化工原理09--蒸馏

层 塔 板上 上层 升塔 蒸板 汽下 的降 组液 成体 间的 的组 关成 系和 下
操 作 线 方 程 的 物 理 意 义 ：
提馏段操作线方程
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一精馏塔用于分离乙苯-苯乙烯混合物，进料量 3100kg/h，其中乙苯的质量分率为0.6，塔顶、底 产品中乙苯的质量分率分别要求为0.95、0.25。 求塔顶、底产品的质量流量、摩尔流量。
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需用一常压连续精馏塔分离含苯40%的苯甲苯混合液，要求塔顶产品含苯97%以上。塔 底产品含苯2%以下（以上均为质量%）。采用 的回流比为3.5，试求下述两种进料状况时所需 的理论板数： （1）饱和溶液；（2）20°C液体。
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原设计一乙醇-水精馏塔用间接水蒸气 加热，进料状况为饱和液体，Xf=0.18。 塔底出料xw=0.04；两操作线交点的坐标 为d(0.18，0.40)，自加料版(即提馏段第1 层板)下流的液体组成xd=0.16。试与改用 直接水蒸气加热的情况作对比。
y Rmin/(Rmin+1)=(xD-ye)/(xD-xe）
Rmin=(xD-ye)/(ye-xe) 其理论塔板数趋于无穷多。
0 x 1
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精馏段操作线和平 衡线相切的时候的 回流比为最小回流 比。
3、实际回流比的确定： 经验方法：R=(1.1~2)Rmin 费用最小原则确定 回流比。
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八、捷算法求理论塔板数：
连续蒸馏
间歇蒸馏
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4、按蒸馏原理分：
简单蒸馏 平衡蒸馏
精馏
特殊蒸馏
主要介绍：双组元常压精馏
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第一节
一、 理想溶液：
二元物系的汽液相平衡
混合溶液中，同种分子间的作用力和异种分 子间的作用力相同的溶液为理想溶液。即：H=0 拉乌尔定律： 一定度温下，在稀溶液中，溶剂的蒸汽压等 于纯溶剂的蒸汽压乘以溶液中溶剂的摩尔分数。 pA=pA0xA 对于A、B双组元体系，B组分有： pB=pB0xB
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第五节 一、流程和操作：
间歇精馏
间歇操作，只有精馏段没有提馏段。
二、操作方式：
1、保持回馏比恒定： 精馏过程中，馏出液和馏残液的 组成随时间不断变化。 2、保持馏出液组成恒定：
精馏过程中，回流比因馏残液的 组成随时间而下降，因此操作中 回流比不断增大。
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三、间歇精馏的计算：
1、保持回馏比恒定 根据精馏段的操作线 方程，其斜率不变。
组成量的关系满足 杠杆定律。
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简单蒸馏的计算： 蒸馏釜的生产能力，根据热负荷 和传热能力 计算。 馏出液、残液的浓度与馏出量（或残留量） 之间的关系。
物料衡算 相平衡关系
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三、简单蒸馏的计算： 在釜内某一瞬时，液体量为W，经微分时间dt 后，残液量为（W-dW），液相组成由x降为 （x-dx），气相组成为y。 对dt时间作易挥发组分的物料衡算： Wx=（W-dW）（x-dx）+ydW dW = dx W y-x 积分限为W=W1，x=x1；W=W2，x=x2， 1、溶液为理想溶液，得： lnW1/W2 =[1/(-1)] ln[x1(1-x2)/x2(1-x1)]+ln[1-x2/1-x1] 由:x1=A1/W1, x2=A2/W2 得:A1/A2=(B1/B2) W1=A1+B1,W2=A2+B2
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2、恒摩尔汽化：
在精馏段中，每层塔板上升蒸汽的摩尔流率相等， V1=V2=……=V 在提馏段中，每层塔板上升蒸汽的摩尔流率相等 V’1=V’2=……=V’ 但在两段上升蒸汽摩尔流率不一定相同。 3、恒摩尔假设成立的条件：
（1）各组分的摩尔汽化潜热近似相等
（2）各组分的显热变化可以忽略不计
（3）设备热损失忽略不计
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汽液平衡时，若总压（P）不变，
P=pA +pB
x=(P- pB0 )/(pA0-pB0)
若气体为理想气体， y=pA0xA /P
泡点方程
露点方程
泡点方程和露点方程用于求汽液平衡时的汽、 液相组成，并可绘出相图。
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汽液平衡相图
1、t~x~y相图（P一定）
t
t~y线
露点（气相）线 *F x、y 液相区 两相区 气相区
EmV
yn yn 1 * yn yn 1
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填料精馏塔填料层高度： 等板高度he：从一段填料层顶部上升的汽 流与底部下降的液流刚好符合相平衡关系 ，则这段填料层的高度称为理论塔板当量 高度，简称等板高度。 he愈小，填料层的传质分离效果愈好。
1 经验公式：he AG B D C Z 0 / 3 L / L
全凝器 进料板
F，xF
L
D，xD
精馏段
提馏段
回流是精馏塔 连续稳定操作 的必要条件。
V’
W、xw
再沸器
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三、恒摩尔假设：
1、恒摩尔回流：
在精馏段中，每层塔板下降液体的摩尔流率相等
L1=L2=……=L
在提馏段中，每层塔板下降液体的摩尔流率相等
L’1=L’2=……=L’
但两段的下降摩尔流率不一定相同。
斜率 =R/R+1
xwe
xw1
xde
xd1
2、保持馏出液组成恒定
因回流比不断增大， 精馏段操作线的截 距不断减小。
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xwe xw1
xd
第六节
特殊精馏
一、水蒸气蒸馏：
用于易分解而与水又 不互溶，或要求分离 压力不易达到的体系。 d 在分离的气相： P=pA+pw f
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令千摩尔进料经平衡蒸馏产生的液相量为q，
则：汽相量为(1-q)；液相分率L/F=q，
表示平衡蒸馏中汽液 汽化分率 V/F=1-q 相平衡组成的物料衡 yD=qxw/(q-1) - xF/(q-1) (1) 算关系。
平衡关系和方程(1)连立可解yD,xw及平衡温度. 也可用y~x,t~x(y)相图和方程(1)的直线求解.
