化工原理下1-2平衡蒸馏.

——操作性方程
平衡蒸馏中，q为恒定值，在x-y图上为过 点（xF.xF），斜率为q/(q-1)的直线。
x y 1 ( 1) x
——相平衡方程
给定压力与汽化率，可用图解法方便地确定闪 蒸后的两相组成。
图解过程：
1.3.2 简单蒸馏
（1）流程
(2) 特点 ① 间歇操作过程是一动态过程； ② 易挥发组分更多地传递到气相中去，釜液温度 不断升高； ③ 产品与釜液组成随时间而改变(降低）； ④ 瞬时蒸气与釜中液体处于平衡状态。 适用于： 1. 沸点差较大的混合液； 2. 分离要求不高的粗加 工过程。
F xF
T
D y
te P
tF Q
相对挥发度很大。
W x
（2）平衡蒸馏原理
(3) 特点 ① 连续操作； ② 组成和温度恒定不变； ③ 气、液两相平衡 。
温度和压力对平衡蒸馏的影响
(4) 平衡蒸馏的计算
D
F
物料衡算： F D W
FxF Dy Wx
T Q
y te P
W
y ( FxF Wx ) / D [ FxF ( F D) x] / D F F (1 ) x xF D D 令D / F e（汽化率）
2’ 1’
1
F,xF
2
3
xW W,xW
xF
yD
多次部分汽化和冷凝联合操作——精馏塔
D,yD
F,xF
W,xW
塔设备——板式塔、填料塔
塔板上的传质与传热
第n块板的情况 进入物流（准备接触的两相） • 下一层板（n+1）上升蒸气： Vn+1，yn+1， tn+1 • 上一层板（n-1）下降的液体： Ln-1,xn-1 ，tn-1
tn+1>tn-1：传热 xn-1 >x*n+1（与yn+1呈相平 衡）：传质
塔板上的传质与传热
第n块板的情况 离开物流

第n板上升蒸气：Vn， yn，tn 第n板下降液体： Ln，,xn ，tn

传质结果

Xn< xn-1 ， yn >yn+1 使重组分进入液相，浓度增高 使轻组分进入气相，浓度增加
D L1 L2 DxD L1 x1 L2 x2
L1 x1 L2 x2 xD D
1.4 精馏原理
3’
D,yD
t
2’ 1’ 1 2
3
F,xF
xW
xF
ห้องสมุดไป่ตู้
yD
W,xW
多次部分汽化和部分冷凝可分别得 到较纯的轻重组分 重复单级操作，流程复杂，能耗大，中间产品 多，产品收率低
D,yD
t 3’
则W / F q（液化率）
q 1 y x xF q 1 q 1
xF
tF
x
——操作性方程
热量衡算：
换热器热交换:
Q Fcp (T t F )
D y F xF
tF
T
te P
节流后进入分离器，物料放 出的显然等于部分汽化所需 潜热
Fcp (T te ) (1 q) Fr
则离开换热器的物料温度:
理论板 通过理论板上的传质，使离开该板的上 升蒸气（Vn，yn）与下降液体（ Ln，,xn ） 呈相平衡
精馏操作必要条件
上升蒸气——气相回 流——再沸器 下降液体——液相回 流——冷凝器 精馏操作的基本流程：塔、 再沸器、冷凝器
精馏过程的回流
• 回流包括：
塔顶液相回流、塔底气相回流
忽略dxdL，整理得：
dL dx L yx
dL dx L yx
积分，上限：L=F，x=xF 下限：L=W，x=x2
xF dx F ln x2 y x W
代入相平衡关系
蒸馏产品的平均组成 设L1和L2分别为“1”、“2” 时刻的釜液量，kmol x1和x2分别为“1”、“2” 时刻釜液摩尔浓度 D为蒸馏产品量，kmol
(3) 简单蒸馏的计算 L——釜内液相量； x ——任一时刻液相组成； dL ——d时间内蒸发的釜液量； 经过时间d 后，釜液量为L-dL、组成为x-dx； dD——d时间内移出的蒸汽量，其组成为 y； y与x呈平衡关系。 则：对d时间内做物料衡算
dD dL Lx ( L dL)(x dx) ydD
从塔的温度分布去理解精馏原理
塔内的温度如何分布？ 不同的温度对气、液的组成有什么影响？ 如何才能保持塔内的温度分布？
回顾：蒸馏过程的分类
• 1）按操作流程 间歇蒸馏、连续蒸馏 • 2）按蒸馏方式 简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏 • 3）按操作压强 常压、减压、加压蒸馏 • 4）按混合物中的组分数 双组分精馏、多组分精馏
1.3.1平衡蒸馏（闪蒸） 既可以间歇又可以连续方式进行 （1）流程：
特点： 低温沸腾，放出的 显热作为气化的潜热。 适用于： 粗略分离的物料； 轻组分含量不高。
Q
x W
r T te (1 q) cp
气液相平衡关系
D y F xF
tF
x y 1 ( 1) x
对于二元体系的平衡体系，自 由度为2，当体系的压力P确定 后，只有一个自由度，当体系 温度再确定后，体系组成就确 定了，即：
T
te P
Q
x W
te f ( x)
q 1 y x xF q 1 q 1
• 回流的作用：
提供不平衡的气液两相，提供传 质的必要条件； 通过回流带入热量和“冷量”， 维持塔内的温度分布。
精馏原理的文字描述
从塔顶下降的液相与从塔底上升的气 相，在塔板(或填料)上接触，进行多次部 分气化和部分冷凝的传热传质过程； 热量从气相传到液相，轻组分从液相 传到气相，重组分从气相传到液相； 塔顶气相成为高纯度的轻组分，塔底 的液相成为高纯度的重组分，从而实现了 混合液的分离。