化工原理天大柴诚敬21-22学时

简单蒸馏 装置简图
1.蒸馏釜； 2.冷凝器； 3.接收器。
二、简单蒸馏的特点及其应用
1.简单蒸馏的特点 间歇操作过程 非稳态过程 单级过程，无塔段 2.简单蒸馏的应用场合
液体混合物的初步分离
测油品的沸程 恩式蒸馏
某些料液的脱色
三、简单蒸馏过程的计算
简单蒸馏为非稳态过程。因此，简单蒸馏的计 算应该进行微分衡算。 设在某瞬间τ 釜液量为nL，kmol 釜液组成为 x 釜液量为nL - dL，kmol 釜液组成为 x - dx 馏出量 dnD ，kmol 馏出组成为 y
x F dx dnL xW y x nL

nF
nW
得
x F dx nF ln xW y x nW
简单蒸馏过程 物料衡算关系
三、简单蒸馏过程的计算
设气液平衡关系为
x y 1 ( 1) x
积分，可得
1 xW nF 1 xF ln [ln ln ] nW 1 xW 1 xF
化工生产以连续精馏为主。操作时，原料液 连续地加入精馏塔内，连续地从再沸器取出部分 液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被 汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶 蒸气进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵 （或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余 部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。
精馏段
y1
x3
y3
xF
多次部分汽化和部分冷凝的 t- x- y 图
二、板式塔内进行的精馏过程
上述的多次部分汽化和部分凝过程是在精馏 塔内进行的。 板式塔 √ 塔内装有若干层塔板 精馏塔 填料塔 塔内装有一定高度的填料层
塔板上的操作情况
精馏塔模型
y
n 1
t n 1
x
n 1
tn-1< tn< tn+1
第九章 蒸 馏
9.1 蒸馏过程概述 9.2 两组分溶液的气液平衡 9.3 平衡蒸馏与简单蒸馏 9.3.1 平衡蒸馏 9.3.2 简单蒸馏
一、简单蒸馏装置
简单蒸馏为间歇、单级蒸馏操作。
微分 蒸馏
原料液在蒸馏釜中通过间接加热使之部分汽 化，产生的蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝液作为 馏出液产品排入接受器中。在一批操作中，馏出 液可分段收集，以得到不同组成的馏出液。
qn,V yn1 qn, L xn qn, D xD
易挥发组分衡算
整理得 令 则
yn1
R
y n 1
qn , L qn,V
xn
qn , D qn,V
xD 精馏段操
作线方程
qn , L qn , D
回流比 精馏段操 作线方程
R 1 xn xD R 1 R 1
二、操作线方程
经时间 d
三、简单蒸馏过程的计算
总物料衡算
dnL dnD
易挥发组分衡算
nL x (nL dnL )( x dx) ydnD
联立以上两式，并略去二阶无穷小量得
dnL dx nL yx
三、简单蒸馏过程的计算
设 初始时，釜液量为nF， 组成为xF 。 结束时，釜液量为nW，组成为xW。 积分
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 。
二、恒摩尔流假定
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
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
xD R 1
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、4、5
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。
二、恒摩尔流的假定
1.恒摩尔气流 精馏段
精馏段中上 升 气体摩尔流 量
qn,V1 qn,V2 qn,Vn qn,V 常数
提馏段
qn,V 1 qn,V2 qn,V m qn,V
第九章 蒸 馏
9.5 两组分连续精馏的计算 9.5.1 计算的基本假定 9.5.2 物料衡算与操作线方程
一、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,V
qn,V
qn, L
qn,L
釜残wenku.baidu.com液
精馏塔的物料衡算
一、全塔物料衡算
总物料衡算
qn, F qn, D qn,W
易挥发组分衡算
馏出液采出率 易挥发组分回收率 难挥发组分回收率
qn, F xF qn, D xD qn,W xW
qn , D qn , F
A
xF xW xD xW
qn , D x D 100%
qn , F x F qn ,W (1 xW ) B 100% qn, F (1 xF )
1－精馏塔 2－再沸器
提馏段
3－冷凝器
连续精馏装 置示意图
二、间歇精馏操作流程
与连续精馏不同之处是：原料液一次加入精馏 釜中，因而间歇精馏塔只有精馏段而无提馏段。在 精馏过程中，精馏釜的釜液组成不断变化，在塔底 上升蒸气量和塔顶回流液量恒定的条件下，馏出液 的组成也逐渐降低。当釜液达到规定组成后，精馏 操作即被停止。
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 。
二、恒摩尔流假定
恒摩尔流动的假定成立的条件
混合物中各组分的摩尔汽化潜热相等； 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。
9.4.1 精馏原理
一、多次部分汽化和部分冷凝
比较 平衡蒸馏 简单蒸馏 精馏 单级过程
液体混合物 的初步分离
进行一次部分汽化
多级过程
进行多次部分汽化和部分冷凝
实现液体混合 物的完全分离
y3
y 2
B
x x x 3 2 1
tF
x x3 2
y3
A
x1 x2
y 1 y
2

y2

二、操作线方程
1.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。
精馏段的物料衡算
二、操作线方程
总物料衡算
qn,V qn, L qn, D
三、简单蒸馏过程的计算
馏出液的平均组成可通过一批操作的物料衡算
求得
nD nF nW
nD y nF xF nW xW
联立得
nF xF nW xW y nF nW
馏出液的 平均组成
第九章 蒸 馏
9.1 9.2 9.3 9.4 蒸馏过程概述 两组分溶液的汽液平衡 平衡蒸馏与简单蒸馏 精馏 多级蒸馏过程
1－精馏塔
2－再沸器
3－冷凝器
4－观察罩
5－储 槽
间歇精馏装 置示意图
第九章 蒸 馏
9.1 9.2 9.3 9.4 蒸馏过程概述 两组分溶液的汽液平衡 平衡蒸馏与简单蒸馏 精馏 多级蒸馏过程
9.5 两组分连续精馏的计算 9.5.1 计算的基本假定
一、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。
y
n
tn
y
n 1
yn-1> yn> yn+1
x
xn+1< xn< xn-1
n
t n 1
x
n 1
塔板操作分析
第九章 蒸 馏
9.1 9.2 9.3 9.4 蒸馏过程概述 两组分溶液的汽液平衡 平衡蒸馏与简单蒸馏 精馏 多级蒸馏过程
9.4.1 精馏原理 9.4.2 精馏操作流程
一、连续精馏操作流程