2 间歇精馏和反应精馏
第一章作业(乙酸乙酯生产)
1
作业：乙酸乙酯制备的实验设计
• 通过文献检索乙酸乙酯的生产方法， 了解乙酸乙酯生产的原理和方法
– 查出采用乙醇、乙酸酯化反应生产乙 酸乙酯的反应物、产物的分子式、分 子量、物性（主要为其沸点和共沸情 况），平衡常数等。
– 复习实验室精馏装置的结构和操作方 法。
2
课堂作业：乙酸乙酯制备的实验设计
• 反应精馏分离出的水相主要为水、还有乙醇、少量乙 酸乙酯，进行精馏分离，塔釜为水，塔顶为三元的共 沸物和乙醇与水的二元共沸物，可以循环回下次反应。
12
3
课堂作业：乙酸乙酯生产的实验设计
• 3、针对间歇反应——脱水——间歇精馏流程
– 确定实验研究方法（1.1.2） – 确定间歇反应过程的实验内容（1.1.3） – 选择实验操作的条件：加料方法、催化剂、原料
的配比，取样分析方法，通过计算说明原料配比 选择原因。（1.1.6） – 选择主要实验设备和药品，部分辅助设备选择 （1.2.1） – 设计反应物的分离方法（催化剂的处理、产品如 何分离、原料如何循环利用），分离方法的设计 需要说明原因：比如反应结束后的组成 – 其他：如提出产品的提纯方法、工艺改进思路。
• 采用本流程的损失较小，但转化率不高。同时，为了 能够分离出产品，必须严格控制原料的配比，保证反 应混合物中的乙酸乙酯和乙醇的比例尽量高。
9
3、连续反应——精馏（组）
• 该流程为最接近工业化生产的方法，考 虑连续进行反应，同时采用四塔精馏的 方法，可以直接得到产品。
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11
4、间歇（反应精馏）——间歇精馏
8பைடு நூலகம்
2、间歇反应——脱水——间歇精馏（组）
• 该方法考虑采用将反应混合物中的水先除去，再精馏 的方法分离得到产物。
精馏----(118页 间歇精馏)
（应为
（ PB0:纯组分B的饱和蒸汽压）
9.2.1 理想物系的气液相平衡
(2)x~t（泡点）关系式
混合液沸腾的条件是各组分的蒸汽压之和等于外 压，即
p p A pB
o
p A x A pB (1 x)
x p pB
o o o
o
PA PB
9.2.1 理想物系的气液相平衡
9.2.1 理想物系的气液相平衡
（5）y~x图
在蒸馏计算中广泛应用的是一定总压下的 y~x图。 o 因 pA / p 1 ，故在任一x下 总是y>x，相平衡曲线y~x 必位于对角线 y=x 上方。 若平衡曲线离对角线越远， 越有利于精馏分离。注 意:y~x曲线上各点对应不 同的温度。x 、y 值越大， 泡、露点温度越低。
9.2.2 非理想物系的气液相平衡
（1）非理想溶液
9.2.2 非理想物系的气液相平衡
（1）非理想溶液
负偏差：aAB>aAA， aAB>aBB ，异分子间的吸引力大，使得 溶液的两个组分的平衡分压都比拉乌尔定律所预计的低，如图9-6b。 负偏差严重时形成具有最高恒沸点的溶液，图9-8氯仿-丙酮溶液就 是这种溶液，其tm＝64.5 ℃，xm＝0.65，也不能用 普通精馏方 法对具有最高恒沸点的恒沸物中的两个组分加以分离 。
相平衡方程
x y 1 ( 1) x
（6）相对挥发度 和相平衡方程
9.2.1 理想物系的气液相平衡
此式表示互成平衡的气液两相组成间的关系，称为相平衡方 程。如能得知 值，便可算出气液两相平衡时易挥发组分浓度
y～x的对应关系。
对理想溶液，将拉乌尔定律带入 的 0 B pB / xB PB
精馏操作
精馏二、精馏1．精馏原理：精馏是分离液体混合物的单元操作过程。
利用液体混合物中各挥发物沸点的差别，经过多次部分气化，多次部分冷凝将互溶的液体混合物分离提纯的单元操作。
其中较易挥发的称为易挥发组分（或轻组分）SiHCL3,31．8℃其中较难挥发的称为难挥发组分（或重组分）SiCL4 , 57．6℃①根据操作流程可分为间歇精馏和连续精馏②根据操作压力可分为加压、常压、减压精馏。
精馏原理:拉乌尔定律P A=P A O X A P B=P B O X B=P B O(1- X A)精馏在精馏塔内进行的精馏过程。
精馏塔是精馏操作的关键设备。
精馏塔一般由塔中部进料，进料口以上称为精馏段，以下称为提留段（含进料板）。
精馏段的作用是浓缩易挥发的组分并回收难挥发的组分，提留段的作用是浓缩难挥发组分并回收易挥发组分。
由塔顶导出的蒸汽经冷凝器冷凝成液体，一部分作为镏出液制成产品，另一部分作为回流液返回第一块塔板。
回流液是使蒸汽部分冷凝的冷却剂，也是稳定蒸馏操作的必要条件；而向塔底蒸馏釜的加热管不断通入蒸汽，则是维持部分汽化的必要条件。
