第六章 蒸馏 (1)
化工原理蒸馏精馏知识要点
三、操作线方程
1. 精馏段操作线方程
对如图划定范围作物料衡算 V=L+D 对易挥发组分衡算 Vyn+1=Lxn + DxD V, yn+1
D,xD
第n板
L, xn
Dx D L y n 1 x V V 令回流比 R=L/D xD R y n1 xn R1 R1
2. 恒摩尔溢流
精馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等。 提馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等
L1=L2=…=Ln=定值 （精馏段） L 1=L2=…=Ln=另一定值 （提馏段） 一定注意： 精馏段和提馏段下降的溢流分别不相等。 精馏段和提馏段上升的蒸汽分别不相等。 因为加料板加入原料液后使两段汽液两相流量发 生变化。 当各组分摩尔汽化焓相等，汽液接触良好且可忽 略显热(与汽化热比较)，保温良好且塔的热损失 可忽略时，恒摩尔流假定基本上成立。
露点
泡点
x或 y
0 P p A pB p 0 x p A A B (1 x A )
xA
0 P pB 0 p0 p A B
y A p0 A xA / P
对某一温度和总压，由这几式可求出xA，yA。 得出一系列的值后便可作出如前图所示的图来。 对于非理想溶液，计算很复杂。一般由实验得 出平衡数据。实验得出的平衡数据也是计算的 基础。
2. 相对挥发度(relative volatility)
溶液中两组分挥发度之比称相对挥发度,。通 常用易挥发组分挥发度作分子。
vA pA / x A vB pB / x B
第六章蒸馏专题知识讲座
2023/12/29
体系为负偏差
体系为正偏差
5
6—5 挥发度及相对挥发度 一、挥发度
衡量组分挥发能力旳物理量常用挥发度表达。在一定条件下纯 组分旳挥发度由该组分在给定条件旳蒸汽压表达。混合溶液中 一组分旳蒸汽压受另一组分旳影响，所以比纯组分低，故其挥 发度用它在气相中旳旳分压与其液相中摩尔分数旳比表达。
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三、 合适回流比
以取得精馏总成本最低旳回流比为 最优回流比。总成本为投资费用和操作 费用之和。
操作费用和投资费用之和最小旳回 流比为最合适旳回流比 。 这一回流比 R一般选最小回流比倍数经验范围：大 多数文件提议 R=（1.1～1.2）Rmin
6—14 理论板数旳简捷计算
液两相通道。塔板具
有多种不同型式，分
别称之为不同旳板式
塔，在生产中得到广
泛旳应用。
(a)
(b)
混合物旳气、液两相在塔内逆向流动，气相从下至上流动， 液相依托重力自上向下流动，在塔板上接触进行传质。两相 在塔内各板逐层接触中，使两相旳构成发生阶跃式旳变化， 故称板式塔为逐层接触设备。
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同上，交替使用相平衡及物料平衡关系，逐层计算提馏段旳 构成份布，当计算旳液相构成x略低于或等于 时，即可结束计 算。计算中采用平衡关系旳次数即塔满足分离要求所需旳理论板 数N。因为再沸器存在部分气化，具有分离能力，相当一块理论 板。
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二、图解法
（1）在直角坐标中绘出体 系相平衡曲线x～y，同步连 对角线
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6--2 温度-构成图(t-x-y图)
由t-x-y数据，在温度-构成坐标中绘制t-x-y图，或气、液 平衡相图。如图所示 。
第六章 蒸馏(自化工原理)
汽液相平衡，是指溶液与其上方蒸汽达到平衡 汽液相平衡，是指溶液与其上方蒸汽达到平衡时 平衡时 气液两相间各组分组成的关系。 气液两相间各组分组成的关系。 理想溶液的汽液相平衡服从拉乌尔 拉乌尔(Raoult)定律 定律。 理想溶液的汽液相平衡服从拉乌尔(Raoult)定律。 因此对含有A 组分的理想溶液可以得出： 因此对含有A、B组分的理想溶液可以得出： PA=PAoxA 1a） （6-1a） PB=PBoxB= PBo（1-xA） 1b） （6-1b）
6.2 双组分溶液的气液相平衡
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6.2.1 理想溶液的气液相平衡 6.2.2 温度组成图(t-y-x图) 温度组成图(t6 . 2 . 3 y -x 图 6.2.4 挥发度与相对挥发度 6.2.5 非理想溶液的汽液相平衡 本节小结
6.2.1 理想溶液的气液相平衡（1）
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☺ ☺ ☺ ☺
t → x( y ) x− y
本节小结（2）
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☺ห้องสมุดไป่ตู้
