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第六章 蒸馏(修改)
化工原理第六章 蒸馏湖北大学化学化工学院 杨世芳学习目的 与要求通过本章学习，应掌握两组分理想物系的气 液平衡关系；精馏的原理与流程；两组分连续精 馏的基本计算方法。了解间歇精馏与特殊精馏过 程。掌握板式塔的结构、塔板类型、板式塔的流 体力学性能与操作特性。日星期六 7时25分38秒湖北大学化学化工学院 杨世芳26.1 两组分溶液气液平衡蒸馏过程：气液两相间的传质过程； 过程的极限：气、液相平衡。 相平衡关系：两相或多相接触达物理平衡时，各相组成之间 的关系。日星期六 7时25分38秒湖北大学化学化工学院 杨世芳36.1.1概述 (1)蒸馏的原理 利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度（沸点）的不同进行分 离的一种单元操作。液体混合物：(如:酒精水溶液)挥发性大（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A） 挥发性小（水） ，称为难挥发组分或重组分（B）日星期六 7时25分38秒湖北大学化学化工学院 杨世芳4乙醇水体系的蒸馏分离汽相: 醇富集 冷凝乙醇 产品乙醇水加热液相: 水富集冷却废水日星期六 7时25分38秒湖北大学化学化工学院 杨世芳5(2) 蒸馏的目的和依据目的：均相液体混合物的分离。依据：利用液体混合物中各组分在一定温度下挥发能力的差异。 (3) 蒸馏在工业上的应用 1）石油炼制工业 (原油 ?汽油、煤油、柴油等）； 2）石油化工工业（基本有机原料、石油裂解气等分离）； 3）空气的分离（氧气、氮气的制备）； 4）食品加工及医药生产。日星期六 7时25分38秒湖北大学化学化工学院 杨世芳6(4) 蒸馏过程必要条件 ① 通过加热或冷却使混合物形成气、液两相共存体系， 为相际传质提供必要的条件； ② 各组分间挥发能力差异足够大，以保证蒸馏过程的 传质推动力。日星期六 7时25分38秒湖北大学化学化工学院 杨世芳7日星期六 7时25分39秒湖北大学化学化工学院 杨世芳8(5)蒸馏的分类简单蒸馏 平衡蒸馏 （闪蒸） ①按蒸馏方式 较易分离的物系或对 分离要求不高的物系 难分离的物系 恒沸蒸馏 特殊精馏 萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏日星期六
7时25分39秒精馏很难分离的物系或 用普通方法难以分 离的物系湖北大学化学化工学院 杨世芳9常压一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不到分离要求②按操作压强加压 减压 双组分 多组分 本章以双组分连续精 馏为重点。③混合物中组分间歇 ④按操作方式 连续日星期六 7时25分39秒湖北大学化学化工学院 杨世芳10☆蒸馏分离的特点 蒸馏分离具有以下特点?通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品 ?适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物 ?蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离?蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题日星期六 7时25分39秒湖北大学化学化工学院 杨世芳11组分： A、B（6）相律分析： 变量 ： t、p、xA、 yA相数： 气相、液相 自由度：f ? c ? ? ? 2 ? 2 双组分物系的独立变量：At, P, y Bt, x 溶液（A+B） 加热汽相组成 y、液相组成 x、温度 T 、 压力P 。一定压力下:液相（气相）组成xA(yA)与温度t存在一 一对应关系气液组成之间xA~yA存在一一对应关系日星期六 7时25分39秒湖北大学化学化工学院 杨世芳126.1.2拉乌尔定律 理想体系：气相符合道尔顿（Dalton） 分压定律；液相全部浓度范围内服从 拉乌尔（Raoult）定律。 理想溶液 f A? A ? f B ? B ? f A? B 溶液 非理想溶液拉乌尔定律 对于理想溶液：pA A xA A pA0t 加热pA ? p x0 A ApB ? p x0 B BpA，pB ―― 溶液上方A、B组分的分压，Pa；pA0 ， pB0 ――溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa； xA ， xB ―― 液相中A、B组分的摩尔分率。日星期六
7时25分39秒湖北大学化学化工学院 杨世芳13p ,po Ao B可由Antoine方程计算或从手册中查B ln P ? A ? t ?C0当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和o o P ? p A ? pB ? p A x A ? pB (1 ? x A ) o P ? PB ? xA ? o o ――泡点方程 PA ? PB0 0 p0 p p ? p y A ? A x A ? A ? 0 B0 p p pA ? pB――露点方程――由拉乌尔定律表示的气液平衡关系日星期六 7时25分39秒湖北大学化学化工学院 杨世芳146.1.3挥发度和相对挥发度 (1)挥发度 ?对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压o vA ? po , v ? p A B B? 对混合液，挥发度为组分在蒸气中分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比pA pB 对于非理想溶液：v A ? , vB ? xA xB日星期六 7时25分39秒pi vi ? xi pA po xA o o A 对于理想溶液：v A ? ? ? p A vB ? pB xA xA湖北大学化学化工学院 杨世芳15(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α表示。pA vA x A p x A B ?? ? ? vB p B pB x A xB相对挥发度的数值可由实验测得 对理想溶液： vA po A??vB?o pB理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两组分的泡和蒸 汽压之比。日星期六 7时25分39秒湖北大学化学化工学院 杨世芳16当 t 变化时，两者的变化不大，一般可将 α 视为常数，计算时可取操作温度范围内的平均值。? m ? ?顶 ? ? 釜pA yA ? pB yB若操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律p A xB y A x B y (1 ? x) ?? ? ? pB x A y B x A (1 ? y ) x ?x ――气液平衡方程 y? yA yA 1 ? (? ? 1) x xA yB ?? ? (3)α 的物理意义 yB xA①气相中两组分组成之比是液相中xBxB两组分组成之比的倍数日星期六 7时25分39秒?yAyB?? ?xAxB17湖北大学化学化工学院 杨世芳②α标志着分离的难易程度:α愈大, 平衡线愈远离对角线，物系愈易分离；?x 由 y? 知， 1 ? (? ? 1) x组分A较B易挥发，可以用蒸馏方法分离 ? ? 1 时，y ? x。? ?? 1时， 挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作。 不能用普通蒸馏的方法分离混合液。 ? ? 1 时， y ? x。α 可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判 据。日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳18(4)相平衡常数与相对挥发度的关系在进行多组分精馏计算时，常利用相平衡常数表示相平衡关系。yi ? K i xi或Pi 0 对于低压下，液相为理想溶液的物系，则有： K i ? PKi也可以表示组分挥发难易程度。 所以两组分之间的相对挥发度可表示为： ? 说明： a） Ki为温度和压力的函数，即Ki=f（P，T）；日星期六 7时25分40秒yi Ki ? xiKi ? Khb） 由Ki求 x或y一般需采用试差。湖北大学化学化工学院 杨世芳19c）对一般非理想性不强的体系相对挥发度，可表示为：0 ? Ki ? ? f ? ih ? ?? i i ? ? ? p Kh ? i ? ?? ? h f h0 ? ? ? ? ? p ? ? h ?在压力不太高的情况下，? i pi0 ? ih ? ? 0 ? h ph(5) α的影响因素 ① 温度对α的影响温度↑， 各组分蒸汽压↑，蒸汽压之比变化缓慢，故相对挥发度αih随温度变化缓慢，在一定温度范围内，可由其平均值代替。日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳20温度对饱和蒸汽压的影响日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳21常压下苯、甲苯的相对挥发度随温度的变化日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳22②压力对相平衡的影响P ↑，t ↑ ，?↓，对分离不利， P↓，t ↓ ，?↑，对分离有利 。当p变化小于30 %，其对?的影响可忽略不计故蒸馏压力的选择，优先考虑采用常压操作，只在特殊情况下 采用加压（处理量增加，塔径不够）或减压（热敏性物料）。日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳236.1.4汽液相平衡图 (1)温度―组成(t ? x ? y 图)?两条线 ?三个区 ?三种点日星期六
7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳24?两条线表示混合液的平衡温度和气露点线泡点线 表示混合液的 平衡温度和液相组成之间的 关系，t-y线，相组成之间关系，t-x线 。日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳25?三个区过热蒸汽区液相区日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳26●沸点（boiling point ） ●泡点（bubble point ） ●x越大，易挥发组分 的含量越高，泡点温 度越低。 ● ● ●●露点（dew point ）y越大，易挥发组分含量越高，露点温度越低。日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳27温度-组成图（t-x-y）日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳28汽液两相处于平 衡 时， 两 相 温 度 相 同此时， 气 相 组 成 大于液相组成； 当气液两相组成相 同时，气相露点温 度总是高于液相的 泡点温度。日星期六 7时25分40秒t湖北大学化学化工学院 杨世芳29? t-x-y 图与蒸馏原理tEExE日星期六 7时25分40秒xFyE30湖北大学化学化工学院 杨世芳从过冷液体至过热气体的变化过程日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳31说明： （1）部分汽化和部分冷凝均可起到分离作用；（2）全部汽化和全部冷凝没有分离作用；（3）不断的部分汽化和冷凝可使分离程度不断提高；（4）蒸馏操作应处于汽液两相区内。二元混合物与纯液体的差别： （1） 泡点与浓度有关，其值在A，B组分沸点范围之内。 （2）总组成相同，其泡点和露点（冷凝点）温度不同。日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳32压力对温度组成图的影响日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳33露点tF td tbED气相区两相区CBx气相线液相线 液相区泡点yAtFxF日星期六 7时25分40秒苯－甲苯混合液的 t- x- y 图湖北大学化学化工学院 杨世芳34(2)x-y 图标绘：略去温度坐标，依x-y 的对应关系做图 ，得x-y图。日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳35说明：（1）组成 均以易挥发组分的组成表示，故曲线位于对角线上方 （2）平衡线上不同点代表一个气、液平衡状态，即对应一组 x、y、t，且y (或x) 越大，t 愈低。 （3）平衡线距对角线越远，物系越易分离。 （4）压力增加，平衡线靠近对角线。平衡分压与液相组成的比值为液相混合物的挥发度。