化工原理第五章精馏题教学内容
化工原理课件第五章 蒸馏
Q FcP (T tF )
FcP (T te ) (1 q)Fr
T
te
(1
q)
r cp
tF－原料液的温度℃ T－通过加热器后原料液的温度℃
te－分离器中的平均温度℃ F－原料液流量Kmol/h
cp－原料液平均比热KJ/(Kmol. ℃) r－平均汽化潜热
三、气液平衡关系
理想溶液：
x
A
A
p
1.2.2 非理想物系的气液平衡
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℃
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℃
组分： A、B 一、相律分 析： 变量 ： t、p、xA、 yA
相数： 气相、液相
自由度：f c 2 2
C:独立组分数
Ø：相数
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
二、两组分理想物系气液平衡函数关系 1. 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
xF,y,x－－分别为原料液、气相与液相产 品的组成，摩尔分率。
y
FxF Wx D
F
F W
xF
W F W
x
q W 液化分率 F
＝1 1 q
xF
q 1 q
x
qx q 1
q
1
1
xF
平率衡为蒸馏中气液相平衡组q 成的关系。通过（xF， xF ）斜
化工原理 ---精馏
6.3 双组分连续精馏塔的计 算6.3.1 全塔物料衡算
V
总物料：
F=D+W
易挥发组分：
F xF=D xD+W xw
原料液
F , xF , IF
应用见P263例7－1
L’
精品课件
15
馏出液 L D , xD , ID
V’ 釜残液 W , xW , IW
16
6.3 双组分连续精馏塔的计 算
33
6.3 双组分连续精馏塔的计 说算明：
1 ） NT是指精馏塔所需的理论塔板数，其数值 必须指明是否包括塔釜在内（塔釜也相当于一块理论 塔板）。
2）由教材P270 例 7－7可知，进料热状况不同，
所需 NT及进料板位置均不同。
3）随着进料的 q值逐渐减小，精馏塔所需的 NT是逐渐增加的。
4）直接蒸气加热与间接蒸气加热的区别主要体
yn
13
6.2 精馏原理
有回流的多次部分汽化、冷凝
xD xF
✓具有不同挥发度的组分
所组成的混合液，经多次 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。
✓实现的 条件：
回流； 塔釜产生的蒸汽
xw
精品课件
14
6.3 双组分连续精馏塔的计 算
涉及的主要问题：
全塔物料衡算、恒摩尔流假设、操作线 方程 、q线方程、（最小）回流比 、适宜回流 比 、（最少）理论塔板数、全塔效率、实际塔板 数
凝
t
y1>xF>x1
y1——加热原料液时产 生的第一个 气泡的组
成。
x1——经过一次气化后 原料剩下的液体的组成。
P=定值
D C B
A
化工原理实验—精馏
化工原理实验—精馏1. 概述精馏是一种常用的分离技术，广泛应用于化工工艺中。
它通过将混合液加热至蒸发，然后在冷凝器中冷却并凝结回液体，从而实现混合物中组分的分离。
本实验旨在通过精馏实验，掌握精馏原理、操作步骤和相关设备的使用方法。
2. 实验原理2.1 精馏原理精馏是基于液体混合物中各组分的不同沸点而进行的分离过程。
在加热的作用下，沸点较低的组分会先蒸发，经过冷凝器冷却后变为液体回流，而沸点较高的组分则会滞留在容器中。
通过收集冷凝后的液体，我们可以分离出混合物中的不同组分。
2.2 实验设备在精馏实验中，主要使用以下设备：•加热设备：电热板、油浴等；•冷凝器：通常采用水冷型冷凝器，通过循环冷却水实现液体冷凝；•分馏柱：用于增加接触面积，提高分离效果；•采样装置：用于采集样品，检测组分浓度等。
2.3 操作步骤精馏实验的基本步骤如下：1.准备实验设备：包括加热设备、冷凝器、分馏柱等；2.准备混合液：按照实验要求，将需要分离的混合液制备好；3.装配设备：将冷凝器安装在分馏柱上方，连接好相应的管道和热源；4.开始加热：逐渐加热混合液，将其中的沸点较低组分蒸发出来；5.冷却和回流：通过冷凝器使蒸发的组分冷却并凝结成液体，回流到容器中；6.收集液体：将回流液体收集，并记录途中温度和时间等相关数据；7.结束实验：实验完成后，及时关闭加热设备和冷凝器，整理实验装置。
3. 实验操作及数据记录3.1 实验设备准备首先，确保实验室环境安全，检查仪器设备是否齐全，并找到精馏实验所需的各种设备：•电热板：用来提供加热源；•分馏柱：用来增加接触面积，提高分离效果；•冷凝器：通常为水冷型冷凝器，确保冷却效果良好。
3.2 实验样品准备按照实验要求，取出需要分离的混合液样品。
注意记录样品的成分和浓度等信息。
3.3 装配设备将冷凝器安装在分馏柱上方，并连接好相应的管道和热源。
确保连接紧密，无泄漏。
3.4 开始实验1.打开电热板，设置适当的加热温度；2.将混合液置于分馏烧瓶中，放入加热设备中；3.监测温度变化：通过温度计等工具，记录样品温度的变化。
化工原理-精馏习题课
第一章蒸馏1、熟悉气液平衡方程、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程和q线方程的表达形式并能进行计算；2、能根据物料进料状况列出q线方程并用于计算，从而根据q线方程、进料组成还有气液平衡方程计算出点（x q，y q），再进一步计算出最小回流比R min；例如饱和液相进料（泡点进料）时，q线方程式x=x F，即x q=x F；而饱和蒸汽进料时，q线方程式y=x F，即y q=x F。
3、掌握通过质量分数换算成摩尔分数以及摩尔流量的方法，要特别注意摩尔流量计算时应该用每一个组分的流量乘以它们的摩尔分数而不是质量分数。
习题1：书上P71页课后习题第5题；分析：本题的考察重点是质量分数与摩尔分数之间的转换，这个转换大家一定要注意，很多同学在此常会出错。
在此我们采用直接将原料组成和原料流量都转换成摩尔量来进行计算，首先还是先列出所有题目给出的已知量，①子量②③子量④问题了。
习题2其中x q，y qx q=x F；q线方程，习题3液平衡方程，而全凝器没有这个性质。
所以根据题目首先还是列出已知条件（提醒：大家在读题的时候一定要注意题目给出的是质量分数还是摩尔分数，本题是摩尔分数相对比较简单，如果是质量分数的话一定要先转换成摩尔分数）这里大家要注意，因为我们分析知道分凝器相当于一块塔板，但是题目中已经告诉我们精馏塔塔顶第一层板的液相组成，所以分凝器的塔板编号就不能是第一块，而一般我们对塔板编号是从塔顶往塔底编号，所以这里我们就假设分凝器是第零块塔板，下标用“0”代替，所以根据题目来说我们就知道分凝器向塔内提供的回流液就是分凝器上的液相组成，而分凝器上的气相则进入了全凝器，也就是说进一步分析题目，已知是泡点进料，根据上面几题分析，可知q=1，q线方程式x=x F，所以由此我们还可以知道以上就是我们根据题目所知道的条件②但是根据最小回流比的求算公式min D qq q x x R y x -=-我们可以知道要求最小回流比还缺少y q ，而要求它则必须知道气液平衡方程，然后代入x q 来求解，因此此处最重要的就是求出气液平衡方程，即：这样实际上就是要求相对挥发度α，因此必须找到某一块塔板上符合气液平衡的气液相组成数据代进这个方程就可以，而从上面分析我们就知道，分凝器上的数据恰好符合这一要求，所以把分凝器的数据（x 0，y 0）代入就可以求出α，也就是然后把0.5q x =代入上面气液平衡方程求出y q ，再代入最小回流比方程就可以求出最小回流比了。
化工原理精馏PPT课件
D,xD
•
(xD,xD)
3
(二) 提馏段操作线方程
总物料衡算：L=V+W
m Lxm V ym+1
m+1
易挥发组分衡算 :Lxm= Vym+1+ WxW
yN
ym 1LL Wxm LW WxW 或 ym 1V Lxm V WxW
N xN
V
LxN
W,xw
提馏段操作 线方程
•(xW,xW)
4
