第八章 精馏1

例8－1 word文件
• 8.2.3 挥发度与相对挥发度 • 1、挥发度 • 挥发度: 用以表示物质挥发能力大小的物 理量，称为挥发度，以v表示。 • 1）对于纯液体， 等于其饱和蒸气压；
• 2）对于由A和B组成的双组分混合液则有：
A pA xA B pB xB
• •
pA- 组分A在气相中的分压； xA-与pA呈平衡的液相中的摩尔分数
对于理想溶液，因其服从拉乌尔定律： pA=pAoxA, pB=pBoxB, 故有：
pA p0 AxA A = =p 0 A xA xA pB p0 BxB B = =p 0 B xB xB
随温度而变化
挥发度的缺点：挥发度随温度而变化。
2.相对挥发度 相对挥发度：溶液中两组分的挥发度之比 称为相对挥发度，以符号α表示。 一般物系
二、 平衡蒸 馏(又叫闪蒸) 1. 流程 2、特点: •一次进料， 组分 •xD, xW是一 对平 衡组成
8.3.2、精馏原理 1、一次部分气化
液相量和气相量 的确定： 杠杆规则：
2、 多次 部分 气化 (气 化后 全部 冷凝)
结论：多次部分气化可以得到几乎完全的分离。 图8-8流程的缺点： 1)、中间馏分多，故收率低； 2)、设备庞杂； 3)、能量消耗大。
提馏段操作线以 的截距为 线cq。
W x W 的直线。即图8－17'所示的直 L' W
L' L' W
为斜率，或在y轴上
L' W y m 1＝ xm xw L'W L'W
y=x 解得：c(xw，xw) 截距
W xW L' W
8.4.5进料热状况的影响和q线方程 五种进料状态： (1) 冷液 (2) 饱和液体（泡点进料） (3) 气液混合物 (4) 饱和蒸汽（露点进料） (5) 过热蒸汽
L D y n 1 xn xD LD LD L D R 1 D D xn xD xn xD L D L D R 1 R 1 D D D D
回流比R＝L/D
y n 1
R 1 xn xD R 1 R 1
该方程表示在一定操作条件下，从n板下降的液 体组成xn和与其相邻的下一层板上升的蒸汽组 成yn+1之间的关系。
p pB o xA 0 PA PB o
泡点方程
该方程描述了液相组成x与平衡物系温度 (泡点)的关系
2、露点方程：描述气相组成与平衡物系温度 (露点)关系的方程。 露点：在一定压强下，将混合蒸气冷凝至开 始析出液滴的温度，称为露点。
0 0 p A p0 x p p p yA A A A 0 B0 p p p pA pB
5. 塔板的作用
①塔板提供了汽液 分离的场所。
②每一块塔板是一 个混合分离器 ③足够多的板数可 使各组分较完全分 离
④不能采用并流流 程
6. 回流的作用 回流包括 塔顶的液相回流 塔底的汽相回流，
回流的作用就是提供不平衡的汽液两相，构成 汽液两相逆流接触传质。
本节教学要求： 1、掌握的内容：精馏分离的原理； 2、本节难点：精馏原理及其与工业实际设 备的结合。回流的概念和塔板的作用
偏差不大
2）有恒沸点
本节教学要求： 1、掌握的内容——双组分理想物系的汽液平衡， 拉乌尔定律、泡点方程、露点方程、汽液相平 衡图、挥发度与相对挥发度定义及应用、相平 衡方程及应用； 2、了解的内容——非理想物系汽液平衡； 3、本节难点——t-x-y图及y-x图，相对挥发度 的特点。
8.3 蒸馏与精馏原理 8.3.1 简单蒸馏和平衡蒸馏 一 . 简单蒸馏
3、多次部 分气化和多 次部分冷凝 相结合 右图中： x1<xF<y1, x1<x2<y1,即 xF和x2都落 在同一浓度 范围内
该流程的优点： 1)节省了加热器 和冷却器 2)减少了能量消 耗 3)只有两种产品， 提高了收率。 缺点：设备庞大， 占地面积大。
4.连续精馏装置流程 精馏段：进料 板以上塔段 进 料 板 提馏段：进料板以下 （包括进料板）的塔段
露点方程
该方程描述气相组成与平衡物系温度 (露点)的关系。