方程(1)线
yD
L
V
xw
xF
xw
xF yD
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第 二节
一、精馏原理：
t
二元连续精馏
S
多次的部分冷凝 和部分汽化。
x
y x、y
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二、精馏的流程
全凝器 馏出产品 部分汽化器 部分冷 凝器 L V
原料 残液
在生产中使 用多个换热 器；产品和 原料连续进 入。
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塔板：提供汽、液两相传热、传质接触的面积和时间。
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2、平衡关系可以作为直线考虑
3、平衡关系不能用简单的数学关系表达，用 图解积分或数值积分求解。
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第四节 平衡蒸馏
一、流程和操作：
减压阀
分离器
操作特点：连续操作， 馏出液和馏残液的组成 成平衡。
二、平衡蒸馏的计算：
泵 加热器
对总物料：V+L=F
对易挥发组分：
VyD+Lxw=FxF
L’
V’
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q=千摩尔进料汽化所需热量/进料的千摩尔汽化潜热
1、进料方程： 连立求解精馏段和提馏段的操作线方程 V’y=L’x-WxW
Vy=Lx+DxD
应用全塔物料衡算和进料状态物料关系
FxF=DxD+WxW
L’=L+qF V’=V-(1-q)F (q-1)Fy=qFx-FxW y=qx/(q-1)-xF/(q-1) 进料方程又称q线方程
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第三节 简单蒸馏 一、流程及操作： 操作：物料分批加入，馏出液的组成随蒸馏 的进行不断的变化，蒸馏中的汽化蒸汽分段 冷凝收集。
冷凝器
蒸馏釜
馏出液容器
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二、原理：
在蒸馏过程中，系统 的温度和汽液相组成 均随时间改变，是一 个不稳定过程，虽然 瞬间的汽液两相达到 平衡，但蒸气凝成的 全部馏出液的平均组 成与剩余釜液的组成 并无相平衡关系。
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五、进料状态：
（1）泡点进料（饱和液进料）；（2）露点进 料（饱和蒸汽进料）；（3）汽液混合进料； （4）冷液进料；（5）过热蒸汽进料。
以（3）情况讨论： L V
设进料中液相所占的比例为q， 液相：qF；汽相：（1-q）F F 则有：L’=L+qF
V’=V-(1-q)F 对进料板作能量衡算：
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0<q<1
q=1 q>1
y
q=0 f
q<0
x
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六、求理论塔板数
1、理论塔板： 离开塔板的汽液两相的组成成相平衡关系。 2、图解法求理论塔板数： 解精馏段操作线与对角线 的交点为（xD，xD）
解提馏段操作线与对角线的交 点为（xW，xW）
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a
塔内理论塔板 数为N-1
c b xW
AB=(PyA/xA)/( PyB/xB) =(yA/yB)(xB/xA)
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双组元物系 xB=1-xA =(yA/yB)(xB/xA) y/(1-y)=x/(1-x) y=x/(1+(-1)x)
AB=vA/vB
讨论： =1，y=x ，普通蒸馏不能分离； >1，y>x ，用蒸馏的方法分离； <1， y<x , 分离方法同前 (2)溶液为理想溶液 =p°A/p°B 使用相对挥发度可不考虑 温度的影响。
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2、进料状态与q线
q线与y=x线的交点：（xF，xF）
进料状态 泡点进料 汽液混合 进料 露点进料 冷液进料 过热蒸汽 进料 q值 1 0~1 0 >1 <0 斜率 - ~0 0 1~ 0~1 直线方向 L、V 关系 V’=V L’=L+F L< L’ V’<V L=L’ V’=V+F L’>L+F V< V’ L’<L V >V’+F