【例1】在连续精馏塔中分离某理想二元混合物。已知原料液流量 为100kmol/h，组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同），提馏 段下降液体量与精馏段相等，馏出液组成为0.98，回流比为2.6。若 要求易挥发组分回收率为96%，试计算： (1) 釜残液的摩尔流量； (2) 提馏段操作线方程。
IV IL
(1)饱和液体进料——泡点进料
LV F
此时，IF=IL
q=1
原料液全部与精馏段下降液体汇合进入 提馏段。
L V
饱和液体
L =L+F
V =V
11
(2)饱和蒸汽进料
IF=IV
q=0
q IV IF IV IL
原料全部与提馏段上升气体汇合进入 精馏段。
L =L V=V +F
(3)冷液进料
内容回顾
一、精馏原理
（1）无中间加热及冷凝器的多次部分气化和多次部分冷凝 （2）顶部回流及底部气化是保证精馏过程稳定操作的必不可 缺少的条件。 （3）精馏操作流程 （4）相邻塔板温度及浓度的关系
tn1tntn1 xn1xnxn1 yn1ynyn1
1
二、理论塔板
三、恒摩尔流假定 四、全塔物料衡算
化工原理 精馏
6.2 平衡蒸馏与简单蒸馏
露点线
t/C
泡点线
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
任一时刻，易挥发组分在蒸汽中的含量 y 始终大于剩余在釜内的液
相中的含量 x，釜内易挥发组分含量 x 由原料的初始组成 xF 沿泡点 线不断下降直至终止蒸馏时组成 xE，釜内溶液的沸点温度不断升高 ，蒸汽相组成 y 也随之沿露点线不断降低。
图 3.3 无中间产品的 多次部分 气化的分离示意图
3.精馏原理
混合液体连续或多次部分汽化，液相组成沿 t-x(y) 相图的 泡点线变化，可得难挥发组分含量很高而易挥发组分含量很低的 釜液。
组成也可算出溶液泡点。
纯组分 饱和蒸汽压与温度的关系，用安托因（Antoine）方程表示：
logp0 A B tC
A、B、C 为安托因常数，可由相关的手册查到。
6.1 双组分溶液的气液相平衡关系
当汽相为理想气体时
yA
pA P
pA0xA P
xA
P pB0 pA0 pB0
yA
pA0 P
PpB0 pA0 pB0
减
压
加热器 F, xF, tF
阀
t0 Q
D, yD, te yD
闪 蒸 罐
xW W, xW, te
2 平衡蒸馏与简单蒸馏
2.1 平衡蒸馏
2. 物料衡算 总物料衡算
FD W
减
压
加热器 F, xF, tF
阀
t0 Q
D, yD, te yD
闪 蒸 罐
xW W, xW, te
易挥发组分的物料衡算 FFxDDy WWx
3.1 多次部分气化和部分冷凝 过程分析
t/C
化工原理精馏-PPT
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
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
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
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 pAo xA 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
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
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 WxW
xF，xD，xW---易挥发组分的 摩尔分数
L qF L qF W
《化工原理精馏》课件
精馏流程图
• 流程图：精馏流程图展示了精馏 操作的全过程，包括原料的预处 理、加热、蒸发、冷凝、回流等 步骤。通过流程图可以直观地了 解精馏操作的过程和原理，有助 于更好地理解和掌握精馏技术。
02 精馏塔设备
精馏塔类型
板式塔
塔内装有多层塔板，液体在塔板上完成汽化与回流，实现分 离。
填料塔
塔内装有填料，液体沿填料表面流下，与上升气体进行接触 传质。
低温余热利用
利用低温余热驱动精馏过程，减少对新鲜能源的依赖 。
废气处理技术
采用吸附、吸收、催化燃烧等方法处理废气，降低污 染物排放。
新型精馏技术
分子蒸馏
利用高蒸气压下分子间的平均自由程大于蒸馏 器结构尺寸的特点，实现高效分离。
反应精馏
在精馏过程中进行化学反应，实现产物的高效 分离和转化。
膜分离技术
据具体工艺要求进行选择和控制。
苯精馏案例
总结词
苯精馏是石油化工中重要的分离过程，其工 艺流程和操作条件较为复杂。
详细描述
苯精馏的目的是从石油裂解气中分离高纯度 的苯产品。原料经过预处理后进入精馏塔， 在塔内通过多次汽化和冷凝操作，将苯与其 他组分分离。操作过程中需严格控制温度、 压力、进料位置和回流比等参数，以保证苯 产品的质量和收率。
精馏操作优化
04
操作参数优化
01
塔板数优化
根据物料性质和分离要求，合理选择塔板数，以提高分 离效率和产品质量。
02
进料位置优化
通过调整进料位置，改善物料在塔内的分布，提高传热 和传质效率。
03
回流比优化
根据操作条件和分离要求，合理调整回流比，以平衡能 耗和分离效果。
节能减排技术
热集成精馏
化工原理第五章习题及答案学习资料
化工原理第五章习题及答案第五章蒸馏一、名词解释：1、蒸馏：利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。
2、拉乌尔定律：当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。
3、挥发度：组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。
4、相对挥发度：混合液中两组分挥发度之比。
5、精馏：是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。
6、理论板：气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。
7、采出率：产品流量与原料液流量之比。
8、操作关系：在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。
9、回流比：精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。
10、最小回流比：两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。
11、全塔效率：在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。
12、单板效率：是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。
二、填空题：1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是_________。
相等2、当塔板上____________________________________________________时，称该塔板为理论塔板。
离开的汽相与液相之间达到平衡时3、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于__________________________________________________的场合。
难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很低4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐________，其沸点则逐渐_________。
降低，升高5、间歇精馏操作中，若欲保持馏出液组成不变，必须不断______________，若保持回流比不变，则馏出液组成________________。
化工原理 化工原理 第五章 蒸馏
定义：两组分挥发度之比称为相对挥发度,用 A B 表
示对，于即理有想：溶液A,B由挥BA 发pp度BAxxBA的定义有： A
