化工原理 ----精馏课件1

1、重点：理论塔板、恒摩尔流、操作线方程、进料方程、回流比 难点：操作线方程、进料方程、精馏设备,第六章 蒸 馏,Distillation,易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分。 难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分。,概 述,蒸馏：利用液体混合物各组分挥发度的不同，使其部分气化，从而达到分离的单元操作。,按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏 按组分数目分：双组分蒸馏及多组分蒸馏 按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏 按操作流程分：连续蒸馏和间歇蒸馏,蒸馏的分类,气液平衡,拉乌尔定律,两组分理想物系的气液平衡关系式：,纯液体的挥发度：该液体在一定温度下的饱和蒸气压。

2、溶液中各组分的挥发度：该组分在蒸气中的分压和与之相平衡的液相中的摩尔分率之比。 vA=PA/xA vB=PB/xB 相对挥发度(Relative Volatility)：是指溶液中两组分挥发度之比，常以易挥发组分的挥发度为分子。 =vA/vB=（PA/XA）/（PB/XB）,相对挥发度,相平衡方程,当1时，表示组分A较B容易挥发，愈大，挥发度差异愈大，分离愈容易。 当=1时，气相组成与液相组成相同，不能用普通精馏方法加以分离。,相对挥发度的意义,温度组成图(t x y图),上曲线：平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线（露点曲线）； 下曲线：平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线（泡点曲线）；

3、 两曲线将图分成三个区域： 液相区； 过热蒸汽区； 汽液共存区。,温度组成图(t x y图),上曲线：平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线（露点曲线）； 下曲线：平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线（泡点曲线）； 两曲线将图分成三个区域： 液相区； 过热蒸汽区； 汽液共存区。,汽液相平衡图(yx图),某些溶液达到平衡时，汽相中易挥发组分浓度总是大于液相的； 其平衡线位于对角线的上方； 平衡线离对角线越远，表示该溶液越易分离。,总压对tyx关系比对yx关系的影响大。 当总压变化不大时，总压对yx关系的影响可以忽略不计。 蒸馏中使用yx图较tyx图更为方便。,简单蒸馏(微分蒸馏) 装置：如图，

4、 原理与过程： 料液加热至泡点，溶液汽化，产生的蒸汽随即进入冷凝器，冷凝成馏出液。 随着过程的进行，釜中液相组成不断下降，使得与之相平衡的气相组成（馏出液组成）亦随时降低，而釜内液体的沸点逐渐升高。 当馏出液的平均组成或釜残液组成降至某规定值后，即可停止蒸馏操作。 在同一批操作中，馏出液分批收集，可得到不同组成的馏出液。 应用： 易分离的混合物； 对分离纯度要求不高的场合； 混合液的初步分离。,简单蒸馏,简单蒸馏装置,将一定组分的液体加热至泡点以上，使其部分气化，或者将一定组分的蒸汽冷却至露点以下，使其部分冷凝，两相达到平衡，然后将两相分离。此过程的结果是易挥发组分在气相中富集，难挥发组分在液

5、相中富集。,平衡蒸馏(闪蒸),精 馏,一次部分气化和部分冷凝 y1xFx1 yF加热原料液时产生的第一个 气泡的组成。 xw原料全部气化后剩下的最后 一滴液体的组成。,多次部分气化和部分冷凝,液体混合物经过多次部分气化和多次部分冷凝后从气相得到较纯的易挥发组分，而从液相中则得到较纯的难挥发组分 。,多次部分气化的分离示意图,精馏 将具有不同挥发度的组分所组成的混合液，经多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。 精馏连续稳定进行的条件 回流 再沸蒸气,精馏操作流程 设备：包括精馏塔、塔底再沸器、塔顶冷凝器、原料预热 回流液泵等。 加料板：当某块塔板上的浓度与原料的浓度相近或相

6、等时， 料液由此加入，该板称为加料板。 精馏段：加料板以上的部分，它起着回收原料中易挥发组 分增浓的作用。 提馏段：加料板以下的部分（包括加料板），它起着回收 原料中易挥发组分的作用。,两组分连续精馏的计算,全塔物料衡算,热量衡算 恒mol流,操作线方程 q线方程 回流比 最小回流比 适宜回流比 理论塔板数 实际塔板数,恒摩尔汽化 每层塔板上升的蒸汽的摩尔流量相等。 恒摩尔溢流 每层塔板溢流的液体的摩尔流量相等。 恒摩尔流 恒摩尔汽化和恒摩尔溢流的总称。 满足恒摩尔流的条件 各组分的气化潜热相等； 气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略； 塔设备保温好，无热损失。,恒摩尔流的假设,精馏段操作

7、线方程,提馏段操作线方程,理论塔板数的确定 逐板计算法 图解法,理论板数图解法示意图,进料热状况,第一相线, q 1, 冷液体进料； 垂直线, q = 1, 泡点进料； 第二相线, 0 q 1, 汽液混合物进料； 水平线, q = 0, 饱和蒸汽进料； 第三相线, q 0, 过热蒸汽进料. 。,进料状况有5种情况,R一定, q不改变精馏线的位置；R一定, q对提馏线有较大影响（见右图） 。随q减小， 提馏线相平衡线靠近，所需理论塔板数越多。,xW,xF,xD,1,2,3,4,5,6,5,进料状况对操作线的影响,实际塔板数与塔板效率 理论塔板的概念： 分离的实际情况：由于气液两相接触时间、接触面

8、积有限，因此在实际分离过程中不存在理论塔板，完成一定任务所需的实际塔板数比理论塔板数多。 塔板效率：理论塔板数NT与实际塔板数NR之比称为塔板效率，用ET表示，即 （式中ET称为全塔效率或总板效率）,影响塔板效率的因素：传质系数、传质推动力、传质面积、接触时间、物料特性等。 注：计算塔板数时应圆整，如 7/0.6=11.7 12,对精馏段操作线的影响 R，精馏段操作线向对角线靠近，N，L，冷凝器的负荷加大。 R，精馏段远离对角线，N，当精馏操作线和q线的交点在平衡线上时，则N，此时R 称为Rmin，全回流。,R，q点下降，提馏段接近对角线，板数减少，但再沸器负荷加大，纯度 R，提馏段与操作线相

9、距越远，当与平衡线相交（q线），N。,对提馏段操作线的影响,回流比R,全回流与最小理论塔板数 全回流(total reflux) ：塔顶上升的蒸汽冷凝后全部回流至塔内。 D=0，F=0，W=0，无精馏段和提馏段之分。 回流比R=L/D ，是回流比的最大值。 精馏操作线为yn+1=xn，所需理论塔板数最少，以Nmin表示。,xD,xW,对于双组分溶液，有如下公式（芬斯克公式Fenske）：,Nmin为全回流时所需的最少理论板数（不包括再沸器）。,为全塔平均相对挥发度,最小回流比 当两操作线的交点位于平衡线上时，则需要无穷多的阶梯才能达到d点。相应的回流比称为最小回流比。以Rmin表示。对于一定的分离要求， Rmin是回流比的最小值。,最小回流比的求法 作图法 解析法,xD,xq,xF,e,d,a,对于非理想溶液（如右图），过a或c点作平衡线的切线，