-q 线线方方程程过过点点 f（xF、xF）的的直直线线 d5 q0 xD a c xW x b xF f q=0 0q1 d4 d3 d2 d1 精、提馏段物料衡算精、提馏段物料衡算q线方程线方程2022-6-1511 qxxqqyFd5q0 xDacxWxbxFfq=00q1d4d3d2d1 FqVVqFLL) 1(-q线方程线方程进料状况的影响：进料状况的影响： 影响到提馏段传质推动力；影响到提馏段

9、传质推动力； 影响到再沸器的热负荷。影响到再沸器的热负荷。 2022-6-15 例：例：用一连续精馏装置在常压下，分离含苯41%（质量%，下同）的苯-甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于97.5%，塔底产品中含甲苯不低于98.2%，每小时处理的原料量为8570kg。操作回流比为3，试计算：（1）塔顶及塔底的产品量；（2）精馏段上升蒸汽量及回流液量；（3）当原料于47进塔和蒸汽进塔时，提馏段上升蒸汽量及回流液量 。（苯的汽化潜热rA=93kcal/kg，甲苯的汽化潜热rB=87.52022-6-15kcal/kg，苯和甲苯的平均比热Cp,l=0.45 kcal/kg，蒸汽的平均比热Cp,v=0.3

10、0 kcal/kg）。分析：分析：求W、D全塔物料衡算求xF、xW、xD求V、L已知R精馏段物料衡算求LV、qFLLFqVV) 1( 求q解：解： （1）产品量 2022-6-1592/5978/4178/41Fx4504. 092/5 . 278/5 .9778/5 .97Dx9787. 092/2 .9878/8 . 178/8 . 1wx0212. 092)4504. 01 (784504. 0FMkmolkg /69.8569.858570Fhkmol /0 .1002022-6-15WDFwDFWxDxFxWD0 .1000212. 09787. 04504. 00 .100WDhk

11、molD/3 .44hkmolW/7 .55(2)上升蒸汽量及回流量 精馏段： RDL 8 .443hkmol/5 .134DLV83.445 .134hkmol/3 .1792022-6-15(3)47进料时 LV、将料液由47升温到93所需的热量为： )(.4793450406985FVIIkmolkcal/4 .1775继续加热 LVII 4504. 078935 .9930. 0934504. 01925 .87935 .9945. 02 .45727 .3335kmolkcal/9 .79072022-6-15LVFVIIIIq LVFLLVIIIIIILVFLIIII19 .790

12、74 .17751225. 1qFLL100225. 15 .134hkmol /257FqVV11001225. 13 .179hkmol /8 .201饱和蒸汽进料时 0LVFVIIIIqhkmolLL/5 .134FVV1003 .179hkmol /3 .792022-6-151.5.4、理论塔板数、理论塔板数N的计算的计算理论板数的求取方法：理论板数的求取方法： 捷算法捷算法图解法图解法逐板法逐板法2022-6-15相平衡方程：相平衡方程： xxy)1(1 精馏段操作线方程：精馏段操作线方程： 111 RxxRRyDnn提馏段操作线方程：提馏段操作线方程： WLWxxWLLyWmm

13、1dNDxxxyxyx 122111相相精精操操作作线线相相精精操操作作线线相相精馏段板数N1块WNNNNNxxyxyx 相相提提操操作作线线相相相相提提操操作作线线12111全塔理论板数N-1块提馏段板数(N-1-N1)块 1 逐板法逐板法 yN-1 D, xD y1 y2 L, xD x1 xn yn+1 V L 1 2 n x2 yn V, y1 xN-1 xm+1 L, xN-1 V,yW ym V L xm-1 W, xW m+1 m ym+1 N-1 N xm F, xF N1+1 N1 xN1 2022-6-15 1 y a b d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3