日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳36x1与y1互成平衡 平衡线y1对角线y?x平衡线与对 角线之间的 距离越大x1日星期六 7时25分40秒分离越容易37苯－甲苯混合液的 x- y 图 湖北大学化学化工学院 杨世芳6.1.5非理想溶液正偏差溶液最低恒沸点 如：乙醇－水，正丙醇－水? i＞1非理想溶液负偏差溶液最高恒沸点 如：硝酸－水，氯仿－酮? i＜1日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳38(1)具有正偏差的溶液一般正偏差：pA&pA理， pB&pB理。乙醇－水溶液相图 正偏差溶液：x=0.894，最低恒沸点，78.15℃日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳39(2) 具有负偏差的溶液 一般负偏差 pA&pA理， pB&pB理。硝酸－水溶液相图负偏差溶液：x=0.383，最高恒沸点，121.9℃日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳40? p-x 图? t-x-y 图?x-y 图日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳41课外资料：气液平衡数据获取途径1.由安托尼方程求取2.由手册查得Bi lg p ? Ai ? t ? Ci* i安托尼方程权威的气液平衡数据手册Gmehlimg J, et al. 《Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection》3.由实验测定日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳42例6-1：根据理想溶液的气液平衡关系，试解答苯与甲苯精馏塔中的以下几个问题： 1）已知塔顶蒸汽温度为82℃，蒸汽组成为含苯95％（摩尔百 分率）试求塔顶压强； 2 ）已知塔的操作压强为 1.015kgf/cm2 ，塔釜温度为 107 ℃， 试求釜液组成； 3）已知进料中含苯50％（摩尔百分率），如欲使进料为沸点 进料，相应地应将料液加热到什么温度？已知操作压强 P= 1.015kgf/cm2，苯及甲苯两纯组分的饱和蒸汽压（mmHg)为： 苯： lg p ? 6.9120 ? t ? 221.2050 A甲苯： lg p ? 6.95508 ? t ? 229.5160 B日星期六 7时25分40秒湖北大学化学化工学院 杨世芳43解： 1）求塔顶压强
当t=82 ℃时， lg p A ? 6.9120 ? ? 2.90682 ? 221.205 0 pA ? 805.4(mmHg ) ? 805.4 / 735.5 ? 1.095kgf / cm 20 lg p B ? 6.95508 ? ? pB ? 0.43kgf / cm 2 82 ? 229.516已知yA=95%0 0 pA pB 1.095 ? 0.43 2 P? 0 ? ? 1 . 015 kgf / cm 0 0 (1.095 ? 0.43) ? 0.95 ? 1.095 ( p A ? pB ) yA ? pA2）求釜液组成 0? 2 p ? 2 . 10 kgf / cm 当t=107 ℃时，求得 Ap0 B?? 0.95kgf / cm 2日星期六 7时25分41秒0 P ? pB 1.015 ? 0.95 此时釜液组成 x A ? 0 ? ? 0..10 ? 0.95 p A ? pB湖北大学化学化工学院 杨世芳443）求加料液加热的温度 因已知P=1.015kgf/cm2,xA=50%，而饱和蒸汽压为未知，需用 试差法求解： 查得苯的沸点80℃，甲苯的沸点109 ℃；初定 t=(80+109)/2=94.2 ℃进行计算。当t＝94.2 ℃，利用题给公式 0 求得：p A ? 1.55kgf / cm 2 p 0 ? 10.67kgf / cm 2B0 P ? pB 1.015 ? 0.67 xA ? 0 ? ? 0.392 ? 0.5 须重设温度 0 p A ? p B 1.55 ? 0.67若要使xA提高，必须把t取低些，因此设t＝92℃。利用题给公 0 式求得：p A ? 1.43kgf / cm 2 p 0 ? 0.60kgf / cm 2B0 P ? pB 1.015 ? 0.60 xA ? 0 ? ? 0.5 0 1.43 ? 0.60 p A ? pB与所要求的浓度相符 讲完可做习题 P156：1,245所以进料液应加热到92 ℃日星期六 7时25分41秒湖北大学化学化工学院 杨世芳6.2 蒸馏方式6.2.1简单蒸馏（ Simple distillation）微分蒸馏（1）流程及原理F, x1D1, xD1 W, x2D2, xD2D3, xD3日星期六 7时25分41秒湖北大学化学化工学院 杨世芳46简单蒸馏日星期六 7时25分41秒湖北大学化学化工学院 杨世芳47(2) 特点① 间歇操作过程是一动态过程；② 易挥发组分更多地传递到气相中去，釜液温度不断升高； ③ 产品与釜液组成随时间而改变(降低）； ④ 瞬时蒸气与釜中液体处于平衡状态。日星期六 7时25分41秒湖北大学化学化工学院 杨世芳48日星期六 7时25分41秒湖北大学化学化工学院 杨世芳49日星期六 7时25分41秒湖北大学化学化工学院 杨世芳50（3）计算设： F、W ――釜内的料液量和残液量，kmol； x1、x2――料液和残液中易挥发组分组成（摩尔分率）L――某一瞬间釜内的液量，kmol；x、y――某一瞬间的液气组成，（摩尔分率）；经过微分时间dt后，残液量减少dL，液相组成减少dx。以蒸馏釜为衡算系统对易挥发组分，dt前后的微分物料衡算为：Lx ? ydL ? ( L ? dL)( x ? dx)日星期六 7时25分41秒湖北大学化学化工学院 杨世芳510 ? ( y ? x)dL ? Ldx ? dLdx( y ? x)dL ? LdxdL dx ? ? L y?x积分F ?WdL x1 dx ? ?x 2 L y?xF x1 dx ln ? ?x2 W y?x日星期六
7时25分41秒湖北大学化学化工学院 杨世芳52?对于理想溶液 ，平衡关系用?x y? 1 ? (? ? 1) x表示，1 ? x2 ? F 1 ? x1 ln ? ? ? ln ?ln ? W ? ? 1 ? x2 1 ? x1 ??若操作范围内平衡线可近似地看作直线y ? mx ? bF 1 (m ? 1) x1 ? b ln ? ln W m ? 1 (m ? 1) x2 ? b若平衡线为过原点的直线， y? mxx1 F 1 ln ? ln W m ? 1 x2日星期六 7时25分42秒湖北大学化学化工学院 杨世芳53?若平衡关系不能用简单的数学式表示，可以应用图解积分 或数值积分。 馏出液的量D及组成平均组成 yD ? F ?WDy ? Fx1 ? Wx2日星期六 7时25分42秒湖北大学化学化工学院 杨世芳546.2.2平衡蒸馏（Equilibrium distillation）（1）原理与流程使混合液体部分 气化，并使气液 两相处于平衡状 态，然后将气液 两相分开。 又名闪蒸（flash distillation）加 热 原料液 器 Q减 压 阀 yA塔顶产品 闪 蒸xA 罐塔底产品 日星期六 7时25分42秒湖北大学化学化工学院 杨世芳55平衡蒸馏原理日星期六 7时25分42秒湖北大学化学化工学院 杨世芳56(2) 特点① 连续操作；② ③ 组成和温度恒定不变； 气、液两相平衡 。温度和压力 对平衡蒸馏 的影响日星期六 7时25分42秒湖北大学化学化工学院 杨世芳57（3）计算对闪蒸过程可通过物料衡算、热量衡算以及相平衡数据建 立起相关量之间的关系，从而求解所需参数。 下面以两组分混合液连续稳定闪蒸过程为例给予说明。物料衡算 总物料衡算 易挥发组分 的物料衡算 两式联立可得D, yD, teF ? D ?WFxF ? DyD ? WxWD xF ? xW ? F yD ? xWF, xF, tF加热器减 压 阀yD 闪 蒸 罐Qt0 xWW, xW, te式中：F、D、W ―― 分别为进料流率和出塔汽、液相产物 的流率，kmol/s； xF、yD、xW ―― 分别为进料料液组成以及出塔汽、液 相产物的摩尔分数。 日星期六7时25分42秒湖北大学化学化工学院 杨世芳58设液相产物占总加料量的分率为 q，即W/F=q，则汽 化率为D/F =(1-q)，代入上式整理可得yD ? qxW x ? F q ?1 q ?1汽化率与汽、液相组成的关系平衡关系 平衡蒸馏过程可认为经部分汽化或部分冷凝后所 得的汽、液两相呈平衡，即 yD~xW 符合平衡关系。若用相对 挥发度来表示，则 ?xW yD ? 1 ? ?? ? 1?xW 若已知进料组成 xF 和生产任务所要求的汽化率 (1-q)，结合 物料衡算式可求得汽、液相组成 yD、xW。 日星期六7时25分42秒湖北大学化学化工学院 杨世芳59热量衡算料液由进料温度 tF 升至 t0 需供给的热量 Q 为Q ? FCpm ?t0 ? t F ?闪蒸后，料液温度由 t0 降至平衡温度 te，若不计热损失，则 料液放出的显热全部用于料液的部分汽化，即FCpm ?t0 ? te ? ? ?1 ? q?F?式中：Cpm ―― 混合液的平均摩尔比热，kJ/(kmol?K)； ? ―― 平均摩尔汽化热，kJ/kmol。 由上式可得t0 ? te ? ?1 ? q ??C pm日星期六 7时25分42秒若 q 为已知，由物料衡算求得汽、液两相组成 yD、xW 后，可 由平衡关系（如温度-组成相图）求得 te，进而求得 t0。 汽化量大，闪蒸前料液温度需加热至更高的 t0 值。湖北大学化学化工学院 杨世芳60图解过程：日星期六 7时25分42秒湖北大学化学化工学院 杨世芳61例6-2：在常压下对苯与甲苯二元理想溶液分别进行平衡 蒸馏与简单蒸馏。若原料液中苯的浓度为0.5（摩尔分率） 。物系的相对挥发度为2.47。试求：1）用平衡蒸馏方法分离，当汽化率为 0.4时，釜液与馏出液的组成。2）用简单蒸馏方法分离，使釜液浓度与平衡蒸馏相同，所得馏出物中苯的平均组成。 解：1）?x 2.47 x y? ? 1 ? (? ? 1) x 1 ? 1.47 x湖北大学化学化工学院 杨世芳62日星期六 7时25分42秒因为汽化率f=0.4，q=0.6 物料衡算式为：xF q 0.6 0.5 y? x? ? x? q ?1 q ? 1 0.6 ? 1 0.6 ? 1? ?1.5x ? 1.25x ? 0.411, y ? 0.6342）简单蒸馏中了时的釜液浓度与平衡蒸馏时相同x2 ? 0.411日星期六 7时25分42秒湖北大学化学化工学院 杨世芳63F 1 ? x1 1 ? x2 ? ln ? ?ln ? ? ln ? W ? ? 1 ? x2 1 ? x1 ?1 ? 0.5 1 ? 0.411? ? ln ? 2.47 ln ? 2.47 ? 0.411 1 ? 0.5 ? ?? 0.4088F ? ? 1.505 W设馏出液的平均组成为 y日星期六 7时25分43秒湖北大学化学化工学院 杨世芳64Dy ? Fx1 ? Wx2W 0.411 x ? x 0 . 5 ? Fx1 ? Wx 2 1 2 F 1.505 y? ? ? F ?W W 1 1? 1? F 1.505? 0.676在相同的原料液浓度及相同釜液的条件下，简单蒸馏所得到的馏出液浓度高于平衡蒸馏，而平衡蒸馏的优点是连续操作，但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。日星期六 7时25分43秒湖北大学化学化工学院 杨世芳656.3 精馏原理和流程6.3.1精馏（fractionation)的流程 与装置 典型的连续精馏流程如图所 示 . 预热到一定温度的原料液送 入精馏塔的进料板 , 在每层塔板 上, 回流液体与上升蒸气互相接 触, 进行热和质的传递. 塔顶冷凝器的作用: 获得塔 顶产品及保证有适宜的液相回 流.再沸器的作用 : 提供一定量 的上升蒸气流.日星期六 7时25分43秒连续 精馏 流程湖北大学化学化工学院 杨世芳66精馏装置示意图日星期六 7时25分43秒湖北大学化学化工学院 杨世芳67精馏段1－精馏塔 2－再沸器提馏段3－冷凝器连续精馏装 置示意图日星期六 7时25分43秒湖北大学化学化工学院 杨世芳68精馏段：汽相中的重组分向 液相（回流液）传递，而液 相中的轻组分向汽相传递，冷凝器condenser塔顶产品, xD Overhead液相回流 Liquid reflux从而完成上升蒸气的精制。提馏段：下降液体（包括回product流液和料液中的液体部分） 中的轻组分向汽相（回流） 传递，而汽相中的重组分向 液相传递，从而完成下降液 体重组分的提浓。 精馏与简单蒸馏的区别：汽 相和液相的部分回流。也是 精馏操作的基本条件。日星期六 7时25分43秒精馏段 料液, xF Feed 提馏段Stripping section 汽相回流 Vapor reflux 再沸器 ReboilerRectifying section湖北大学化学化工学院 杨世芳塔底产品, xW 69Bottoms product例：多级逆流接触板式塔 板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系为tn?1 ? tn ? tn ?1 xn ?1 ? xn ? xn?1 yn?1 ? yn ? yn?1n-1 yn n yn+1 xn n+1 yn+2 xn+1 tn+1 xn-1 yn-1 xn-2 tn-1离开各板的汽、液两相的浓度取 决于板上汽、液两相接触传质速tn率。