☺
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2）在一定外压下，纯组分的饱和蒸汽压与外压 在一定外压下， 相等时，液体开始沸腾，其对应的温度称为沸点， 相等时，液体开始沸腾，其对应的温度称为沸点， 可见，外压一定时，纯组分的沸点为一定值。 可见，外压一定时，纯组分的沸点为一定值。 在一定外压下，液体混合物的沸腾温度称为泡点， 在一定外压下，液体混合物的沸腾温度称为泡点， 泡点与混合物的组成有关。 泡点与混合物的组成有关。 (t- y)图上可见 图上可见， 在(t-x-y)图上可见，表示不同组成液体混合物的 泡点温度（ x=0到x=1.0）为泡点曲线。 泡点温度（从x=0到x=1.0）为泡点曲线。 在该曲线上，对应x=0(即 =0， =1.0)的温度为 在该曲线上，对应x=0(即xA=0，xB=1.0)的温度为 B组分的沸点；对应x=1.0(即xA=1.0，xB=0) 的温 组分的沸点；对应x=1.0(即 =1.0， 度曲线为A组分的沸点。 度曲线为A组分的沸点。
化工原理 第六章 蒸馏
相同时进行多次部分冷凝和部分汽
化。 精馏条件：塔顶的液体回流和塔 釜的产生的蒸汽回流。
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t P=定值 t1
t P=定值 t1 t2 t3 1 2 3
xW x1
xF
y1
yF
x(y)
x1
x2 xF x3 y1
y2 y3 x(y)
图6-10 一次部分气化的图
图6-11 多次部分气化和冷凝的示意图
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V HF 加料板F L’ hF V’ H F+1
L' L q F
L L q F
'
F L V ' V L'
V ' V (q 1)F
41
V F L V F L V (1-q)F F qF L L’ 汽液混合进料
V ＝V (1 q)F
V’
V’
L’ 冷液进料
p p xA p
0 A 0 B
0 A
0 B
0 B
0 P pB xA 0 0 p A pB
xB 1 x A
——泡点方程
若平衡的气相为理想气体，可用道尔顿分压定律：
0 pA pA yA x P P
yB 1 y A
——汽液两相平衡组成间的关系
0 0 0 pA pA p pB f A (t ) p f B (t ) —露点方程 yA xA 0 0 p p pA pB p f A (t ) f B (t )
3
传质过程或分离操作：物质在相间的转移过程。
蒸馏：将液体混合物部分气化，利用各组分的挥发 度不同的性质以实现分离目的的操作。
易挥发组分（轻组份）：沸点低的组分 难挥发组分（重组份）：沸点高的组分
【化工原理复习笔记】第六章 蒸馏
蒸馏⏹双组分溶液的气液相平衡拉乌尔定律由溶剂与溶质组成的稀溶液，在一定温度下汽液两相达到平衡时p A=p A o x Ap A：溶剂在汽相中的蒸气分压，kPap A∗：同温度下纯溶剂A的饱和蒸气压，kPax A：溶剂A在液相中的组成（摩尔分数）对于组分Bp B=p B∗x B=p B∗(1−x A)理想溶液的t−y−x关系式➢温度(泡点) — 液相组成关系式x=p−p B∗p A∗−p B∗x：液相中易挥发组分的摩尔分数p：总压，kPap A∗、p B∗：溶液温度t时，纯组分A、B的饱和蒸气压，kPa ➢恒压下t−y−x关系式y=p A∗x p若已知汽液相平衡温度t下的液相组成x，用上式就可求出与x平衡的汽相组成y ➢温度(露点) — 汽相组成关系式将上面两式合并y=p A∗p×p−p B∗p A∗−p B∗双组分理想溶液的汽液两相达到平衡时，总压p、温度t、汽相组成y及液相组成x的4个变量中，只要决定了两个变量的数值，其他两个变量的数值就被决定了。
相对挥发度与理想溶液的y−x关系式挥发度v挥发度是用来表示物质挥发能力大小的物理量，前面已提到纯组分液体的饱和蒸气压能反映其挥发能力。
理想溶液中各组分的挥发能力因不受其他组分存在的影响，仍可用各组分纯态时的饱和蒸气压表示，即挥发度v等于饱和蒸气压p∘v A=p A ov B=p B o相对挥发度α溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度αa=v Av B=p A op B o对于理想溶液，在操作温度范围内，取最低温度的α值与最高温度的α值之几何平均值理想溶液的汽液相平衡方程式非理想溶液汽液相平衡非理想溶液中各组分的蒸气分压不服从拉乌尔定律，他们对拉乌尔定律发生的偏差有正偏差与负偏差两大类。
实际溶液中，正偏差的溶液比负偏差者多蒸馏与精馏原理简单蒸馏与平衡蒸馏简单蒸馏：只适用于混合液中各组分的挥发度相差较大，而分离要求不高的情况，或者作为初步加工，粗略分离多组分混合液平衡蒸馏：为稳定连续过程，生产能力大。
第六章 蒸馏
第六章蒸馏第一节概述一、蒸馏分离依据---利用液体混合物中各组分具有不同的挥发度而进行分离的操作；----即利用在相同温度下各组分的蒸汽压不同。