14、 7 9 11 5 12 13 理理论论板板数数的的图图解解 (1) 作出精、提操作线、作出精、提操作线、q线；线； (2) 从点从点a开始在平衡线和精开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点级跨过点d时，就改在平衡线时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点直至梯级跨过点b为止；为止；2图解法图解法麦卡勃麦卡勃-蒂列（蒂列（Mccabe-Thiele）法，法，简称简称M-T法法11RxxRRyDxy DxyDxxwxWqFLWxWqFLqFLyWxx Wxy 2022-6-1511 qxxqqyFd5q0 xDacx

15、WxbxFfq=00q1d4d3d2d1 FqVVqFLL) 1(-q线方程线方程进料状况的影响进料状况的影响： 影响提馏段传质推动力；不影响精馏段影响提馏段传质推动力；不影响精馏段q qN N但但一定一定q qt t进进Q QN N 进料状态的影响2022-6-15 1 y a b d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 理论板数的图解理论板数的图解 理论塔板数理论塔板数N的计算的计算 (3) 所画的总阶梯所画的总阶梯数就是全塔所需的数就是全塔所需的理论塔板数（包含理论塔板数（包含再沸器），跨过点再沸器），跨过点d的那块板就是加料的那块板就是加料板，

16、其上的阶梯数板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔为精馏段的理论塔板数。板数。理论板理论板12.8块（包括再沸器），块（包括再沸器），其中精馏段其中精馏段5.7块，块，提馏段板数提馏段板数=11.8-5.7=6.1块，块，加料板在第加料板在第6块。块。2022-6-15 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 x y a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 理论板数的图解理论板数的图解 y1x1y2思考：思考：为什么一个梯级代表一个理论板？为什么一个梯级代表一个理论板？操作中的塔：若操作中的塔：若xF或进料

17、稳定或进料稳定，XD及及XW变化会怎样？变化会怎样？ yN-1 D, xD y1 y2 L, xD x1 xn yn+1 V L 1 2 n x2 yn V, y1 xN-1 xm+1 L, xN-1 V,yW ym V L xm-1 W, xW m+1 m ym+1 N-1 N xm F, xF N1+1 N1 xN1 2022-6-15 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 x y a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 理论板数的图解理论板数的图解 D, xDW, xWF, xF最佳位置进料最

18、佳位置进料2022-6-15 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 y 1 a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 14 D, xDW, xWF, xF非最佳位置进料与最佳进料的比较：进料口下移两块板非最佳位置进料与最佳进料的比较：进料口下移两块板非最佳位置进料非最佳位置进料比最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数所需的理论板数多。多。2022-6-15 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 y a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3

19、7 9 11 5 12 13 14 D, xDW, xWF, xF非最佳位置进料与最佳进料的比较：进料口上移非最佳位置进料与最佳进料的比较：进料口上移1块板块板非最佳位置进料非最佳位置进料比最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数所需的理论板数多。多。2022-6-15 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 y 1 a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 14 D, xDW, xWF, xF非最佳位置进料与最佳进料的比较：进料口下移两块板非最佳位置进料与最佳进料的比较：进料口下移两块板非最佳位置进料非最

20、佳位置进料比最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数所需的理论板数多。多。2022-6-15问题：操作中的塔，进料组成变化或进料温度变化，问题：操作中的塔，进料组成变化或进料温度变化，结果会如何？结果会如何？。什么情况下进料口需要向上移动，或向下移动？。什么情况下进料口需要向上移动，或向下移动？2022-6-.51.5.5、回流比的影响及其选择、回流比的影响及其选择、回流比的影响及其选择、回流比的影响及其选择、回流比的影响及其选择、回流比的影响及其选择 回流比对精馏操作的影响回流比对精馏操作的影响 RxD/R+1 abyxxDxWcxFefdxD/R+1 NTab 下移RD

21、、W不变L、Vab与ac重合R=NT=Nmin2022-6-15abyxxDxWcxFefdxD/R+1 RxD/R+1ab、q线与平衡线交于dR=RminN=d点夹紧点Nab上移RRminR2022-6-151、全回流及最少理论板层数、全回流及最少理论板层数 全回流时，D=0， F=0，W=0 ；R达到给定分离程度所需的理论板层数最少为Nmin。特点特点:1）Nmin的求法的求法 a）图解法 xWxD11RR0WxWqFLW011DxR1WqFLqFLnnxy12022-6-15b）解析法芬斯克(Fenske)方程式 全回流时操作线方程式为：yn+1=xn(yA)n+1=(xA)n，(yB)