由于板上的鼓泡传质过程非常复杂，故难以用数学模型进行 描述。日星期六 7时25分43秒湖北大学化学化工学院 杨世芳706.3.2精馏原理 (1)液体混合物经过多次部份汽化后可变为高纯度的 难挥发组分日星期六 7时25分43秒湖北大学化学化工学院 杨世芳71t2t1tfx2y2 x1 y1x2x1xfx f ＞x1＞x2日星期六 7时25分43秒湖北大学化学化工学院 杨世芳72(2)汽体混和物经过多次部分泠凝后可变为高纯度的易挥发组分日星期六 7时25分44秒湖北大学化学化工学院 杨世芳73tft2t1x1y1 x2y2y f y1 y2y f ＜y1＜y2日星期六 7时25分44秒湖北大学化学化工学院 杨世芳74多次部分汽化和多次部分冷凝 缺点： 1、收率低；2、设备重复量大， 设备投资大；3、能耗大，过程 有相变。日星期六 7时25分44秒湖北大学化学化工学院 杨世芳75有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝日星期六 7时25分44秒湖北大学化学化工学院 杨世芳76(3)精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作?精馏塔由若干块塔板构成，每块塔板均为理论板，其上温度为泡点 ；?人为地安排 x1 则液体的温度? x2 ? ...... ? xn ?1 ? xn ? xn ?1 ? ......t1 ? t2 ? ......tn ?1 ? tn ? tn ?1 ? ...y1 ? y2 ? ...... yn ? yn ?1 ? ...日星期六 7时25分44秒湖北大学化学化工学院 杨世芳77? y3y? 2Bx? ? x? ? x? 3 2 1tF? x? x3 2y3Ax1 x2y 1 y2?y2?y1x3y3xF多次部分汽化和部分冷凝的 t- x- y 图湖北大学化学化工学院 杨世芳78日星期六 7时25分45秒塔板――中间再沸器和中间部分冷凝器汽流――热源 液流――冷却剂tn?1tn?1txnxn?1yn?1y n易挥发组份由液相向汽相传递，难挥发组份由汽相向液相传递日星期六 7时25分45秒湖北大学化学化工学院 杨世芳79塔板的作用特点：?塔板提供了汽液 分离的场所。 ?每一块塔板是一 个混合分离器 ?足够多的板数可 使各组分较完全分 离日星期六 7时25分45秒湖北大学化学化工学院 杨世芳80yn ?1t n ?1xn ?1tn-1& tn& tn+1yntnyn ?1yn-1& yn& yn+1xxn+1& xn& xn-1nt n ?1xn ?1日星期六 7时25分45秒塔板操作分析湖北大学化学化工学院 杨世芳81回流的作用： 提供不平衡的气液两相，是 构成气液两相传质的必要条 件。 精馏的主要特点就是有回流LDR?L D回流包括：塔顶回流液塔底回流汽 再沸器1、为什么要 回流？ 2、为什么要 再沸？日星期六 7时25分45秒湖北大学化学化工学院 杨世芳826.4.1 理论板及恒摩尔流 6.4.2 物料衡算和操作线 6.4两组分连续 精馏的 分析和计算6.4.3 理论塔板层数的求法6.4.4 几种特殊情况时理论板数 的求法 6.4.5 回流比的影响及其选择 6.4.6 理论板数的捷算法6.4.7 实际塔板数、塔板效率6.4.8 精馏装置的热量衡算 6.4.9精馏塔的调节与操作型计算日星期六 7时25分45秒湖北大学化学化工学院 杨世芳836.4两组分连续精馏的分析和计算6.4.1理论板及恒摩尔流 (1)理论板的假定 理论板的概念? ?离开该板的气液两相互成平衡；塔板上各处的液相组成均匀一致。理论板提出的意义 用作衡量实际板分离效率的依据和标准。通常，在 工程设计中，先求得理论板层数，再用塔板效率予以校正， 即可求得实际塔板层数。日星期六 7时25分45秒湖北大学化学化工学院 杨世芳84(2)恒摩尔流的假定①恒摩尔气流:精馏段中上 升 气体摩尔流 量精馏段qn,V1 ? qn,V2 ? ? ? qn,Vn ? qn,V ? 常数提馏段qn,V ?1 ? qn,V2? ? ? ? qn,V ? m ? qn,V ? ?日星期六 7时25分45秒提馏段中上 升 气体摩尔流 量 常数注意：两段上升的气相摩尔流量不一定相等 。湖北大学化学化工学院 杨世芳85②恒摩尔液流精馏段精馏段中下 降 液体摩尔流 量qn, L1 ? qn, L2 ? ? ? qn, Ln ? qn, L ? 常数提馏段qn, L1? ? qn, L2? ? ? ? qn, L? m ? qn, L? ?日星期六 7时25分45秒提馏段中下 降 液体摩尔流 量常数注意：两段下降的液相摩尔流量不一定相等 。湖北大学化学化工学院 杨世芳86(3)恒摩尔流假设的条件①各组分的摩尔汽化潜热相等；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。恒摩尔流动虽是一项简化假设，但某些物系能基本 上符合上述条件，因此，可将这些系统在精馏塔内的气 液两相视为恒摩尔流动。后面介绍的精馏计算均是以恒 摩尔流为前提的。日星期六 7时25分45秒湖北大学化学化工学院 杨世芳87Vn, yn, InLn-1, xn-1, in-1nVn+1, yn+1, I,n+1日星期六 7时25分45秒Ln, xn, in湖北大学化学化工学院 杨世芳88日星期六 7时25分45秒湖北大学化学化工学院 杨世芳89☆双组分连续精馏塔的计算精馏塔计算可分为设计型与操作型，其计算原则在各单元操 作中是共同的。板式精馏塔的设计型计算主要包括以下内容： （1）根据给定的分离要求，计算进、出精馏装置各股物料的 量和组成； （2）选择合适的操作条件：包括操作压强、回流比（塔顶回 流液量与馏出液量的比值）和加料热状态等； （3）确定精馏塔所需的理论板数和加料位置； （4）选择精馏塔的类型（即塔板类型），确定塔径、塔高； （5）进行塔板结构尺寸的计算及塔板流体力学验算； （6）计算冷凝器和再沸器的热负荷，确定其类型和尺寸。日星期六 7时25分46秒湖北大学化学化工学院 杨世芳906.4.2物料衡算和操作线 (1)全塔物料衡算精馏塔各股 物料(包括进料、 塔顶产品和塔底 产品)的流量、组 成之间的关系可 通过全塔物料衡 算来确定。馏出 液 原料 液qn,Vqn,V ?qn, Lqn,L?釜残 液日星期六 7时25分46秒精馏塔的物料衡算湖北大学化学化工学院 杨世芳91总物料衡算 易挥发组分衡算 馏出液采出率qn, F ? qn, D ? qn,Wqn, F xF ? qn, D xD ? qn,W xWqn , D qn , F xF ? xW ? xD ? xWqn , D x D qn , F x F ?100%?100%92易挥发组分回收率 难挥发组分回收率日星期六 7时25分46秒?A ??B ?qn ,W (1 ? xW ) qn, F (1 ? xF )湖北大学化学化工学院 杨世芳(2)精馏段操作线方程在精馏段中，任意塔板 （n 板）下降的液相组成 xn 与由其下一层塔板（ n+1 板）上升的气相组成 yn ＋1之间的关系称之为操作关系，描述 该关系的方程称为精馏段操 作线方程。日星期六 7时25分46秒精馏段的物料衡算湖北大学化学化工学院 杨世芳93总物料衡算qn,V ? qn, L ? qn, Dqn,V yn?1 ? qn, L xn ? qn, D xD易挥发组分衡算 整理得yn?1 ?R? qn , L qn , Dqn , L qn,Vxn ?qn , D qn,VxD精馏段操 作线方程回流比令则日星期六 7时25分46秒y n ?1R 1 ? xn ? xD R ?1 R ?1精馏段操 作线方程94湖北大学化学化工学院 杨世芳根据恒摩尔流假定， qn,L 为定值，且在稳态操 作时，qn,D及 xD为定值，故 R 也是常量。精馏段 操作线方程为一直线方程。斜率 直线方程R R ?1截距日星期六 7时25分46秒xD R ?1湖北大学化学化工学院 杨世芳95练习题目思考题 1. 精馏原理是什么，精馏与简单蒸馏有何不同？ 2. 塔顶液体回流和塔底上升蒸汽流的作用如何？ 3. 为什么说理论板是一种假定，理论板的引入 在精馏计算中有何重要意义？ 4. 恒摩尔流假定的内容如何？ 5. 操作线表示何种关系，它是如何获得的？作业题: 3、5日星期六 7时25分46秒湖北大学化学化工学院 杨世芳96(3)提馏段操作线方程在提馏段中，任意塔板 （m 板）下降的液相组成 与由其下一层塔板（m+1 板）? xm上升的气相组成 ? ?1之间的关 ym ?系称之为操作关系，描述它们 之间关系的方程称为提馏段操 作线方程。 提馏段的物料衡算日星期六 7时25分46秒xm湖北大学化学化工学院 杨世芳97总物料衡算qn, L? ? qn,V ? ? qn,W易挥发组分衡算整理得? ? qn,V ? ym ? ?1 ? qn,W xW qn, L? xmqn,W qn,V ? xW提馏段操 作线方程整理得? ?1 ? ymqn , L? qn,V ?? ? xm? ?1 ? ymqn , L ? qn, L? ? qn,W?? xmqn,W qn, L? ? qn,WxW98日星期六 7时25分46秒湖北大学化学化工学院 杨世芳根据恒摩尔流假定， q n , L?为定值，且在稳态操 作时， qn ,W 及 xW 为定值。提馏段操作线方程为一 直线方程。斜率 直线方程qn , L? qn , L? ? qn,W? qn ,W xW qn, L? ? qn,W99截距日星期六 7时25分46秒湖北大学化学化工学院 杨世芳(4)进料热状况对操作的影响Ⅰ.精馏塔的进料状况 精馏塔五种进料热状况 （A）冷液进料 （B）饱和液体进料 （泡点进料）ED CB A（C）气液混合物进料（D）饱和蒸气进料 （露点进料） （ E月 ）过热蒸气进料 2015 年6 13日星期六7时25分46秒xF精馏塔的进料热状况湖北大学化学化工学院 杨世芳100A,冷液进料对于冷液进料t F ? tbqn, L? ? qn, L ? qn, Fqn ,V ? ? qn ,V日星期六 7时25分46秒冷液进料湖北大学化学化工学院 杨世芳101B.饱和液体（泡点）进料对于饱和液体进料t F ? tbqn , L ? ? qn , L ? qn , Fqn ,V ? ? qn ,V日星期六 7时25分46秒饱和液体进料湖北大学化学化工学院 杨世芳102C.气液混合物进料对于气液混合物进料tb ? t F ? t dqn , L ? qn , L ? ? qn , L ? qn , Fqn,V ? ? qn,V日星期六 7时25分47秒气液混合物进料湖北大学化学化工学院 杨世芳103D.饱和蒸气（露点）进料对于饱和蒸气进料t F ? tdqn, L? ? qn, Lqn,V ? ? qn,V ? qn, F日星期六 7时25分47秒饱和蒸气进料湖北大学化学化工学院 杨世芳104E.过热蒸气进料对于过热蒸气进料t F ? tdqn , L? ? qn , Lqn,V ? qn,V ? ? qn, F日星期六 7时25分47秒过热蒸气进料湖北大学化学化工学院 杨世芳105Ⅱ.进料热状况参数①进料热状况参数定义 为了定量地分析进料量及其热状况 对于精馏操作的影响， 现引入进料热状况参 数的概念。进料板的物料衡算和热量衡算日星期六 7时25分47秒湖北大学化学化工学院 杨世芳106设H L ? H L?HV ? HV ?qn, F H F ? qn,V ? HV ? qn, L H L ? qn,V HV ? qn, L? H L(qn,V ? qn,V ? ) HV ? qn, F H F ? (qn, L? ? qn, L ) H L日星期六 7时25分47秒湖北大学化学化工学院 杨世芳107整理得 令H V ? H F q n , L? ? q n , L ? HV ? H L qn , FHV ? H F q? HV ? H L 将1kmol 进料变为饱和蒸气所需热量 ? 原料液的kmol 汽化潜热进料热状 况参数则q n,V ? ?q n,V ?(q ? 1)q n, Fq ? qn, L ? qqn, F湖北大学化学化工学院 杨世芳108日星期六 n, L? 7时25分47秒②进料热状况参数对提馏段操作线方程的影响 由qn, L? ? qn, L ? qqn, Fqn,V ? ? qn,V ? (q ? 1)qn, F? ?1 ? ym则q n , L? qn, L? ? qn,W? ? xmqn,W qn, L? ? qn,W? ? xmxWqn,W xW109? ?1 ? ymqn, L ? qqn, F qn, L ? qq n, F ?qn,Wqn, L ? qq n, F ?qn,W日星期六 7时25分47秒湖北大学化学化工学院 杨世芳③进料热状况参数的计算对于冷液进料，设进料温度为 tF 、泡点温度为 tbHV ? H F c p (tb ? t F ) ? r q? ? HV ? H L rr ? ? xi ricP ? ? xi c pi日星期六 7时25分47秒定性温度1 tm ? (t F ? tb ) 2110泡点进料t F ? tbq ?1湖北大学化学化工学院 杨世芳由 冷液进料qn, L? ? qn, L ? qqn, Fqn, L? ? qn, L ? qn, F qn, L? ? qn, L ? qn, Fqn, L ? qn, L? ? qn, L ? qn, Fq ?1 q ?10 ? q ?1泡点进料气液混合物进料 露点进料 过热蒸气进料日星期六 7时25分48秒qn, L? ? qn, L qn, L? ? qn, Lq?0 q?0111湖北大学化学化工学院 杨世芳进料热状态对塔内气、液流量的影响日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳112④进料方程 由精馏、提馏段操作线方程：由 又yn?1 ?qn , L qn,Vxn ?qn , D qn,VxD? ?1 ? ymqn, L? qn,V ?? ? xmqn,W qn,V ?xWqn, L? ? qn, L ? qqn, Fqn,V ? ? qn,V ? (q ? 1)qn, F在交点处两式中的变量相同，略去有关变量的上下标， 经整理得xF q y? x? q ?1 q ?1日星期六 7时25分48秒q 线方程或 进料方程湖北大学化学化工学院 杨世芳113xF q y? x? q ?1 q ?1斜率 直线方程 截距q q ?1xF ? q ?1与对角线联立解得交点 e 。过点 e 作斜率为 q/(q-1) 的 直线与精馏段操作线交于点d，联接cd 即得提馏段操作线。日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳114例6-3日星期六