易挥发组分（轻组分）A难挥发组分（重组分）B例如：酒精（A）与水（B）溶液，沸腾部分汽化，y A>x A同理，蒸汽部分冷凝，x B>y B∴蒸馏----使液体混合物部分汽化，利用其挥发度差异实现初步分离的一种传质操作精馏---利用多次部分汽化，多次部分冷凝，使汽相得到较纯的轻组分，液相得到较纯的重组分的操作二、蒸馏操作分类简单蒸馏（微分蒸馏）与平衡蒸馏（闪蒸）常压蒸馏、加压蒸馏与减压蒸馏连续蒸馏与间歇蒸馏普通蒸馏与特殊蒸馏三、蒸馏分离推动力与分离极限蒸馏是汽液两相间的传质过程蒸馏分离推动力——两相浓度偏离平衡的程度蒸馏分离极限——汽液两相达到相平衡（动态平衡）第二节 双组分溶液的汽液相平衡一、相组成表示法1．质量分率 iAA G G a ∑=该相的总质量一相中某组分质量可见：a <1， a A +a B …+ a N =1 2．摩尔分率 x A ，x B ， y A ，y B 3．两者关系 )/(/)/(/i i AA i i A A i A A M a M a M G M G n n x ∑=∑=∑=对两元溶液：B B A A AA A M a M a M a x ///+=BB A A AA A M x M x M x a +=二、溶液的蒸汽压与Raoult 定律1．蒸汽压：汽液相平衡是一种动态平衡纯溶液----在达到汽液动态平衡时，逸出的A 分子数=回到液相的A 分子数，此时汽相中A 的压强=该温度下A 的饱和蒸汽压0A P混合液（A 、B 互溶）----在达到平衡时，由于A 、B 分子间相互作用，使B p <0B P ， p A <0A P溶液存在三种分子间的作用力：AA f ，BB f ，AB f （1） 理想溶液：AB BB AA f f f ==显示无容积效应，无热效应如：苯-甲苯，甲醇-乙醇，烃类同系物溶液 （2）非理想溶液（实际溶液）；AB BB AA f f f ≠≠2．Roult 定律：实验证明，在一定温度下，理想溶液的汽相中，任一组分的分压等于：A A A P x p =， 00)1(B A B B B P x P x p -==00000)()1(B B A A B A A A B A P P P x P x P x p p P +-=-+=+=00BA B A P P P P x --=∴ 非理想溶液不符合Roult 定律，汽液平衡关系主要靠实验数据。
化工原理-6章蒸馏
y x 1 ( 1)x
——相平衡方程
当 α为已知时，可用相对挥发度表示了气液相平衡关系。
当 1 当 1
y=x, 即相平衡时气相的组成与液相的组成相同， 不能用蒸馏方法分离。
则y>x,α愈大，y比x大的愈多，组分A和B愈易分离。
三、双组分理想溶液的气液平衡相图
双组分理想溶液的汽液平衡关系用相图表示比较直观、 清晰，而且影响蒸馏的因素可在相图上直接反映出来。蒸馏 中常用的相图为恒压下的温度-组成（ t-x-y ）图和气相-液 相组成（ x-y ）图。
当生产任务要求将一定数量和组成的原料分离成指定组成 的产品时，精馏塔计算的内容有：出液和塔釜残液的流量、塔 板数、进料口位置、塔高、塔径等。
6.4.1 全塔物料衡算
1．全塔物料衡算
单位时间为基准
总物料衡算： qn,F=qn,D+qn,W 易挥发组分物料衡算：
qn,FxF=qn,DxD+qn,WxW qn,F、qn,D、qn,W——流量，kmol/h
二、蒸馏的分类
1、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏。 2、按操作压力：常压；减压；加压。 3、按原料液组分数：双组分蒸馏和多组分蒸馏 4、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。
三、蒸馏操作的特点
优点：* 适用面广，液体混合物和气体混合物均可 * 操作流程较简单，无需其他外加介质
缺点：* 能耗大
一、利用饱和蒸气压计算气液平衡关系
法国物理学家拉乌尔在1887年研究含有非挥发性溶质的 稀溶液的行为时发现的，可表述为：“在某一温度下，稀溶 液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数”。
PA PA0 xA ——拉乌尔定律
pA0——纯组分A在溶液温度下的饱和蒸气压，Pa； xA——溶液中组分A的摩尔分数；
石油炼制工程第6章-石油蒸馏过程详解
1、常压蒸馏曲线的相互换算
查平衡汽化曲线各段温差
曲线线段 恩氏蒸 平衡汽 馏温差 化温差
0%~10% 13.8
5
10%~30% 18
11
30%~50% 7.6
3.8
50%~70% 9.9
4.5
70%~90% 14.5
6.2
90%~100% 11.4
3.2
1、常压蒸馏曲线的相互换算
推算平衡汽化曲线各点温度
操作，严重时会引起塔超压或出现冲塔事故。
6.1 原油预处理
➢ 含水、含盐的危害
（3）腐蚀设备
FM e2 g H 2 S2 C H 2 OFl eM ( HSO 2 g) 2 H 2 HCl
FeH SCF leC HSl C2 a 2 H 2 C O C l( O a ) 2 H 2 HCl 2 22
石油炼制工程
主讲教师：刘英杰 石油化工学院
1
第六章 石油蒸馏过程
