精馏

平
第一板 y1 = xd y1 — x1
y1
1
x1 ( 1)x1
求 x1 qn,F xf
第二板 x1 操精 y2
y2
R R1
x1
xd R1
1 2
x1
y1 qn,L qn,D
y2
xd
3 4 5
x2 x3
y4
x4 y5
6
y2 平 x2
至 xn x f ( x4 x f )
qn,W xw
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最上一板 塔顶（回流液） ② 每一块板需要的汽相 相邻的下一板
最下一板 塔釜 提供不平衡的气液两相
构 成 气液两相传质的必要条件
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即： 塔顶液体回流 塔底上升蒸汽流 是精馏过程连续进行的必要条件 是精馏与普通蒸馏的本质区别
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改用提馏段操作线方程：
提
x4
求
y5
qn,F xf
平 操平
y5 x5 y6 x6
ym xm
至：xm xW
1 2
x1
y1 qn,L qn,D
y2
xd
3 4 5 6
x2 x3 x4 x5
y4 y5 y6
x6 yw
xw
qn,W
xw
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求 xd、R、 xw 。
分析： R 0.8 R1 xd 0.172 R1
R4 xd 0.86
xw yw xw 1.3xw 0.018 0.06
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设计型计算内容：
根据分离要求（xd 、xw），确定 qn,D、qn,w
确定理论塔板数 NT 及进料位置 确定塔径、塔高
（气）
（液）
② 图象— 直线
斜率：
qn/ ,L qn/ ,V
直线过点（xw , xw ）
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例8-3 已知某一连续精馏塔，泡点进料 操作线方程为：精馏段：yn+1 = 0.8xn + 0.172
提馏段：ym+1 = 1.3xm - 0.018
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2. 板上的传热传质
在第n板上相遇的两相：
汽相：yTnn++11 液相：xn-1
Tn-1
平
x* n1
两相互 不平衡
平
y* n1
Tn-1
Tn
xn-1 yn+1
n-1 n
Tn+1 > Tn-1
Tn+1
n+1
xn-1 > xn+1* yn+1 < yn-1*
xn 1 ( 1)xn
xn
yn
( 1) yn
xn
2.47
yn 1.47 yn
精:
5
0.98
yn1 5 1 xn 5 1
0.833xn 0.1633
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提:
ym1
qn/ ,L qn/ ,V
xm
qn,W qn/ ,V
xw
1
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三. 恒摩尔流假设
1.气相
精：qn.V,1= qn.V,2= qn.V,3=qn.V
提：q
/n.V,1=q
/n.V,2=q
/n.V,3=q
/ n.V
2.液相
精：qn.L,1=qn.L,2=qn.L,3=qn.L
提：q
/n.L,1=q
/n.L,2=q
应用2：
① 确定馏出液采出率
qn,D x f xw qn,F xd xw
qn,F x f
② 确定xd,max或 qn,D,max
qn,V qn,D xd qn,L
qn,W xw
qn. D , max
qn,F x f xd
或
xd ,max
qn,F x f qn.D
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思考
某一连续操作的精馏塔分离苯 和甲苯的混合液。已知精馏段操作 线方程为 yn+1 = 0.833xn + 0.1633， AB = 2.47， xf = 0.25(mol%，下同)， x2 = 0.8994， 试分析如何求 y3 和 x3 ？
xn
AB
yn
( AB
1) yn
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思 某一连续操作的精馏塔，已知 qn考,F=100kmol·h-1，当xf = 0.5(mol%，下同)， 要求xd = 0.9，xw= 0.1，若塔顶馏出液为 56kmol·h-1，行吗？为什么？qn,D,max = ?