7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳115日星期六
7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳116例6-4日星期六
7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳117日星期六
7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳118日星期六
7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳119练习题目思考题 1.进料热状况参数有何物理意义？ 2.q 线方程或进料方程是如何获得的？3.进料量对理论板层数有无影响，为什么？4.在分离任务一定时，进料热状况对所需的理论板层数有何影响？作业题: 7、8日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳1206.4.3理论塔板层数的求法日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳121（1）逐板计算法理论板数由操作线方程和相平衡关系确定。条件：塔顶全凝，泡点回流 精馏段操作线方程： y n ?1 ? 提馏段操作线方程： y n?1 ? 相平衡方程式： y n ? 第一板：x R xn ? D R ?1 R ?1Wx W L ? qF x n ?1 ? L ? qF ? W L ? qF ? W? xn 1 ? (? ? 1) x n或xn ?x1 ?yn ? ? (? ? 1) y ny1 ? xDx R y2 ? x1 ? D R ?1 R ?1y3 ?y1 ? ? (? ? 1) y1第二板：第三板：x2 ? x3 ?y2 ? ? (? ? 1) y 2x R x2 ? D R ?1 日星期六R ? 1 ……7时25分48秒y3 ? ? (? ? 1) y3 湖北大学化学化工学院 杨世芳122第m板：ym ?x R x m?1 ? D R ?1 R ?1L ? qF Wxxm ?ym ? x F 第m板为进料板 ? ? (? ? 1) y mxm?1 ? ym?1 ? ? (? ? 1) ym?1W 第m+1板： y m?1 ? L ? qF ? W xm ? L ? qF ? W…… 第N板：yN ? Wx L ? qF W x N ?1 ? L ? qF ? W L ? qF ? WxN ?yN ? xW ? ? (? ? 1) y N在计算过程中, 每使用一次平衡关系, 表示需要一层理论板. 由于 一般再沸器相当于一层理论板. 结果: 塔内共有理论板N块, 第N板为再沸器, 其中精馏段m-1块, 提馏段N-m+1块 (包括再沸器), 第m板为进料板。 逐板计算法是求理论塔板数的基本方法, 计算结果较准确,且可 求得每层板上的气液相组成. 但该法比较繁琐,尤其当理论板层数较 多时更甚. 现由计算程序处理, 比较好.日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳123日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳124[例6-5] 常压下用连续精馏塔分离含苯44%的苯一甲苯混合物. 进料为泡点液体，进料流率取100 kmol/h为计算基准。要求馏出液中含苯不小于 94 %. 釜液中含苯不大于8 %(以上均为摩尔百分率). 设该物系为理想溶液．相对挥发 度为2.47. 塔顶设全凝器，泡点回流，选用的回流比为3. 试计算精馏塔两端产 品的流率及所需的理论塔板数。 解：由全塔物料衡算：F＝D＋W ; FxF＝DxD＋WxW将已知值代入, 可解得D＝41.86kmol/h; W=58.14kmol/h 精馏段操作方程为:提馏段操作方程为:泡点液体进料时q=1,2015年6月相平衡方程为 13日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳125对于泡点进料, xF =xq =0.44 设由塔顶开始计算(从上往下)，第1块板上升蒸气组成y1=xD=0.94. 第1块 板下降液体组成x1由相平衡方程式计算:第2板上升蒸汽组成由精馏段操作方程计算 第2板下降液体组成由相平衡方程计算，可得如此逐级往下计算，可得因为故第5 板为进料板; 习惯上, 将进料板包括在提馏段内, 故精馏段有4 块理论 塔板. 自第5 块开始, 应改用提馏段操作方程式.由xn求下一板上升蒸汽组成yn+1.因为日星期六 7时25分48秒故所求的总塔板数为9块（包括再沸器）。湖北大学化学化工学院 杨世芳126（2）图解法---McCabe-Thiele, M-T法1) 操作线的作法 首先根据相平衡数据, 在直角坐标上绘出待分离混合物的x-y 平 衡曲线, 并作出对角线. 如图6-16所示. 在x=xD 处作铅垂线, 与对角线交于点a, 再由精馏段操作线的截 距xD /(R+1) 值, 在y 轴上定出点b, 联ab. ab为精馏段操作线. 在x=xF 处作铅垂线, 与对角线交于点e, 从点e作斜率为q /(q-1)的 q线ef, 该线与ab交于点d. 日星期六 在x=xW 处作铅垂线, 与对角线交于点c, 联cd. cd为提留段操作线.7时25分48秒图解法求理论板层数的基本原理与 逐板计算法的完全相同 , 只不过是用平 衡曲线和操作线分别代替平衡方程和操 作线方程 , 用简便的图解法代替繁杂的 计算而已 , 图解法中以直角梯级图解法 最为常用.虽然图解的准确性较差,但因 其简便 , 目前在两组分精馏中仍被广泛 采用。湖北大学化学化工学院 杨世芳127ay b c xW xF x xDfde日星期六
7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳128f2 f4 f5 f3f1日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳1292) 求N 的步骤 自对角线上 a点始, 在平衡线与精馏 段操作线间绘出水平线及铅垂线组成的 梯级. 如图6-17所示. 当梯级跨过两操作线交点d 时, 则改 在平衡线与提馏操作线间作梯级, 直至某 梯级的垂直线达到或小于xW为止. 每一个梯级代表一层理论板 . 梯级 总数即为所需理论板数. 梯级含义：如第一梯级 由a点作水平线与平衡线交于点1(y1, x1), 相当于用平衡关系由y1求 得x1；再自点1作垂线与精馏段操作线相交, 交点坐标为(y2, x1), 即相当 于用操作线关系由x1求得y2。作图法与逐板计算法等价。 有时塔顶出来的蒸气先在分凝器中部分冷凝, 冷凝液回流, 未冷凝 的蒸气经全凝器后,凝液作为塔顶产品. 因为离开分凝器的气液两相相 互呈平衡, 相当于1层理论板. 故此时精馏段层数应少1.湖北大学化学化工学院 杨世芳130日星期六 7时25分48秒图解方法2 1 1‘ a34 5 b 6 c xW日星期六 7时25分48秒fd exFxD131湖北大学化学化工学院 杨世芳说明： ① 汽、液通过任一理论塔板时组成的变化?x ? xn ?1 ? xn日星期六 7时25分48秒?y ? y n ? y n ?1湖北大学化学化工学院 杨世芳132②图解方法的优点 避免了繁琐的计算，形象直观，便于理解和分析实际问题。 ③进料热状态参数q的影响 q ↑ ， Kq ↓ ，d点右移，提馏段操作线与平衡线距离↑ ，提馏段各塔板分离能力↑，N ↓。日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳133实际生产中的进料热状态参数由前一工序决定。 ④影响N的因素分析 N 决定于 平衡线：物系，T，P →（α） 操作线：xD，xW，R，xF，q， xD↑， xW ↓ 分离要求提高，则 N ↑日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳134（3）适宜的进料位置如前所述，图解过 程中当某梯级跨过两操 作线交点时，应更换操 作线。跨过交点的梯级 即代表适宜的加料板 (逐 板计算时也相同 ), 这是 因为对一定的分离任务 而言, 如此作图所需的理 论板层数为最少.如图6-18所示. 若梯级已跨过两操作线的交点e , 而仍在精馏段 操作线和平衡线之间绘梯级, 由于交点d 以后精馏段操作线与平衡线 的距离较提馏段操作线与平衡线之间的距离来得近 , 故所需理论板 层数较多. 反之，如还没有跨过交点, 而过早的更换操作线, 也同样 会使理论板层数增加. 由此可见, 当梯级跨过两操作线交点后便更换 2015年6月 13日星期六 , 所定出的加料板位置为适宜的位置. 操作线作图 1357时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳最宜的进料位置日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳136进料位置对分离的影响日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳137回流比的选择说明：R↑ 日星期六 7时25分48秒→ N↓ → 塔设备费↓湖北大学化学化工学院 杨世芳1386.4.4几种特殊情况时理论板数的求法 （1）多侧线的塔 应用场合：多股进料或多股出料 例6-6：在常压连续精馏塔中，分离乙醇―水溶液，组成为 xF1=0.6（易挥发组分摩尔分率，下同）及xF2=0.2的两股原 料液分别被送到不同的塔板进入塔内，两股原料液的流量 之比F1/F2=0.5，均为饱和液体进料。操作回流比R=2，若要 求馏出流组成xD为0.8，釜残液组成xW为0.02，试求理论板 层数及两股原料液的进料板位置。日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳139日星期六