• 3、温度-组成图（t-x-y 图) •
饱和蒸气线 或露点线 y-t关系
气相区
液相区 气液共存区 饱和液体线或 泡点线,x-t关系
苯－甲苯的t-x-y 图（总压一定） 温度t/℃ 80.1 85 90 95 100 PA0/kPa 101.33 116.9 135.5 155.7 179.2 PB0/kPa 40.0 46.0 54.0 63.3 74.3 xA 1.000 .780 .581 0.412 0.258 yA 1.000 .9000 .7770 .6330 .456
• 8.2.2、泡点方程和露点方程 • 1、泡点方程---表示液相组成 x与温度（泡 点）关系的方程。 • 泡点：将冷液恒压加热至溶液开始沸腾起 泡时的温度，称为泡点。
p A = p 0A x A pB = pB0 xB= pB0(1-xA) p = pA + pB = p0AxA + p0Bx B = p0AxA + pB0(1 xA) 所以：
2、蒸馏分离的目的和依据 • 目的：提取或回收液体混合物中的有用组分 • 依据：液体混合物中各组分挥发性的差异 如:酒精水溶液: 乙醇挥发性大，称为易挥发组分或轻组分（A） 水挥发性小，称为难挥发组分或重组分（B）
3、蒸馏过程的分类
1)按蒸馏方式
简单蒸馏 平衡蒸馏 精馏 特殊精馏
2)按物系的组分数
第八章 蒸馏（Distillation） 已经学过的分离过程： 沉降：用于分离气～固和液～固物系（属多相 分离）， 过滤：分离液～固物系（属多相分离）， 蒸发：分离溶质不挥发的均相液体混合物， 蒸馏：分离挥发性溶质的均相液体混合物，
• 8.1 概述 • 1、蒸馏的应用 • 液体产品的精制----石油的精制
一、进料热状况参数
q 1、进料板的物料衡算： F+V'+L=V+L' 整理得 V´－V＝L'－L－F
将等式两边同时除以F得：
V V L L 1 F F
令：
L L q F
q的物理意义
单位进料量引起的提馏段和精馏段回流液体 量之差 L´=L+qF, V´=(q-1)F+V
L′=V′+W L′xm=V′ym+1+WxW
L′=V′+W
V′= L′ -W
y m 1
L' W xm xw V' V'
L' W y m 1＝ xm xw L'W L'W
L' W y m 1＝ xm xw L'W L'W
该方程表示在一定操作条件下，提馏段内 自第m板下降的液体组成xm，和与其相邻的下 一层板上升蒸汽组成ym+1之间的关系。
双组分蒸馏 多组分蒸馏
3)按操作压力：
常压蒸馏 加压蒸馏 减压（真空）蒸馏
4)按操作方式： 5)按分离难易：
间歇蒸馏 连续蒸馏 普通蒸馏 特殊蒸馏
8.2 双组分溶液的气液相平衡 8.2.1、溶液的蒸气压及拉乌尔定律
1、名词解释： .饱和状态：在密闭容器内和一定温度下，纯 组分液体的汽液两相达到平衡状态，该状态称 为饱和状态； .饱和蒸气：达到饱和状态的蒸气称为饱和蒸气； .饱和蒸气压：饱和蒸气的压力称为饱和蒸气压， 简称蒸气压。
FxF DxD WxW
F、D、W——kmol/h xF xD xW ——摩尔分数 （或质量分数）
塔顶易挥发组分的回收率：
DxD A 100% FxF
塔釜难挥发组分的回收率：
W (1 xW ) B 100% F (1 xF )
8.4.3 精馏段操作线方 程 V=L+D Vyn+1=Lxn+DxD
8.2.4 非理想溶液（偏离拉乌尔定律） 1、具有正偏差的溶液: 偏差不大 一般正偏差：p > p A理，pB>pB理 1）无恒沸点的溶液
2）有恒沸点的溶液
此处泡点最低 x=0.894，78.15℃
乙醇水溶液相图
2. 具有负偏差的溶液 一般负偏差: pA<pA理 ,pB< pB理。 1）无恒沸点
纯组分液体的饱和蒸气压与温度的关系通 常用Antoine方程表示：
B lg P A tC