分析：qn,D x f xw 0.5 qn,F xd xw
qn,D 50kmol h1 < 56kmolh-1
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重组分，放热
发生： 汽
Q
液
结果： 轻组分， 吸热
① 达两相平衡 两两相相温组度成均yn为～平Txnn（理论板）
② yn﹥ yn+1 , xn﹤ xn-1 ③ Tn-1 Tn Tn+1
塔板的作用：
Tn-1 Tn xn-1
xn Tn+1
yn yn+1
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结论：
精馏 利 用
借助
组分挥发度差异 回流技术
同时进行多次 部分汽化和多 次部分冷凝
实 现 混合液高纯度的多级分离操作
主体设备 —— 精馏塔
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思 考
在精馏塔的塔板上汽液两相接触时， 若有n摩尔的蒸汽冷凝，相应有n摩尔的 液体汽化，精馏段各板上升蒸汽量之间有 什么关系？各板下降液相量之间有什么关 系？
qxnn,L n+1
yn1
qn,L qn,V
xn
qn,D qn,V
xd
qn,D xd
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qn,L
yn1
qn,D qn,L
1
xn
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1 qn,L 1 xd
qn,D
qn,D
令： R qn,L —— 回流比 qn,D
yn1
R R1
xn
xd R1
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一. 全塔物料衡算
总：
qn,F qn.D qn.W
qn,F x f
轻：
qn,F x f qn.D xd qn.W xw
qn,V qn,L
qn,D xd
qn,W xw
应用1： 确定产量及组成之间的关系
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qn/ ,L qn,L qn,F
qn/ ,V qn,V qn,L qnD
ym1
qn,L qn,F qn,L qn,D
xm
qn,F qn,D qn,L qn,D
xw
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R qn,F
qn,F 1
qn,D R1
xm
qn,D R1
化工原理
多媒体课件（课堂讲授版）
主讲、制作：严世强
兰州大学化学化工学院
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一. 精馏操作流程
精馏塔 精馏段 精 提馏段 馏
塔顶冷凝器
段
塔釜再沸器 x qn,F f
塔顶冷凝液 馏出液 qn,D 提
回流液 qn,L 馏 塔釜产品 – 釜液 qn,W 段
进料液 – 原料液 qn,F
进料板
qn,V qn,L
qn,D xd
q/ n ,V qn,W xw
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二. 精馏原理 T
1. 多次部分汽化、 多次部分冷凝
o2
x2 x1
y2 y1
o1
b
0
xf x(y)
1.0
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xw
qn,D x f xw 0.25 0.085 0.184 qn,F xd xw 0.98 0.085
qn,F 5.42 qn,D
ym1 1.737 xm 0.0626
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第一板： y1 xd 0.98 0.98
x1 2.47 1.47 0.98 0.952 第二板： y2 0.833x1 0.1633 0.9579
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例8-6 某一连续操作的精馏塔分离 苯和甲苯的混合液。已知xf = 0.25(mol%，下同)，xd = 0.98，xw= 0.085， = 2.47， = 1，R = 5，塔顶为 全凝器。求所需理论塔板数。
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解：
yn
g
b
6
e
1
0 xw x4 x4x3 xf
xd
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阶梯意义： 线: 气相提浓度 yn = yn – yn+1 水平线：液相提浓度 xn = xn-1 – xn xn ( yn ) , 达规定分离要求: 所需理论塔板数 ____
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0.9579 x2 2.47 1.47 0.9579 0.8994
物系相平衡关系 计算依据
操作线方程
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设 塔顶为全凝器，y1 = xd y1
xd
泡点回流
再沸器为饱和蒸汽间接加热 平
yw —— xw
（即：再沸器相当一块理论板） yw xw
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1. 逐板法（顶底）
/n.L,3=q
/ n.L
mol·s-1
不一定
不一定
但 qn.V
q
/ n.V
qn.L
q
/ n.L
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满足恒摩尔流假设的条件： （1）两组分的摩尔汽化潜热相等 （2）汽液接触时，因两相温度不同而交
换的显热可以忽略 （3）塔设备保温良好，热损失可以忽略
精馏段操作线方程
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①
操作线方程的意义： yn1
R R 1 xn
xd R1
精馏段内相邻两块塔板之间：
yn+1(下)
操 ——
xn（上）的关系（操作）
（气）
（液）
② 图象— 直线
斜率： R
R1
截距： xd R1
直线过点（xd, xd,）
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分析：
相邻塔板汽 液组成之间关系
同一塔板汽液 组成之间关系
逐板计算方法：
n-1
xn-1 操 平
yn
n
xn
操 yn+1
平
n+1
xn+1
交替使用相平衡方程与操作线方程
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二. 理论塔板数的计算 逐板法
常用 图解法
qn,D,max ?
qn,D,max
qn,F x f xd
55.56kmol h1
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二. 操作线方程
1. 精馏段
qn,V
qn,L
qn,V qn,L qn,D
q n ,V
yn+1
n
qn,V yn1 qn,L xn qn,D xd
操作线作法：
1
yn+1
M b
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a
d
xd
R 1 c
0 xw
xf xn
xd 1
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2. 提馏段
qn/ ,V qn/ ,L qn,W
qn/ ,V ym1 qn/ ,L xm qn,W xw
ym1
qn/ ,L qn/ ,V
xm
qn,W qn/ ,V
xw
提馏段操作线方程
qn/ ,V
ym+1 m
xm m+1
q qn/ ,L
/
n,V
qn/ ,W xw
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① 方程的意义：
ym1
qn/ ,L qn/ ,V
xm
qn,W qn/ ,V
xw
提馏段内相邻两块塔板之间：
ym+1 （下）—操— xm（上）之间的关系（操作）
n-1 n n+1
提供汽、液传热传质的场所
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全塔传热传质结果：
浓度 分布
温度 分布
顶 轻↗
底 重↘
顶 低
底
H
灵敏板
0
T
塔内温度分布
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3. 回流的作用： ① 每一块板需要的液相 相邻的上一板
2. 图解法 1
NT = 6 (含塔釜)
4
进料板： c 第三块
N精 = 2 xd 5
R1
N提 = 4
6
e
(含塔釜) 0 xw
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21
a
3
d
b
1
xf
xd
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阶梯意义： 1
21
a
3
3
x3
4
x4
5
y4 y4
4
y5
y4 y5
5
f
d
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一. 理论塔板 theoretical stage
特点: 板上两相互成平衡
两相温度相同（Ts — xn)
两相组成xn—平— yn
T
yn
Ts
n
xn
n-1 xn-1 yn
n
xn yn+1 n+1
x(y)
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