7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳140分析： 求理论板层数 图解法 解： 组成为xF1的原料液从塔较上部位的某加料板进入，该加 操作线 两股进料 三段？料板以上塔段的操作线方程式与无侧线塔的精馏段操作线方程相同。R 1 yn ?1 ? xn ? xD R ?1 R ?1x 0.8 ? ? 0.267 R ?1 2 ?1D日星期六 7时25分48秒湖北大学化学化工学院 杨世芳141两股进料板之间塔段的操作线方程，可按虚线范围内作 物料衡算求得： 总物料： V ?? ? F ? L?? ? D 1 易挥发组分：V ?? ys ?1 ? F1xF1? L??xs ? Dx DL?? Dx D ? F1 xF1 ? ys ?1 ? xs ? V ?? V ??――两股进料之间塔段的操作线方程日星期六 7时25分49秒湖北大学化学化工学院 杨世芳142因进料为饱和液体?V ?? ? V ? ( R ? 1) D, L?? ? L ? F1L ? F1 Dx D ? F1 xF 1 y s ?1 ? xs ? ( R ? 1) D ( R ? 1) DD如何求？ 总物料： 全塔物料衡算F1 ? F2 ? D ? W? Dx D ? Wxw易挥发组分： F1 xF1 ? F2 xF 2 设 F1 ? 100kmol / h日星期六 7时25分49秒湖北大学化学化工学院 杨世芳143F2 ? 100 / 0.5 ? 200kmol / h?100 ? 200 ? D ? W100 ? 0.6 ? 200 ? 0.2 ? D ? 0.8 ? W ? 0.02D ? 120kmol / hDx D ? F1 x F 1 120 ? 0.8 ? 100 ? 0.6 ? ? 0.1 ( R ? 1) D 3 ? 120对原料液组成为xF2的下一股进料，其加料板以下塔段的操作线方程与无侧线塔的提馏段操作线方程相同日星期六 7时25分49秒湖北大学化学化工学院 杨世芳144L? ? L ? F1 ? F2V ? ? L? ? W ? L ? F1 ? F2 ? WL ? qF W ? ?1 ? ? ? ym xm xw L ? qF ? W L ? qF ? WL? W ? ? xm ? xw V? V? 各段操作线交点的轨迹方程分别为：q1 xF 1 y? x? q1 ? 1 q1 ? 1日星期六 7时25分49秒q2 xF 2 y? x? q2 ? 1 q2 ? 1湖北大学化学化工学院 杨世芳145? 理论板层数为9? 自塔顶往下的第5层为原料F1的加料板?自塔顶往下的第8层为原料F2的加料板日星期六 7时25分49秒湖北大学化学化工学院 杨世芳146总结：?塔段数（或操作线数）=塔的进出料数-1?各段内上升蒸汽摩尔流量及下降液体摩尔流量分别各自相同?各段操作线首尾相接?精馏段及提馏段操作线方程的形式与简单精馏塔 相同 ?中间段的操作线方程应通过各段的物料衡算求得日星期六 7时25分49秒湖北大学化学化工学院 杨世芳147（2）直接蒸汽加热应用场合： 待分离的混合液 为水溶液，且水为 难挥发组分 操作线： 精馏段：与普通精馏 塔相同 提馏段：物料衡算日星期六 7时25分49秒湖北大学化学化工学院 杨世芳148总物料L? ? Vo ? V ? ? W? ? Vo yo ? V ?y m ? ?1 ? Wx w 易挥发组分：L?xmV ? ? Vo , L? ? W（恒摩尔流动)? ? Vo ym ? ?1 ? Wxw ?Wxm? ?1 ymW W ? x ?m ? xw Vo Vo――直接加热时提馏段操作线方程日星期六 7时25分49秒湖北大学化学化工学院 杨世芳149由操作线方程知：? ?1 ? 0 ym? ? xw xm?提馏段操作线通 过横轴上的x=xw 的点（xw,0）,不是c（xw,xw）日星期六 7时25分49秒湖北大学化学化工学院 杨世芳150水蒸气直接加热的蒸馏计算日星期六 7时25分49秒湖北大学化学化工学院 杨世芳151例 6-7 ：在常压连续精馏中，分离甲醇 ― 水混合液，原料 液组成为0.3，（甲醇摩尔分率，下同）冷液进料（q=1.2） ，馏出液组成为0.9 ，甲醇回收率为90% ，回流比为2.0，试 分别写出以下两种加热方式时的操作线方程。 1) 间接蒸汽加热2) 直接蒸汽加热。解： 1)间接蒸汽加热时操作线方程 精馏段操作线方程为：日星期六 7时25分49秒湖北大学化学化工学院 杨世芳152R xD 2 0.9 y? x? ? x? ? 0 . 667 x ? 0 . 3 R ?1 R ?1 2 ?1 2 ?1提馏段操作线方程为：L ? qF W y? ? x? ? xw L ? qF ? W L ? qF ? WRD / F ? q W /F ? x? ? xw RD / F ? q ? W / F RD / F ? q ? W / .F对易挥发组分 ?D FxF? DxD日星期六 7时25分50秒湖北大学化学化工学院 杨世芳1530.9 ? 0.3 D ? D xF ? ? 0.3 ? 0.9 F xDW D ? 1? ? 0.7 F FFxF ? Dx D x F ? D / F ? x D ? 0.3 ? 0.3 ? 0.9 ? xw ? 1 ? 0.3 1? D / F F ?D? 0.0432 ? 0.3 ? 1.2 0.7 y? ? x? ? ? 0.043 2 ? 0.3 ? 1.2 ? 0.7 2 ? 0.3 ? 1.2 ? 0.7? 1.636 x? ? 0.0274日星期六 7时25分50秒湖北大学化学化工学院 杨世芳1542) 直接蒸汽加热时操作线方程 精馏段操作线方程与1）同 提馏段操作线方程为：L? W y? ? x? ? xw ? W x ? ? W x w V? V? Vo VoW ? L? ? RD ? qF设F=1 kmol/h， ?W ? 2 ? 0.3 ? 1.2 ?1 ? 1.8kmol / h 加热蒸汽流量： V ? ? V ? (q ? 1) FV ? L?D日星期六 7时25分50秒湖北大学化学化工学院 杨世芳155Vo ? V ? ? ( R ? 1) D ? (q ? 1) F? (2 ? 1) ? 0.3 ? (1.2 ? 1) ? 1? 1.1kmol / h(1 ? ? D ) FxF (1 ? 0.9) ? 1 ? 0.3 xw ? ? ? 0.0167 W 1.81.8 1.8 y? ? x? ? ? 0. 1.1? 1.636 x? ? 0.0273日星期六 7时25分51秒湖北大学化学化工学院 杨世芳156D 讨论： 当 F、x 、q、R、x 、 F D ( ) 相同时，两种加热方式比较 F间接蒸汽加热 直接蒸汽加热L? V?W== & & &L?V?WxWNT? xWNT直接蒸汽加热所需理论板数比间接蒸汽加热的多，因为直接蒸汽的稀释作用，故需增多理论板数来回收易挥发组分。日星期六 7时25分51秒湖北大学化学化工学院 杨世芳157（3）提馏塔 （回收塔）应用场合： F xF D、xD蒸馏的目的只是为了回收稀溶液中的易挥发组分，而对馏出液的浓度W xW不做过多的要求。日星期六 7时25分51秒湖北大学化学化工学院 杨世芳158操作线： 与完全的精馏塔的提馏段操作线方程相同L? W ym?1 ? xm ? xw V? V?――提馏塔操作线方程 当为泡点进料时， F? L?、 V? ? DF W ym?1 ? xm ? xw D D通过点a（x=xF，y=xD），点b（x=xW，y=xW），斜率为F/D。日星期六 7时25分51秒湖北大学化学化工学院 杨世芳159e a xD,maxb xW日星期六 7时25分51秒xFxD湖北大学化学化工学院 杨世芳160当为冷液进料，可与完全的精馏塔一样先做出q线，q线与 y=xD的交点为操作线上端。 qb xW日星期六 7时25分51秒xFxD161湖北大学化学化工学院 杨世芳回收塔的理论板数计算过程日星期六 7时25分51秒湖北大学化学化工学院 杨世芳162例 6-8 ：在常压连续提馏塔中，分离两组分理想溶液。 该物系平均相对挥发度为2.0，原料液流量为100kmol/h ，进 料热状态参数q为0.8，流出液流量为60kmol/h 。釜残液组成 为0.01（易挥发组分摩尔分率）试求： 1)操作线方程2)由塔内最下一层理论板下流的液相组成解：1）操作线方程L? W ym?1 ? xm ? xw V? V?湖北大学化学化工学院 杨世芳163日星期六 7时25分51秒L? ? L ? qF ? 0 ? 0.8 ?100 ? 80kmol / hV ? D ? 60kmol / hV ? ? V ? (q ? 1) F ? 60 ? (0.8 ? 1) ? 100 ? 40kmol / hW ? F ? D ? 100 ? 60 ? 40kmol / h80 40 ? ym?1 ? xm ? ? 0.01 ? 2 x ? 0.01 40 402）塔内最下一层理论板下降的液相组成 再沸器相当于一层理论板日星期六 7时25分51秒湖北大学化学化工学院 杨世芳164?x w 2 ? 0.01 ? yw ? ? ? 0.0198 1 ? (? ? 1) xw 1 ? 0.01xN 与 yW 呈操作关系yw ? 2 xN ? 0.01 ? 0.0198? xN ? 0.0149日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳165（4）多股进料① 应用两股组分相同而组成不 同的物料在同一塔内分离。 ② 特点 多股进料将塔分为多 段 , 各段对应各自的操作 线和操作方程。 ③ 操作线日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳166多股进料的精馏操作线图示日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳167日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳168（5）塔顶设部分冷凝器 ① 目的 节省高品位冷剂。 ② 分凝器相当于一块理论板 塔内总理论板数则等于（N－2）块理论板。日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳169习题P157：11日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳1706.4.5回流比的影响及其选择 （1）回流比对精馏操作的影响?R↑ xD/R+1↓ ab 下移 y b c xW xF x xD f d e aN↓R=∞ ab与ac重合 xD/R+1L、V↑N=Nmin ?R↑ D、W不变日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳171R↓xD/R+1↑ N↑ab上移 a y N=∞ b c xW xF x xD f dab、q线与平衡线交于dR=RminRmin＜R＜R∞日星期六 7时25分52秒xD/R+1d点夹紧点e湖北大学化学化工学院 杨世芳172（2）全回流及最少理论板层数全回流时，D=0， F=0，W=0 ；达到给定分离程度所需的理论板层数最少为Nmin。1）Nmin的求法 a）图解法全回流的特点 （1） D=0， F=0，W=0 （2）操作线与对角线重合y=x （3）R= ∞ ,N=Nmin日星期六 7时25分52秒xWxD173湖北大学化学化工学院 杨世芳全回流与最少理论板数日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳174b）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)n+1=(xB)n? yA ? ? xA ? 离开任一层板的汽液组成间的关系为： ? ?y ? ? ? ?n ? ?x ? ? ? B ?n ? B ?n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：? yA ? ? xA ? ? x A ? ?y ? ? ? ?1 ? ?x ? ? ?? ?x ? B ?1 ? B ?1 ? B日星期六 7时25分52秒? ? ? ?D175湖北大学化学化工学院 杨世芳第一层板和第二层板之间的操作关系为：yA2=xA1 ,yB2=xB1? y A ? ? xA ? 即 ? ?y ? ? ?? ?x ? ? ? B ? 2 ? B ?1? yA ? ? xA ? ? 同理，第二板的气液平衡关系为： ?y ? ? ? ?2 ? ?x ? ? ? B ?2 ? B ?2 ? xA ? ? xA ? ?? ?x ? ? ? ?1 ?? 2 ? ?x ? ? ? B ?D ? B ?2日星期六 7时25分52秒? xA ? ? yA ? ?? ?x ? ? ? ?1 ? ?y ? ? ? B ?D ? B ?2湖北大学化学化工学院 杨世芳176? xA ? ? xA ? ? ?x ? ? ? ?1? 2 ......? N ?1 ? ?x ? ? ? B ?D ? B ?W若令 ? m ? N ?1 ?1? 2 ......? N ?1? xA ? N ?1 ? x A ? ?? ?x ? ? ? ?m ? ?x ? ? ? B ?D ? B ?W?? x A ? ? x B ? ? log ?? ?x ? ? ? ?x ? ? ? ? ? B ? D ? A ?W ? ? ? N min ? 1 ? log ? m日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳177N min?? x D ?? 1 ? x w ?? log ?? ?1? x ? ?? ? x ? ?? D ?? w ?? ?? ? ?1 log ? m――芬斯克方程（3）最小回流比的求法①作图法 a）对于正常的平衡曲线xD ? yq Rmin ? Rmin ? 1 xD ? xq日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳178Rmin ?xD ? yq y q ? xqyq xq,yq――q线与平衡q线的交点坐标xq日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳179b）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）日星期六 7时25分52秒。湖北大学化学化工学院 杨世芳180日星期六 7时25分52秒湖北大学化学化工学院 杨世芳181特殊平衡关系下的Rmin日星期六 7时25分52秒Rmin ?xD ? yq y q ? xq湖北大学化学化工学院 杨世芳182②解析法对于相对挥发度为常量（或取平均值）的理想溶液 ?x q xD ? ?xq xD ? yq 1 ? (? ? 1) x q yq ? Rmin ? ? 1 ? (? ? 