－
＝
B
当气相服从道尔顿分压定理时有：
p
0 A
pyB0 A xB
(5-5)(定义式) (5-6) (5-7)
A B yB xA
式(5-5)、(5-6)、(5-7)为相对挥发度三种不同情况 下的表示形式。
编辑ppt
图5-1 填料塔
第一节
概述
2.板式塔：如图5-2所示,其塔 体也为圆筒体，塔内装有若干层按 一定间距放置的水平塔板。操作时 塔内液体依靠重力作用,由上层塔 板的降液管流到下层塔板上,然后 横向流过塔板,从另一侧的降液管 流至下一层塔板。汽相靠压强差推 动自下而上穿过各层塔板及板上液 层而流向塔顶。塔板是板式塔的核 心,在塔板上,汽液两相密切接触, 进行热量和质量的双重交换。在正 常操作下,液相为连续相,汽相为分 散相。该传质设备主要用于精馏操 作，本章重点介绍。
图 5-5
编辑ppt
物料衡算有：F=D+W
(5-9)
再对其中的易挥发组分衡算：FxF=DyD+WxW
(5-10)
式中F、D及W分别表示原料液、气相和液相的摩尔流量，kmol.s-1；xF、yD
及xW分别表示原料液、气相和液相中易挥发组分的摩尔分数。联立上式可得气
分子间及同种和异种分子间的作用力相等的溶液。
1.理想溶液相平衡规律：拉乌尔定律（Raoult,s Law）
科学实验证明，理想溶液的汽液相平衡服从拉乌尔定律， 对于A-B双组分溶液有：
pApA 0xA或 pBpB 0xBpB 0(1xA)
（5-1）
蒸馏操作技术—精馏计算(化工原理课件)
总物料衡算
L’ = V’ + W
易挥发组分衡算 L’x’m =V’y’m+1+WxW 整理得整理得：
ym 1
L L W
xm
W L W
xW
为方便起见省去下标，可变化为：
y L x W x L W L W
提馏段下降液 体的摩尔流量 第m层塔 板下降液 体的组成
N
L,xb
第m+1层塔板上 升蒸汽的组成
方程式中y与x的关系是一条直线，称为
精馏段操作线。
精馏段操作线方程
是对精馏段做局部物料衡算 得出的结论
它反映了精馏段内任意相邻的两 层塔板之间的气液相组成关系
对精馏计算有重要意义
精馏段操作线的斜率是什么？
化工原理
下降液相组成xn
精馏塔提馏段
下一层板上升蒸汽组成yn＋1
N L,xb
V,y'w
特点
L 斜率为 L W
截距为 W L W
与对角线相交，交点坐标 （Xw,Xw）
提馏段操作线方程
对提馏段做局部物料衡算得 出的结论
它反映了提馏段内任意相邻的两 层塔板之间的气液相组成关系
对精馏计算有重要意义
提馏段操作线的斜率是什么？
化工原理
先确定理论板层数N理
工程上确定 塔板数的方法
再求实际塔板数N实
lg
(1
xD xD
)(1
xW xW
lg m
)
1
方
程
全回流时的最少理论 全塔平均相对挥发度，一般可取塔
板数，不包括再沸器
顶、塔底或塔顶、塔底、进料的平均值
全回流
装置开工阶 段为迅速建 立塔内正常
化工原理-精馏习题课
第一章 蒸馏1、 熟悉气液平衡方程、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程和q 线方程的表达形式并能进行计算；2、 能根据物料进料状况列出q 线方程并用于计算，从而根据q 线方程、进料组成还有气液平衡方程计算出点（x q ，y q ），再进一步计算出最小回流比R min ；例如饱和液相进料（泡点进料）时，q 线方程式x=x F ，即x q =x F ；而饱和蒸汽进料时，q 线方程式y=x F ，即y q =x F 。
3、 掌握通过质量分数换算成摩尔分数以及摩尔流量的方法，要特别注意摩尔流量计算时应该用每一个组分的流量乘以它们的摩尔分数而不是质量分数。
习题1：书上P71页课后习题第5题；分析：本题的考察重点是质量分数与摩尔分数之间的转换，这个转换大家一定要注意，很多同学在此常会出错。
在此我们采用直接将原料组成和原料流量都转换成摩尔量来进行计算，首先还是先列出所有题目给出的已知量，为了便于区分，建议大家以后再表示质量分数的时候可以使用w 来表示，而表示摩尔分数时使用x 来表示：① 根据题目已知：w F =0.3，F=4000kg/h ，w w =0.05，另外还可以知道二硫化碳的分子量Mcs 2=76，四氯化碳的分子量Mccl 4=154根据这些条件可以先将进料和塔底组成转换成摩尔组成② =+F x =二硫化碳摩尔量二硫化碳质量分数二硫化碳分子量总摩尔量二硫化碳质量分数二硫化碳分子量四氯化碳质量分数四氯化碳分子量0376=0.4650376+1-03154F x =..（.） ③ 同理可以求出塔底组成00576=0.096400576+1-005154W x =..（.） ④ 对于原料液的质量流量转换为摩尔流量有两种方法，第一种是分别用二硫化碳和四氯化碳各自的质量流量除以各自的分子量然后求和，即()40001-0.340000.3+=33.971kmol/h 76154F ⨯⨯=第二种是用总质量流量除以混合物平均分子量，而这种方法也是同学们最容易出错的地方，因为这里平均分子量应该是用二硫化碳和四氯化碳各自的摩尔分数乘以各自的分子量后求和，而不是用质量分数乘以各自的分子量求和，这样是很多同学计算有误的原因，因此正确的求法是 ()0.46576+1-0.465154=117.73=4000117.73=33.976kmol/h M F =⨯⨯⑤ 上面弄正确后，下面的步骤就比较简单，利用物料衡算以及回收率就可以求出来，方程组如下：+=0.88F D WD F F D WFx Dx Wx Dx Fx ==+=回收率上述方程组里面所有的组成都已经转变为摩尔组成，所有的流量也都变为摩尔流量了，这样计算就不会再有问题了。
化工基本知识第五章精馏答案解析
五蒸馏习题解答1解:(1)作x-y图及t-x(y)图,作图依据如下:∵x A=(p-p B0)/(p A0-p B0); y A=p A0×x A/p以t=90℃为例,x A=(760-208.4)/(1008-208.4)=0.6898y A=1008×0.6898/760=0.9150 计算结果汇总:(2)用相对挥发度计算x-y值:y=αx/[1+(α-1)x]式中α=αM=1/2(α1+α2)∵α=p A0/p B0α1=760/144.8=5.249 ;α2=3020/760=3.974∴αM=1/2(α1+α2)=1/2(5.249+3.974)=4.612y=4.612x/(1+3.612x)由此计算x-y值亦列于计算表中,y-x图,t-x(y) 图如下:1 题附图2解:(1)求泡点:在泡点下两组分的蒸汽分压之和等于总压P,即:p A+p B=p A0x A+x B0x B=p求泡点要用试差法,先设泡点为87℃lgp A0=6.89740-1206.350/(87+220.237)=2.971p A0=102.971=935.41[mmHg]lgp B0=6.95334-1343.943/(87+219.337)=2.566p B0=102.566=368.13[mmHg]935.41×0.4+368.13×0.6=595≈600mmHg∴泡点为87℃,气相平衡组成为y=p A/p=p A0x A/P=935.41×0.4/600=0.624(2)求露点:露点时,液滴中参与甲苯组成应符合下列关系: x A+x B=1或p A/p A0+p B/p B0=1 式中p A=0.4×760=304[mmHg]; p B=0.6×760=456[mmHg]求露点亦要用试差法,先设露点为103℃,则:lgp A0=6.8974-120.635/(103+220.237)=3.165∴p A0=1462.2[mmHg]lgp B0=6.95334-1343.943/(103+219.337)=2.784∴p B0=608.14[mmHg]于是:304/1462.2+456/608.14=0.96<1再设露点为102℃,同时求得p A0=1380.4; p B0=588.84304/1380.4+456/588.84=0.995≈1故露点为102℃,平衡液相组成为x A=p A/p A0=304/1380.4=0.223解:(1)x A=(p总-p B0)/(p A0-p B0)0.4=(p总-40)/(106.7-40)∴p总=66.7KPay A=x A·p A0/p=0.4×106.7/66.7=0.64 (2)α=p A0/p B0=106.7/40=2.674解:(1) y D=?