22、n+1=(xB)n离开任一层板的汽液组成间的关系为： nBAnnBAxxyy若塔顶采用全凝器，（yA）1=（xA）D ，（yB）1=（xB）D 第一层板的汽液平衡关系为：111BABAxxyyDBAxx2022-6-15第一层板和第二层板之间的操作关系为：yA2=xA1 ,yB2=xB2 12BABAxxyy即21BADBAyyxx同理，第二板的气液平衡关系为：222BABAxxyy221BADBAxxxx2022-6-15WBANDBAxxxx121.1121.NNm若令WBANmDBAxxxx1mWABDBAxxxxNloglog1min2022-6-15mwwDDxxxxNlog11lo

23、g1min 芬斯克方程 *（1）以）以 可求进料板的位置可求进料板的位置(）（2）可用全塔平均相对挥发度）可用全塔平均相对挥发度（）不包括塔釜（）不包括塔釜3、最小回流比的求法、最小回流比的求法 1）作图法）作图法a）对于正常的平衡曲线 qDqDxxyxRR1minminwFxx 代替FDmmWDmminN2022-6-15qqqDxyyxRminxq,yqq线与平衡线的交点坐标 求法:1.读图 2解方程:根据平衡线、q线的交点特性，解二个方程qyqxq2022-6-15b）对于某些不正常的平衡曲线 由点a（xD,xD）向平衡线作切线，切线的斜率=Rmin/Rmin+1。 2022-6-152

24、）解析法）解析法 对于相对挥发度为常量（或取平均值）的理想溶液 qqqxxy) 1(1qqqDxyyxRminqqqqqDxxxxxx) 1(1) 1(12022-6-15qDqDxxxxR1)1 (11min饱和液体进料时 FDFDxxxxR1)1 (11min饱和蒸汽进料时 11111minFDFDyxyxR2022-6-15、适宜回流比的选择、适宜回流比的选择 R=（1.12）Rmin分析分析: RN N设备操作费用设备操作费用若若R RN N，但由于（），但由于（），（q-1)F所以，操作费用所以，操作费用2022-6-15、理论板数的捷算法、理论板数的捷算法、理论板数的捷算法、理论板

25、数的捷算法、理论板数的捷算法、理论板数的捷算法 1、吉利兰图、吉利兰图 XY591422. 0545827. 0X/002743. 01minRRRX2minNNNY2022-6-152、简捷法求理论板数的步骤、简捷法求理论板数的步骤根据物系性质及分离要求，求出Rmin，选择合适的R； 求出全回流下所需理论板数Nmin ；使用吉利兰图 ，求出所需理论板数 ；确定加料位置 ，可把加料组成看成釜液组成求出理论板数即为精馏段所需理论板数，从而可以确定加料位置。 2022-6-15关于二元连续精馏的其它流程关于二元连续精馏的其它流程 1塔顶设有分凝器塔顶设有分凝器 2冷液回流冷液回流 3直接蒸汽加热流

26、程直接蒸汽加热流程 4多股加料和侧线出料流程多股加料和侧线出料流程 5 回收塔流程回收塔流程2022-6-15进料进料釜液釜液馏出液馏出液全凝器全凝器再沸器再沸器泡泡点点回回流流 1.5.7、关于二元连续精馏的其它流程、关于二元连续精馏的其它流程1塔顶设有塔顶设有分凝器分凝器2冷液回流冷液回流3直接蒸汽加热直接蒸汽加热流程流程4多股加料多股加料和和侧线出料侧线出料流程流程 5 回收塔回收塔流程流程2022-6-15 分分凝凝器器流流程程D, xDL, xLV , y1D，yD 分凝器分凝器10y yD D1abdfxFxD81024637911512xLy y1 1其余计算过程不变。其余计算过