1) xq ?x q y q ? xq ? xq 1 ? (? ? 1) x q 或由精馏段操作线方程、q线方程、气液平衡方程联立求解q xF y? x? q ?1 q ?1 ?x y ? 日星期六 1 ? (? ? 1) x7时25分52秒?Rmin xD y? x? Rmin ? 1 Rmin ? 1湖北大学化学化工学院 杨世芳183Rmin饱和液体进料时1 ? x D ? (1 ? x D ) ? ? ? ? ? ? ?1 ? 1 ? xq ? ? xq ?q=1，xq=xFRmin饱和蒸汽进料时1 ? x D ? (1 ? x D ) ? ? ? ? ? ? ? 1 ? xF 1 ? xF ?q=0，yq=xF1 ??xD 1 ? xD ? Rmin ? ? ? ? ?1 ? ? 1 ? yF 1 ? yF ?气液混合进料时日星期六 7时25分53秒Rmin ? q( Rmin )q ?1 ? (1 ? q)( Rmin )q ?0湖北大学化学化工学院 杨世芳184（4）适宜回流比的选择R=（1.1～2）Rmin日星期六 7时25分53秒湖北大学化学化工学院 杨世芳185适宜回流比Ropt ? (1.1 ? 2.0)Rmin日星期六 7时25分53秒湖北大学化学化工学院 杨世芳1866.4.6理论板数的捷算法（1)吉利兰图Y ? 0.545827 ? 0.591422 X? 0.002743 / XR ? Rmin X? R ?1N ? N min Y? N ?2注意：N,Nmin不包括再沸器。日星期六 7时25分53秒湖北大学化学化工学院 杨世芳187(2)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。日星期六 7时25分53秒湖北大学化学化工学院 杨世芳188本讲要点：1）全回流时精馏段操作线与提馏段操作线均与对角线重合， 这时y=x；所需理论板数最少。 2）最小回流比是针对一定的分离任务而定，分离任务有变 化，最小回流比也会变化。若回流比小于最小回流比，不 能达到要求的分离任务，但它能正常操作。 3）对一般物系取使用回流比R=（1.1~2）Rmin，而对难分离物系，使用回流比可超出上述范围。日星期六 7时25分53秒湖北大学化学化工学院 杨世芳189例6―9某厂欲用常压连续精馏塔分离苯-甲苯混合液。原料液 中含苯44％(摩尔分数，下同)，要求塔顶产品中含苯97.4％， 塔釜产品中含苯不大于2.35％。进料为饱和液体，塔顶采用 全凝器。已知操作条件下．塔顶的相对挥发度为2.6，塔釜的 相对挥发度为2.34，进料的相对挥发度为2.44。取回流比为最 小回流比的2.45倍：试用简捷法确定完成该分离任务所需的 理论板层数及进料板位置。日星期六 7时25分53秒湖北大学化学化工学院 杨世芳190日星期六 7时25分53秒湖北大学化学化工学院 杨世芳191日星期六 7时25分53秒湖北大学化学化工学院 杨世芳192例6－10 在某板式精馏塔中分离苯-甲苯溶液，两组分的相对挥 发度为2.50。进料量F=140kmol/h，进料中苯的摩尔分率 x F ? 0.5，饱和液体进料，塔顶馏出液中苯的回收率为98％，塔釜采出 液中甲苯回收率为95％，提馏段液气比为5/4。试求： （1）该塔的操作回流比和最小回流比； （2）精馏段、提馏段的操作线方程； （3）进入再沸器的液体组成； （4）估算该塔的理论塔板数。 吉利兰图中曲线可用下式表示：Y ? 0.5458 ? 0.5914 X ? 0.0027 / X日星期六 7时25分53秒湖北大学化学化工学院 杨世芳193[解]（1） ?F ? D ? W ? 140? Fx ? Dx ? Wx ? 140 ? 0.5 ? F D W ? ? Dx D ? Fx F ? 98% ? 0.98 ? 140 ? 0.5 ? ?W (1 ? xW ) / F (1 ? x F ) ? W (1 ? xW ) / 140(1 ? 0.5) ? 95%解上述方程组得 D=72.1kmol/h W=67.9kmol/hx D=0.951 xW ＝0.021L? L ? qF RD ? F 5 ? ? ? V ? V ? (1 ? q) F ( R ? 1) D 4 72.1R ? 140 5 ? ( R ? 1)72.1 4=解得R ? 2.77?x F 2.5 ? 0.5 yq ? ? ? 0.714 1 ? (? ? 1) x F 1 ? 1.5 ? 0.5日星期六 7时25分53秒湖北大学化学化工学院 杨世芳1940.951 ? 0.714 Rmin ? ? ? 1.107 yq ? xF 0.714 ? 0.5 （2） y ? R x ? x D ? 2.77 x ? 0.951 ? 0.735x ? 0.252 R ?1 R ? 1 2.77 ? 1 2.77 ? 1xD ? yqV ? ? ( R ? 1) D ? (q ? 1) F ? (2.77 ? 1) ? 72.1 ? 0 ? 271.8kmol / hWxW 5 L? 67.9 ? 0.021 y ? x? ? x? ? 1.25 x ? ?0.0053 V? V? 4 271.8（3）再沸器可看成一块理论板，离开再沸器的上升蒸汽组成 与满足平衡线方程： ?x w 2.5 ? 0.021 yw ? ? ? 0.0509 1 ? (? ? 1) x w 1 ? 1.5 ? 0.21日星期六 7时25分53秒yW ? 1.25xn ? 0.0053 ? 0.0509195湖北大学化学化工学院 杨世芳xn ? 0.0449(4)X ? R ? R min 2.77 ? 1.107 ? ? 0.441 R ?1 2.77 ? 1Y ? 0.5458 ? 0.5914 X ? 0.0027 / X ? 0.5458 ? 0.5914 ? 0.441 ? 0.0027 / 0.441 ? 0.291N min ? ? ?? x D ln ?? ln ? m ?? ? 1 ? xD 1 ?? 1 ? xW ? ?? ? ?? xW ?? ? ?? ? 1 ???? 0.951 ?? 1 ? 0.021 ?? 1 ln ?? ?? ? ? 1 ? 6.4 ln 2.5 ?? 1 ? 0.951 ?? 0.021 ?? ?Y?N T ? N min N T ? 6.4 ? ? 0.291 NT ? 2 NT ? 2解得N T ? 9.8圆整 N T ? 10 （不含塔釜）湖北大学化学化工学院 杨世芳196日星期六 7时25分54秒6.4.7实际塔板数、塔板效率（1）全塔效率（总板效率）E全塔效率又称总板效率。在塔设备的实际操作中，出于受 到气液接触时间和面积的限制，一般不可能达到气液相平衡， 也就是说，实际塔板的分离作用低于理论板。全塔效率是指 达到指定分离效果所需理论板层数与实际板层数的比值：NT E? ?100% NP式中： E――全塔效率； NT――理论板层数(不包括再沸器） NP――实际板层数。 全塔效率包含影响传质过程的全部动力学因素，但目前尚不能 用纯理论公式计算得到，利用有关丁程手册中的关联图可得到 一些参考数据。可靠数据只能通过实验测定。日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳197（2）单板效率――默弗里（Murphree）效率单板效率又称默弗里效率。是指气相或液相经过一层塔板前后 的实际组成变化与经过该层塔板前后的理论组成变化的比值。 见图所示。按气相组成变化表示的单板效率为：E mv ?y n ? y n ?1 y n ? y n ?1xn ?1 ? xn xn ?1 ? xn???实际板的气相增浓值 理论板的气相增浓值yn * yn yn+1按液相组成变化表示的单板效率为：E ml ??实际板的液相增浓值 理论板的液相增浓值x n* x n xn-1日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳198（3）点效率EOGEOGy ? y n ?1 ? y * ? y n ?1须注意，在点效率的定义中，实际上已经认为板上液层在 垂直方向混和均匀，每一点只有一个均匀的组成x。由于板上 浓层较薄且有气体的强烈搅拌，上述假定一般说来是符合实 际情况的。日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳199点效率EOGEOG? K y? y 2 ? y1 ? ? 1? e V y * ? y1A为了找到影响板式塔效率 的因素，首先要分析塔板上 某 现分析塔板上某一处一垂 直小单元液层，如图所示： 来自下一塔板，平均组成为y1的气体进入这一单元液层。由于 液层在气流的搅动下，可以假设其浓度是均匀的，用x表示。 气体经过此液层接触传质后，离开时浓度为y2。 若在塔板上有 一个蒸气量为V(kmol)的气泡，在液层 中上升，经过d? 时间后， 由于气液传质过程，气泡中轻组分的浓度由y增加到y+dy (在图 中用气泡内黑点 的多少表示气相中轻组分的变化)。湖北大学化学化工学院 杨世芳200日星期六 7时25分55秒根据传质速率的概念可知：Vdy dy A ? K y A( y * ? y ), 或 ? K y d? d? y *?y V 式中：V－气泡的量kmol；A－气泡的表面积m2； Y－蒸汽浓度（mol分率）；y*－与x成平衡的气相浓度（mol分率）若接触时间由 0 ? ?， 气相浓度则由y1 ? y 2 , 于是：? A dy y * ? y2 A ? ? K y d? , ln ? ? K y? 0 y*?y V y * ? y1 VA A?y2y1? K y? ? K y? y * ? y2 y * ? y2 V ?e ,1 ? ? 1? e V y * ? y1 y * ? y1 ? K y? y2 ? y1 ? 1 ? e V ? EOG y * ? y1 A日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳201? EOG ? 1 ? eA ? K y? V从上式可以看出，影响点效率的因素是：气泡的比表面积A/V 、气泡在液层中停留时间和总传质系数。A ，K y 和?越大，EOG 越接近1， 即点效率越高。 V 默弗里板效率与点效率的主要区别为：①默弗里板效率中的y*n系离开塔扳的液体平均组成xn的平衡 气相组成，而点效串中的y*为塔板上某点的液体组成x的平衡 气相组成。 ②点效率中的y为离开塔板某点的气相组成，而默弗里扳效率 中的yn系由塔板各点离开液层的气体的平均组成。日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳202如果板上液体不仅在垂宜方向而且在水平方向也混合均 匀，塔板上各处的液体组成相同(且等于离开该板的液相组 成)，则第一点差别消失，塔扳上各处液相组成相同，必使进入塔板的气体组成相同，塔板上各处的点效率相同，则第二点差别也消失。此时，默弗里板效率与点效率在数值上相等。 显而易见，默弗里板效率的数值不仅与点效率即两相接 触状况有关，而且下达两种流动因素也对其有着重要的影 响。日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳203塔板上液体的返混 液体在塔板上的主流方向是自液体入口端横向流往液体出 口端。由于气体的搅动，不可避免地发生与主流方向相反的 流动，即所谓返混。只有当返混极为严重时，板上液体才能 混和均匀。在实际塔板特别是大型塔扳上；液体行程长，返 混不足以造成均匀混和，板上液体在其主流方向上会形成一 定的浓度梯度，入口端的液体组成x/n将大于出口端的液体组 成xn。 假设板上各处的点效率相同，液 体入口端的气相组成y/n将大于出口 端气相组成yn，从而使离开塔板的 气相平均组成yn增大。如果塔板各 处的点效率很高，平均气相组成可 能大于平衡组成，即默弗里板效率 可以大于1。湖北大学化学化工学院 杨世芳204日星期六 7时25分55秒也就是说，实际塔板原则上可以优于理论塔板，其原因 在于理论塔板的定义是以液体完全返混为基础的。当然，由 于点效率返常远小于l，实际塔板的默弗里板效率的数值一般 是小于1的。 可见，返混是对传质不利的因素，返混程度越大．默弗里板 效率越低 塔板上两相约不均匀流动 不均匀性问题是工业装置中经常出现而设计者必须处理的 问题。在小型装置中容易做到均勺，而在大型装置中总难免 出现种种不均匀队首先必须明确的是，不均匀性究竟是一个 有害还是有利的因素。任一个参数(如速度、温度等)在装置内出现不均匀性究竟 有利还是有害，决定于该参数与目标之间的关系。若追求的 目标为最大值， 且参数与目标之间的关系曲线呈凸形，则不 均匀性必属有害因素；若参数与目标之间的关系曲线呈凹日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳205形，则不均匀性反而有利。在塔板上气体和液体的流速与效率的关系有两种可能性 一种是存在一个最优速度，过高过低都使效率降低，如图a 所示，另一种是速度越高或越低越好，而效率有其极限，则 其关系必有渐近性质，如图所示。无论哪种可能也关系曲线 都是凸形的。因此，在塔板上气液两相的不均匀分布，一般 说来是有害的因素，应尽量避免。严重的气液不均匀性会导 致气液流动所不及的死区，其危害性是显而易见的。