αD =(y/x)A/(y/x)B=(y D /0.95)/((1-y D )/0.05)=2y D =0.974(2) L/V D =?∵V=V D +L(V/V D )=1+(L/V D )V0.96=V D 0.974+L0.95(V/V D )0.96=0.974+(L/V D )0.95(1+L/V D )0.96=0.974+(L/V D )0.95(L/V D )=1.45解:简单蒸馏计算: lnW 1/W 2=⎰-12x x xy dxW 2=(1-1/3)W 1=2/3W 1;y=0.46x+0.549,x 1=0.6,代入上式积分解得: 釜液组成:x 2=0.498,馏出液组成:W D x D =W 1x 1 -W 2x 2(1/3W 1)x D =W 1×0.6-(2/3W 1)×0.498 ∴x D =0.804 6解:Fx F =Vy+Lx ∴0.4=0.5y+0.5x --------(1) y=αx/(1+(α-1)x)=3x/(1+2x) --------(2) (1),(2)联立求解,得y=0.528,x=0.272回收率=(V ·y)/(Fx F )=0.5×0.528/0.4=66% 7.解:F=D+W Fx F =Dx D +Wx W已知x F =0.24,x D =0.95,x W =0.03,解得:D/F=(x F -x W )/(x D -x W )=(0.24-0.03)/(0.95-0.03)=0.228 回收率 Dx D /Fx F =0.228×0.95/0.24=90.4%残液量求取:W/D=F/D-1=1/0.228-1=3.38∴W=3.38D=3.38(V-L)=3.38(850-670)=608.6[kmol/h]8解:(1) 求D及W,全凝量VF=D+WFx F =Dx D +Wx Wx F =0.1,x D =0.95,x W =0.01(均为质量分率)F=100[Kg/h],代入上两式解得:D=9.57[Kg/h]; W=90.43[Kg/h]由恒摩尔流得知:F(0.1/78+0.9/92)=V(0.95/78+0.05/92)[注意:如用质量百分数表示组成,平均分子量M m=1/(a A/M A+a B/M B)] 解得V=87[Kg/h] 由于塔顶为全凝器,故上升蒸汽量V即为冷凝量,(2) 求回流比RV=D+L ∴L=V-D=87-9.57=77.43[Kg/h]R=L/D=77.43/9.57=8.09(因为L与D的组成相同,故8.09亦即为摩尔比)(3) 操作线方程.因塔只有精馏段,故精馏段操作线方程为y n+1 =Rx n /(R+1)+x D /(R+1)式中x D应为摩尔分率x D =( x D /M A)/[x D /M A+(1-x D )/M B]=(0.95/78)/(0.95/78+0.05/92)=0.961∴y n+1=8.09x n/9.09+0.961/9.09=0.89x n +0.106操作线方程为:y n+1 =0.89x n +0.1069解:y=[R/(R+1)]x+x D /(R+1)(1) R/(R+1)=0.75 R=0.75R+0.75 R=0.75/0.25=3(2) x D /(R+1)=0.2075 x D /(3+1)=0.2079 x D =0.83(3) q/(q-1)=-0.5 q=-0.5q+0.5 q=0.5/1.5=0.333(4) 0.75x+0.2075=-0.5x+1.5x F0.75x q'+0.2075=-0.5x q '+1.5×0.441.25x q '=1.5×0.44-0.2075=0.4425 x q '=0.362(5)0<q<1 原料为汽液混合物10解:(1) 求精馏段上升蒸汽量V和下降的液体量L,提馏段上升蒸汽量V'和下降的液体量L'. 进料平均分子量: Mm=0.4×78+0.6×92=86.4F=1000/86.4=11.6[Kmol/h]Fx F =Dx D +Wx WF=D+W11.6×0.4=D×0.97+(11.6-D)0.02∴D=4.64[Kmol/h]W=6.96[Kmol/h]R=L/D, ∴L=3.7×4.64=17.17[Kmol/h]V=(R+1)D=4.7×4.64=21.8[Kmol/h]平均气化潜热r=30807×0.4+33320×0.6=32313.6[KJ/Kmol]从手册中查得x F =0.4时泡点为95℃,则:q=[r+cp(95-20)]/r=(32313.6+159.2×75)/32313.6=1.37 ∴L'=L+qF=17.17+1.37×11.6=33.1[Kmol/h]V'=V-(1-q)F=21.8+0.37×11.6=26.1[Kmol/h](2) 求塔顶全凝器热负荷及每小时耗水量.Qc=Vr∴r=0.97×30804+33320×0.03=30879.5[KJ/Kmol]∴Qc=21.8×30879.5=673172.7[KJ/h]耗水量Gc=673172.7/4.18(50-20)=5368.2[Kg/h](3) 求再沸器热负荷及蒸汽耗量.塔的热量衡算Q B+Q F +Q R=Q v+Q W +Q LQ B=Q v+Q W +Q L-Q F -Q R该式右边第一项是主要的,其它四项之总和通常只占很小比例,故通常有: Q B≈Q V=V·I vIv=(r+Cpt)=30879.5+159.2×8.2=43933.9[KJ/Kmol]∴Q B=21.8×43933.9=957759.02[KJ/h]2.5[KgF/cm2]下蒸汽潜热r=522Kcal/Kg=522×4.18×18=39275.3[KJ/Kmol]∴蒸汽需量为G vG v =Q B/r=957759.02/39275.3=24.4Kmol/h=24.4×18=39.04[Kg/h](4) 提馏段方程y=L'x/(L'-W)-Wx W /(L'-W)=1.26x-0.00511解:提馏段: y m+1’=1.25x M’-0.0187---------(1)=L'x M'/V'-Wx W /V',L'=L+qF=RD+FV'=(R+1)DW=F-D,精馏段: y n+1 =Rx n /(R+1)+x D /(R+1)=0.75x n +0.25x D --------(2)q线:x F =0.50 --------------(3)将(3)代入(1)得出:y m+1=1.25×0.5-0.0187=0.606,代入(2)0.606=0.75×0.5+0.25x D ,x D =0.92412解:(1) y1=x D =0.84,0.84=0.45x1+0.55x1=0.64,y W =3×0.64/(3+1)+0.84/(3+1)=0.69,0.69=0.45×x W +0.55,x W =0.311,(2) D=100(0.4-0.311)/(0.84-0.311)=16.8(Kmol/h),W=100-16.8=83.2(Kmol/h)13解:(1) 求R,x D,x W精馏段操作线斜率为R/(R+1)=0.723 ∴R=2.61提馏段方程y=L'x/(L'-W)-Wx W/(L'-W)=1.25x-0.0187精馏段操作线截距为x D/(R+1)=0.263 ∴x D =0.95提馏段操作线与对角线交点坐标为y=x=x W x W =1.25 x W -0.0187 ∴x W =0.0748(2)饱和蒸汽进料时,求取进料组成将y=0.723x+0.263y=1.25x-0.0187联立求解,得x=0.535,y=0.65* * 因饱和蒸汽进料,q线为水平线,可得原料组成y=x F=0.6514解:(1) y1=x D =0.9,x1=0.9/(4-3×0.9)=0.692,(2) y2=1×0.692/(1+1)+0.9/2=0.796(3) x D =x F =0.5, y D =0.5/2+0.9/2=0.715解:(1) Fx F=Vy q+Lx q0.45=(1/3)y q+(2/3)x qy q =2.5x q /(1+1.5x q)∴x q=0.375 y q=0.6(2) Rmin=(x D-y q)/(y q-x q)=(0.95-0.6)/(0.6-0.375)=1.56R=1.5Rmin=2.34D=0.95×0.45/0.95=0.45 W=1-0.45=0.55x W=(Fx F-Dx D)/W=(0.45-0.45×0.95)/0.55=0.041L=RD=2.34×0.45=1.053; V=(R+1)D=1.503L'=L+qF=1.053+(2/3)×1=1.72; V'=V-(1-q)F=1.503-1/3=1.17y'=(L'/V')x'-Wx W/V'=1.72/1.17x'-0.55×0.041/1.17=1.47x'-0.019316解:* * 精馏段操作线方程y n+1 =3/4x n +0.24平衡线方程y=αx/[1+(α-1)x]=2.5x/(1+1.5x)提馏段操作线方程y=1.256x-0.01278其计算结果如下:N0x y1 0.906 0.962 0.821 0.923 0.707 0.864 0.573 0.775 0.462 0.706 0.344 0.5677 0.224 0.4198 0.128 0.2689 0.065 0.14810 0.029 0.069由计算结果得知:理论板为10块(包括釜), 加料板位置在第五块；17解:D/F=(x F -x W )/(x D -x W )=(0.52-x W )/(0.8-x W )=0.5解得:x W =0.24精馏段操作线方程:y n+1 =(R/(R+1))x n +x D /(R+1)=0.75x n +0.2 --------(1) 平衡线方程:y=αx/(1+(α-1)x)=3x/(1+2x)或:x=y/(α-(α-1)y)=y/(3-2y) --------(2)交替运用式(1),(2)逐板计算:x D =y1=0.8 .x1=0.571;y2=0.628,x2=0.360;y3=0.470,x3=0.228<x W=0.24∴共需N T=3块(包括釜).18解:q=0,x D =0.9,x F =0.5,x W =0.1,R=5,精馏段操作线方程:y n+1=Rx n/(R+1)+x D/(R+1)=5x n/(5+1)+0.9/(5+1)=0.833x n+0.15图解:得理论板数为11块(不包括釜),包括釜为12块18题附图19解:(1) F=D+WFx F =Dx D +Wx WD=F(x F -x W )/(x D -x W )=100(0.3-0.015)/(0.95-0.015)=30.48 Kmol/h=30.5 Kmol/hW=F-D=69.50 Kmol/h(2) N T及N F =?x D =0.95、x W =0.015、q=1、R=1.5；x D /(R+1)=0.38作图得:N T =9-1=8(不含釜)进料位置: N F =6(3)L’,V’,y W及x W-1 19题附图∵q=1,V'=V=(R+1)DV'=30.5(1.5+1)=76.25Kmol/hL'=L+qF=RD+F=1.5×30.5+100=145.8Kmol/h由图读得:y W =0.06, x W-1=0.0320解:(1) 原料为汽液混合物,成平衡的汽液相组成为x ,y平衡线方程y=αx/[1+(α-1)x]=4.6x/(1+3.6x) --------- (1)q线方程(q=2/(1+2)=2/3)则y=[q/(q-1)]x-x F /(q-1)=-2x+1.35 ---------- (2)联解(1),(2)两式,经整理得:-2x+1.35=4.6x/(1+3.6x)7.2x2 +1.740x-1.35=0解知,x=0.329y=0.693(2) Rmin=(x D -y e)/(y e-x e)=(0.95-0.693)/(0.693-0.329)=0.70621解:因为饱和液体进料,q=1y e=αx e/[1+(α-1)x e]=2.47×0.6/(1+1.47×0.6)=0.788R min=(x D -y e)/(ye-x e)=(0.98-0.788)/(0.788-0.6)=1.02R=1.5×R min=1.53N min=lg[(x D /(1-x D ))((1-x W )/x W )]/lgα=lg[(0.98/0.02)(0. 95/0. 05)]/lg2.47= 7.56x=(R-R min)/(R+1)=(1.53-1.02)/(1.53+1)=0.202Y=(N-N min)/(N+1) Y=0.75(1-x0.567)∴(N-7.56)/(N+1)=0.75(1-0.2020.567) 解得N=14.5 取15块理论板(包括釜)实际板数: N=(15-1)/0.7+1=21(包括釜)求加料板位置,先求最小精馏板数(N min)精=lg[x D /(1-x D )×(1-x F )/x F ]/lgα=lg[0.98/0.02·0.4/0.6]/lg2.47=3.85N精/N=(N min)精/N min∴N精=N(N min)精/N min=14.5×3.85/7.56=7.4则精馏段实际板数为7.4/0.7=10.6取11块故实际加料板位置为第12块板上.22解:(1) 由y=αx/[1+(α-1)x]=2.4x/(1+1.4x) 作y-x图由于精馏段有侧线产品抽出,故精馏段被分为上,下两段, 抽出侧线以上的操作线方程式: y n+1 =Rx n /(R+1)+x D /(R+1)=2/3x n +0.3 ----------- (1)侧线下操作线方程推导如下:以虚线范围作物料衡算V=L+D1+D2Vy s+1=Lx s+D1x D1+D2x D2 ;y s+1=Lx s/V +(D1x D1+D2x D2)/V=Lxs/(L+D1+D2)+(D1x D1+D2x D2)/(L+D1+D2);L=L0-D2, 则:y s+1=(L0-D2)x s/(L0-D2+D1+D2)+(D1x D1+D2x D)/(L0-D2+D1+D2)2=(R-D2/D1)x s/(R+1)+(x D1+D2x D2/D1)/(R+1)(R=L0/D1)将已知条件代入上式,得到:y S+1=0.5x+0.416(2) 用图解法,求得理论塔板数为（5-1）块,见附图.22题附图23解:根据所给平衡数据作x-y图.精馏段操作线y n+1 =Rx n /(R+1)+x D /(R+1)=1.5x n /(1.5+1)+0.95/(1.5+1)=0.6x n +0.38q线方程与q线:料液平均分子量:M m=0.35×+0.65×18=22.9甲醇分子汽化潜热:r=252×32×4.2=33868.8[KJ/Kmol]水的分子汽化潜热:r=552×18×4.2=41731.2[KL/Kmol] 23题附图料液的平均分子汽化潜热:r=0.35×33868.8+0.65×41731.2=38979.4[KL/Kmol]料液的平均分子比热Cp=0.88×22.9×4.2=84.6[KL/Kmol·℃]q=[r+Cp(ts-t F )]/r=[38979.4+84.6(78-20)]/38979.4=1.13q线斜率q/(q-1)=1/13/0.13=8.7提馏段操作线方程与操作线：由于塔釜用直接蒸汽加热,故提馏段操作线过横轴上(x W ,0)一点,于是在x-y图上,作出三条线,用图解法所得理论板数为7.6块,可取8块(包括釜).24解:对全塔进行物料衡算:F1+F2=D+W ----------(1)F1x F1+F2x F2=Dx D +Wx W100×0.6+200×0.2=D×0.8+W×0.02100=0.8D+0.02W -----------(2)由式(1) W=F1+F2-D=100+200-D=300-D代入式(2)得:D=120.5Kmol/hL=RD=2×120.5=241kmol/hV=L+D=241+120.5=361.5Kmol/h在两进料间和塔顶进行物料衡算,并设其间液汽流率为L",V",塔板序号为s.V''+F1=D+L''V''y s+1"+F1x F1=L''xs''+Dx Dy s+1=(L''/V'')xs''+(Dx D -F1x F1)/V''L''=L+q1F1=241+1×100=341Kmol/hV''=V=361.5y s+1"=(341/361.5)x s''+(120.5×0.8-100×0.6)/361.5y s+1"=0.943x s''+0.125解:对于给定的最大V',V=(R+1)D,回流比R愈小,塔顶产品量D愈大,但R 需满足产品的质量要求x D》0.98, 故此题的关键是求得回流比R.