➢ 原油预处理 ➢ 石油体系的表征及其馏分的气-液平衡 ➢ 原油蒸馏塔的操作特征 ➢ 常减压蒸馏塔的流程 ➢ 原油精馏塔工艺计算 ➢ 其他石油蒸馏塔
6.1 原油预处理 ➢ 必要性：原油中含有杂质
少量泥沙、铁锈等固体杂质。
含水（油田伴生水、开采过程中注水）
平衡汽化 > 实沸点蒸馏 > 恩氏蒸馏 经验方法——注意适用性！
1、常压蒸馏曲线的相互换算
当恩氏蒸馏温度超过246 oC，换算时需考虑热裂化影响
lg D 0 .0 0 8 5 2 t 1 .6 9 1
1、常压蒸馏曲线的相互换算
（1）恩氏蒸馏曲线和实沸点蒸馏曲线的换算
API 1987法
不需温度修正
馏出%V 0
化工原理6蒸馏
化工原理6蒸馏1. 简介蒸馏是一种常用的分离技术，特别适用于液体混合物的分离。
在化工工业中，蒸馏被广泛应用于石油炼制、化学品生产、药品制造等领域。
本文将介绍蒸馏的原理、工艺和常见设备。
2. 蒸馏的原理蒸馏的原理基于不同物质的沸点不同。
蒸馏过程中，液体混合物被加热至其中物质的沸点，使其蒸发，并在蒸馏塔内上升。
然后，蒸汽与冷凝器中的冷却介质接触，将蒸汽重新变为液体，实现分离。
较挥发性的物质将优先蒸发，而较不挥发性的物质较晚蒸发。
3. 蒸馏的工艺蒸馏的工艺包括以下几个步骤：3.1 加热液体混合物首先，将液体混合物加热至其中物质的沸点。
加热可以使用多种方式，如蒸汽加热、火焰加热或电加热。
3.2 蒸发当液体混合物被加热至其中物质的沸点时，液体开始蒸发，生成蒸汽。
蒸汽随后在蒸馏塔内上升。
3.3 冷凝蒸汽在蒸馏塔顶部进入冷凝器，与冷凝介质接触，冷凝成液体。
冷凝过程中，将产生副产物和所需产品。
3.4 分离通过不同组分的沸点差异，液体混合物在冷凝过程中实现分离。
较挥发性的物质先冷凝，较不挥发性的物质则较晚冷凝。
3.5 收集产品经过分离后，所需产品被收集。
副产物通常会单独收集和处理。
4. 蒸馏设备蒸馏设备是实现蒸馏过程的关键。
常见的蒸馏设备包括以下几种：4.1 蒸馏塔蒸馏塔是蒸馏过程中最重要的设备之一。
它通常由一个筒体和多个板或填料组成。
液体混合物从塔底部进入，通过逐个板或填料的交替进行蒸发和冷凝。
这种连续的蒸发和冷凝过程最终实现了分离。
4.2 冷凝器冷凝器用于将蒸汽冷凝为液体。
它通常由管道和冷却介质组成，如水或空气。
冷凝器可以采用不同的结构，如冷却管、换热器或冷凝室。
4.3 加热器加热器用于加热液体混合物，将其加热至其中物质的沸点。
加热器可以采用不同的形式，如蒸汽加热器、电加热器或火焰加热器。
4.4 分离精馏塔分离精馏塔是一种特殊的蒸馏设备，用于实现高效的分离。
它通常由多个塔板或填料层组成，可以通过不同的蒸馏段和冷凝器段实现精馏。
第六章 蒸馏 (1)
第六章 蒸馏1、在一连续精馏塔中分离苯含量为0.5（摩尔分数，下同）苯—甲苯混合液，其流量为100 kmol/h ，已知馏出液组成为0.95，釜液组成为0.05，试求（1）馏出液的流量和苯的收率；（2）保持馏出液组成0.95不变，馏出液最大可能的流量。
解：（1）馏出液的流量和苯的收率F W D W 0.50.0510050kmol h 0.950.05x x D F x x --==⨯=--D F 500.95100%100%95%1000.5Dx Fx η⨯=⨯=⨯=⨯ （2）当η=100%时，获得最大可能流量，即：F max D 1000.5kmol/h 52.63 kmol/h 0.95Fx D x ⨯=== 2、在连续精馏塔中分离A 、B 两组分溶液。
原料液的处理量为100kmol/h ，其组成为0.45（A 的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96％，釜液的组成为0.033。
试求（1）馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为2.65，写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。
解：（1）由全塔物料衡算，可得D F 0.960.961000.4543.2 kmol/h Dx Fx ==⨯⨯=()W 10.961000.45 1.8 kmol/hWx =-⨯⨯=1.80.033W ==54.55 kmol/h 10054.5545.45/D F W kmol h =-=-=9505.045.452.43D ==x （2）精馏段操作线方程1D 1 2.650.95050.7260.260411 3.65 3.65n n R y x x x x R R +=+=+=+++ （3）提馏段的液相负荷L L 2.6545.451100220.4 kmol/h qF RD qF '=+=+=⨯+⨯=3、在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。
进料量为60 kmol/h ，其组成为0.46（易挥发组分的摩尔分数，下同），原料液的泡点为92℃。
第六章 蒸馏
• 6.3.4 进料热状况——q 线方程
提馏段操作线不易确定，但可以通过两条操作 线的交点（轨迹）来确定（两点一线） 精馏段操作线：V yn+1=L xn+
