第六章蒸馏

第六章蒸馏

建湖县职业技术教育中心张连广

【学习要求】

1、掌握理想溶液的相平衡关系、相图和用相对挥发度表示的相平衡方程。

2、掌握精馏原理，熟悉精馏流程。

3、掌握精馏塔的物料衡算及操作线方程。

4、了解五种进料对蒸馏操作的影响。

5、理解理论板数的求法。

6、理解回流比对精馏操作的影响。

7、了解板式塔的结构与特点及流体力学特性。

【知识精讲】

一、概念

1、蒸馏的概念

蒸馏是利用液体混合物中各组分挥性的不同，或沸点的不同使各组分得到分离的单元操作。

2、蒸馏操作的分类

按操作方式可分为简单蒸馏、精馏及特殊精馏。

按操作压力蒸馏可分为常压、加压及减压蒸馏。

按被分离混合物中所含组分数目可分为双组分蒸馏及多组分蒸馏。

按操作是否连续可分为连续蒸馏和间歇蒸馏。

3、拉乌尔定律

在一定温度下平衡时溶液上方蒸气中任一组分的分压，等于此纯组分在该温度下饱和蒸气压乘以其在溶液中的摩尔分率，即P＝P0x。

x A=

P-P0A P0A-P0B

y A=

P0A x A

P0A x A+P0B(1-x A)

4、气液平衡相图

①温度－组成（t-x-y）图

上侧虚线，此线称为饱和蒸气线，亦称气相线、露点线

下侧实线，此线称为饱和液体线，亦称液相线、泡点线

②相平衡（x－y）图

x－y线表示液相组成和与之平衡的气相组成间的关系。

此线偏离对角线愈远，表示该溶液愈容易分离。

5、挥发度和相对挥发度

挥发度是表示某中液体容易挥发的程度。

相对挥发度是指两组分挥发度之比，以a表示。

对于理想溶液，则a＝

P A0

P B0［a＝

y(1-x)

x(1-y)］

用相对挥发度表示的气液相平衡关系为：y=

ax

1+(a-1)x

6、简单蒸馏

①概念

使混合液在蒸馏釜中逐渐受热气化，并不断将生成的蒸气引入冷凝器内冷疑，以达到混合液中各组分得以部分分离的方法。称为简单蒸馏或微分蒸馏。

②简单蒸馏主要应用于：

⑴分离沸点相差较大；

⑵分离程度要求不高；

⑶多组分混合液的粗略分离的场合。

7、精馏

①概念

精馏就是多次而且同时运用部分气化和部分冷疑的方法，使混合液得到较完全发离，以获得接近纯组分的操作。

②精馏操作连续稳定进行的两个必要条件是：⑴塔顶的液相回流；⑵塔底再沸器提供一定量的上升蒸气。

8、连续精馏流程

连续精馏流程的主要设备及作用：

精馏塔：提供气液两相接触进行传热质的场所。

塔顶冷疑器：获得液相产品及保证有适量的液相回流。

塔底再沸器：提供一定量的上升蒸气量。

9、理论板的概念及恒摩尔流的假定

①理论板是指离开该板的气、液两相互平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀一致。理论板是不存在的，仅是作为衡量实际板分离效率的依据和标准。

②恒摩尔流的假定：

⑴恒摩尔气化 精馏操作时，在精馏塔的精馏段内，每层塔板的上升蒸气摩尔流量都是相等的，提馏段内也是这样。但两段的上升蒸气摩尔流量不一定相等。

⑵恒摩尔溢流 精馏操作时，在精馏塔的精馏段内，每层塔板的下降液体的摩尔流量都是用相等的，提馏段内也是这样。但两段的液体摩尔流量不一定相等。

③假设成立的条件

10、物料衡算和操作线方程 ⑴全塔物料衡算

F D ()·

X X X ()

F W D w w D F D w F x x D F D W x x F D W F x x W x x -⎧=⎪=+-⎧⎪⎨

⎨=+-⎩⎪=⎪-⎩

即

注意：若F 、D 、W 摩尔流量kmol/h ，则x F 、x D 、x W 为摩尔分率

若F 、D 、W 为质量流量kg/h ，则x F 、x D 、x w 为质量分率。

⑵精馏操作线方程

y=R R+1 ×x D R+1

此操作线方程为一直线方程。在x －y 图中为一直线，斜率为R R+1 ，截距为x 0

R+1 ⑶提馏段操作线方程

y ’

＝L 'L '-W x ’－W

L '-W X W

或y ’＝L+δF L+δF －W x ’－W

L+δF －W x w

此操作方程也是一直线方程。 11、五种进料和δ线方程 ⑴进实受热状况参数（δ）

进料受热状况参数是旨将1kmol 进料变为饱和蒸气所需的热量与原料液的千摩尔气化潜热之比。

其物理意义是每进1kmol 料液而使提馏段中的液体回流量较精馏段增大的kmol 值。对于饱和液体、气液混合物及饱和蒸气三种进料热状况δ值就等于进料中的液相分率。

⑵五种进料

a.温度低于泡点的冷液体，

b.温度等于泡点的饱和液体，

c.温度介于泡点和露点之间的气液混合物，

d.温度等于露点的饱和蒸气，

e.温度高于露点的过热蒸气。

⑶δ线方程

y=δδ－1 x －1

δ－1 x F

此方程是一直线方程，其位置仅由δ和x F 决定。

δ线方程又称进料方程，它代表两条操作线交点的轨迹方程 进料热状况对δ值及δ线的影响

12、理论板层数的求法

理论板层数的求算通常采用逐板计算法计算法或图解法 ①逐板计算法 ②图解法

实际塔板数（N ）＝

理论板数（N T ）

塔板效率（E T ）

13、回流比的影响及其选择 ①回流比

有两个极限值，上限为全回流时的回流比，下限为最小回流比。

全回流是指塔顶上升蒸气经冷凝后，全部回流到塔内的操作。R ＝∞，此时F 、D 、W 皆为零。全塔无精馏段和提馏段之分，全塔只有一条操作线，即y=x 。此时所需理论板数为最少。

②最小回流比是指精馏塔两操作线的交点落在平衡线上时此时的回流比为最小回流比。R min ＝x D -y δ

y δ－x δ

。此时所需理论板数为最多。

③适宜回流比的选择