27、程不变。，梯级数梯级数注意：注意：2 N汽相汽相液液相相 P 一一定定 B t-y t t-x A 0 x 或或y 11塔顶设有分凝器塔顶设有分凝器yD与与xL满足相平衡关系，故分凝器相当满足相平衡关系，故分凝器相当于一块理论板。于一块理论板。2022-6-15D, xDL0, xD, t0VLV0t1冷液回流冷液回流据据物物料料、热热量量衡衡算算知知：)()(0100ttcLrLLp 001)(1LrttcLp rttcp)(101计算时采用内回流比 R，计算过程不变。0LL外回流量外回流量内回流量内回流量 2冷液回流冷液回流内回流比 L/D R外回流比 L0/D 0R111 RxxRRyD

28、nn2022-6-15D, xDL0, xD, t0VLV0t1冷液回流冷液回流2冷液回流冷液回流思考：思考： 冷液回流与泡点回流相比，冷液回流与泡点回流相比，有何优缺点？有何优缺点？ 冷回流对精馏过程是有冷回流对精馏过程是有利的，但冷回流操作由于利的，但冷回流操作由于塔顶移取的热量多，相应塔顶移取的热量多，相应地需要再沸器提供的热量地需要再沸器提供的热量也多也多。2022-6-15 D, xD W*, xW* F, xF S，yS=0 V L WDFxWDxSFxWDSF0直直： WDFWxDxFxWDF间间：若若F、xF、q、D、xD、R相相同同，则则SWW *WWWxxW WW *WWx

29、x 3直接蒸汽加热流程直接蒸汽加热流程（1）全塔物料衡算式形式不同）全塔物料衡算式形式不同与间接蒸汽加热流程相比：与间接蒸汽加热流程相比：适用范围：水溶液，且水是难挥发组分适用范围：水溶液，且水是难挥发组分可可见见，在在相相同同条条件件下下（F、xF、q、D、xD、R 相相同同） ，釜釜液液排排出出量量间间直直WW ，排排出出组组成成间间直直,WWxx FqDRVS) 1() 1(WL2022-6-15精馏段精馏段： 11 RxxRRyD提馏段提馏段： VxWxVLyW 在相同条件（在相同条件（F、xF、q、D、xD、R 相同）下，直接蒸汽加相同）下，直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比， 操作热与

30、间接蒸汽加热相比， 操作线及线及 q 线不变， 但提馏段操作线不变， 但提馏段操作线需延长至线需延长至 b （ Wx,0） 。） 。 乙醇乙醇- -水精馏体系直接蒸汽加热流程的水精馏体系直接蒸汽加热流程的 M MT T 图解示意图解示意 a b d f xF xW xD x y x*W b 3直接蒸汽加热流程直接蒸汽加热流程（2）精线、）精线、q线、提线方程形式相同线、提线方程形式相同过点过点b （ ,0） *WxFqDRqFRDVL112022-6-15思考：思考：与间接蒸汽加热相比，直接蒸汽加热有何优缺点？与间接蒸汽加热相比，直接蒸汽加热有何优缺点？优点：优点： 可以用结构简单的塔釜鼓泡可

31、以用结构简单的塔釜鼓泡器代替造价昂贵的再沸器，且需器代替造价昂贵的再沸器，且需要的加热蒸汽压力较低；要的加热蒸汽压力较低；缺点：缺点： 需要的理论板数略有增多、需要的理论板数略有增多、塔釜排出更多的废液。塔釜排出更多的废液。3直接蒸汽加热流程直接蒸汽加热流程 D, xD W*, xW* F, xF S，yS=0 V L 2022-6-15 1111)1(FqVVFqLL 2222)1(FqVVFqLLVxFDxxVLyFD 11D, xDW , xWF2, xF2, q2F1, xF1, q1LL L V V V4多股加料和侧线出料流程多股加料和侧线出料流程特点：特点： 1. 精、提操作线方程

