化工原理第十章蒸餾

1、化工原理第十章蒸餾第1頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4一 蒸餾的應(yīng)用汽油煤油柴油其他油品石油苯甲苯二甲苯等煤焦油非均相混合物的分離（沉降、過濾等）均相混合物的分離 （吸收、蒸餾、萃取等）蒸餾主要用于液體產(chǎn)品的精制。eg：第2頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4目的：對(duì)液體混合物的分離，提純或回收有用組分。依據(jù)：液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異。二 蒸餾分離的目的、依據(jù)及定義揮發(fā)性高（乙醇），稱為易揮發(fā)組分或輕組分（A）揮發(fā)性低（水） ， 稱為難揮發(fā)組分或重組分（B）蒸餾分離的對(duì)象：液體混合物(如酒精水溶液) 部分汽化

2、：易揮發(fā)組分 液相 氣相部分冷凝：難揮發(fā)組分 氣相 液相第3頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4定義：利用液體混合物中各組分揮發(fā)性能的差異，以熱能為媒介使其部分汽化(或混合蒸氣的部分冷凝)，從而在汽相富集易揮發(fā)組分、液相富集難揮發(fā)組分，使混合物得以分離的方法稱為蒸餾。三 蒸餾操作的費(fèi)用 費(fèi)用包括設(shè)備投資費(fèi)和能耗費(fèi)，其中加熱和冷卻費(fèi)用高，即能耗大。 因此降低精餾操作的費(fèi)用主要通過改變工藝來降低生產(chǎn)的能耗。第4頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4按蒸餾方式 簡單蒸餾 平衡蒸餾 （閃蒸）精餾 特殊精餾 恒沸蒸餾 萃取蒸餾 水

3、蒸汽蒸餾較易分離的物系或?qū)Ψ蛛x要求不高的物系難分離的物系很難分離的物系或用普通方法難以分離的物系四 蒸餾過程的分類第5頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4按操作壓力 常壓 加壓 減壓 一般情況下多用常壓 常壓下不能分離或達(dá)不到分離要求 混合液中組分?jǐn)?shù) 雙組分多組分 按操作方式 間歇 連續(xù) 第6頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4五 與吸收、萃取的比較 分離依據(jù)揮發(fā)性的差異溶解度的差異單元操作 蒸餾 吸收 萃取 操作難易操作簡便，操作費(fèi)用在于加熱、冷卻需加入分離劑，操作費(fèi)用在于解吸 適用性適于各種濃度混合物的分離僅適于低

4、濃氣體、液體混合物的分離第7頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4第十章 蒸餾一、雙組分溶液的汽液關(guān)系二、汽液相平衡三、揮發(fā)度和相對(duì)揮發(fā)度四、非理想溶液第一節(jié) 二元物系的氣液相平衡第8頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4組分： A、B變量 ： T、p、xA、 yA相數(shù)：汽相、液相 一定壓力下，液相（氣相）組成xA(yA)與溫度T存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，汽液組成之間xAyA存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。自由度：1、相律分析一 雙組分溶液的汽液關(guān)系 相律是表示平衡物系中的自由度數(shù)、相數(shù)和獨(dú)立組分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。第9頁，共130頁，2022年，5

5、月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/42、理想溶液溶液中同分子間的作用力與異分子間的作用力相等。如：甲醇與乙醇，苯和甲苯， 二甲苯和對(duì)二甲苯理想物系：液相為理想溶液，服從拉烏爾定律； 氣相為理想氣體，服從道爾頓分壓定律。第10頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4 pA, pB 溶液上方A、B組分的分壓，Pa；pA0 , pB0 溶液溫度下純組分的飽和蒸汽壓，Pa； xA , xB 液相中A、B組分的摩爾分率。對(duì)于理想溶液：1. 拉烏爾定律（ Raoults Law）二 氣液相平衡第11頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022