由题已知加料板为第14层,故精馏段实际板数为13层,精馏段板数为:13×0.5=6.5取苯-甲苯溶液相对挥发度为α=2.54用捷算法求精馏段最小理论板数(N min)精=ln[0.98/0.02-0.5/0.5]/ln2.54=4.175y=[N精馏段-(N min)精]/(N精馏段+1)=(6.5-4.175)/(6.5+1)=1.31由y=0.75(1-x0.567)x=(1-Y/0.75)(1/0.567)=0.392=(R-R min)/(R+1)∴R=(0.392+R min)/(1-0.392)R min=(x D -y e)/(y e-x e)对泡点进料x e=x F =0.5y e=αx/[1+(α-1)x]=2.54×0.5/(1+1.54×0.5)=1.27/1.77=0.72∴R min=(0.98-0.72)/(0.72-0.5)=0.26/0.22=1.18∴R=(0.392+1.18)/(1-0.392)=1.572/0.608=2.59∴D=V/(R+L)=2.5/(2.59+1)=0.696[Kmol/h]故最大馏出量为0.696[Kmol/h]26解:求n板效率: Emv =(y n -y n+1 )/(y n*-y n+1 ),因全回流操作,故有y n+1 =x n ,y n =x n-1与x n成平衡的y n*=αx n /[1+(α-1)x n ]=2.43×0.285/(1+1.43×0.285)=0.492 于是: Emv=(x n-1 -x n )/(y n*-x n )=(0.43-0.285)/(0.492-0.285)=0.7求n+1板板效率:Emv=(y n+1-y n+2)/(y n+1*-y n+2)=(x n-x n+)/(y n+1*-x n+1 )y’n+1 =2.43×0.173/(1+1.43×0.173)=0.337∴Emv=(0.285-0.173)/(0.337-0.173)=0.68327解:由图可知:该板的板效率为Emv=(y1-y )/(y1*-y W)从图中看出,y1=x D =0.28,关键要求y1*与y W .由已知条件Dx D /Fx F =0.8∴D/F=0.8×0.2/0.28=0.57作系统的物料衡算: Fx F =Dx D +Wx WF=D+W联立求解: x F =Dx D /F+(1-D/F)x W0.2=0.57×0.28+(1-0.57)x W解得x W =0.093 习题27附图因塔釜溶液处于平衡状态,故y W =αx W /[1+(α-1)x W ]=2.5×0.093/(1+1.5×0.093)=0.204y W与x1是操作线关系.y n+1 =L'x n /V'-Wx W /V'=Fx n /D-Wx W/D =Fx n /D-(F-D)x W /D=Fx n /D-(F/D-1)x W∴y n+1 =x n /0.57-(1/0.57-1)0.093=1.75x n -0.07当y n+1 =y W时,x n =x1∴x1=(y W +0.07)/1.75=(0.204+0.07)/1.75=0.157与x1成平衡气相组成为y1*y1*=αx1/[1+(α-1)x1]=2.5×0.157/(1+1.5×0.157)=0.318 ∴Emv=(0.28-0.204)/(0.318-0.204)=66.8%28解:(1)精馏段有两层理论板,x D=0.85,x F=0.5,用试差法得精馏段操作线ac,与x=x F=0.5线交于d.提馏段有两层理论板,从点d开始再用试差法作图,得提馏段操作线bd，得：x W =0.17x D/(R+1)=0.103R=0.85/0.103-1=7.25F=D+W Fx F =Dx D +Wx W100=D+W100×0.5=D×0.85+W×0.17得D=48.5Kmol/hV'=V=(R+1)D=8.25×48.5=400Kmol/h 28题附图(2)此时加入的料液全被气化而从塔顶排出,其组成与原料组成相同,相当于一个提馏塔. 29解:(1)D=η,Fx F /x D =0.9×100×0.4/0.92=39.13Kmol/h,W=60.9Kmol/hx W =0.1Fx F /W=0.1×100×0.4/60.9=0.0656∵q=1 ∴x q =0.4 查图得y q =0.61R min=(x D -y q )/(y q -x q )=(0.92-0.61)/(0.61-0.4)=1.48R=1.5×1.48=2.2 x D /(R+1)=0.92/3.2=0.29在y-x图中绘图得N T =15-1=14块(未包括釜),N加料=第6块理论板N p=14/0.7=20块(不包括釜) N p精=5/0.7=7.14,取8块,∴第九块为实际加料板(2) 可用措施:(1)加大回流比,x D↑,x W↓,η=↑(2)改为冷液进料,N T <N T' q=1, N T =const ∴x D↑q约为const,下移加料点,x D↑.29题附图30解:(1)Dx D /Fx F =0.922; Dx D =0.922×150×0.4=55.32Dx D =Fx F -Wx W =Fx F -(F-D)x W =55.32150×0.4-(150-D)×0.05=55.32D=56.4Kmol/h W=F-D=93.6Kmol/hx D =55.32/56.4=0.981(2) N T及N F (进料位置)x D =0.981,x W =0.05,q=1,x D /(R+1)=0.981/(2.43+1)=0.286a(0.981,0.981), b(0.05,0.05)q线: x F=0.4、q=1, q线为垂线。
江苏师范大学《化工原理》教学PPT第5章蒸馏
蒸馏是属于传质过程的一个单元操作，在化工生产中，广泛应用 于分离或提纯互溶的液体混合物。 （1）蒸馏分离的依据
不同的液体具有不同的沸点，这说明它们的挥发性有差异，蒸馏 就是利用混合液体中各组成的挥发性（沸点）不同而将它们分离开 来的。 当将混合液加热至沸腾时，一部分溶液蒸发汽化，所产生的 蒸汽与原来混合液的组成不同，而是含有较高的易挥发组分（低沸 点）。若将产生的蒸汽移出冷凝，再气化，再气化的蒸汽中含有的 易挥发组分更高，依次反复操作，汽化、冷凝多次，就可以将混合 液体分成几乎纯净的组分。
13
xA
p fB (t) fA(t) fB (t)
t-x曲线
B
显然，液相中易挥发组分少，泡点高。
yA
fA(t) p fB (t) p fA(t) fB (t)
t-y曲线 显然，汽相中易挥发组分少，露点高。 A点：表示A物质的沸点（泡点）。 B点：表示B物质的沸点（泡点）。
C AA
F
14
甲苯-对二甲苯等，可看成是理想溶液。 理想溶液满足拉乌尔定律。
7
二、两组分理想物系的相律 • 相：指体系内具有相同的物理性质和化学性质的所有均匀部分。 • 相律：说明平衡体系中有几相，有几个自由度，可用相律来计算。
F=C-φ+2 C：组分数 φ：相数 2：T、p两个参数 对于双组分汽液平衡体系： C=2， φ=2， F=2 即T、p确定以后，x、y也就确定了。
8
三、拉乌尔定律 将液体封存在留有空间的密闭容器中，并保
持恒定温度，由于液体具有挥发性，部分液体将 汽化进入上方空间，同时蒸汽分子也会因分子运 动返回液相而凝结，当汽化速度等于凝结速度时， 液体和蒸汽之间就建立了平衡。
平衡状态时的蒸汽称饱和蒸汽。 饱和蒸汽的压力称饱和蒸汽压。显然饱和蒸汽压的大小与液体 的本性、温度有关。温度一定，饱和蒸汽压越大的液体，越易挥发。 同一种液体，温度越高，饱和蒸汽压越大，当饱和蒸汽压等于外界 压力时，液体就开始沸腾。
化工原理教案-5 蒸馏-179