32、不变精、提操作线方程不变 2. 两股进料之间的操作线方程可通过虚两股进料之间的操作线方程可通过虚 线范围内的物料衡算得到：线范围内的物料衡算得到：2022-6-15xyxF2xF1xDxWabf1f2d1d2D, xDW, xWF2, xF2, q2F1, xF1, q1LL L V V V4多股加料和侧线出料流程多股加料和侧线出料流程从上到下，操从上到下，操作线斜率依次作线斜率依次增大。增大。思考思考：当多股进料时，如何确定最小回流比？当多股进料时，如何确定最小回流比？2022-6-154多股加料和侧线出料流程多股加料和侧线出料流程 W, xW F, xF D2, xD2 L L L V V

33、 V III II I D1, xD1 侧线出料流程侧线出料流程 2022-6-15只有提馏段没有精馏段的精馏塔称为回收塔回收塔。D, xDF, xFW, xWLV5 回收塔流程回收塔流程2022-6-15分凝器流程DL 分凝器流程举例分凝器流程举例例例1 苯、甲苯两组分混合物苯、甲苯两组分混合物用如图所示的釜进行常压连用如图所示的釜进行常压连续蒸馏加以分离（无塔板），续蒸馏加以分离（无塔板），原料直接加入釜中，进料量原料直接加入釜中，进料量为为100kmol/h，其组成其组成x苯苯=0.7，要求得到组成为要求得到组成为0.8的塔顶产的塔顶产品（以上均为摩尔分率）。品（以上均为摩尔分率）。塔顶

34、用一分凝器，其中塔顶用一分凝器，其中50%的蒸汽冷凝并返回塔内。出的蒸汽冷凝并返回塔内。出分凝器的蒸汽与冷凝液体保分凝器的蒸汽与冷凝液体保持相平衡。问塔顶、塔釜产持相平衡。问塔顶、塔釜产量为多少？已知量为多少？已知 2.46 V 分分凝凝器器 全全凝凝器器 y1 L,xL D xD=0.8 xF=0.7 W xW F=100kmol/h 2.462022-6-158 . 05 . 05 . 01 Lxy DFWxxxxFDWDWF LLLLDxxxxx46. 1146. 211 xL=0.6191 R 111 yyxW 71. 0 499. 0 hkmolhkmol/22.33/78.66 解

35、解分凝器流程举例分凝器流程举例 V 分分凝凝器器 全全凝凝器器 y1 L,xL D xD=0.8 xF=0.7 W xW F=100kmol/h 分凝器流程DL 111 RxxRRyDL 2.462022-6-15直接蒸汽加热的回收塔流程举例直接蒸汽加热的回收塔流程举例例例2 如图所示，用有两块理论板（包括塔如图所示，用有两块理论板（包括塔釜）的精馏塔提取水溶液中易挥发组分，釜）的精馏塔提取水溶液中易挥发组分，饱和水蒸汽饱和水蒸汽S=50kmol/h由塔底进入，加由塔底进入，加料组成料组成xF=0.2（摩尔分率，下同），温度摩尔分率，下同），温度为为20，F=100kmol/h，料液由塔顶加料

36、液由塔顶加入，无回流，试求塔顶产品浓度入，无回流，试求塔顶产品浓度xD及易挥及易挥发组分的回收率。发组分的回收率。 在本题范围内平衡关系可表示为在本题范围内平衡关系可表示为y=3x，液相组成为液相组成为x=0.2时，泡点为时，泡点为80，比热为，比热为100kJ/kmol ，汽化潜热汽化潜热40000kJ/kmol。 D, xD 1 2 W, xW S=50kmol/hxF=0.2F=100kmol/h12y=3x202022-6-15全全塔塔物物料料衡衡算算： WDFWxDxFxWDSF WDWxDxWD2 . 010050100恒摩尔流假定：qqFRDLW100 hkmol /115100