塔内蒸汽由塔釜逐板上升，回流液由塔顶逐板下降，在每块塔板上二者互相接触，进行多次部分汽化和部分冷凝。
上升的蒸汽根据每进行一次部分冷凝易挥发组分含量就增加一次的原理，使易挥发组分逐板增浓；下降的回流液，则在多次部分汽化过程中是难挥发组分逐板增浓。
在塔板数足够多的情况下，塔顶可得到较纯的易挥发组分，塔釜得到较纯的难挥发组分。
综上所述，精馏塔的操作过程中是：由再沸器产生的蒸汽在塔底向塔顶上升，回流液自塔顶向塔底下降，原料液自加料板流入。
在每层塔板上，汽、液两相互相接触，汽相多次部分冷凝，液相多次部分汽化。
这样，易挥发组分逐渐浓集到汽相，难挥发组分逐渐浓集到液相。
最后，将塔顶蒸汽冷凝，得到符合要求的镏出液；将塔底的液体引出，得到相当纯净的残液。
精馏塔效率的计算。
塔效率是精馏塔性能的参数之一。
塔效率是根据塔板数算出的。
2 间歇精馏和反应精馏
二元组分恒回流比操作的计算
在回流比恒定的间歇精馏过程中，釜液组
成xw和馏出组成xd同时降低，因此操作初
期的馏出液组成必须高出平均组成，以保
证馏出液的平均组分符合质量要求。通常， 当釜液组成达到规定值后，即停止精馏操 作。
1.确定理论塔板层数
已知 原料组成xF、馏出液平均组成xDm或最终釜液组成 xwe，选择适宜的回流比后，即可确定理论板层数。 （1）计算最小回流比Rmin和确定适宜回流比R 恒回流比间歇精馏时馏出液组成和釜液具有对 应的关系，计算以操作初态为基准，此时釜液组成 为xF,最初的馏出液组成为xD1（此值高于馏出液平均组成，由
操作参数
上升蒸汽流率
稳定的上升蒸汽流率，才会有稳定的理论塔板数;
在保证精馏塔具有足够理论塔板数的前提下，上升蒸汽
流率愈大，则相同回流比下产品馏出速率愈大，过程操
作时间愈短。
间歇精馏计算
一般包括：
产品量 产品浓度
操作时间
产品收率
特点：（1）动态过程，状态参数随时间持续变化； （2）物料衡算必须用微分方程组，较复杂。 方法：（1）简化算法（设备参数和操作参数的粗略估算时用） （2）严格算法（核算或过程模拟研究时用）
(1) ( 2)
— 产品i的产品量和产品浓度。
P2 x
(2) D2
W，xw——返回塔釜“重蒸”的过度馏分 的总产量和浓度
产品收率的计算
（2）产品收率
一次收率
反映塔设备的分离能力， 不考虑过渡馏分的“重蒸”，称一次收率； 其值随被分离物系相对 挥发度的不同而异，一 考虑过渡馏分的“重蒸”，总收率。 般可达60~80%
V Vh
间歇精馏新研究进展
图2.3 中间罐间歇精馏塔
中间储罐间歇精馏塔的特点在于：
进料点位于塔中间的合适位置，再沸器的持液量要保持最 小
进料点处的持液被循环到中间储罐，因此中间储罐中的液 体浓度接近于进料处的液体浓度
产品或中间馏分可以同时从塔顶和塔底采出，缩短了操作 时间
适用于分离热敏性物料，该塔形吸收了提馏式间歇精馏塔 的特点，塔釜存料量少，物料只在蒸发中受热，而后存于 塔中段的储罐，存料温度低。
1.3间歇精馏的应用
由于间歇精馏具有设备简单、一塔多用、操作灵活的 优点，同时还能根据分离任务以满足高沸点、高纯度、高 凝固点和热敏物料等特殊过程的要求的特点，某些场合宜 采用间歇精馏操作。
例如：精馏的原料液是分批生产得到的，这是分离过 程也要分批进行；在实验室或科研室的精馏操作一般处理 量较少，且原料的品种、组成及分离程度经常变化，则采 用间歇精馏，更为灵活方便；多组分混合液的初步分离， 要求获得不同馏分（组成范围）的产品，这是也可采用间 歇精馏。
多罐间歇精馏塔与传统的间歇精馏塔相比,主要有以下2个特点：
多罐间歇精馏塔一般在全回流的条件进行操作,当所有罐 内的组分纯度都达到要求时,停止操作,所以整个过程操作 简单,不需要进行产品的切换
由于多罐间歇精馏塔操作的多效性,所需能量较少[7]
2.5等压串联双塔操作
等压串联双塔间歇精馏是由两个等压的间歇精馏塔串联集 成的操作过程[13]，能获得相当于两个塔理论板数相加的 分离效率，但各塔塔釜的压力却与串联前一样，均保持串 联以前的值，因而对于难分离物系，特别是沸点差较小的 热敏性物料分离具有独特的优越性。装置见图2.5
新型精馏技术
1 反应精馏反应精馏作为一种新型特殊精馏，因其具有独特的优势而在化学工业中日益受到重视。
由于反应段固体催化剂的选择及装填方式对该工艺起关键作用，故国内外在注重工艺开发的同时，也需要在催化剂及填料上多做研究，以取得更大突破。
目前，反应精馏技术已在多个领域实现了产业化，对某些新领域的开发也取得了一定进展。
随着节能和环保要求日益提高，该技术与先进的计算机模拟软件相结合，在未来几十年将会发挥更大作用，同时会有更好的发展。
1.1 反应精馏技术基本原理反应精馏是在进行反应的同时用精馏方法分离出产物的过程。