日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳206【例6-11】 在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物 系的平均相对挥发度为2.5。原料液组成为0.35（易挥发组分 D 摩尔分率，下同），饱和蒸气加料。塔顶采出率 为40%，且 已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.20，试求： 1．提馏段操作线方程：F2．若塔顶第一板下降的液相组成为0.7，求该板的气相默弗 里效率Emv1。解：先由精馏段操作线方程求得R和xD，再任意假设原料液 流量F，通过全塔物料衡算求得D、W及xw，而后即可求出提馏段操作线方程，Emv1可由默夫里效率定义式求得。 1．提馏段操作线方程 由精馏段操作线方程知日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳207R ? 0.75 R ?1xD ? 0.20 R ?1解得 解得R=3.0xD=0.8设原料液流量F=100kmol/h，则 D=0.4×100=40kmol/h ，W=60kmol/hxW ? FxF ? Dx D 100 ? 0.35 ? 40 ? 0.8 ? ? 0.05 F?D 100 ? 40因q=0，故 L′=L=RD=3×40=120kmol/h V′=V－（1－q）F=（R+1）D－（1－q）F=4×40－100=60kmol/h 提馏段操作线方程为 L? W 120 60 y ? x ? xw ? x ? ? 0.05 ? 2 x ? 0.05 V? V? 60 60日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳2082．板效率Emv1由默弗里板效率定义知：E mv1y1 ? y 2 ? * y1 ? y 2其中 y1=xD=0.8y2=0.75×0.7+0.2=0.725ax1 2.5 ? 0.7 y ? ? ? 0.854 1 ? ?a ? 1?x1 1 ? 1.5 ? 0.7* 1故E mv1 ?0.80 ? 0.725 ? 0.58 ? 58% 0.854 ? 0.725本题要求掌握操作线方程的含义以及默弗里效率的定义。日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳209【例6-12】如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一块实际塔板 所组成。料液由塔顶加入，泡点进料。xF=0.20（mol分率，下 同），今测得塔顶易挥发组分的回 收率为80％，且xD=0.30，系统相对 挥发度α ＝3.0。试求： （1）残液组成xW； （2）该塔板的液相 默弗里效率EmL。日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳210解（1）求xW。 由回收率定义及采出率的关系可得：Dx D xF ? xW xD 0.2 ? xW 0.3 ? A ? 0.8 ? ? ? ? ? FxF xD ? xW xF 0.3 ? xW 0.2 解得：xW ? 0.0857E mLx n ?1 ? x n x F ? x1 ? ? ,x ? 0.2已知，故求 E mL 的关键是设法 ? * x F ? x1 F x n ?1 ? x n（2）求EmL。分析：* * 求出x1和x1 。由于x1 是与离开该板的汽相组成y1成平衡的，而塔顶为全凝器y1 ? xD ? 0.3 y1 0.3 ?x ? ? ? 0.125 ? ? (? ? 1) y1 3 ? 2 ? 0.3* 1日星期六 7时25分55秒湖北大学化学化工学院 杨世芳211离开该块实际板的液相组成x1与塔釜上升的汽相组成yW符合 操作关系，而yW与xW成平衡关系（蒸馏釜视为一块理论板）， 则：?xW 0.3 ? 0.0857 yW ? ? ? 0.219 1 ? (? ? 1) xW 1 ? 2 ? 0.0857本题为泡点加料、无回流的回收塔，只有提馏段，其操作线方程为：WxW L? ym?1 ? xm ? V? V?泡点加料L? ? F , 全凝器V ? ? D xD ? xW 0.3 ? 0.0857 L? F 1 ? ? ? ? ? ? 1.875 V ? D D / F xF ? xW 0.2 ? 0.0857日星期六 7时25分56秒湖北大学化学化工学院 杨世芳212W F ?D F ? ? ? 1 ? 1.875 ? 1 ? 0.875 V? D D提馏段操作线方程为：WxW L? ym ?1 ? xm ? ? 1.875 xm ? 0.875 ? 0.0875 ? 1.875 xm ? 0.075 V? V? x1与yW 满足操作关系，即yW ? 1.875 x1 ? 0.075 yW ? 0.075 0.219 ? 0.075 ? x1 ? ? ? 0.157 1.875 1.875 xF ? x1 0.2 ? 0.157 EmL ? ? ? 0.573 ? 57.3% * xF ? x1 0.2 ? 0.125日星期六 7时25分56秒湖北大学化学化工学院 杨世芳213习题P158：14，15日星期六 7时25分56秒湖北大学化学化工学院 杨世芳2146.4.8精馏装置的热量衡算（1)冷凝器的热量衡算QC ? VIVD ? ( LI LD ? DI LD )?V ? L ? D ? ( R ? 1) D?QC ? ( R ? 1) D( IVD ? I LD )冷却介质用量Qc Wc ? c pc (t 2 ? t1 )日星期六 7时25分56秒湖北大学化学化工学院 杨世芳215日星期六 7时25分56秒湖北大学化学化工学院 杨世芳216(2)再沸器的热负荷进入再沸器的热量：?加热蒸汽供给的热量QB；?回流液体带入的热量L’Ilm 离开再沸器的热量 ： ?再沸器中上升蒸气带走的热量 V ? IVm?釜残液带走的热量 WI lm?再沸器的热损失 QL?QB ? L?I vm ? V ?I vm ? WI LW ? QL日星期六 7时25分56秒湖北大学化学化工学院 杨世芳217QB ? V ?I vm ? WI LW ? L?IVM ? QL若近似取 I LW? I Lm?V ? ? L? ? W?QB ? V ?( IVW ? I LW ) ? QL加热介质的消耗量QB Wh ? I B1 ? I B 2若用饱和蒸汽加热，且冷凝液在饱和温度下排出，则加热蒸 汽消耗量QB Wh ? r湖北大学化学化工学院 杨世芳218日星期六 7时25分56秒[例6―13]用一常压操作的连续精馏塔，分离含苯为0.44(摩尔分率，以下同)的苯一甲苯混合液，要求塔顶产品中含苯不低于0.975，塔底产品中含苯不高于0.0235。操作回流比为 3.5，原料液为20℃的冷液体。试求再沸器热负荷和加热蒸汽 消耗量以及冷凝器热负荷和冷却水消耗量。已知数据如下： (1)原料液流量为15000kg/h； (2)加热蒸汽绝压为200KPa，冷凝液在饱和温度下排出； (3)冷却水进、出冷凝器的温度分别为25℃及35℃。假设热损失可忽略。日星期六 7时25分56秒湖北大学化学化工学院 杨世芳219由于塔顶馏出液几乎为纯苯，为简化起见、焓可按纯苯的进 行计算。若回流液在饱和温度下进入塔内，则日星期六 7时25分56秒湖北大学化学化工学院 杨世芳220日星期六 7时25分56秒湖北大学化学化工学院 杨世芳221(3)精馏过程的节能途径①减小操作回流比L、V L?、V ?R R示例～～～ 能耗～ NP一定，需提高ETNT? 采用高性能新型塔板代替原有塔板，提高效率 ? 采用高效塔填料代替原有塔板，提高效率日星期六 7时25分56秒湖北大学化学化工学院 杨世芳222②降低塔釜操作温度塔压降△P 示例～ 釜温tW～能耗? 采用高效塔填料代替原有塔板，降低塔压降日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳223③热泵精馏 将塔顶蒸汽绝热压缩升温，作为再沸器的热源， 将再沸器中的液体部分汽化，而压缩气体本身冷凝 成液体，经节流阀后一部分作为塔顶产品采出，另 一部分作为塔顶回流液。日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳2241.精馏塔；2.压缩机 3.再沸器；4.节流阀热泵精馏技术日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳225④多效精馏 将几个精馏塔串联，操作压力依次降低，前一 精馏塔的塔顶蒸汽作为后一精馏塔的再沸器的加热 介质，故除两端精馏塔外，中间的精馏塔不需从外 界引入加热和冷却介质。日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳226qn , D qn , F qn , F qn , Fqn,Wqn , Dqn,Wqn, D qn,Wp1 & p2 & p3 t1 & t2 & t3多效精馏技术日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳2275.⑤用塔顶蒸气 原料预热 将原料预热可回收精馏过程的热能，减少精馏 过程的能耗。原料预热有两种流程：?预热原料 ? 用塔釜采出液预热原料日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳228原料预热回收精馏过程的热能日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳229原料预热回收精馏过程的热能日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳230【例6-14】用一精馏塔分离某二元理想混合物，进料量为 200kmol/h，其中易挥发组分的摩尔分率为0.5，进料为饱和液 体，塔顶采用全凝器且为泡点回流，塔釜用间接蒸汽加热。 已知两组分间的平均相对挥发度为2.0，精馏段操作线方程为y n?1 ? 0.70 xn ? 0.285塔底产品中易挥发组分的摩尔分率为0.05，试求： （1）操作回流比、塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率； （2）塔顶产品的流量和塔顶产品中易挥发组分的回收率 ； （3）精馏段的气相负荷、提馏段的液相负荷（kmol/h）； （4）实际回流比是最小回流比的多少倍； （5）提馏段操作线方程和q线方程； （6）塔顶第2块理论板上升蒸汽的组成； （7）若塔顶第1块实际板的液相默弗里板效率为0.6，求塔顶 第2块实际板上升蒸汽的组成。日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳231R 0.7 ? 0 . 70 , R ? ? 2.333 ① R ?1 1 ? 0. 7xD ? 0.285 , xD ? 0.95 R ?1?200 ? D ? W ?190 ? 0.95D ? 0.95W ?? ② ? ?200? 0.5 ? 0.95D ? 0.05W ?100 ? 0.95D ? 0.05W0.95 ?100 D ? 100 kmol / h , W ? 100kmol/ h, ?A ? ? 95% 200 ? 0.5V ? ( R ? 1) D ? (2.333? 1) ?100 ? 333.3kmol/ h ③ ? ? ?L? ? L ? qF ? 2.333?100? 200 ? 433.3kmol/ h2 ? 0.5 yq ? ? 0.6666 ④ xq ? 0.5, 1 ? (2 ? 1) ? 0.5 x D ? y q 0.95 ? 0.6666 Rmin ? ? ? 0.6298 Rmin ? 1 x D ? xq 0.95 ? 0.5日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳232Rmin0.6298 ? ? 1.7012 , 1 ? 0.6298R 2.333 ? ? 1.3714 Rmin 1.7012Wxw 433 .3 L? 100 ? 0.05 y ? x ? ? x ? ? 1.3xm ? 0.015 ⑤ n ?1 V ? m?1 V ? 333 .3 m 333 .3x ? 0.5⑥ y1 ? x D ? 0.95,0.95 x ? ? 0.9048 2 ? (2 ? 1) ? 0.95* 1y2 ? 0.7 ? 0. ? 0.9183⑦ EmLxD ? x1 0.95 ? x1 ? ? ? 0.6, * xD ? x1 0.95 ? 0.9048x1 ? 0.9229y2 ? 0.7 ? 0. ? 0.9310日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳2336.4.9精馏塔的调节与操作型计算①精馏塔操作的调节 进料浓度的影响：当 xF 降至 x’F ，若 R 和 D/F 不变，精操线 斜率不变。但xF下降使塔板上 y, x 均减小，xD 和 xW 也随之下 降，精馏段操作线将平行下移。 要维持原 xD 不变，可采取增大 R 或减少 D/F 的调节方法。