5蒸馏本章学习要求掌握的内容（1）双组分理想物系的汽液平衡，拉乌尔定律、泡点方程、露点方程、汽液相平衡图、挥发度与相对挥发度定义及应用、相平衡方程及应用；（2）精馏分离的过程原理及分析；（3）精馏塔物料衡算、操作线方程及q线方程，图示及应用；（4）理论塔板数的确定；进料热状况参数q的计算及其对理论塔板数的影响；（5）全回流时的最小理论塔板数、最小回流比及其计算、回流比的选择及其对精馏操作及设计的影响。
熟悉的内容（1）平衡蒸馏和简单蒸馏的特点及计算；（2）精馏装置的热量衡算；（3）理论板数捷算法（Fenske方程和Gilliand关联图）；（4）非常规二元连续精馏塔计算（直接蒸汽加热、多股进料、侧线采出、塔釜进料、塔顶采用分凝器，提馏塔等）；（5）等板高度概念，双组分连续精馏塔填料层高度确定。
了解的内容（1）非理想物系汽液平衡；（2）间歇精馏特点及应用；（3）恒沸精馏、萃取精馏特点及应用。
本章教学要求教学目的：（1）掌握精馏过程原理，可对精馏过程做出数学描述（2）掌握精馏塔的设计型与操作型计算（3）了解特殊精馏过程教学重点：精馏过程的数学描述、操作型和设计型计算教学难点：操作过程分析与操作型计算教学思路：三段式展开（物料衡算－操作方程－分离设备）安排学时：125.1蒸馏过程概述本节重点：蒸馏的依据本节难点：无5.1.1蒸馏过程在化工中的应用（教学用时：10分钟）在化工生产过程中，常常需要将原料、中间产物或粗产物进行分离，以获得符合工艺要求的化工产品或中间产品。
化工上常见的分离过程包括蒸馏、吸收、萃取、干燥及结晶等，其中蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作，应用最为广泛。
例如将原油蒸馏可得到汽油、煤油、柴油及重油等；将混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等；将液态空气蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。
分离液体混合物的单元操作—蒸馏。
对一个混合物的分离总是根据混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异而进行的，那么蒸馏是根据组分的什么性质而实现分离的呢？蒸馏分离的依据？如酒精水溶液乙醇：挥发度大，易挥发组分水：挥发度小，难挥发组分液体混合物−−→−加热汽相：易挥发组分乙醇（汽）−−→−冷却乙醇（液）液相：难挥发组分水由此可知：蒸馏是依据液体混合物中各组分的挥发度不同而实现分离的。
(能源化工行业)第五章化工原理蒸馏课件精编
（能源化工行业）第五章化工原理蒸馏课件蒸馏化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是由若干组分所组成的混合物，而且其中大部分是均相物系。
生产中常需要将这些混合物分离成为较纯净或几乎纯态的物质(组分)。
对于均相物系，必须要造成一个两相物系，才能将均相混合物分离，并且是根据物系中不同组分间的某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分从一相向另一相转移以达到分离的目的。
通常将物质在相间的转移过程称为传质过程或分离操作。
化学工业中常见的传质过程有蒸馏、吸收、萃取及干燥等单元操作。
蒸馏就是藉液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一种操作。
蒸馏这种操作是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性来实现分离的目的。
这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现的。
通常，将沸点低的组分称为易挥发组分，沸点高的组分称为难挥发组分。
蒸馏过程可以按不同方法分类：按操作流程可分为间歇和连续蒸馏；按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏和特殊精馏等；按操作压强可分为常压、加压和减压精馏；按待分离混合物中组分的数目可分为两(双)组分和多组分精馏。
第一节双组分理想溶液的气液平衡蒸馏是气液两相间的传质过程，因此常用组分在两相中的浓度(组成)偏离平衡的程度来衡量传质推动力的大小。
传质过程是以两相达到相平衡为极限的。
由此可见，气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础。
5—1—1 拉乌尔定律和相律一、拉乌尔定律根据溶液中同分子间与异分子间的作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。
实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即：（5—1）（5—1a）式中p ——溶液上方组分的平衡分压，Pa；p0——同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa，x——溶液中组分的摩尔分率。
(下标A表示易挥发组分、B表示难挥发组分)为简单起见，常略去上式中的下标，习惯上以：x表示液相中易挥发组分的摩尔分率，以(1－x)表示难挥发组分的摩尔分率；y表示气相中易挥发组分的摩尔分率，以(1－y)表示难挥发组分的摩尔分率。
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五蒸馏汽液相平衡1.1 苯(A)与氯苯(B)的饱和蒸汽压[mmHg]和温度[℃]的关系如下:t 80.92 90 100 110 120 130 131.8p0A760 1008 1335 1740 2230 2820 3020p0B144.8 208.4292.8 402.6 542.8 719 760若苯—氯苯溶液遵循Raoult定律,且在1atm下操作,试作：(1) 苯—氯苯溶液的t—x(y)图及y—x图；(2) 用相对挥发度的平均值另行计算苯—氯苯的x—y值。
1.2 苯—甲苯混合液的组成x=0.4(摩尔分率),求其在总压p=600[mmHg]下的泡点及平衡汽相组成。
又苯和甲苯的混合气含苯40％(体积％)，求常压下的露点。
已知苯—甲苯混合液服从拉乌尔定律。
苯(A)和甲苯(B)的蒸汽压p0A 、p0B[mmHg],按下述Antoine方程计算：式中t为温度[℃]。
lg p0A=6.89740-1206.350/(t+220.237)lg p0B=6.95334-1343.943/(t+219.237)1.3 某双组分理想物系当温度t=80℃时，p0A =106.7kPa，p0B=40kPa，液相摩尔组成为x A=0.4，试求:(1) 与此液相组成相平衡的汽相组成y A；(2) 相对挥发度α。
1.4 一双组分精馏塔，塔顶设有分凝器，已知进入分凝器的汽相组成y1=0.96(•摩尔分率,下同)，冷凝液组成x D=0.95，两个组分的相对挥发度α=2，求:(1) 出分凝器的汽相组成y D=?(2) 出分凝器之液、汽的摩尔流率之比L/V D=? 习题4附图1.5 在1atm下对x=0.6(摩尔分率)的甲醇—水溶液进行简单蒸馏，当馏出量为原料的1/3时，求此时刻的釜液及馏出物的组成。
设x=0.6附近平衡线可近视为直线，其方程为y=0.46x+0.5491.6 某二元混合物原料中易挥发组分x F=0.4(摩尔组成)，用平衡蒸馏的方式使50%的物料汽化，试求气相中易挥发组分的回收率。
（设相对挥发度为3）1.7 将含有24%(摩尔,以下同)易挥发组分的某液体混合物送入连续操作的精馏塔，馏出液中含有95%的易挥发组分，残液中含有3%易挥发组分。
塔顶蒸汽量为850[kmol/h]，回流量为670[kmol/h]，塔顶采用全凝器，试求塔顶易挥发组分的回收率及残液量。
1.8 现有一连续精馏塔只有精馏段，用于A、B两组分的分离。
已知A与B•的分子量分别为78与92，进料量为100[kg/h]，含A组成为10%(质量%以下同)，进料状态为饱和蒸汽自塔底送入，如图示。
如果要求馏出产品中A的组成为95%，残液中A的组成为1%,试求:(1) 塔顶馏出液的量、釜残液量及塔顶的蒸汽量各为多少[kg/h]?(2) 回流比R?(3) 写出该塔操作线的数值表达式。