其基本原理为；对于可逆反应，当某一产物的挥发度大于反应物时，如果将产物从液相中蒸出，则可破坏原有的平衡，使反应继续向生成物的方向进行，因而可提高单程转化率，在一定程度上变可逆反应为不可逆反应。
1.2 反应精馏技术特点(1) 反应和精馏在同一设备中进行，简化了流程，使设备费和操作费同时下降。
(2) 对于放热反应过程，反应热全部提供为精馏过程所需热量的一部分，节省了能耗。
(3) 对于可逆反应过程中，由于产物的不断分离，可使系统远离平衡状态，增大过程的转化率。
可使最终转化率大大超过平衡转化率，减轻后续分离工序的负荷。
(4) 对于目的产物具有关二次副反应的情形，通过某一反应物的不断分离，从而抑制了副反应，提高了选择性。
(5) 在反应精馏塔内，各反应物的浓度不同于进料浓度。
因此，进料可按反应配比要求，而塔板上造成某种反应物的过量，可使反应后期的反应速度大大提高、同时又达到完全反应；或造成主副反应速率的差异，达到较高的选择性。
这样，对于传统工艺中某些反应物过量从而需要分离回收的情况，能使原料消耗和能量消耗得到较大节省。
(6) 在反应精馏塔内，各组份的浓度分布主要由相对挥发度决定，与进料组成关系不大，因而反应精馏塔可采用低纯度的原料作为进料。
这一特点可使某些系统内循环物流不经分离提纯直接得到利用。
(7) 有时反应物的存在能改变系统各组份的相对挥发度，或绕过其共沸组成，实现沸点相近或具有恒沸组成的混合物之间的完全分离。
第一章间歇精馏和反应精馏
?一个由蒸馏釜和冷凝器构成的简单间
dB yi
歇蒸馏过程。液体混合物在蒸馏釜中
慢慢沸腾，气体在逸出瞬间立即移出，
B xi
由于一般情况下汽相组成与液相组成
不同，故随蒸馏过程的进行，釜中剩余液体的组成连续 变化。与此同时，蒸馏釜的温度，即釜中剩余液体的泡 点温度也连续变化。用于描述间歇蒸馏釜中剩余液体组 成随时间的变化的曲线称之为剩余曲线。曲线指向时间 增长的方向，从较低沸点状态到较高沸点状态。
61.8℃
53.9℃
精馏曲线 剩余曲线
65.5℃
57.6℃
? 该物系有两个二元 最低共沸物，一个二 元最高共沸物和一个
三元鞍形共沸物。
? 有四条精馏边界。
甲醇
64.5℃
55.3 ℃ 丙酮
56.1℃
16
精馏曲线和剩余曲线
? 精馏曲线是在全回流下液相连续变化曲线，但是
对于精馏操作有理论板，每一板上气液平衡时组
? 如果进料组成处于 1 区，通过精馏可得到接近 AB 二元最低共沸物的馏出液和由 A ， C 混合物构成 的釜液；或者塔釜得到纯 C ，而馏出液为 A ， B ，
C 混合物。
8
? 因此，在有蒸馏边界存在情况下，仅靠纯组分的 沸点、共沸点以及规定馏出液 /釜液的物质的量
比难以预测产品的组成。
9
1.1.1 剩余曲线
10
剩余曲线的计算方法
? 已知三元混合物起始组成 x i和操作压力 p
根据：
K ? ? i Pi s P
yi ? Kx
? 可得到 y i
? 用欧拉算法 ，即用向前差商来近似代替导数
算出xi 、yi 在一定步长下变化数值。
? 作图可得该物系剩余曲线。
反应精馏
反应精馏摘要反应精馏是一种将反应过程和精馏过程结合在一起，且在同一个设备内进行的藕合过程。
根据投料操作方式，反应精馏可以分为连续反应精馏和间歇反应精馏。
具有选择性高，能耗低操作费用低、投资少，温度易于控制，回收率高等优点。
反应精馏技术已在醚化、加氢、烷基化、醋化、醋交换、皂化、水解、卤化、胺化、乙酞化、硝化及脱水等反应中得到了应用。
关键字反应精馏精馏反应挥发度Abstract Reaction distillation is a reaction process and distillation process together, and in the same equipment in the coupling process. According to feed operation mode, the reaction distillation can be divided into continuous reaction rectification and intermittent reaction distillation. Selective high，Low energy consumption lower operation cost, less investment, easy temperature control, High efficiency advantages .Reaction distillation technique has set up a file in the