化工原理 ---精馏

1、。1，6。精馏，本章的重点和难点内容是掌握二元理想溶液气液平衡的各种表达式；掌握进料的不同热条件及其对蒸馏操作的影响；掌握双组分连续精馏塔理论塔板数的图解法；掌握回流比对蒸馏过程的影响；理解用简单方法计算理论板数的方法；了解各种塔板的特点和性能，掌握筛板塔的流体力学性能。蒸馏：利用液体混合物中各组分挥发性的差异，使其部分气化，从而实现分离。挥发性组分：低沸点组分，也称轻组分，难挥发组分：高沸点组分，也称重组分蒸馏，按操作方式分类：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏，按组分数量分类：双组分蒸馏、多组分蒸馏，按操作压力分类：常压蒸馏、压力蒸馏、真空蒸馏，按操作过程分类：连续蒸馏、间歇蒸馏，6。概述

2、、3、6.1理想溶液的气液平衡、精馏和吸收操作结果不同：精馏可以得到相对纯的分离产物，而吸收必须进一步处理才能得到相对纯的物质；传质方向不同：蒸馏过程中既有气相传质，也有液相传质，而吸收一般只涉及气相中溶质分子进入吸收剂，属于单向传质。理想溶液的汽液平衡蒸馏是汽液之间的传热传质过程。汽液平衡是指当溶液达到相平衡时，蒸汽和液体之间的组成、温度和压力之间的关系。气液平衡关系是分析蒸馏原理和计算设备的理论基础。气液平衡关系可用p(分压)-x或t-x(或y)或x-y函数关系或两相达到平衡为极限的相图来表示。5，6.1理想溶液的气液平衡，6.1.1相平衡拉乌尔定律，双组分理想溶液的气液平衡方程：条件：双

3、组分理想溶液，6，6.1理想溶液的气液平衡，6.1.2相平衡相图T-X(或Y)图(温度泡点线，气液共存区，液相区(冷液)，X1 (Y1)，T4 T3 T2 T1，B，H，J，A，8，6.1理想溶液的汽液平衡，6.1.2相平衡相平衡方程纯液体的挥发性：液体在一定温度下的饱和蒸汽压。溶液中各组分的挥发性：蒸汽中各组分的分压与与之平衡的液相中的摩尔分数之比。相对挥发度：指溶液中两种成分的挥发度之比，通常以挥发性成分的挥发度为分子。道尔顿分压定律、理想溶液的气液平衡、相平衡方程、用相对挥发度表示的相平衡方程、精馏原理、精馏过程(熟悉相关概念)、原料液(进料)、馏出液(产品)、回流液和釜液；冷凝器(分馏

4、器、总冷凝器)、再沸器(加热塔底部)；进料板、精馏段和汽提段。11、6.2.2精馏原理Y1xX1Y1加热原料液时产生的第一个气泡的组成。X1一次气化后原料剩余液体的组成。6.2精馏原理，12，多重部分气化和部分冷凝，6.2精馏原理，在液体混合物的多重部分气化和多重部分冷凝之后，可以从气相中获得相对纯的挥发性组分，而可以从液相中获得相对纯的非挥发性组分。13、多重部分汽化和回流冷凝，6.2精馏原理，将不同挥发性组分组成的混合液体分离成几乎纯的实现条件：回流；塔底产生的蒸汽。14、涉及的主要问题：全塔物料平衡、恒摩尔流量假设、操作线方程、Q线方程、(最小)回流比、合适回流比、(最小)理论塔板数、全