6、/9/42、泡點(diǎn)、露點(diǎn)方程： 表達(dá)了一定總壓下液相組成 x 與溶液泡點(diǎn)之間的關(guān)系 泡點(diǎn)方程 汽相壓力不高時(shí)，可視為理想氣體，滿足道爾頓分壓定律。第12頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4氣液兩相平衡組成間的關(guān)系：氣相組成yA與溫度（露點(diǎn)）的關(guān)系 表達(dá)了一定總壓下汽相組成 y與開始冷凝時(shí)的溫度之間的關(guān)系 露點(diǎn)方程第13頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/43、溫度組成圖（txy圖)兩條線：氣相線（露點(diǎn)線） yAt 關(guān)系曲線 液相線（泡點(diǎn)線） xAt 關(guān)系曲線三個(gè)區(qū)域：液相區(qū) 氣、液共存區(qū) 氣相區(qū)汽液平衡用相圖表示比較直觀。

7、第14頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4從相圖中得到如下結(jié)論：一定總壓的下二元理想溶液：混合液體的泡點(diǎn)隨組成的變化而變化；（隨溶液中易揮發(fā)組分的含量增加而降低，且介于兩純液體之間） 同溫度下，氣液兩相達(dá)平衡，氣液量大小由杠桿定律確定； 同組成下，露點(diǎn)高于泡點(diǎn)。第15頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/44、yx圖 對(duì)角線 y=x 為輔助曲線； yx曲線上各點(diǎn)具有不同的溫度； 平衡線離對(duì)角線越遠(yuǎn)，揮發(fā)性差異越大，物系越易分離。蒸餾計(jì)算中廣泛采用的相圖：第16頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二202

8、2/9/45. 壓力對(duì)xy圖的影響壓力增加，平衡線靠近對(duì)角線，分離難度大第17頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4三 揮發(fā)度與相對(duì)揮發(fā)度pA、 pB汽液平衡時(shí)，組分A,B在氣相中的分壓；xA、xB汽液平衡時(shí)，組分A,B在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。 混合液某組分揮發(fā)度:1. 揮發(fā)度意義：是該物質(zhì)揮發(fā)難易程度的標(biāo)志。定義：氣相中某一組分的蒸汽分壓和與之平衡的液相中的該組分摩爾分?jǐn)?shù)之比，用符號(hào)表示。 第18頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4理想溶液：理想氣體：一般物系：2. 相對(duì)揮發(fā)度(以表示) (relative volatil

9、ity)定義：溶液中兩組分揮發(fā)度之比。注：習(xí)慣上將易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比稱為相對(duì)揮發(fā)度，大于1.第19頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4對(duì)于二元物系：yB=1-yA xB=1-xA，忽略角標(biāo)：即 相平衡方程理想溶液：則注： 隨溫度的變化比明顯，計(jì)算時(shí)通常用一平均值進(jìn)行計(jì)算。第20頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/43. 平均相對(duì)揮發(fā)度式中頂塔頂?shù)南鄬?duì)揮發(fā)度 釜塔釜的相對(duì)揮發(fā)度4.的物理意義 氣相中兩組分組成之比是液相中兩組分組成之比的倍數(shù)； 標(biāo)志著分離的難易程度； 若1,則 yx ,可用蒸餾方法分

10、離，且愈大， 平衡線愈遠(yuǎn)離對(duì)角線，物系愈易分離； =1, 無法用普通蒸餾方法分離。 第21頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4非理想溶液 最低恒沸點(diǎn) 如：乙醇水，正丙醇水 最高恒沸點(diǎn) 如：硝酸水，氯仿酮 正偏差溶液 負(fù)偏差溶液 四 非理想溶液第22頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4第十章 蒸餾一、簡單蒸餾與平衡蒸餾二、精餾原理三、連續(xù)精餾裝置流程四、理論板、恒摩爾流第三節(jié) 蒸餾方式第23頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4一 簡單蒸餾和平衡蒸餾1 簡單蒸餾（1） 裝置（2） 特點(diǎn)

11、:間歇非定態(tài)一次進(jìn)料xD, xW不是一對(duì)平衡組成適合于大的組分對(duì)A部分提出, 粗分第24頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/42 平衡蒸餾(又叫閃蒸)1. 流程2. 特點(diǎn):一次進(jìn)料，粗分xD, xW是一對(duì)平衡組成W xWTD xDF xF第25頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4 比較：在相同的原料液濃度及相同釜液的條件下，簡單蒸餾所得到的餾出液濃度高于平衡蒸餾，而平衡蒸餾的優(yōu)點(diǎn)是連續(xù)操作，但其分離效果不如間歇操作的簡單蒸餾。 總結(jié)：簡單蒸餾和平衡蒸餾一般只能用于對(duì)原料的初步分離，但其結(jié)果均可使易揮發(fā)組分從液相向汽相轉(zhuǎn)移