etherification, hydrogenation and alkylation, vinegar, exchange, saponification of vinegar, hydrolysis, and halogenating, amination, b exception, nitrification，dehydration and so on reactions applications.Key words reaction distillation distillation reaction volatility前言化工生产中，反应和分离两种操作通常分别在两类单独的设备中进行。
第七节间歇精馏
第七节间歇精馏§6.7.1 间歇精馏过程的特点间歇精馏是将料液成批投入蒸馏釜,逐步加热汽化,待釜液组成降至规定值后一次性排出的操作,其特点有二:1.间歇精馏为非定态过程,在精馏过程中，釜液组成不断降低，若在操作时保持回流比不变（R不变），则x D随时下降；反之，若x D保持不变，则在精馏过程中不断提高（增大）R。
特点：①非定态过程，为了达到预期分离要求，实际操作可灵活多样，例如在操作初期可逐步加大回流比使x D不变，但R过大，经济上不合理。
故操作后期可保持R不变，若所得的馏出液不符合要求，可将此部分产物并入下一批原料再次精馏。
间歇精馏往往采用填料塔。
这样可尽量减小持液量（塔身积存的液体量）。
持液量将影响间歇精馏过程及产品的数量。
2.间歇精馏时全塔均为精馏段，无提馏段。
因此获得同样的塔底、塔顶组成的产品，间歇精馏的能耗必大于连续精馏。
间歇精馏一般用于混合液的分离要求较高而料液品种或组成经常变化的情况。
间歇精馏的设计计算方法，首先是选择基准状态（一般为操作的始态和末态）作设计计算，求出塔板数，然后按给定的塔板数，用操作型计算的方法，求取精馏中途其它状态下的回流比及产品组成。
为简化起见，在以下介绍的计算中均不计塔板上液体的持液量对过程的影响，即取持液量为零。
§6.7.2 保持馏出液组成恒定的间歇精馏设计计算的命题为：已知投料量F及料液组成x f,x D不变，操作至规定的釜液组成x w或回收率η，选择回流比的变化范围，求理论板数。
一.确定理论板数1.计算基准：间歇精馏塔在操作过程中的塔板数是定值。
x D不变但x w不断下降，即分离要求逐渐提高。
因此所涉及的精馏塔应满足过程的最大分离要求，设计应以操作终了时的釜液组成x w为计算基准。
2.最小回流比的确定在操作终了时，将组成为x w的釜液增浓至x D必有一最小回流比R min在此回流比下需要的理论板数为无穷多。
一般R终是R min的某一倍数，R终的选择由经济因素决定。
第四章_蒸馏分离
如以苯为共沸剂，分离乙醇—水二元恒沸物（恒沸 点78.15℃，乙醇摩尔分率为0.894）。 ①共沸精馏阶段：三个步骤 蒸共沸物：苯—水、苯—乙醇、苯—水—乙醇 蒸共沸剂：苯 蒸产品：乙醇 ②共沸剂回收阶段：将混合共沸物再回蒸，回收共 沸剂。 三元恒沸物：苯（0.539）、乙醇（0.228）、水 （0.233），沸点为64.85℃。 上层苯相：苯（0.745）、乙醇（0.217）、少量水。 下层水相：苯（0.0428）、乙醇（0.35）、其余为水
—— 相对挥发度； XB —— 塔釜中组分含量（摩
尔分数）； XC —— 塔顶中组分含量（摩尔分数）。
（2）持液量
除塔釜外，①塔板上（填料层内）、 ②塔顶冷凝 器内及③回流系统内均存有一定量的持液，各部分的 持液对组分变化起阻滞和延缓作用。 持液作用： ①塔内持液使沿塔身建立浓度梯度的过程需要一 定时间、需要一定的开工时间。即持液量越大，开工
料液, xF Feed
提馏段 Stripping section 汽相回流 Vapor reflux 再沸器 Reboiler 塔底产品, xW Bottoms product
侧线出料精馏塔： 当需要获得不同组成的 两种或多种产品时，可在塔 内相应组成的塔板上安装侧 线以抽出产品。 当物料的处理量较大，
时间越长。
②塔内持液使组分分离难度增大。由于开始馏出
产品时，塔顶、塔身的持液占有浓缩的易挥发组分， 使釜液浓度比无持液情况下要低，因此获得同样纯度 产品所需浓缩数便增加，分离难度也加大。 ③塔内持液具有一定质量：具有组分的“吞吐” 作用，宛如回转运动的飞轮，延缓塔内浓度的变化， 即所谓的“飞轮效应”。
将足够量共沸剂（又称夹带剂）随原料一次性加
入塔釜，在精馏过程中共沸剂与待分离共沸物中的一
精馏技术在精细化学品分离中的应用
精馏技术在精细化学品分离中的应用一、前言精馏是在汽液两相(或汽液液)逐级(或连续)流动和接触时进行穿越界面的质量和热量传递，并实现混合物分离纯化的化工单元操作过程。