(1) R?，精操线斜率L/V ?；而提操线斜率L’/V’?，两操作线 与平衡线距离?，传质推动力?，塔板分离能力? 。若 x’F 下降不大，可在 D/F 不变的情况下维持 xD 不变，但塔顶 冷凝器和塔釜再沸器的负荷增加，即能耗增加。 (2) 若冷凝器负荷量 V 不变，减少 D/F，精馏段L/V ?（等同 于 R 增加），精馏段塔板的分离能力变大，故 x’F 下降 不大时，适当减少采出量 D/F 也可维持 xD 不变。 注意：加大 R，xD 虽可有所提高，但受塔板数的限制，提高 2015年6月 13日星期六 程度一般很有限。 234 湖北大学化学化工学院 杨世芳7时25分57秒当 xF 变化较大而要维持 xD 不变时，应适当下调进料位置 ，使精馏段的板数增加，并同时辅以加大 R 或减少 D/F 的 调节手段。 一般精馏塔常设有几个进料位置，以保证进料状态变化时 仍能在适宜位置进料。 进料热状态的影响： R 相同，q?，进料带入的热量?，相 同分离程度(xD-xW)所需理论板数?。因 R 相同，为保持冷凝负 荷 V 不变，进料热?，塔底供热?，塔釜上升蒸汽量?，提操线 斜率?并向平衡线移动，提馏段每一塔板的分离能力? 。若V’不变，进料带入的热量?(q?)，精馏段上升汽量 V ?， 冷凝负荷?，R?，对一定的 xD 所需N?，或对一定N，xD ?。注意： N?或 xD?都是以增加能耗为代价的。 q 变化时，应根据 冷凝器和再沸器的负荷能力来调节塔顶的回流液量与塔釜的汽 化量，以满足分离的要求。日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳235★操作问题定性分析举例 ：NT不变，泡点进料，讨论xD,xW如何变化？a. xF ?, 其它不变， D, W不变。结论： xD ?, xW ? xF ?对xD, xW 的影响日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳236b. 加料板位置上移结论：xD ?, xW ?加料板位置?对xD, xW 的影响日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳237c. R?结论：xD ?, xW ?R ?对xD, xW 的影响日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳238d. q ?, R 不变，D不变， V/?结论：xD ?, xW ?q ?对xD, xW 的影响日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳239②保持精馏塔的物料平衡 a)Xd、xw决定了物料平衡D xF ? xW ? F xD ? xW?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； b)Xd、xw受物料平衡限制 ?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；FxF ?塔顶产品的组成应满足 xD ? 日星期六 D7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳240③最佳进料位置 为了保证操作稳定，使 塔内各处气液组成和温 度稳定，料液应在塔内 气液组成与其相同的位 置加入，避免不同组成 的物流混合。最佳进料 位置应在该板组成x等 于或略低于xF（泡点进 料），当然，加料位置 可在精馏段操作线与平 衡线交点P和提馏段操 作线与平衡线交点m之 间。 当x与x 相差较大，理论板数将增加。F 日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳241最优加料板位置：x ? xq加料过晚日星期六 7时25分57秒加料过早湖北大学化学化工学院 杨世芳242④精馏塔的灵敏板操作条件（F, q, R, 再沸器与冷凝器的热负荷等）改变必然 引起分离效果的变化，但每一块板改变的程度不等。灵敏板：温度改变最显著的塔板。以该塔板上的温度监控 全塔的操作状态，有利于对精馏塔进行预见性调节。 灵敏板通常靠近进料口。 例：高纯度分离时，塔顶（或 塔底）若干块塔板间的温 度差都很小，若通过塔顶 和塔釜温度来监控产品质 量将发生严重的滞后。日星期六 7时25分57秒塔顶 塔板序号高纯度分离塔釜温度 t243湖北大学化学化工学院 杨世芳灵敏板日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳244综上所述，精馏操作条件可从如下五个方面优化：（1）选择最佳的进料位置：两操作线交点稍下的位置。 （2）保持全塔物料平衡： F ? D ? W , Fx F ? Dx D ? WxW （3）选择适宜的塔顶回流：适宜的回流比及回流温度。（4）选择合适的进料热状况：工业上多采用饱和液体进料，以节省能耗。 （5）在灵敏板进行温度控制。日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳245☆精馏操作诊断分析（1）诊断分析步骤① 充分调查，收集数据； ② 应用物料衡算的关系检验精馏塔采出量的合理性。如果采出不合理，就不可能使塔两端产品同时达到要求。③应用热力学原理，如相平衡关系，分析塔内温度、压力、 组成等分布的合理性。④应用理论级及塔板效率的基本概念，分析影响分离能力的主要原因。 ⑤考查塔板的水力学性能，分析影响塔生产能力和分离能力 的原因。日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳246（2）故障诊断① 塔的一端产品不合格 首先考虑塔的采出量是否满足物料衡算关系：FxF xD ? D措施：调整采出量，使之与分离要求相匹配。 ② 塔两端产品不合格 a） 生产负荷的影响 塔的进料流量――处理能力或生产负荷。生产负荷不能超过对应工况下塔的最大生产能力。措施：减少进料量，增大回流比。日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳247b） 进料条件的影响进料条件包括进料量、组成及热状态。进料热状态的影响：q=10&q&1248日星期六 措施：调整进料位置，适当提高回流比。 湖北大学化学化工学院 杨世芳 7时25分57秒c） 理论板数的影响塔的分离能力取决于理论塔板数和各板分离能力。措施：提高理论板数。 d） 回流比的影响 回流比接近最小回流比时，塔内各板分离能力降低，导致 产品质量不合格。 措施：提高操作回流比。 e ）辅助设备和公用工程的影响主要辅助设备包括再沸器和冷凝器，有时包括中间再沸器和中间冷凝器。日星期六 公用工程主要指加热蒸汽、冷却水或冷剂。 湖北大学化学化工学院 杨世芳 7时25分57秒249③ 塔压波动――生产负荷小时出现，且塔压差持续上升原因： △ 由于工况改变引起塔内温度变化，导致“淹塔”；△ 对深冷系统，可能形成“冻堵”；△ 对易聚合、易结焦的体系，可能造成液流不畅； △ 刚检修开车时，确认塔内无固体杂物堵塞； △ 改造后，降液管面积或底隙过小设计。 ④ 塔温变化 ――塔压恒定，塔两端温度同时下降 原因： ◇ 塔顶采出量有所减少； ◇ 进料中易挥发组分含量有所增加； 日星期六 ◇ 进料量增加，而采出量未增加。 湖北大学化学化工学院 杨世芳 7时25分57秒250【例6-15】用一连续精馏塔分离苯－甲苯液体混合物，塔顶 设全凝器，塔底设再沸器，泡点进料。通过取样测得原料液 组成为0.6（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.9，釜残液组 成为0.02。设该塔在适宜位置进料。试求： （1）每获得1kmol/h馏出液时的原料液用量F； （2）若回流比为1.5，它相当于最小回流比的多少倍？ （3）假设原料液加到加料板上后，该板的液相组成仍为0.6， 求上升到加料板上的气相组成。（物系的平均相对挥发度为3） （4）因长期操作。再沸器结垢，试问对塔顶、塔底产品质量 有何影响？写出分析过程（假设此时F、D、q、不变）。为 维持塔顶、塔底产品质量不变，应采取何种措施？说明理由。日星期六 7时25分57秒湖北大学化学化工学院 杨世芳251解：（1）求当D＝1kmol/h时F为多少？ 已知xF=0.6，xD＝0.9，xW＝0.02，D＝1kmol/h，F ? D ?W ? 1?W F ? x F ? D ? x D ? W ? xW 代入已知量可得：0.6?1 ? W ? ? 1? 0.9 ? 0.02W 可求出 ?0.6 ? 0.02?W ? 0.9 ? 0.6 ? 0.3由全塔物料衡算可得： 解出W＝0.52kmol/h，F＝1.52kmol/h。 （2）求R/Rmin，已知?m ? 3①泡点进料q＝1，则xq＝xF＝0.6 ②由气液平衡方程：日星期六 7时25分57秒? m ? xq 3 ? 0.6 yq ? ? ? 0.818 1 ? ?? m ? 1?x q 1 ? 2 ? 0.6湖北大学化学化工学院 杨世芳252③求Rmin，Rmin0.9 ? 0.818 ? ? ? 0.376 y q ? x q 0.818 ? 0.61.5 ? ? 3.99 （倍） 0.376xD ? yq④求R/Rmin，R / Rmin（3）求上升到加料板上的气相组成。 因加料板是提馏段第一层板，故所求量为y2① L ? R ? D ? 1.5 ?1 ? 1.5 kmol/h 泡点进料q＝1，已知F＝1.52kmol/h，W＝0.52kmol/h， xW＝0.02，x1＝0.6 ②提馏段操作线方程为：日星期六 7时25分57秒y m?1L ? qF W ? ? xm ? ? xW L ? qF ? W L ? qF ? W湖北大学化学化工学院 杨世芳253代入已知量：y m?11.5 ? 1.52 0.52 ? 0.02 ? ? xm ? 1.5 ? 1.52 ? 0.52 1.5 ? 1.52 ? 0.52即 y m ?1 ? 1.208 x m ? 0.00416 ③所求 y 2 ? 1.208x1 ? 0.00416 ? 1.208 ? 0.6 ? 0.00416 ? 0.721 （4）再沸器内结垢，导致传热不良，V ?↓，而D又不变。 由V ? ? ( R ? 1) D 得R↓，精馏段操作线斜率=R/（R+1）↓，靠近平衡线，不利于分离，故xD ?254日星期六 7时25分58秒湖北大学化学化工学院 杨世芳由全塔物料衡算可知，当F、D、W、 x F 不变、x D ↓时，xW要想↑。x D、xW 不变， 应及时清除污垢，或提高再沸器的V?保持不变或略有增大。加热蒸汽压力， 以使日星期六 7时25分58秒湖北大学化学化工学院 杨世芳2556.5 间歇精馏 料液一次加入蒸馏釜中。加热产生的蒸汽经冷凝器冷凝，部 分作为塔顶产品，部分作为回流。 （1）间歇精馏过程的特点： 非定态过程：W、x?，T? 。若保持 R 不变，xD 将随 xW 的下 降而下降；若要维持 xD 不变，则需不断加大 R。只有精馏段：为了获得同样的xD、xW产品，能耗比连续精馏 更大。因 xW ?，为维持xD 不变，需更大的回流比。塔内的存液量（持液量）对产品的产量和质量均有影响：例 如精馏结束时，塔釜残液中轻组分组成 xW 已降到很低的 程度，但整个塔中存留的液体流入釜中后不仅残液量将 增加，xW 也将上升，从而降低了分离效果。为了减少塔 中的存液量，间歇精馏往往采用填料塔。日星期六 7时25分58秒湖北大学化学化工学院 杨世芳256（2）馏出液组成保持恒定的间歇精馏 已知F、xF、xD、xW 或回收率 ?，确定回流比的变化范围和 所需的理论板数。馏出液量和釜残液量的确定以一段时间为基准，且忽略塔板上 液体的持液量? x F ? xW ? D?? ?x ?x ? ?F W ? ? DW ? F ?DQV LD, xD理论板数的确定FW, xWxD 恒定，过程终了时 xW 最低，相应分离程度 (xD-xW) 最高， 故所需理论板数的计算应以终了时刻为准。日星期六 7时25分58秒设终了时刻釜液组成为 xWe，可用图解法求理论板数。湖北大学化学化工学院 杨世芳257理论板数的确定 最小回流比Rmin xD ? yWe ? yWe ? xWe1.0a由 Rmin 确定操作终了时的实际回流 比R终=(1.1~2)Rmin。yWe xD Rmin +1 0 xWe由截距 xD /(R终+1)及 a 点(xD，xD)作 出操作终了时的操作线，作梯级求 出所需的理论板数。 R终 为 xD 恒定的间歇操作终了时的最 大回流比，初期可采用较小的 R。在一定塔板数下，不同 xW 与 R 有对 应关系。某一 R 对应的 xW 仍可由作 图法求得，如 R’ 对应的为 x’W 。日星期六 7时25分58秒xD 1.01.0axD R’ +1 xD R终 +1 0 xWe x’W xD 1.0湖北大学化学化工学院 杨世芳258汽化量的确定汽化量决定加热蒸汽用量、塔径与蒸馏釜 传热面积。为保持 xD 恒定，需不断增大 R (汽化量)。dV ? dL ? dD ? ?R ? 1?dD设在 d? 时间内，溶液汽化量为 dV ，馏出液量为 dD 回流比： R ? dLdD汽化量：对开始至任一时刻作物料衡算? xF ? xW D?? ?x ?x ? D W ? ? ?F ?xF ? xD dD ? F dx