37、15. 1 15. 140000208010011 rttcrttcrhhhhqFbpFbpLVFV直接蒸汽加热的回收塔流程举例直接蒸汽加热的回收塔流程举例 解解 求塔顶产品浓度求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率及易挥发组分的回收率 D, xD L V W, xW S=50kmol/hxF=0.2F=100kmol/h12y=3x20泡点为泡点为80，比热为比热为100kJ/kmol ，汽化潜热汽化潜热40000kJ/kmol。hkmolD/3511550100 WDxx286. 3571. 0 -（1）2022-6-15逐板计算： WnWnWnnxxxxVWxxVLy 3 . 25011

38、5501151 F, xF D, xD y1 1 x1 y2 2 S W, xW33111DDxyxxy WDWDWWDWDWxxxxyxxxxxxxy767. 0256. 033 . 2767. 033 . 2767. 033 . 23 . 2212 DWxx145. 0 -（2）联立求解式联立求解式 1、2 得：得： xD=0.387 xW=0.056易挥发组分的回收率易挥发组分的回收率 %7 .672 . 0100387. 035 FDFxDx 直接蒸汽加热的回收塔流程举例直接蒸汽加热的回收塔流程举例y=3xS=50kmol/h2022-6-.81.5.8塔高和塔径的

39、计算塔高和塔径的计算塔高和塔径的计算 1.塔高的计算 1)板式塔有效高度的计算 Z=(Np-1)HT 2022-6-15NHETPH D, xDF, xFW, xW等板高度等板高度 Height Equivalent of a Theoretical Plate -分离效果相当于一层理论分离效果相当于一层理论 板的一段填料层高度板的一段填料层高度填料精馏塔的填料层高度填料精馏塔的填料层高度影响影响HETP的因素：的因素： 流动状况，物性参数、结构参数和操作参数、流动状况，物性参数、结构参数和操作参数、思考：思考：等板高度大好还是小好？等板高度大好还是小好？等板高度愈小，说明填料层的传质分离效果

40、愈好等板高度愈小，说明填料层的传质分离效果愈好NHHETP 2022-6-152)2)2)实际塔板数、塔板效率实际塔板数、塔板效率实际塔板数、塔板效率实际塔板数、塔板效率实际塔板数、塔板效率实际塔板数、塔板效率 (1)、单板效率、单板效率默弗里（默弗里（Murphree）效率效率 气相单板效率 mvE11nnnnmvyyyyE操作线平衡线ynyn-yn+11nnyyny2022-6-15(2)、全塔效率（总板效率）、全塔效率（总板效率）E(3).点效率是指塔板上各点的效率塔径的计算%100PTNNE液相单板效率 mlEnnnnmlxxxxE11uVDS42022-6-15 W, hW L ,

41、h L V ,h V 近似假定，近似假定，LWhh ，于是，于是 WLVBrVhhVQ 1再沸器的热负荷再沸器的热负荷对再沸器作热量衡算得：对再沸器作热量衡算得： LWVBhLWhhVQ 。精馏塔的热量衡算。精馏塔的热量衡算2022-6-15 D, ID V ,IV L, ID 2 2、冷凝器的热负荷、冷凝器的热负荷 对冷凝器作热量衡算得：对冷凝器作热量衡算得：DDVDDVCVrIIVLIDIVIQ2022-6-15D, xDF, xFW, xWLVlWDCBFQQQQQQ lCBQQQ 若若 Ql忽忽略略，则则CBQQ 通常通常QF、QD、QW数值较小，数值较小，可忽略不计，于是可忽略不计，

42、于是 3 全塔热量衡算全塔热量衡算2022-6-15123456789101112138090100110 tmaxxF=0.4xF=0.43塔板序号塔板序号温度温度精馏塔内的温度分布和灵敏板精馏塔内的温度分布和灵敏板灵敏板：灵敏板： 当正在操作中的精馏当正在操作中的精馏塔受到某一外界干扰，塔受到某一外界干扰，如回流比、进料组成波如回流比、进料组成波动等，全塔各板的组成动等，全塔各板的组成和温度将发生变化。变和温度将发生变化。变化最灵敏的一块板或相化最灵敏的一块板或相邻的几块板称为灵敏板。邻的几块板称为灵敏板。2022-6-15 反应精馏反应精馏特殊精馏特殊精馏间歇精馏间歇精馏水蒸汽蒸馏水蒸汽