精馏技术已经过100多年的发展，并成为目前应用最广泛的一种分离技术。
精馏技术广泛应用于各类精细化学品的生产中，它不仅用于最终产品的精制，还用于原料的提纯、所用溶媒(剂)和废料的回收等各方面，而且在某些精细化学品的生产中，还直接参与反应过程。
一般而言，精馏作为常用的分离方法，占整个化工生产能耗的大部分，有的比例超过了80%以上，因而提高精馏水平，对于降低化工过程的能耗，提高生产效率有重要意义。
同时先进的精馏技术，还可大幅度提高产品的质量，减少生产过程中的废品率，提高原料的利用率，并可极大促进绿色精细化工的发展。
我国精馏技术的研究水平已接近或达到国际先进水平，许多先进技术也在大型化工中得到了应用，但在精细化工生产中，所使用的精馏技术大都很原始，技术含量低。
这一方面是因为精细化工生产的多样性与复杂性造成的，但更重要的是因为精馏作为分离手段，还没有引起足够的重视，往往只是作为一个附属过程，而且由于精细化工的生产特点，企业也不重视生产过程的能耗水平及环保指标。
但随着精细化工的发展，及环保要求的日益严格，这一情况正得到改变。
下面结合精细化工的生产，从几个不同方面简要介绍精馏技术的发展及应用情况。
二、精馏技术的发展及应用2.1 精馏传质设备的发展各种新型高效的精馏传质结构单元不断出现，且呈加速发展的趋势。
精馏塔内部传质结构可分为两大类，即塔板和填料。
化学工业的发展，需要精馏设备具有通量大、分离效率高、能耗低、操作弹性大等。
为了满足这些越来越严格的要求，研发人员结合现代相关科学的新技术，开发出了大量新型高效的传质设备，如许多新型的高效浮阀塔板、结构更优的散堆和规整填料。
这其中各种高效节能的规整填料的成功开发与应用，极大地促进了精馏技术的发展。
虽然当前精馏设备的开发仍以传统的塔板及填料为主，但研发的目的越来越细化，也就是新开发的传质分离设备往往是针对某些特殊的精馏过程或物系，如针对精细化工中热敏物系分离开发出的分离效率高且压力降低的高效规整填料。
精馏-反应精馏
DDS
（目）
挥发性：R > A > S
减少R在连串反应中的消耗
Yang Yanzhao
SHANDONG UNIVERSITY
• 催化蒸馏 —— 塔内装填催化剂 要求：催化剂填充段应置于反应物浓度大的区域
异戊烯醚
异戊烯 + 醇
异戊烯 (1) 希望异戊烯尽快离开反应区；
异戊烯醚
(2) 异戊烯沸点最低，难于和
B A
适用于：A + B
C+D
挥发性：C > A > B > D
C
反应物分别在接近塔两端加入
反应区域较大
• 特点 反应停留时间较长
D
反应收率高
如：酯化反应多采用该流程
Yang Yanzhao
SHANDONG UNIVERSITY
2. 化学反应 促 进 精馏分离
异丙苯钠（IPNa）和二甲苯（Mx、Px）反应
水杨醛单乙酯
k2 S
T2 香豆素
如：香豆素生产工艺
OH CHO
+
(CH3CO)2O
OCOCH3
CHO + CH3COOH
OCOCH3 CHO
催化剂 200 ~ 2200C
+ H2O
C=O
Yang Yanzhao
SHANDONG UNIVERSITY
传统工艺： 两个反应分别在两个反应器中进行， 收率为65 % ~75 %，反应时间6小时
SHANDONG UNIVERSITY
Yang Yanzhao
2. 适宜回流比 R 3. 催化剂 均相： 催化剂可以与反应物一起
或根据相对挥发度大小、 反应停留时间要求 在进料以上或以下加入塔
精馏干货3精馏分类还是不清楚？看完你就懂了！
精馏干货3精馏分类还是不清楚？看完你就懂了！工业中最常见的分离方法之一是精馏，精馏按操作方式不同可以分为连续精馏和间歇精馏；按操作压力不同，精馏可分为加压精馏，常压精馏和减压精馏；按精馏的原理不同，可分为一般精馏和特殊精馏。
特殊精馏又包括恒沸精馏，萃取精馏，水蒸气蒸馏及分子蒸馏等。
这些有什么区别呢？小编带你了解一下！01什么是间歇精馏？介绍：间歇精馏就是将待处理的物料一次加入到精馏塔的塔釜中，然后加热进行精馏，直到塔釜或塔顶产品符合要求为止。
不合格物料排出。
排出物料后，再加入新一批物料进行精馏。
其精馏塔没有精馏段和提馏段之分。
间歇精馏操作时，釜液经间接加热至沸腾，釜中产生的蒸汽上升到精馏塔内，在此进行热的交换和质的交换。
塔内上升的蒸汽从塔顶引至分凝器。
分凝器所得冷凝液的一部分再引至塔顶的塔板，作为回流。
而未凝的蒸汽及另一部分冷凝液则进入冷凝冷却器，在其中使蒸汽全部冷凝，并使流出液冷却至一定温度，然后进入储罐。
若需要获得不同沸点范围的流出液时，应设立若干个储罐，按沸点不同，分别收集。
间歇精馏通常进行到釜中液体达到指定组成为止。