D
xD…………………………A 提馏段操作线： L’ xn =V’ ym+1+ W xw……………………B
则交点轨迹：（V’－V）y＝（L’－L）x－（DxD＋ WxW）… C y L' L x F x 由全塔物料衡算： F xF=D xD+W xw ，（C）式为 28
21
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
应用见P263例7－1
原料液
馏出液 L
D , xD , ID
F , xF , IF
L’
V’ 釜残液 W , xW ,22W I
6.3 双组分连续精馏塔的计算
• 6.3.2 恒摩尔流的假设
5
6.1 双组分溶液的气液相平衡 6.1.1 溶液的蒸汽压与拉乌尔定律
条件：双组分理想溶液
pA p xA
0 A
p B p xB p (1 x A )
0 B 0 B
双组分理想溶液的气液相平衡关系式：
P p xA 0 pA p
P： 系 统 的 总 压 强
0 B 0 B
p yA xA P
饱和液体 气液混合 物 饱和蒸汽
IF<IL
IF=IL
q>1
q=1
+
无穷大
IL<IF<IV
IF=IV
化工原理 第六章 蒸馏(传质过程)
t
121.9℃
X=0.383
负偏差
x y
x y
y
y
x
x
19
挥发度与相对挥发度
挥发度：表示某种溶液易挥发的程度。 若为纯组分液体时，通常用其当时温度下饱和蒸 气压PA°来表示。 若为混合溶液时，各组分的挥发度，则用它在一 定温度下蒸气中的分压和与之平衡的液相中该组 分的 摩尔分数之比来表示， vA = pA / xA vB = pB / xB
演示
37
xn
xn 1 yn 1 yn
第四节 双组分连续精馏计算
38
物料衡算
F—原料(液)摩尔流量，kmol/h； D—馏出液摩尔流量，kmol/h； W—釜残液摩尔流量，kmol/h； 总物料衡算 易挥发组分的物料衡算
D xD F xF
F D W
D F ( xF xW ) xD xW
xn 1
n 1
yn xn yn 1
n
n 1
T-x(y) 图
t 假设蒸汽和液体充分接触，并在离 n 1 开第 n 层板时达到相平衡，则 yn 与 xn t n t n 1 平衡，且yn>yn+1，xn<xn-1。
这说明塔板主要起到了传质作用， 使蒸汽中易挥发组分的浓度增加， 同时也使液体中易挥发组分的浓度 减少。
t5 t4 t3 t2 t1
E D
C
B A
x（y）
温度-组成图（ t-x-y 图）
12
上述的两条曲线将tx-y图分成三个区域。
液相线以下的区域 代表未沸腾的液体, 称为液相区 气相线上方的区域 代表过热蒸气,称为 过热蒸气区； 二曲线包围的区域 表示气液同时存在, 称为气液共存区。
第六章石油蒸馏过程
21
3、平衡气化曲线
• 在实验室平衡气化设备中，将油品加热气 化，使气液两相在恒定的压力和温度下接 触一段足够长的时间后迅即分离，即可测 得油品在该条件下的平衡气化分率 • 在恒压下选择几个合适的温度（一般至少 要五个）进行试验，就可以得到恒压下平 衡气化率与温度的关系 • 根据平衡气化曲线，可以确定油品在不同 气化率时的温度、泡点温度、露点温度等
轻重燃料润滑油馏分?减压系统的流程比燃料型的复杂减压一般设45个侧线且每个侧线均设汽提塔?减压炉管内的最高油温不超过39529二气化段数?在原油蒸馏流程中原油经历的加热气化次数称为气化段数?气化段数和流程中的精馏塔数是直接相关的1一段气化一段气化?只有一个常压蒸馏只有一个常压蒸馏302两段气化?常减压蒸馏就是两段气化流程中有常压塔和减压塔原油常减压蒸馏原理流程原油常减压蒸馏原理流程313三段气化?在此流程中在常压塔前再设置一个初馏塔三段气化常减压蒸馏工艺流程三段气化常减压蒸馏工艺流程323三段气化?采用初馏塔的依据主要与原油性质有关轻馏分含量多脱水脱盐效果差原油硫含量高增加蒸馏操作的灵活性?问题流程复杂投资增加常压炉的温度需要提高33第四节精馏塔的工艺特征?精馏的基本原理不仅适用于二元或多元系精馏过程而且也同样适用于石油精馏过程但石油精馏有其明显的特点?石油是烃类和非烃类的复杂混合物石油精馏是典型的复杂系精馏石油精馏对分馏精确度的要求一般不如化工产品的精馏要求高?炼油工业是大规模生产的工业其大的处理量会反映到石油精馏在工艺设备成本安全等方面的要求34一常压精馏塔的工艺特征?1复合塔原油通过常压蒸馏要切割成汽油煤油轻柴油重柴油和常压重油等四五种产品按照一般的多元精馏办法需要有n1个精馏塔才能把原料分割成n个产品石油精馏中各种产品本身也还是一种复杂混合物它们之间的分离精确度并不要求很高两种产品之间需要的塔板数并不多351复合塔为了节省投资降低能耗和占地面积通常把几个塔合成一个塔复合塔复合塔的分离精度不是很高原油原油重油重油常压整理排列方案常压整理排列方案362汽提塔和汽提段?在复合塔内在汽油煤油柴油等产品之间只有精馏段而没有提馏段侧线产品中必然会含有相当数量的轻馏分不仅影响侧线产品的质量而且降低了较轻馏分的收率?为此在常压塔的外侧为侧线产品设汽提塔在汽提塔底部吹入少量过热水蒸汽以降低侧线产品的油气分压使混入产品中的较轻馏分气化而返回常压塔?侧线汽提用的过热水蒸汽量通常为例线产品的23372汽提塔和汽提段?常压塔进料气化段中未气化的油料流向塔底这部分油料中还含有相当多的350的轻馏分?在进料段以下也要有汽提段在塔底吹入过热水蒸汽以使其中的轻馏分气化后返回精馏段以达到提高常压塔拔出率和减轻减压塔负荷的目的?塔底吹入的过热水蒸汽的质量分数一般为24?常压塔不是一个完全精馏塔它不具备真正的提馏段383全塔热平衡?由于常压塔塔
