双组分精馏资料

2.精馏
(1)多次部分汽化部分冷凝 如前所述，将组成为xF的料液加热到t1温度 使之部分汽化，则料液分离成组成分别为x1和y1 的液体和汽体两部分，两组分实现了一定程度的 分离。但是这种经过一次的部分汽化和冷凝的分 离程度是有限的。如果要作进一步的分离，可以 设想将汽相经过冷凝器冷凝成液体后，再引入另 一个分离设备中加热使之部分汽化，得到组成为 x2和y2的汽液两相。显然，x2>x1， y2>y1 。下图 是分别为经过三次部分汽化和冷凝的分离装置和 相应的在t-x-y图中的组成点的变化情况。
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相反，液体中易挥发组分向汽体进行净的转 移。换句话说，在汽体部分冷凝、液体部分 汽化过程中，汽体和液体发生双向传质。汽 体部分冷凝、液体部分汽化过程和与此同时 发生的双向传质过程是在汽泡中的汽液界面 发生的，如下图所示。 b.塔板间无须外加热源 在一般情况下，塔板上汽体和液体的 部分冷凝部分汽化过程,汽化和冷凝潜热相互 补偿，因此不需要外加热源。
改进后的分离装置
y3
y2 x3 y1
x2
xF
x1
将上图的分离装置 进一步扩展，该图 即为精馏模型。
(2)精馏定义:多次而且同时运用部分汽化和部 分冷凝的方法使混合物得以较完全分离,以获 得接近纯组分的操作. (3)精馏塔和精馏流程 精馏模型所示的分离装置还是过于庞杂， 需作进一步精简。化工生产中实际使用的分 离装置是在一个金属圆筒中做成若干在结构 上可供汽体和液体通过的隔板，称为塔板， 每两块所隔离出来的空间相当于精馏模型中 的一个分离器。这种装有隔板的分离装置称 为精馏塔。如下图所示:
避免产生中间产品的措施是将上一个分 离装置的液体引入下一个分离装置作为 下一个分离装置的进料，与此同时，去 除每个分离装置上方的冷凝器，直接将 每个分离装置的汽体引入上一个分离装 置。
由于上下两个分离装置组成不同，因而 温度不同，使得进入每个分离装置的汽 体和液体的温度不同，必然导致热量交 换，热交换过程中，汽体部分被冷凝， 而液体部分被汽化，这种部分汽化和部 分冷凝所产生的分离效果和原来那种装 有冷凝器将汽体冷凝下来后再部分汽化 的分离效果是一样的。这种改进后的分 离装置如图所示。
冷凝器
y
原料液 蒸气
x xD1 xD2 xD3
特点：釜内任一时刻的汽、液两相组成互成平衡。蒸馏过程 中系统的温度和汽、液相组成均随时间改变。
任一时刻，易挥发组分在 蒸汽中的含量 y 始终大 于剩余在釜内的液相中的 含量 x，釜内组分含量 x 由原料的初始组成 xF- 沿 泡点线不断下降直至终止 蒸馏时组成 xw，釜内溶液 的沸点温度不断升高，蒸 汽相组成 y 也随之沿露 点线不断降低。
d.几个基本概念：进料板、精馏段、提馏段 精馏过程中物料是从塔中部的某一块 适宜的塔板进入塔内的，这一块塔板称为 进料板(当某 板上的浓度与原料液中的浓 度相等或相近时，料液就从此板加入）， 以进料板为界，进料板以上的塔段称为精 馏段，进料板以下的塔段称为提馏段。一 般情况下，精馏段和提馏段中汽体和液体 流量及操作状况存在差别。
汽液双向传质过程示意
c.精馏塔维持正常操作必要条件：塔顶 回流和塔底再沸（上升蒸汽） 在一个正常操作的精馏塔中，每 一块塔板都存在从上一块塔板流到下 一块塔板的液体和从下一块塔板流到 上一块塔板的汽体，那么追根溯源， 必须有汽体和液体的源头。
液体的源头是从塔顶冷凝器的冷凝液中分 出一部分让其回流到顶部塔内，称其为回 流液。 汽体的源头是在塔底设置一个热交换装置， 称为再沸器，通过它将从最下面一块塔板 流下来的液加热到沸腾状态，产生的汽体 引入精馏塔底部。 因此说，塔顶回流和塔底再沸是维持精馏 塔正常操作的必要条件
t/C
露点线
泡点线 xA 0 xf x(y) yA 1.0
简单蒸馏的分离效果很有限，工业生产中一般用 于混合液的初步分离或除去混合液中不挥发的杂 质。 简单蒸馏的过程特征：任一瞬时釜内的汽、液相 互成平衡。 过程计算与平衡蒸馏并无根本差异，均以物料衡 算式、热量衡算式以及相平衡关系作为计算的基 本依据。 操作为非稳态，需在一微元时间段 d 内进行衡 算。
双组分精馏 一、蒸馏原理
1.简单蒸馏操作:定义：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凝，以达混合液中各组分得以部分分离的方 法。
操作流程： 原理：
t
X或(y)
简单蒸馏也称微分蒸馏，为间歇非稳态操作（unsteady batch operation）。加入蒸馏釜的原料液持续吸热沸腾汽 化，产生的蒸汽由釜顶连续引入冷凝器得馏出液产品。
说明精馏原理如下:
y3 y2 x3 y1
x2
xF
x1
如要继续提高易挥发组分的浓度，可以依此类推 继续进行部分汽化和冷凝的操作，直到得到几乎 纯态的易挥发组分。同理，对加热使之部分汽化， 可得到组成为x2‘和y2’的汽液两相。显然， x2‘ <x1，则有(1- x2‘ )>(1-x1)，换句话说，经过 再一次的部分汽化和冷凝的分离后，难挥发组分 的浓度提高了。如果依此类推继续进行部分汽化 和冷凝的操作，可以得到几乎纯态的难挥发组分。
精馏流程
(4)精馏原理 a.精馏为双向传质过程，且伴随着传热过程 精馏中每一块塔板上面都存在汽液两相， 在一般操作条件下，液体为连续相，汽体 为分散相，如下图所示。
在任何一块塔板中，从上一块塔板流下来的 液体和从下一块塔板上升的汽体进入该块塔 板，由于两者的温度差别（上一块塔板因易 挥发组分含量较多温度较低，下一块塔板因 易挥发组分含量较少温度较高）进行热量交 换，汽体部分被冷凝而冷凝过程中释放出来 的热量又使液体部分被汽化，在这种汽体部 分冷凝液体部分汽化过程中，汽体中难挥发 组分向液体进行转移（即传质）。
综上所述可知，要使混合物得以（几乎）完 全分离，必须进行足够多次的部分汽化和冷 凝的分离操作。 然而，上述操作在工业上是不能采用的， 理由有二：一是分离过程中得到许多中间产 物（如图中组成为x2和x3的混合物），使得最 后纯产品的收率很低（部分汽化和冷凝的次 数越多，收率越低）；二是设备庞杂，能耗 太高。