特点：间歇精馏是间断进料，因而塔釜、塔顶不能连续出料。
出料的浓度随时间而变。
间歇精馏具有生产能力较小，但建设投资少，不需要精密昂贵的控制仪表等特点。
因此适用于小型生产。
02什么是连续精馏？介绍：连续精馏指的是精馏操作连续进料，连续采出。
连续精馏塔一般由精馏段和提馏段组成。
精馏段和提馏段以进料塔板为界，进料板以上的部分称精馏段，进料板以下（包括进料板）称为提馏段。
少数连续精馏塔，或只有精馏段，或只有提馏段。
操作时，原料液经换热器换热到指定的温度，从提馏段的最上一层塔板（即进料板）加入塔内。
如果是液体进料，则物料在该板与精馏段的回流液汇合，然后逐层下流至塔釜。
在逐层下降的同时就从液体中不断蒸出了易挥发（低沸点）的组分，从而使下流至塔釜的液体含有较多难挥发（高沸点）组分。
把塔釜液的一部分连续引至储槽。
反应精馏
2、反应精馏的原理Biblioteka 3、使用反应精馏的基本要求
必须满足以下基本要求: 必须满足以下基本要求: (1)化学反应必须在液相中进行 (1)化学反应必须在液相中进行 (2)在操作系统压力下 在操作系统压力下， (2)在操作系统压力下，主反应的反应温度和目的产物的泡 点温度接近，以使目的产物及时从反应体系中移出; 点温度接近，以使目的产物及时从反应体系中移出; (3)主反应不能是强吸热反应， (3)主反应不能是强吸热反应，否则精馏操作的传热和传质 主反应不能是强吸热反应 会受到严重影响，会使塔板分离效率减低， 会受到严重影响，会使塔板分离效率减低，甚至使精馏操 作无法顺利进行; 作无法顺利进行; (4)主反应时间和精馏时间相比较 主反应时间不能过长， 主反应时间和精馏时间相比较， (4)主反应时间和精馏时间相比较，主反应时间不能过长， 否则精馏塔的分离能力不能得到充分利用; 否则精馏塔的分离能力不能得到充分利用; (5)对于催化蒸馏 要求催化剂具有较长的使用寿命， 对于催化蒸馏， (5)对于催化蒸馏，要求催化剂具有较长的使用寿命，因为 频繁地更换催化剂需要停止反应精馏操作， 频繁地更换催化剂需要停止反应精馏操作，从而影响到生 产效率，同时增加了生产成本; 产效率，同时增加了生产成本; (6)催化剂的装填结构不仅能使催化反应顺利进行 催化剂的装填结构不仅能使催化反应顺利进行， (6)催化剂的装填结构不仅能使催化反应顺利进行，同时要 保证精馏操作也能较好地进行。 保证精馏操作也能较好地进行。
4、反应精馏的分类
根据使用催化剂形态的不同 根据使用催化剂形态的不同，反应精馏可 使用催化剂形态的不同， 以分为均相反应精馏和催化蒸馏; 以分为均相反应精馏和催化蒸馏; 根据投料操作方式 根据投料操作方式，反应精馏可以分为连 投料操作方式， 续反应精馏和间歇反应精馏; 续反应精馏和间歇反应精馏; 根据化学反应速度的快慢 根据化学反应速度的快慢，反应精馏分为 化学反应速度的快慢， 瞬时、快速和慢速反应精馏。 瞬时、快速和慢速反应精馏。
工程硕士新教材第1章1.2 间歇精馏
1.2 间歇精馏1.2.1 概述间歇精馏是把批量液体混合物精馏成产品的过程，它是典型的非稳态过程。
在一个精馏周期中，塔内各点的温度、组成等参数都在不断地改变，因而一些操作参数就必须随之作相应的变动，才能保证获得合格的产品和满意的分离效果。
间歇精馏适用于：①小规模、批量生产；②在同一设备中完成不同的分离，如根据季节不同处理不同的原料，得到不同的产品；或出于评价的需要，由同一进料得到不同纯度的产品；③进料组成时常变化，难以进行有效的连续操作；④处理含固体，或易形成固体沉淀、焦油等污垢的物料。
由于间歇精馏的适用性强，操作灵活，投资少，适于处理原料成分复杂的多元物系，在精细化工等部门得到了广泛的应用。
由于在本科生《传质分离过程》课程中已讲述了间歇精馏的基础知识，故本小节仅就与操作、控制和模拟有关的间歇精馏特性做简要叙述。
一、间歇精馏塔的形式常规间歇精馏塔也称精馏式间歇精馏塔是最常见的间歇精馏塔，塔釜内装有被分离料液，塔顶采出产品，很像连续精馏的精馏段。
这种流程适用于除去重组分杂质而轻组分纯度要求较高的过程。
对分离要求不高的除去轻组分杂质的分离过程，这种操作可节省时间。
提馏式间歇精馏塔，塔顶设有贮料罐，从塔底采出馏分，类似于连续精馏的提馏段。
适用于难挥发组分为目标产物或难挥发组分为热敏性物质的分离情况。
带有中间贮罐的间歇精馏塔或称复杂间歇精馏塔，其料液贮存于塔中部的贮罐内，塔顶、塔底同时出料，除了进料不是连续之外，与常规连续精馏相同。
这种流程综合了常规间歇精馏和提馏式间歇精馏的优点，生产能力高，节能效果明显，并对某些热敏性物料的分离有特殊优异的效果，是有潜在优势的间歇精馏过程。