5、塔效率、实际塔板数、6.3双组分连续精馏塔的计算。15、6.3.1全塔物料平衡总物料：F=DW挥发性组分：FxF=DxDWxw参见P263实施例7-1、6.3双组分连续蒸馏塔的计算，16，6.3双组分连续蒸馏塔的计算，6.3.2恒定摩尔流量的假设是塔顶采用全冷凝器，塔底间接加热离开每个塔盘的气相和液相，以平衡每个部分。气液接触过程中不同温度引起的显热交换可以忽略不计；塔式设备隔热良好，没有热量损失。用操作线方程研究相邻两塔板的气液组成关系。蒸馏段的物料平衡由蒸馏段的操作方程计算。6.3双组分连续蒸馏塔的计算。L x2、L xn、V yn 1、1、2、n、18，6.3双组分连续精馏塔，精馏段操作

6、线方程：xn与yn 1呈线性关系，斜率为R/(R 1)，截距为xd/(r 1)，xd，汽提段操作线方程用于计算汽提段物料平衡，L=V W L xn=V ym 1 W xw，6.3双组分连续精馏塔的计算。20岁。由于汽提段降液量L难以确定，汽提段操作线的实际应用价值不大。然而，汽提段的操作线必须通过C点(xW，xW)(间接蒸汽加热模式)操作线。参见教材P265中实施例7-2、实施例7-3和实施例6.3中双组分连续蒸馏塔的计算。汽提段的操作线很难确定.21、6.3.4进料加热条件q线方程。然而，(两点一线)蒸馏段操作线可以由两条操作线的交点(轨迹)来确定：V YN 1=L XN D XD.汽提段操

7、作线：XN=YM 1西XW.式(c)为，6.3双组分连续蒸馏塔的计算。22，进料板物料平衡的v-v=l-l-f顺序为：q线方程，蒸馏段操作线与汽提段操作线的交点，但为通过点。6.3、双组分连续蒸馏塔的计算，(xF，xF)。23，如果v iv lil=VIV l il iviv ，ILIL (条件：恒定摩尔流量，进料板) (v-)，进料板f的热平衡。Q值的重要物理意义1)当进料量为1kmol/h时，汽提段液体流量的kmol/h大于精馏段；2)对于饱和液体、气液混合物和饱和蒸汽，Q值等于进料中的液体分数。6.3双组分连续蒸馏塔的计算，Q值对进料的影响，6.3双组分连续蒸馏塔、冷液体进料、饱和液体进

8、料、气液混合物进料、饱和蒸汽进料、过热蒸汽进料的计算。6.3双组分连续蒸馏塔的计算、Q 1 Q=1，0q1，q=0，q0，e，xf，f，xw，xd、当进料组成、回流比和分离要求固定时，Q值的降低使汽提段的操作线越来越接近平衡线。6.3双组分连续蒸馏塔的计算，28，6.3.5 nt和进料板位置NT的确定：理论塔板数，即在一定操作条件下满足分离过程要求所需的气液平衡级数(每次气液平衡后气相浓度增加)。理论进料板的位置：当进料组成与塔内某处的气液组成相同，且气液两相平衡时，此处不仅是理论塔板，也是进料的合适位置(事实上，虽然此位置存在，但很难确定，一般6.3、双组分连续蒸馏塔的计算，29、nt计算方

9、法逐板计算方法、图解法和快速算法侧重于逐板计算方法和图解法，它们本质上是相同的。6.3、计算双组分连续蒸馏塔，第一块：(x1，y1)，第二块：(x2，y2)，蒸馏段，逐板法，6.3双组分连续蒸馏塔的计算，第一块3360 (xn xF yn)，第一块3360(xn Xf yn)。交点(xq，yq)由整流段操作线和q线方程计算得出，汽提段操作线方程由两点(xq，yq和(xW，yW)确定。汽提段，m :块(xm，ym)，当xm xW时，计算是逐板完成的，31，6.3双组分连续蒸馏塔的计算，图解法，xW，xf，1，2，3，4 Xw，xf，1，2，3，4，5，xd，实际图解法。33，描述：1) NT指蒸