0
P0－纯组分液体的饱和蒸气压,kPa;; t-温度，℃； A，B，C－ Antoine常数，见附录10。
• 2、理想溶液与非理想溶液 • 理想溶液：同种分子之间与不同种分子之 间作用力相同的混合液， • 特点：无热效应和容积效应。
二、恒摩尔流假设 1．恒摩尔汽化 精馏段内每层塔板 上升的蒸汽摩尔流 量都相等，即： V1=V2=∙∙∙∙∙∙＝V=常 数
• 同理，提馏段内 每层塔板上升的 蒸汽摩尔流量亦 相等，即： • V1′=V2′=∙∙∙∙∙∙ ＝V′=常数
2．恒摩尔溢流 精馏段内每层塔板 下降的液体摩尔流 量都相等，即： L1=L2=∙∙∙∙∙∙＝L=常 数
p Ao p pB o yA o p pA pB o
p pB o xA 0 PA PB o
4、y~x图 1） 对角线 y=x 为 辅助曲线 2） x~y曲线上各 点具有不同的温度； 3） 平衡线离对角 线越远，挥发性差 异越大， 物系越易 分离。 由t-y-x图中 的x和y生成
• 非理想溶液： • 同一种分子之间与不同分子之间的作 用力不相同的溶液称为非理想溶液， • 特点:有热效应和容积效应。
• 3、道尔顿分压定律： • 理想溶液的蒸气也是理想气体时，它服从 道尔顿分压定律： • pB p
yA
A
P
yB
P
P＝pA＋pB
4. 拉乌尔定律（ Raoult‘s Law） 对于理想溶液： p A = p0Ax A pB = pB0 xB= pB0(1-xA) pA , pB—— 溶液上方A、B组分的分压， Pa； p0A,pB0 ——在溶液温度下，纯组分的饱和蒸 汽压，Pa； x A ， xB —— 液相中组分A、B的摩尔分数
精馏段操作线: 当R, D, xD为 一定值时, 该操作线为一直 线. 斜率 截距
y n 1
L R V R 1
xD D xD V R 1 R 1 xn xD R 1 R 1
y=x 解得点A（x ，x ）
D D
• 以勤为径，书山亦有路； • 以苦作舟，学海亦无涯。
8.4.4、提馏段操作线 方程
8.4 双组分连续精馏 塔的计算 8.4.1 理论塔板的概 念和恒摩尔流的假设 一、理论塔板的概念
理论塔板： 蒸汽组成和液体组成互呈平衡且均匀的塔板。
计算理论塔板数必须知 道的两个条件： 1、离开第n 块板的气液 相组成yn和xn之间的关系， 即平衡关系，（已经知 道） 2、塔内任意一板下降的 液体组成xn和下一板上 升的蒸气组成yn＋1之间 的关系，通常将这种关 系称为操作关系。
pA A xA B pB xB
理想溶液
pA 0 A xA pA 0 B pB pB xB
当总压不太高时，气相服从道尔顿定律， 设yA为组分A在气相中的摩尔分数，p为总压， 则pA=pyA,故有
pA py A yA xA xA x A y A xB pB pyB yB yB x A xB xB xB
yA xA , yB xB
yA xA 1 yA 1 xA
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对于二元物系：yB=1-yA x B=1-xA
x y 1 ( 1) x
相平衡方程
3、平均相对挥发度αm： m 顶 釜 4 .的物理意义 • 气相中两组分组成之比是液相中两组分组成 之比 的倍。 • 标志着分离的难易程度: • 大, 平衡线离对角线远，物系易分离； • =1, 不能用普通蒸馏方法分离。 • ＜1 ，易挥发组分与难挥发组分互换。
• 同理，提馏段内 每层塔板下降的 液体摩尔流量亦 相等，即： • L1′=L2′=∙∙∙∙∙∙＝ L′=常数
3、以上两个假定成立的条件是： 1）两组分的摩尔汽化潜热相等； 2）因汽液两相温度不同而交换的显热可忽略不 计； 3）设备保温良好，热损失可忽略不计。
8.4.2 全塔物料衡算 对精馏塔全塔进行物料 衡算。 F=D+W