12、，從而是混合液達(dá)到一定程度的分離。第26頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/41、多次部分汽化和多次部分冷凝 二 精餾原理通過多次部分氣化和多次部分冷凝，最終可以獲得幾乎純態(tài)的易揮發(fā)組分和難揮發(fā)組分，但得到的氣相量和液相量卻越來越少。 第27頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4第28頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4缺點(diǎn)：1.收率低；2.設(shè)備重復(fù)量大，設(shè)備投資大；3.能耗大，過程有相變。問題：工業(yè)上如何實(shí)現(xiàn)？第29頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/

13、9/42. 有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝 第30頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4進(jìn)料板：原料液進(jìn)入的那層塔板。精餾段：進(jìn)料板以上的塔段。提餾段：進(jìn)料板以下（包括進(jìn)料板）的塔段。三 連續(xù)精餾裝置流程. 連續(xù)精餾裝置第31頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/42. 塔板的作用 塔板提供了汽液分離的場(chǎng)所；每一塊塔板是一個(gè)混合分離器；足夠多的板數(shù)可使各組分較完全分離。特點(diǎn)：第32頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4說明：1、下降的液相泡點(diǎn)tn-1與上升的氣相露點(diǎn)tn+1不等，當(dāng)氣液

14、平衡時(shí)，兩相溫度相等tn，即傳質(zhì)伴有傳熱。2、重組分由氣相冷凝至液相，放出潛熱，輕組分由液相汽化成氣相，需要潛熱，二者同時(shí)發(fā)生，潛熱抵消；3、氣液兩相偏離平衡越遠(yuǎn)，傳質(zhì)過程進(jìn)行越快。第33頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4回流的作用：提供不平衡的氣液兩相，是構(gòu)成氣液兩相傳質(zhì)的必要條件。精餾的主要特點(diǎn)就是有回流。3. 精餾過程的回流 回流包括：塔頂回流液塔底回流汽第34頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4塔頂回流液回流液：在任意塔板上，上一塊塔板下來的液體，輕組分含量高，溫度低。第35頁，共130頁，2022年，5月2

15、0日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4塔釜汽相回流回流汽：任意塔板上，下一塊塔板上來的汽體，重組分含量高，溫度高；第36頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4四 理論板的概念和恒摩爾流假設(shè) 離開這種板的氣液兩相互成平衡，而且塔板上的液相組成也可視為均勻的。 假設(shè)的條件（1） 兩組分的摩爾汽化潛熱相等；（2）兩相接觸因兩相溫度不同而交換的顯熱可忽略不計(jì)；（3）塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略不計(jì)。 2. 恒摩爾流假設(shè)1. 理論板的概念第37頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4 精餾段，每層塔板上升的蒸汽摩爾流量都相等，提餾

16、段也一樣。即： V1=V2= V=常數(shù) V1=V2= V=常數(shù)式中：V 精餾段上升蒸汽的摩爾流量，kmol/h; V提餾段上升蒸汽的摩爾流量，kmol/h。 （下標(biāo)1、2表示自上而下的塔板序號(hào)。）（1）恒摩爾汽化第38頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4精餾段內(nèi)，每層塔板下降的液體摩爾流量都相等，提餾段也一樣。即： L1=L2= L=常數(shù) L1=L2= L=常數(shù)式中L 精餾段下降液體的摩爾流量，kmol/h;L提餾段下降液體的摩爾流量，kmol/h。（下標(biāo)1、2表示自上而下的塔板序號(hào)。） （2）恒摩爾溢流 第39頁，共130頁，2022年，5月20日，17