第六章酒精蒸馏原理及设备
2
图2—6—3 乙醇—水的气—液平衡y-x图
图中曲线表示在一定外压下乙醇蒸汽的 组成y和与之相平衡的液相组成x之间的 关系(均为摩尔分数)。 图中平衡曲线与对角线相交于M点，此 点即恒沸点。在此点，y＝x，即蒸汽中 的酒精含量和与之相平衡的液相中的酒 精含量相等(y＝x=0.894)。
二、相对挥发度和相平衡方程
当酒精—水溶液的浓度为x＝0．894(摩尔 ％)或酒精含量为95.57％(质量分数)或97.3 ％(体积分数)时（即M点），它将在一恒 定的温度下沸腾，此时所产生的蒸汽中酒 精含量与原液相同，即y=x=0.894。 M点称为恒沸点，温度是78.15℃。这个 沸点较纯酒精的沸点78.3℃，水的沸点 100℃都低。故称之为最低恒沸点。 具有恒沸点的酒精—水溶液不可能用普通 的常压蒸馏方法得到无水酒精。
四、酒精精馏原理
发酵成熟醪经蒸馏后所获得的粗酒精，杂 质较多。为了除去粗酒精中的杂质，进一 步提高酒精含量，利用气液两相的互相接 触、反复进行部分汽化和部分冷凝，使粗 酒精分离成高浓度的纯净酒精。这一过程 的实质是利用传质和传热原理，是使其多 次汽化和多次冷凝的简单蒸馏过程的集合 A / xA p B / xB =
,
yA xB xA yB
y/x
（1 - y）/ （1 – x）
表2—6—1列出了酒精—水溶液的相对挥 发度的部分数据。 从此表可以看出： ⑴酒精—水溶液的相对挥发度α>1，表示 酒精较水容易挥发。 ⑵在酒精浓度较低时，α值较大，即表示容 易分离； ⑶当酒精浓度· 较高时，α值变小，则较难 分离。
第六章
酒精蒸馏原理及设备
蒸馏分离提纯操作，主要是指将某些 液相和液相的混合物分离开，或将其 某组分再进行提纯的化工单元操作。 生物工程中采用蒸馏方法提取或提纯 的主要有白酒、酒精、甘油、丙酮、 丁醇等工业产品，以及某些萃取过程 中的溶剂回收。 本章主要讨论酒精的蒸馏和提纯。
化工原理(第四版)习题解第六章蒸馏
第六章 蒸 馏相平衡【6-1】苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据如下。
101.33 38.8 179.19 74.53 根据上表数据绘制总压为101.33kPa 时苯一甲苯溶液的-t y x -图及y x -图。
此溶液服从拉乌尔定律。
解 计算式为,0000B AA Bp p p x y x p p p -==- 计算结果见下表苯-甲苯溶液的t x y --计算数据苯-甲苯溶液的t y x --图及y x -图，如习题6-1附图1与习题6-1附图2所示。
习题6-1附图1 苯-甲苯t-y-x 图习题6-1附图2 苯-甲苯y-x 图【6-2】在总压.101325kPa 下，正庚烷-正辛烷的汽液平衡数据如下。
温度/℃ 液相中正庚烷的摩尔分数()x汽相中正庚烷的摩尔分数()y温度/℃ 液相中正庚烷的摩尔分数()x 汽相中正庚烷的摩尔分数()y 98.4 105 1101.0 0.656 0.4871.0 0.81 0.673115 120 125.60.311 0.157 00.491 0.280 0试求：(1)在总压.101325kPa 下，溶液中正庚烷为0.35（摩尔分数）时的泡点及平衡汽相的瞬间组成；(2)在总压.101325kPa 下，组成.035x =的溶液，加热到117℃，处于什么状态？溶液加热到什么温度，全部汽化为饱和蒸气？解 用汽液相平衡数据绘制t y x --图。
(1) 从t y x --图上可知，.035x =时的泡点为113.8℃，平衡汽相的瞬间组成.053y =。
(2) .035x =的溶液，加热到117℃时为气液混合物，液相组成.024x =，汽相组成.040y =。
.035x =的溶液加热到118℃时，全部汽化为饱和蒸气。
习题6-2附图 正庚烷-正辛烷t-y-x 图【6-3】 甲醇(A)-丙醇(B)物系的汽液平衡服从拉乌尔定律。
(1) 试求温度80℃t =、液相组成.05x =（摩尔分数）时的汽相平衡组成与总压。
蒸馏
一、简单蒸馏与平衡蒸馏 1、简单蒸馏 2、平衡蒸馏（闪蒸）
特点：简单蒸馏和平衡蒸馏——
一次部分汽化
二、精馏原理
精馏——多次部分汽化与多次部分冷凝
一次汽化与一
次冷凝的t-y-x图
y3
y 2
B
x x2 x1 3
tF
2 x3 x
y3
A
x1 x2
对角线
y=x 为辅助曲线
y-x曲线上各点具有不同
的温度；
平衡线离对角线越远，挥 发性差异越大，物系越易分 离。 0 即：在一定压力下，给出一个物质A在液相 pA yA x A 浓度x,其在饱和状态时（温度），则A在汽 p总 相中的浓度y?
