化工原理精馏PPT课件

对相对挥发度的理解
①α>1，表明A比B容易挥发，α越大，挥发度 差别越大，越容易分离。
②若α=1，y=x，说明气液相组成相同，不能 采用普通的精馏方法分离
3. 两组分理想溶液的气液平衡相图
1）温度－组成（t-x-y）图
苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压和温度关系如表， 试利用拉乌尔定律和相对挥发度分别计算苯-甲 苯混合液在总压101.33kPa下的气液平衡数据,温 度－组成图
蒸馏与精馏的区别
※平衡、简单蒸馏是单级分离过程→一次部分汽化→ 混合物部分分离 ※精馏是多级分离过程→多次部分汽化和部分冷凝→ 混合物几乎完全分离
※蒸馏---当生产上对产品的纯度要求不高，只需要 初步分离时采用的分离方法； ※精馏---当产品的纯度要求高，特别是在混合物挥 发度比较接近时采用的分离方法。
令：
q IV IF IV IL
q

饱和蒸气的焓 原料液的焓 饱和蒸气的焓 饱和液体的焓
q:进料热状况参数
(L L) IV IF q (L L) ＝q
F
IV IL
F

F V L V L
L L qF
V V ' (1 q)F
R R
1

xn

1 R 1
xD
①物理意义：n板下降的液相组成与相邻的
n+1板上升蒸气组成之间的关系
②由恒摩尔流的假定，L为定值，且连续定态 操作中D和xD也是定值，R是常量,直线方程
3. 提馏段操作线方程
总物料：
L V W
易挥发组分：
L x 'm V y 'm1W xW
t yn1 n1
xn
结果 xn xn1 yn yn1
1.4.2 精馏操作流程
将原料液进入的层板称 为加料板，加料板以上 的塔段，作用是把上升 蒸气中易挥发组分进一 步提浓，称为精馏段； 加料板以下的塔段（包 括加料板），其作用是 从下降液体中提取易挥 发组分，称为提馏段
§1.5 两组分连续精馏的计算
化工原理精馏
§1.1 概 述
1．蒸 馏 通过加热造成气液两相物系，利用物系中各组 分挥发度不同的特性以实现分离的单元操作 传质（mass transfer）过程：物质在相间的 转移过程称为传质（分离）过程
常见传质过程： 蒸馏、吸收、萃取、干燥
2．蒸馏过程的分类
简单蒸馏
1．按蒸馏方式
平衡蒸馏
精馏
萃取精馏
理想溶液
vA pAo
vB pBo
vA yA / yB
vB xA / xB

yB 1 yA；xB 1 xA
vA yA /(1 yA )
vB xA /(1 xA )
yA

1
(
xA 1) xA
y x 1 ( 1)x
气液平衡方程

p pBo pAo pBo
,
yA

pAo p
p pBo pAo pBo
用饱和蒸气压表示的气液平衡关系
2）用相对挥发度表示 ☆挥发度定义
某组分在气相中的平衡分压与该组分在液相中
的摩尔分率之比
挥发度意义
vi

pi xi
某组分由液相挥发到气相中的趋势，是该组分 挥发性大小的标志
双组分理想溶液
进料热状况影响L、L’及V、V ’之间的关系
（1）冷液进料： L’包括三部分: ①L;②F;③ 因 原 料 温 度 低 于 加料板上气液温度，故原料 进入加料板后将一部分从提 馏段上升蒸气冷凝下来
V V ; L L F
q 1
（2）饱和液体进料 原料进入加料板后全部 以原来液体的状况进入 提馏段
vA