1.9 在连续精馏塔中,精馏段操作线方程y=0.75x+0.2075,q线方程为y=-0.5x+1.5x F, 试求:(1) 回流比R(2)馏出液组成x D(3) 进料液的q值(4) 当进料组成x F=0.44时,精馏段操作线与提馏段操作线的交点处•x q值为多少? 并要求判断进料状态。
习题8附图1.10 一常压精馏塔将含苯0.4(摩尔分率以下同)的苯甲苯混合液1000[kg/h],分离为组成x D=0.97塔顶产品和x w=0.02的底部产品。
已知回流比R=3.7,进料温度为20℃，料液平均比热为159.2[kJ/kmol·℃]，在常压下苯的汽化潜热为30807[kJ/kmol]，甲苯汽化潜热为33320[kJ/kmol]。
试求：(1) 精馏段上升蒸汽量V和下降的液体量L[kmol/h];提馏段上升蒸汽量V′和下降的液体量L′[kmol/h];(2) 求塔顶冷凝器的热负荷；如使用水为冷却剂，且水初温为20℃，出口温度为50℃，求每小时耗水量[kg/h]?(3) 求再沸器的热负荷；设加热所用水蒸汽压强为 2.5[kgf/cm2](绝压)，求蒸汽消耗量[kg/h]？(4) 写出提馏段操作线方程数值表达式。
1.11 在常压连续精馏塔中分离二元混合物，进料为饱和液体，其中易挥发组分含量为0.50(摩尔分率)，回流比R=3，提馏段操作线斜率为1.25，截距为-0.0187，求x D。
•1.12 由一层理论板与塔釜组成的连续精馏塔，每小时向塔釜加入含甲醇40%(摩尔分率)的甲醇水溶液100kmol，要求塔顶馏出液组成x D=0.84，塔顶采用全凝器，回流比R=3, 在操作条件下的平衡关系为y=0.45x+0.55，求:(1)塔釜液组成x w；(2)每小时能获得的馏出液量D。
1.13 某连续精馏操作中，已知操作线方程如下：精馏段y=0.723x+0.263 习题12 附图提馏段y=1.25x-0.0187试求馏出液和釜液的组成及回流比。
若原料为饱和蒸汽进料，求其组成?1.14 某二元系统精馏塔在泡点下进料，全塔共有三块理论板及一个再沸器，塔顶采用全凝器，进料位置在第二块理论板上，塔顶产品组成x D=0.9(摩尔分率)，二元系统相对挥发度α=4，进料组成为x F=0.5(摩尔分率)，回流比R=1时，求:(1) 离开第一块板的液相组成x1为多少?(2) 进入第一块板的气相组成y2为多少?(3) 两操作线交点d的气液组成?1.15 组成为x F=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中气液摩尔比为1:2，塔顶x D=0.95(以上均为摩尔分率)，易挥发组分回收率为95%，回流比R=1.5Rmin，•相对挥发度α=2.5,试求:(1) 原料中汽相和液相组成;(2) 列出提馏段操作线方程。
精馏设计型计算1.16 欲设计一连续精馏塔用以分离苯和甲苯各50%的料液,要求x D=96%，x w=5%(以下均为摩尔%)。
泡点进料，操作回流比R=3，系统相对挥发度为2.5，试用逐板计算法求所需的理论板数与加料板的位置。
1.17 某二元混合液的精馏操作过程如图所示。
已知原料以饱和液体状态直接加入塔釜，原料组成x F=0.52(摩尔分率,下同)，要求塔顶产品组成x D=0.8，D/F=0.5•的操作条件下，物系的α=3.0，塔顶设全凝器，泡点回流。
若设计回流比R=3.0，•求为完成上述分离任务所需的理论板板数。
(操作满足恒摩尔流假定)。
习题17附图习题19附图1.18 乙烯—乙烷混合液于饱和蒸汽状态加入精馏塔中，回流比R=5，且已知x D=0.9 ,x w=0.1，x F=0.5(均为乙烯的摩尔分率)。
试用图解法求取所需的理论板数。
1.19 用一塔顶设全凝器的常压精馏塔分离含甲醇为0.3，流量为100kmol/h的甲醇—水溶液，泡点进料,并要求塔顶产品含甲醇为0.95，塔底产品含甲醇为0.015(•以上均为摩尔分率),已知精馏段操作线为:y=0.6x+0.38;操作条件下的平衡关系如图所示，试求：(1) 塔顶及塔底的产品流量(kmol/h);(2) 塔的理论板数及进料位置:(3) 流入再沸器的液相流量及组成，离开再沸器的气相流量及组成。
1.20 用一连续精馏塔分离苯与氯苯混合物，x F=0.45，x D=0.95(以上均为摩尔分率)。
进料状态为汽液混合物,其中汽液比为1:2(摩尔比)。
苯与氯苯的平均相对挥发度α=4.6。
试求:(1) 原料中汽相和液相组成;(2) 最小回流比R min。
1.21 试用捷算法计算环氧乙烷—环氧丙烷连续精馏塔的理论板数与加料板位置。
如全塔效率E O=70%，求实际板数(釜可视为一块理论塔板)和实际加料板位置。
已知x F=0.6, x D=0.98,x w=0.05(皆为环氧乙烷的摩尔分率)，R=1.5R min，相对挥发度α=2.47，饱和液体进料。
1.22 今用连续精馏塔同时取得两种产品x D1=0.9，x D2=0.7(如图所示)，已知x F=0.4(•以上均为摩尔分率)，泡点进料，R=2，相对挥发度α=2.4，D1/D2=2(摩尔比)。
求精馏段所需的理论论板数。
(逐板计算法与图解法均可)。
1.23 现用连续精馏塔将含甲醇35%与水65%的混合液分离，以便得到含甲醇95%•的馏出液与含甲醇4%的残液(均为%摩尔)。
操作回流比R=1.5，料液温度为20℃，釜中用直接蒸汽加热，试用图解法求理论板数。
已知35%的甲醇水溶液泡点为78℃，比热为•0.•88 [kcal/kg·℃]；水的习题22附图习题24附图1.24 在常压连续精馏塔中分离A、B混合液(如图所示)。
•两股进料情况如下•:• F1=100kmol/h，x F1=0.6(摩尔分率，下同); F2=200kmol/h，x F2=0.2,均为饱和液体进料。
要求分离后馏出液中组分A含量不小于0.8，釜液中组分A浓度不于0.02，操作回流比为2。
试求两股进料间的操作线方程。
精馏操作型计算1.25 一精馏塔有24层塔板(实际板数)，用于分离x F=0.5的苯—甲苯溶液。
全塔效率为50%，泡点进料，加料板位置为第14层板。
现要求x D = 0.98，再沸器最大蒸发能力V′=2.5[kmol/h]，求馏出液的最大产量。
1.26 为测定塔内塔板效率，在常压下对苯—甲烷物系进行全回流精馏。
待操作稳定后，测得相邻三层塔板的液相组成为：x n-1=0.43，x n=0.285，x n+1=0.173。
•相对挥发度α=2.46，求第n板和n+1板的板效率。
1.27 如图示的精馏塔具有一块实际塔板及一只蒸馏釜，原料予热到泡点，由塔顶连续加入，x F=0.20(摩尔分率,以下同)。
今测得塔顶产品易挥发组分的回收率为80%，且x D=0.28，系统的相对挥发度α=2.5。
试求该块塔板的板效率。
设蒸馏釜可视为一块理论塔板。
1.28 如图所示的苯—甲苯常压连续精馏塔，塔顶设置全凝器，泡点回流。
塔内有三层理论板，而且塔釜可视为一层理论板，每小时100kmol含苯50mol%•的苯—甲苯混合液，从第三层塔板以泡点状态加入。
塔顶产品含苯85kmol%，相平衡关系如图如示。
试求:(1)回流比R，塔底排出液组成X w，塔顶产品D及塔釜蒸发量V′；(2)当回流中断，进料情况及塔釜供热状况仍保持不变时，精馏塔处于什么状态?综合计算题1.29 拟设计一常压连续精馏塔以分离某易挥发组分含量为40%(mol%下同•)，流量为100kmol/h 的料液，要求馏出液组成为92%，回收率为90%，料液为泡点进料。
•回流比为最小回流比的1.5倍，全塔效率为0.7，操作条件下物系的平衡关系见附图。
试求:(1) 完成分离任务所需的实际塔板数及实际加料板的位置；(2) 若F、x F、N p为不变，欲提高此系统易挥发组分的回收率，•试定性说明可采用的措施有哪些?1.30 用一连续精馏塔分离苯、甲苯液体混合物，塔顶设全凝器，塔底设有再沸器，进料量为150kmol/h，其中含苯0.4(摩尔分率,下同)，泡点进料，•通过取样测得塔顶馏出液中苯回收率为92.20%，塔底产品中苯的组成为0.05，实际操作回流比R=2.43，已知操作条件下平衡关系如图所示，若设该塔在最适宜位置进料。