43、蒸馏特特点点：a. 水水蒸蒸汽汽与与物物质质在在低低沸沸点点下下一一起起蒸蒸出出（比比任任一一纯纯组组分分的的沸沸点点均均低低） ， b. 经经冷冷凝凝、分分层层，除除去去水水分分从从而而得得到到产产品品。c. 水蒸汽既作加热剂，又作夹带剂水蒸汽既作加热剂，又作夹带剂适适用用范范围围：沸沸点点较较高高或或高高温温下下易易分分解解，且且不不溶溶于于水水的的物物系系其它精馏方式其它精馏方式一水蒸汽蒸馏一水蒸汽蒸馏定义：将水蒸气直接通入定义：将水蒸气直接通入不溶于水的物系不溶于水的物系进行蒸馏。进行蒸馏。 D, xD W*, xW* F, xF S，yS=0 V L 2022-6-1500WAppP

44、 t t1 tt2 如何确定水蒸汽蒸馏时的沸点呢？ tfpPpWA 00 p tpW0 tpA0 tpPW0 t找找tpA0线线和和tpPW)(0 线线交交点点液液体体上上方方 A和和水水的的蒸蒸汽汽压压分分别别等等于于它它们们同同温温度度下下的的饱饱和和蒸蒸汽汽压压P t水水A0Ap0Wp 一般地，设总压一般地，设总压P下，纯组分下，纯组分A的沸点为的沸点为t1、水的沸点为水的沸点为t2，水与水与A混合物的沸点为混合物的沸点为t，则，则A与水不与水不互溶互溶为什么不互溶物系的沸点比任一纯组分的沸为什么不互溶物系的沸点比任一纯组分的沸点均低？点均低？例：常压下，例：常压下， 水的沸点：水的沸点

45、：100 苯的沸点：苯的沸点：80.1 水水苯混合物的沸点：苯混合物的沸点：69.52022-6-15思考：思考： 直接蒸汽加热的精馏过程与水蒸汽蒸馏过程有何本质区直接蒸汽加热的精馏过程与水蒸汽蒸馏过程有何本质区别？通入的蒸汽作用相同否？别？通入的蒸汽作用相同否？二者本质区别：二者本质区别：v直接蒸汽加热的精馏过程用于互溶的水溶液，直接蒸汽加热的精馏过程用于互溶的水溶液， 水蒸汽蒸馏过程用于不互溶的溶液。水蒸汽蒸馏过程用于不互溶的溶液。v前者中的水蒸汽主要为加热剂，而后者既是前者中的水蒸汽主要为加热剂，而后者既是 加热剂、又是夹带剂。加热剂、又是夹带剂。 D, xD W*, xW* F, xF

46、 S，yS=0 V L 2022-6-15特特点点：不不稳稳定定； 只只有有精精馏馏段段，没没有有提提馏馏段段1.6间歇精馏间歇精馏 间歇精馏流程简图 D, xD 加热蒸汽 F, xF 思考：思考： 间歇精馏与简单蒸馏有何相同间歇精馏与简单蒸馏有何相同和不同之处？和不同之处？ 间歇精馏通常有间歇精馏通常有恒回流比、恒馏出液组恒回流比、恒馏出液组成成这两种操作方式这两种操作方式2022-6-15 间隙精馏流程简图D, xD加热蒸汽F, xFxyc2c3c11恒回流比操作恒回流比操作2022-6-15xyac2c3c1 间隙精馏流程简图D, xD加热蒸汽F, xF2恒馏出液组成操作恒馏出液组成操作