pA xA

pAo xA xA

pAo
vB

pB xB

pBo xB xB

pBo
☆相对挥发度定义
溶液中易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之比
vA pA / xA
vB pB / xB
压强不高，气相遵循道尔顿分压定律
pyA / xA yA xB
pyB / xB yB xA
xn 0.65, yn1 0.75, 2.5
1.5.3 进料热状态的影响
一、进料热状况参数 物料衡算：
F V L V L
热量衡算：
FIF LIL V IV' VIV LIL'
IV' IV ; IL' IL
L L IV IF F IV IL
1.5.1 理论板的概念和恒摩尔流假定 理论板：在其上气、液两相都充分混合，且传 质及传热过程阻力均为零的理想化塔板，无论 进入理论板的气、液两相组成如何，离开该板 时气、液两相达到平衡状态，即两相温度相等， 组成互成平衡，组成关系可由平衡关系来确定
恒摩尔流：每层塔板的上升蒸气的摩尔流量恒 定,下降液体的摩尔流量也恒定。
1.恒摩尔气流 精馏段 V1 V2 V3 ... V constant
提馏段 V1 ' V2 ' V3 ' ... V ' constant 2.恒摩尔液流
精馏段 L1 L2 L3 ... L constant 提馏段 L1 ' L2 ' L3 ' ... L ' constant
(2)利用相对挥发度计算气液平衡数据 求平均挥发度
t---y 线 ， 气 相 组 成与平衡温度之 间的关系。饱和 蒸气线，露点线
t---x 线 ， 液 相 组 成与平衡温度之 间的关系。饱和 液相线，泡点线
2）x-y 图
（1）y > x （2）平衡线 离对角线越远， 气液两相浓度 差越大，溶液 越易分离
t /℃ 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.8 pAo/ kPa 101.3 113.6 130 143.7 160.5 179.2 199.3 221.2 233.0 pBo/ kPa 39.3 44.4 50.6 57.6 65.7 74.5 83.3 93.9 101.3
理想气体混合物服从道尔顿分压定律：
pA pyA
p
o A
xA

pyA
yA
p
oHale Waihona Puke AxAppB pyB p(1 yA )
pBo xB pyB
yB

pBo xB p
yA

p
o A
x
A
p
xA

p pBo pAo pBo
yA
pAo p
p pBo pAo pBo
xA
液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律 气相为理想气体，遵循道尔顿定律
气液平衡关系的表示法 1）用饱和蒸气压表示
拉乌尔定律：理想溶液气相中组分的分压等于纯组分 在该温度下的饱和蒸气压与其在溶液中摩尔分数乘积
pA

p
o A
x
A
pB pBo xB pBo (1 xA )
A:易挥发组分，沸点低组分 B:难挥发组分，沸点高组分
2. 精馏段操作线方程
总物料
V LD
易挥发组分
V yn1 L xn D xD
yn1

L V

xn

D V

xD
yn1

L
L D

xn

L
D D

xD
yn 1

(L
L/D D) /
D

xn

(L
D/D D) /
D

xD
回流比 R L / D
yn1

分离要求的表示方法
（1）规定易挥发组分在馏出液和釜残液的组成； （2）规定馏出液组成xD和塔顶易挥发组分回收率；
塔顶易挥发组分的回收率：
D

DxD FxF
100%
（3）规定馏出液组成xD和塔顶采出率D/F
（4）塔底难挥发组分的回收率
W (1 xW ) 100% F (1 xF )
在连续精馏塔中分离苯－甲苯混合液。已知原 料 液 流 量 为 10000kg/h, 苯 的 组 成 为 40 ％ （ 质 量）。要求馏出液组成为97％，釜残液组成为2 ％。试求馏出液和釜残液的流量（kmol/h）及 馏出液中易挥发组分的回收率？ 苯的摩尔质量为78kg/kmol;甲苯的摩尔质量为 92kg/kmol
F cp (T te ) (1 q)F r
原料液离开加热器的温度
T

te

(1
q)
r cp
1.3.2 简单蒸馏（微分蒸馏） 特 点： ① 得不到大量高纯度的产品 ②釜液与蒸气的组成都是随时间而变化的，是
一种非稳态过程 ③只能进行初步分离，而且生产能力低，适合
于当组分挥发度相差较大的情况。
x: 液相中易挥发组分的摩尔分数； 1-x:难挥发组分的摩尔分数
y:气相中易挥发组分的摩尔分数； 1-y:难挥发组分的摩尔分数
溶液沸腾时，总压等于各组分的蒸气压之和
p pA pB
pA

p
o A
x
A
pB pBo xB pBo (1 xA )

xA

p pBo pAo pBo
精馏段和提馏段的气、液相流量与进料量及进 料热状况参数之间的基本关系
提馏段操作线方程
L
W
y 'm1 L W x 'm L W xW
y 'm1