上次课内容
蒸馏的概念：蒸馏、精馏、轻（重）组分，简 单蒸馏、平衡蒸馏，二组分蒸馏，常压蒸馏等 纯组分的饱和蒸汽压 （平衡时） 理想液体液体混合物平衡时上方蒸汽压（拉乌 尔定律） pA=pA0·A x t-y-x图（两条线，三个区域） 温度上升及下降时变化 0 0 0 p pB p A p pB t-y-x x xA 0 0 y p A pB 0 0 p p A pB x 汽液平衡关系式 y 1 ( 1) x
两式相减
Vy Lx Dx D
——两操作线的原始方程
(V V ) y ( L L) x ( DxD WxW )
而我们知
DxD WxW FxF
整理后得：
( L L qF )
'
(V ' V (q 1) F )
——q线方程 例7－3p269
上次课内容
y 1 y
化工原理(第四版)习题解 第六章 蒸馏
第六章 蒸 馏相平衡【6-1】苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据如下。
)/B kPa )/B kPa )/B kPa )/B kPa 101.33 113.59 38.8 44.40179.19 199.32 74.53 83.33 根据上表数据绘制总压为101.33kPa 时苯一甲苯溶液的-t y x -图及y x -图。
此溶液服从拉乌尔定律。
解 计算式为 计算结果见下表苯-甲苯溶液的t x y --计算数据苯-甲苯溶液的t y x --图及y x -图，如习题6-1附图1与习题6-1附图2所示。
习题6-1附图1 苯-甲苯t-y-x 图 习题6-1附图2 苯-甲苯y-x 图【6-2】在总压.101325kPa 下，正庚烷-正辛烷的汽液平衡数据如下。
试求：(1)在总压.101325kPa 下，溶液中正庚烷为0.35（摩尔分数）时的泡点及平衡汽相的瞬间组成；(2)在总压.101325kPa 下，组成.035x =的溶液，加热到117℃，处于什么状态？溶液加热到什么温度，全部汽化为饱和蒸气？解 用汽液相平衡数据绘制t y x --图。
(1) 从t y x --图上可知，.035x =时的泡点为113.8℃，平衡汽相的瞬间组成.053y =。
(2) .035x =的溶液，加热到117℃时为气液混合物，液相组成.024x =，汽相组成.040y =。
.035x =的溶液加热到118℃时，全部汽化为饱和蒸气。
习题6-2附图 正庚烷-正辛烷t-y-x 图【6-3】 甲醇(A)-丙醇(B)物系的汽液平衡服从拉乌尔定律。
(1) 试求温度80℃t =、液相组成.05x =（摩尔分数）时的汽相平衡组成与总压。
(2) 试求总压为.10133kPa 、液相组成.04x =（摩尔分数）时的汽液相平衡温度与汽相组成。
(3) 试求液相组成.06x =、汽相组成.084y =时的平衡温度与总压。
组成均为摩尔分数。
用Antoine 方程计算饱和蒸气压(kPa) 甲醇 .lg ..15749971973623886A p t =-+丙醇 .lg .137514674414193B p t =-+式中t 为温度，℃。
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第六章 蒸馏1、在一连续精馏塔中分离苯含量为0.5（摩尔分数，下同）苯—甲苯混合液，其流量为100 kmol/h ，已知馏出液组成为0.95，釜液组成为0.05，试求（1）馏出液的流量和苯的收率；（2）保持馏出液组成0.95不变，馏出液最大可能的流量。
解：（1）馏出液的流量和苯的收率F W D W 0.50.0510050kmol h 0.950.05x x D F x x --==⨯=--D F 500.95100%100%95%1000.5Dx Fx η⨯=⨯=⨯=⨯ （2）当η=100%时，获得最大可能流量，即：F max D 1000.5kmol/h 52.63 kmol/h 0.95Fx D x ⨯=== 2、在连续精馏塔中分离A 、B 两组分溶液。
原料液的处理量为100kmol/h ，其组成为0.45（A 的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96％，釜液的组成为0.033。
试求（1）馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为2.65，写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。
解：（1）由全塔物料衡算，可得D F 0.960.961000.4543.2 kmol/h Dx Fx ==⨯⨯=()W 10.961000.45 1.8 kmol/hWx =-⨯⨯=1.80.033W ==54.55 kmol/h 10054.5545.45/D F W kmol h =-=-=9505.045.452.43D ==x （2）精馏段操作线方程1D 1 2.650.95050.7260.260411 3.65 3.65n n R y x x x x R R +=+=+=+++ （3）提馏段的液相负荷L L 2.6545.451100220.4 kmol/h qF RD qF '=+=+=⨯+⨯=3、在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。
进料量为60 kmol/h ，其组成为0.46（易挥发组分的摩尔分数，下同），原料液的泡点为92℃。
要求馏出液的组成为0.96，釜液组成为0.04，操作回流比为2.8。
试求如下三种进料热状态的q 值和提馏段的气相负荷。
（1）40 ℃冷液进料；（2）饱和液体进料；（3）饱和蒸气进料。
（已知：原料液的汽化热为371 kJ/kg ，比热容为1.82 kJ/kg ·℃） 解：F W D W 0.460.046027.39 kmol/h 0.960.04x x D F x x --==⨯=-- 6027.3932.61 kmol/h W =-=（1）40 ℃冷液进料()()255.1371409282.111F b P =-+=-+=r t t c q ()()()()11 2.8127.391 1.25560119.4kmol/h V R D q F '=+--=+⨯--⨯=（2）饱和液体进料， q = 1()1 3.827.39104.1kmol/h V V R D '==+=⨯=（3）饱和蒸气进料，q = 0104.16044.1kmol/h V V F '=-=-=4、在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。
原料液流量为50 kmol/h ，要求馏出液中易挥发组分的收率为94％。
已知精馏段操作线方程为y = 0.75x +0.238；q 线方程为y = 2-3x 。
试求（1）操作回流比及馏出液组成；（2）进料热状况参数及原料的总组成；（3）两操作线交点的坐标值x q 及y q ；（4）提馏段操作线方程。
解：（1）75.01=+R R 及238.01D =+R x 解得：R = 3，x D = 0.952（2）31q q =--及21F =-qx q = 0.75（气液混合进料），x F = 0.5（3）联立操作线及q 线两方程，即238.075.0+=x y23y x =-解得：x q = 0.4699及y q = 0.5903（4）''1W L V V m m W y x x +'=-''式中：FD 0.94500.524.68kmol/h 0.952Fx D x η⨯⨯=== 5024.6825.32/W F D kmol h =-=-=()()F W 110.94500.50.059225.32Fx x W η--⨯⨯===L 324.680.7550111.54/L qF RD qF kmol h '=+=+=⨯+⨯=''111.5425.3286.22/V L W kmol h =-=-='''1111.5425.320.0592 1.2940.0173986.2286.22m m m y x x +=-⨯=- 5、在板式精馏塔中分离相对挥发度为2的两组分溶液，泡点进料。