47、2022-6-15-用用于于1 的的混混合合液液或或1 的的混混合合液液 在被分离的混合液中加在被分离的混合液中加入第三组分，以改变原混合物入第三组分，以改变原混合物组分间的相对挥发度，从而用组分间的相对挥发度，从而用精馏将它们分离。精馏将它们分离。1.7特殊精馏特殊精馏 萃取精馏萃取精馏恒沸精馏恒沸精馏特殊精馏特殊精馏 y x 2022-6-15加加入入的的第第三三组组分分与与原原溶溶液液中中的的一一个个或或者者两两个个组组分分形形成成最最低低恒恒沸沸物物，从从而而形形成成了了“恒恒沸沸物物纯纯组组分分”的的精精馏馏体体系系，恒恒沸沸物物从从塔塔顶顶蒸蒸出出，纯纯组组分分从从塔塔底底蒸蒸出出

48、，这这种种形形式式的的精精馏馏称称为为恒恒沸沸精精馏馏，其其中中所所添添加加的的第第三三组组分分称称为为恒恒沸沸剂剂或或者者夹夹带带剂剂。 例例 1：乙醇：乙醇-水体系，乙醇从塔底排出，水被苯从塔顶带出。水体系，乙醇从塔底排出，水被苯从塔顶带出。 常压下沸点常压下沸点 乙醇乙醇 水水 苯苯 乙醇乙醇-水恒沸物水恒沸物苯苯-乙醇乙醇-水恒沸物水恒沸物 78.3 100 80.1 78.15 64.6 乙醇乙醇-水恒沸物组成水恒沸物组成 乙醇乙醇 0.895 水水 0.105苯苯-乙醇乙醇-水恒沸物组成水恒沸物组成 乙醇乙醇 0.230 水水 0.226 苯苯 0.554 1 恒沸精馏恒沸精馏20

49、22-6-15例例 2：环环己己烷烷-苯苯体体系系，恒恒沸沸剂剂为为丙丙酮酮 常常压压下下沸沸点点 环环己己烷烷 苯苯 丙丙酮酮 环环己己烷烷-苯苯恒恒沸沸物物 环环己己烷烷-丙丙酮酮恒恒沸沸物物 80.8 80.1 56.2 77 53 2022-6-15 （1）新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要）新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要 有足够大的差别，一般要求大于有足够大的差别，一般要求大于10。 （2）希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物，）希望能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，这样夹带剂用量较而且夹带组分的量要尽可能高，这样夹带

50、剂用量较 少，能耗较低。少，能耗较低。 （3）最好能形成非均相恒沸物，以便于回收其中的夹带）最好能形成非均相恒沸物，以便于回收其中的夹带 剂。如乙醇水恒沸精馏中静置分层的办法。剂。如乙醇水恒沸精馏中静置分层的办法。 （4）还应满足其它的工业要求，如具备热稳定性、无毒、）还应满足其它的工业要求，如具备热稳定性、无毒、 不腐蚀、来源容易、价格低廉等。不腐蚀、来源容易、价格低廉等。恒沸剂的选择原则：恒沸剂的选择原则：2022-6-15在被分离的二元混合液中加入第三组分，在被分离的二元混合液中加入第三组分，沸点很高，沸点很高，且该组分不且该组分不与其它组分形成恒沸物，但与原溶液中与其它组分形成恒沸物，

51、但与原溶液中 A A、B B 两组分的分子作用力不两组分的分子作用力不同，从而增大它们的相对挥发度，或打破原恒沸体系，使精馏得以进同，从而增大它们的相对挥发度，或打破原恒沸体系，使精馏得以进行，这种形式的精馏称为行，这种形式的精馏称为萃取精馏萃取精馏。其中所添加的第三组分称为萃取。其中所添加的第三组分称为萃取剂，精馏时剂，精馏时从塔底排出。从塔底排出。 例一例一 常压下沸点常压下沸点 环己烷环己烷 苯苯 糠醛糠醛 苯酚苯酚 80.8 80.1 161.7 180萃取剂能显著改变苯的饱和蒸汽萃取剂能显著改变苯的饱和蒸汽压，而对环己烷影响不明显，使苯压，而对环己烷影响不明显，使苯从易挥发组分变为难挥发组分。从易