二、间歇精馏塔的操作典型的精馏式间歇精馏塔一个操作周期可分为以下若干阶段：（1）全回流开工阶段全回流开工阶段的目的是在塔内建立起浓度梯度，全回流开工的结束条件一般为回流罐中的液相组成达到第一个产品的浓度要求。
（2）产品采出段某产品采出段一般是从塔顶液相组成刚刚达到该产品浓度要求时开始，持续到塔顶馏出物组成刚降至低于该产品浓度要求时结束。
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— 产品i的产品量和产品浓度。
P2 x
(2) D2
W，xw——返回塔釜“重蒸”的过度馏分 的总产量和浓度
产品收率的计算
（2）产品收率
一次收率
反映塔设备的分离能力， 不考虑过渡馏分的“重蒸”，称一次收率； 其值随被分离物系相对 挥发度的不同而异，一 考虑过渡馏分的“重蒸”，总收率。 般可达60~80%
间歇精馏和特殊精馏
郑州大学化工学院周彩荣
意 义
蒸馏技术 在化学工业应用十分广泛
用于间歇精馏（包括间歇共沸精馏和间歇萃取精馏） 的应用涵盖了精细化工产品的分离和溶剂回收；
中药生产中植物挥发油的提取和精制主要采用水蒸 气蒸馏
水蒸气蒸馏能在远低于沸点的温度下实现分离，被 广泛地用于高沸点、热敏性药物和生物活性物质的 提取和分离。
V Vh
馏出液组成恒定时的间歇精馏
1.确定理论塔板层数
由于操作终了时釜液组成xwe最低，所要求的分离程度 最高，故需要的理论板层数应按精馏最终阶段进行计算。
（1）计算最小回流比Rmin和确定适宜回流比R
Rmin xD yWe yWe xWe
R (1.1 ~ 2) Rmin xD — 馏出液组成； xWe — 釜残液组成； yWe — 与xWe 呈平衡的汽相组成，摩 尔分数.
xF dxW F ln xwe x x We D w
式中
We—与釜液组成xwe相对应的釜液量，kmol。
2. 确定操作参数
馏出液平均组成xDm的核算
xD1假设是否合适，应以整个精馏过程所得的xDm是
否满足分离要求为准。当按一批操作物料衡算求得 xDm等于或稍大于规定值时，则上述正确。 与精馏计算相似
适用于难挥发组分为目标产品或难挥发组分为热敏性物
质的情况。
影响分离的主要因素
设备性能，如塔分离效率的高低
操作过程中的控制调节
主要因素：
物性参数（相对挥发度） 设备参数（理论塔板数、持液量） 操作参数（回流比、塔压、蒸发速率）
物性参数
相对挥发度：反映混合物分离的难易程度的物理参数。 Ki yi / xi 对多组分混合物 ij K j yj / xj
2.确定有关操作参数
每批精馏所需的时间 设在 d 时间内，溶液的汽化量为dV,馏出液量为dD，瞬间的回流 比为R，根据恒摩尔流则有：
dV R 1dD
一批操作中任一瞬间前馏出液量D可由物料衡算得到（忽略塔 内持液量），即：
x F xw DF x D xw dV F ( xF xD )
P1 , x
p1
(1) D
P2 , x D
W1 p2
( 2)
F, xF
W1 , x
（1）物料衡算 对二元体系
(1) w
F P P2 1 (1) (2) FxF 1 P x D1 P2 x D1 1
FxF2 P x 1
(1) D2
F , xF 1 , xF 2 — 投料量和投料浓度； Pi , x Di，x Di
适用范围
化学合成药物、天然 药物的分离提纯；非 共沸物溶剂的回收
应用举例
间歇精馏
间歇共沸精馏 间歇萃取精馏 水蒸气蒸馏
抗肿瘤药榄香烯 的分离提纯
乙醇、丁醇、乙 酸乙酯等溶剂的 回收 植物药丁香酚的 提取 天然维生素E的 提取
共沸物溶剂回收
植物挥发油的提取或 挥发油组分间的分离 高沸点、热敏性药物 和生物活性物质的提 取和分离
V
xF xD dD F dxw 2 ( x D xw ) R 1 dxw 2 ( x D xw )
xF
积分上式得到对应釜液组成xw时的汽化总量为：
V dV F ( xD xF )
0
x we
R 1 dxw 2 ( x D xw )
产品收率的计算
间歇精馏过程存在过渡馏分，这部分馏分需要在下一 批加料时返回塔釜“重蒸”。
若A-B间吸引力小于相同分子间A-A和B-B间吸引力时，产生正偏差，
γ i>1,偏差愈大，可能产生共沸点（最低T）
若A-B间吸引力与相同分子间A-A和B-B间吸引力相同时，符合拉乌定律，
γ i=1。
若A-B间吸引力大于相同分子间A-A和B-B间吸引力时，产生负偏差，
γ i<1,偏差愈大，可能产生共沸点（最高T）
总物料衡算 易挥发组分衡算 联立二式
D F W DxD FxF Wx W xDm FxF Wx W F W
2. 确定操作参数
每批精馏所需时间