馏出液组成为0.95（易挥发组分的摩尔分数，下同），釜残液组成为0.05，原料液组成为0.6。
已测得从塔釜上升的蒸气量为93 kmol/h ，从塔顶回流的液体量为58.5 kmol/h ，泡点回流。
试求（1）原料液的处理量；（2）操作回流比为最小回流比的倍数。
解：（1）对于泡点进料，q = 1()V V 193kmol/h R D '==+=9358.534.5/D V L kmol h =-=-=W F D =-则：()0.60.9534.534.50.05F F =⨯+-⨯解得：56.45/F kmol h =（2）'(1)V V R D ==+93(134.5R =+⨯）R = 1.70对于泡点进料：0.6q F x x ==20.60.751(1)1(21)0.6q q q x y x αα⨯===+-+-⨯ min min 0.950.750.571410.950.6D q D q x y R R x x --===+-- min 1.333R =275.1333.17.1min ==R R 6、在常压连续精馏塔内分离苯—氯苯混合物。
已知进料量为85 kmol/h ，组成为0.45（易挥发组分的摩尔分数，下同），泡点进料。
塔顶馏出液的组成为0.99，塔底釜残液组成为0.02。
操作回流比为3.5。
塔顶采用全凝器，泡点回流。
苯、氯苯的汽化热分别为30.65 kJ/mol 和36.52 kJ/mol 。
水的比热容为4.187 kJ/ (kg ·℃)。
若冷却水通过全凝器温度升高15 ℃，加热蒸汽绝对压力为500 kPa （饱和温度为151.7 ℃，汽化热为2 113 kJ/kg ）。
试求冷却水和加热蒸汽的流量。
忽略组分汽化热随温度的变化。
解：F W D W 0.450.028537.94kmol/h 0.990.02x x D F x x --==⨯=-- ()'1 4.537.94170.7 kmol/h V V R D ==+=⨯=（1）冷却水流量，塔顶可按纯苯计算3170.730.6510 5.232kJ/hC Q Vr ==⨯⨯=苯 64pc 21 5.232108.3310kg/h () 4.18715Q W c t t ⨯===⨯-⨯冷却水 （2）加热蒸汽流量，釜液可按纯氯苯计算3B B '170.736.5210 6.234kJ/h Q V r ==⨯⨯=6B B 6.234102950/2113Q W kg h r ⨯===蒸汽 7、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100 kmol/h ，进料热状态参数q =1，馏出液流量为60 kmol/h ，釜残液组成为0.01（易挥发组分的摩尔分数），试求（1）操作线方程；（2）由塔内最下一层理论板下降的液相组成x ′m 。
解：（1）该塔仅有提馏段。
即原料由塔顶加入，提馏塔的塔顶一般没有液相回流。
''1W L V V m m W y x x +'=-''式中：L 100/qF kmol h '==；'60/V D kmol h ==；1006040/W F D kmol h =-=-= 则：'''1100400.01 1.6670.00676060m m m y x x +=-⨯=- （2）再沸器相当于一层理论板，故再沸器上升的气相组成W W W 20.010.01981(1)10.01x y x αα⨯===+-+ x ′m 与y W 符合操作关系，则W m 0.00670.01980.00670.01591.667 1.667y x ++'=== 8、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（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气加料。
已知精馏段操作线方程为10.750.20n n y x +=+，试求（1）操作回流比与最小回流比的比值；（2）若塔顶第一板下降的液相组成为0.7，该板的气相默弗里效率。
解：（1）75.01=+R R解得：3=R 0.201D x R =+ 解得：0.8D x =对饱和蒸气进料，q = 0，y q = 0.352.50.351(1)1 1.5q q q q q x x y x x αα===+-+解得：0.1772q x = min min 0.80.3510.80.1772D q D q x y R R x x --==+--解得：min 2.604R = 则：152.1604.23min ==R R （2）第一板的气相默弗里效率8.0D 1==x y725.020.07.075.020.075.012=+⨯=+=x y8537.07.05.117.05.2)1(111*1=⨯+⨯=-+=x x y αα12MV *120.80.72558.3%0.85370.725y y E y y --===-- 9、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，原料液流量为100 kmol/h ，组成为0.5（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气进料。
馏出液组成为0.95，釜残液组成为0.05。
物系的平均相对挥发度为2.0。
塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。
塔釜的汽化量为最小汽化量的1.6倍，试求（1）塔釜汽化量；（2）从塔顶往下数第二层理论板下降的液相组成。
解：最小汽化量即最小回流比时的汽化量：'min min (1)V V q F =--min min (1)V R D =+（1）饱和蒸汽进料q = 0，0.5q y =20.51(1)1q q q q qx x y x x αα===+-+ 解得：10.3333q x == min min 0.950.510.950.333D q D q x y R R x x --==+-- 解得：min 2.694R = F W D W 0.50.0510050kmol/h 0.950.05x x D F x x --==⨯=-- min min (1)(2.6941)50185/V R D kmol h =+=+⨯='min min (1)185(10)10085 kmol/h V V q F =--=--⨯='min ' 1.6 1.685136 kmol/h V V ==⨯='min V 也可由提馏段操作线的最大斜率求得，即：'q W min 'min q Wy x L V x x -=- （2）'(1)(1)(1)(1)50100136V V q F R D q F R =--=+--=+⨯-=解得:72.3=RD 1 3.720.950.7880.201311 4.72 4.72n n n x R y x x x R R +=+=+=+++ 第一块板：塔顶全凝器:：95.0D 1==x y1110.951(1)x y x αα==+- 10.9048x =第二块板：210.7880.20130.7880.90480.20130.9143y x =+=⨯+=2220.91431(1)x y x αα==+-20.8421x = 10、某制药厂拟设计一板式精馏塔回收丙酮含量为0.75（摩尔分数，下同）水溶液中的丙酮。