L qF L qF W
x 'm
W L qF
W
xW
例题1-5
二、进料热状况：
(1)温度低于泡点的冷液体； (2)泡点温度的饱和液体； (3)温度介于泡点和露点之间的气液混合物； (4)露点温度的饱和蒸气； (5)温度高于露点的过热蒸气。
在精馏塔的塔板上气液两相接触时，若有n kmol/h的蒸气冷凝，相应有n kmol/h液体气 化。
1.5.2 物料衡算与操作线方程 1.全塔物料衡算 总物料：
F D W
F，D，W---原料液、馏出液、 釜残液摩尔流量,kmol/s
易挥发组分：
FxF DxD Wx W
xF，xD，xW---易挥发组分的 摩尔分数
易挥发组分： FxF Dy Wx
xF，y，x---原料液、气相、液相产品的组成，摩尔分数
y

1
F D

x

F D
xF
W q, D 1 q y q x xF
FF
q 1 q 1
q：液化分率
2．热量衡算
对加热器热量衡算
Q Fcp (T tF )
原料液减压进入分离器，物料放出的显热等于部分汽 化所需潜热
特殊精馏
恒沸精馏
常压蒸馏
2．按操作压强 减压蒸馏
加压蒸馏
3．按待分离混合物中组分的数目： 双组分蒸馏 多组分蒸馏
4．按操作流程： 间歇蒸馏：小规模生产，非定态操作 连续蒸馏：大规模，定态操作
本章讨论：常压下的两组分连续精馏
§1.2 两组分溶液的气液平衡
vapor-liquid phase equilibrium 1.2.1 双组分理想物系的气液平衡 理想物系：溶液中不同组分的分子间作用力和 相同组分的分子间作用力完全相等。液相为理 想溶液、气相为理想气体的混合物系
§1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏
1.3.1 平衡蒸馏（闪蒸）
操作过程：混合液 经加热器升温，使 温度高于分离器压 强下液体的沸点， 通过减压阀降压进 入分离器，此时过 热的液体混合物被 部分汽化得到分离
1．物料衡算
总物料： F D W
F，D，W---原料液、气相、液相产品摩尔流量,kmol/s
V V ; L L F
y
'm1

L V
x 'm
W V
xW
y 'm1

L L W
x 'm
W L W
xW
①物理意义：m板下降的液相组成与相邻的 m+1板上升蒸气组成之间的关系
②根据恒摩尔流的假定，L’为定值，且连续 定态操作中W 和xW也是定值，是直线方程
在某两组分连续精馏塔中，精馏段内自第n层理 论板下降的液相组成为0.65（易挥发组分摩尔 分数），进入该板的气相组成为0.75，塔内气 液摩尔流量比V/L=2，物系的相对挥发度为2.5， 试求R、yn、xn-1
解 (1)利用拉乌尔定律计算气液平衡数据
xA

p pBo pAo pBo
yA

p
o A
x
A
p
t/℃ x y
80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.8 1.000 0.822 0.639 0.508 0.376 0.256 0.155 0.058 0.000 1.000 0.922 0.819 0.720 0.595 0.453 0.305 0.127 0.000
§1.4 精馏原理和流程
1.4.1 精馏过程原理和条件
y3 y2 y1
气体混合物经多次 部分冷凝后，在气 相中获得高纯度的 易挥发组分
x3' x2' x1
液体混合物经多次 部分气化后，在液 相中获得高纯度的 难挥发组分
条件 tn1 tn1
tn1 xn1
yn
xn1

x* n1