因回流比恒定，故一批操作的汽化量V可按下式计算
V ( R 1) D
每批精馏所需操作时间
式中：Vh — 汽化速率，kmol / h; 通过塔釜的传热速率及混合液的潜热计算
共沸点：
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
xA y A
xB y B
间歇共沸精馏
1.便于回收重复使用 ； 乙醇-水（E-W）混合物和足够量的共沸剂（B）一次性加入塔釜，在精 2.共沸剂用量要小，节约能耗； 选择共沸剂 原则 馏前期，首先从塔顶馏出三元共沸物（B-E-W）、二元共沸物（B-E） 3.应易于回收，廉价，低毒，热稳 定性好，腐蚀性小等 和二元共沸物（B-W）的混合物，三种共沸物的比例与塔的分离效率和 回流比有关，在分层器里分相，上层液富含苯回流进塔，下层液富含水 1.共沸精馏阶段； 1.蒸出共沸物 则吸入水接罐。当塔内水蒸净时，塔顶开始馏出无水乙醇，通过阀门切 2.共沸剂回收阶段。 2.蒸出共沸剂 换收入乙醇产品接收罐。当乙醇产品蒸净后，则进行共沸剂回收操作， 3.蒸出产品 即将水接收罐中的苯、乙醇、水混合返回釜中，从塔顶蒸出苯和乙醇的 以苯为共沸剂分离乙醇-水混合物为例 混合物（B-E）并收入苯罐备用。塔釜内最终剩下水，排走后则过程结 束。 苯层（富含苯） 水层（富含水）
设计者假定）
Rmin
xD1 y F y F xF
R (1.1 ~ 2) Rmin
1.确定理论塔板层数
(2) 图解法求理论板层数 在x-y图上，由xD1、xF、R即可图解得出。
2. 确定操作参数
确定操作过程中各瞬间的xD和xw的关系
2. 确定操作参数
确定操作过程中xD或xw与釜液量、馏出液量D间 的关系
(2) 图解法求理论板层数 在x-y图上，由xD、xwe、Re即可图解得出。
2.确定有关操作参数
确定xw和R的关系
因操作开始时，釜液组成
为原料液组成，易挥发组 分含量较高，故操作初期 可采用较小的回流比。 若已知精馏过程某一时刻 下釜液组成xw1，对应的R 可采用视察作图的方法求 得。即先假设一R，然后在 x-y图上图解求理论板层数。 若梯级数与给定的理论板 层数相等，则R即为所求， 否则重设R值，直到满足要 求为止。
xc 1 xB ln 1 x x c B N ln
N — 塔的总理论板数； xB — 平衡时塔釜含量； xc — 平衡时塔顶含量；
— 相对挥发度。
（2）持液量
当间歇精馏塔工作时，除了塔釜内存在被分离物料外， 塔板上（或填料层内）、塔顶冷凝器内以及回流系统 均存在一定量的持液。 间歇精馏是动态过程 ，各点组成随时间持续变化，各 部分持液对组成变化具有阻滞和延缓作用。（这点与 连续精馏不同）
两种基本方式：精馏式（常用），提馏式
产 品
过 渡 馏 分
产 品
精馏式
完整的间歇精馏操作过程：加 料，升温和平衡（全回流）、 产品采出、釜残液排放等.
1
2
提馏式
产 品
中 间 馏 分
产 品
1
2
提馏式间歇精馏：
被分离物料存于与塔顶相连的贮罐中，塔顶冷凝液直接
流入贮料罐，罐中液体由泵输送从塔顶以回流方式进入 塔内，产品从塔底采出。各组分的产品从高到低的顺序 逐一馏出。
xD D e x0 B0
B0为初始投料量，D为产品量，x0 为初始投料含量，xD为产品平均含 量 总收率
当间歇精馏塔经过若干批操作， 每批返回塔釜”重蒸”的过渡馏分趋于 恒定的前提，投入物料仅计入新鲜加料， 成品是计入了返回塔釜“重蒸”的过渡 馏分量的总产出量。综合考虑了塔设备 的分离能力，更接近于实际情况，其值 一般为85~95%
操作参数
回流比
重要参数，直接决定产品纯度、收率、操作时间及过渡馏分
量。
（1）恒定回流比操作
对于每一种产品馏分，只要回流比选择适当，则采出过程中前期得
到的馏出物浓度比规定值高，后期得到的馏出物浓度比规定值高， 后期得到的馏出物浓度比规定值低。
（2）恒塔顶浓度变回流比操作
回流比始终处于变化中，操作难以准确控制。
分子蒸馏
2.1 间歇精馏
定义及特点 间歇精馏是将待分离混合物一次性投料后精 馏获得各纯组分产品的过程。 特点：
（1）可采用单塔分离多组分混合物，获得各纯组分的 产品； （2）一塔多用； （3）适用于特殊场合，如真空、高凝固点、高纯度、 热敏性等； （4）设备简单，操作灵活，投资少。
流程和操作
由于塔内持液，使得沿塔身建立浓度梯度的过程需要一定时间。持
液量越大，开工时间越长。
分离难度加大。（因开始馏出时，塔顶、塔身持液占有浓缩的易挥
发组分，使釜液浓度比无持液情况降低，获得同样纯度产品所需浓 缩倍数增加）
产生“非轮效应”。使过渡馏分分段操作时间加长，过渡馏分量增
加。
操作参数
操作参数
上升蒸汽流率