10、馏塔所需的理论塔板数，其值必须表明是否包括塔底(塔底也相当于理论塔板)。2)从教材P270的例7-7可以看出，不同的进料加热条件下，所需的NT和进料板的位置是不同的。3)随着进料的Q值逐渐降低，蒸馏塔所需的NT逐渐增加。4)直接蒸汽加热和间接蒸汽加热的区别主要体现在汽提段的操作线上，分别通过点(xW，0)和(xW，yW)。详见教材P271第6.3节实施例7-8中双组分连续蒸馏塔的计算及Rmin和nt的测定。Rmin要求：用图解法把握RMIN。相应的回流比称为最小回流比，用Rmin表示。Rmin是某些分离要求的回流比的最小值。双组分连续蒸馏塔的计算、XD、XQ、XF、E、D、XW、YQ、A、E、

11、D、如果系统是双组分理想溶液，可以用解析法计算(芬斯克方程):6.3双组分连续蒸馏塔的计算，nt，min是所需的最小理论塔板数(不包括重沸器)，是整个塔的平均相对挥发度，意思是。1)总回流，r=L/D；2) F=0，D=0，W=0，无精馏段或汽提段；3)仅在特定条件下使用，如蒸馏塔的启动阶段，或当产品纯度因事故低于要求时，进行一定时间的全回流，使蒸馏塔快速达到正常运行。6.3双组分连续蒸馏塔的计算，38，6 . 3 . 7 Q值和R值对蒸馏操作的影响以及选择Q值对整个塔热平衡的影响：QF QB=QD QW QC 1)当R、D(xD)和W(xW)不变时，Q值降低(QF)增加。6.3双组分连续蒸馏

12、塔的计算，39.2)当QB不变时，Q值降低(QF)增加，然后QC将增加，L增加，R增加，蒸馏段操作线斜率增加，所需nt减少；3)尽可能从塔釜供热，以产生更多的气相回流(产品浓度更高)，冷(但)量应从塔顶输入，以确保塔内正常的回流量；4)在工业上，有时使用热进料或甚至蒸汽进料来减少塔釜的加热量，以避免当釜温过高时材料的聚合或焦化。6.3双组分连续蒸馏塔的计算，影响，40，R。R的变化(如增加)将降低设备成本(nt增加)和运行成本(D减少)。实际r在Rmin和(总回流)之间，因此通常需要经济核算。推荐的经验值为r=(1.1 2) rmin，6.3双组分连续精馏塔计算，41，6.3.8 e和Np E

13、精馏塔板效率。在实际蒸馏操作中，实际蒸馏板的上升蒸汽和下降液体彼此不平衡，这不同于理想状态(有一定的操作效率)。可分为单板效率和全塔效率，以气相表示，单板效率以液相表示，6.3计算双组分连续蒸馏塔、yn、yn 1、xn、xn 1、气相、液相、yn、43，全塔效率定义为Np 2)对于精馏段，如果精馏段的塔效率已知，可以计算进料板的实际位置。蒸馏塔高度和直径的计算Z 有效高度Z=NpHT或Z=NT(HETP)塔直径DT，6.3双组分连续蒸馏塔的计算空塔的气体速度对蒸馏塔的设计和运行有重要影响，具体功能结合板式塔的负荷性能综合考虑。45，6.3.10蒸馏塔中冷却剂和加热蒸汽消耗量的计算加热蒸汽消耗量的计算，6.3双组分连续蒸馏塔的计算，再沸器热平衡的计算：QB=v ivw ilw-l ILM QL，进料板热平衡：vivw-lilm=vivd-fif-lild=(r 1)divdd-fif-rd ILDQB=(r 1)d ivd-f if-rd ILD w ilw QL，46，计算冷却剂消耗，6.3计算双组分连续蒸馏塔，然后QC=v ivd-(l ILD d ILD)=(R1)d(ivd-ILD)。对于应用示例，参见示例7-11，和47的教材P282。普通精馏不适用时采用特殊精馏，其主要对象是液体均相体系，