17、點(diǎn)9分，星期二2022/9/4第十章 蒸餾一、全塔物料衡算二、精餾段操作線方程三、提餾段操作線方程四、進(jìn)料熱狀況的影響五、進(jìn)料方程（q線方程）第四節(jié) 二元連續(xù)精餾的分析和計(jì)算第40頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/41）根據(jù)分離任務(wù)，確定產(chǎn)品流量D，W；2）選擇操作條件R、進(jìn)料狀態(tài)；3）確定塔板數(shù)及加料位置；4）選擇塔型，確定塔徑，塔內(nèi)結(jié)構(gòu)尺寸， 流體力學(xué)驗(yàn)算；5）冷凝器及再沸器熱負(fù)荷及設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)目標(biāo): 一 全塔物料衡算第41頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4塔頂采出率塔底采出率F, xFD, xDW, xW全塔

18、物料衡算F、D、Wkmol/hxF、xD、xW摩爾分率第42頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4塔頂易揮發(fā)組分回收率塔底難揮發(fā)組分回收率例：將5000kg/h含乙醇0.4（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）和水0.6的混合液在常壓連續(xù)精餾塔中分離。要求餾出液含乙醇0.85，釜液含乙醇不高于0.02，求餾出液，釜液的流量及塔頂易揮發(fā)組分的回收率。第43頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4二 精餾段操作線方程令 回流比 精餾段操作線方程第44頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4精餾段操作線:當(dāng)R, D,

19、 xD為一定值時(shí),該操作線為一直線.斜率:截距:yxxD操作線為過點(diǎn)（xD， xD ）畫操作線過程如下:第45頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4三 提餾段操作線方程提餾段操作線方程第46頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4xW 意義：提餾段 ym1f（xm） 提餾段操作線為 過點(diǎn)（xW， xW ） 斜率：截距:yxxDxFabq第47頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4例 將含0.24（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）易揮發(fā)組分的某液體混合物送入一連續(xù)精餾塔中。要求餾出液含0.95易揮發(fā)組分，釜

20、液含0.03易揮發(fā)組分。送入冷凝器的蒸汽量為850kmol/h，流入精餾塔的回流液為670kmol/h，試求：1每小時(shí)能獲得多少kmol/h的餾出液？多少kmol/h 的釜液？2. 回流比R為多少？3. 寫出精餾段操作線方程。第48頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4例題：在一連續(xù)操作的精餾塔中，某混合液流量為5000kg/h，其中輕組分含量為0.3（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），要求餾出液輕組分回收率為0.88，釜液中輕組分含量不高于0.05，試求塔頂餾出液的摩爾流量和摩爾分?jǐn)?shù)。已知MA=114kg/kmol, MB=128kg/kmol。第49頁，共130頁，20

21、22年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4解：進(jìn)料混合物的平均摩爾質(zhì)量：進(jìn)料混合液的摩爾流量：物料衡算： 聯(lián)立求解得：W= 29.1 kmol/h D=11.31 kmol/h塔頂餾出液摩爾分?jǐn)?shù)：第50頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4四 進(jìn)料熱狀況的影響(1) 冷液 tFts (2) 飽和液體（泡點(diǎn)進(jìn)料）tFts (3) 氣液混合 tstFtd 第51頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/41. 加料板的物料衡算FhF+LhF-1+VHF+1=VHF+LhF 物料恒算：F+V+L=V+L2. 熱量衡算加料板

22、FF, xF, hFL h F-1V HFL hFV H F+1式中 H，h，hF分別為飽和蒸汽、飽和液體、原料液的摩爾焓kJ/kmol；第52頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4HF=HF+1=H =原料在飽和蒸汽狀態(tài)下的摩爾焓hF=hF-1=h原料在飽和液體狀態(tài)下的摩爾焓假設(shè)令q進(jìn)料熱狀況參數(shù)第53頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4所以：其中飽和液體所占分率為 q，飽和蒸汽所占分率為（1q）。將精餾段與提餾段關(guān)聯(lián)起來第54頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4FLVLV冷液進(jìn)料

23、泡點(diǎn)進(jìn)料FLVLVFqF(1-q)FLVLV汽液混合進(jìn)料第55頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4FLVLV過熱蒸汽進(jìn)料FLVLV飽和蒸汽進(jìn)料第56頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4五 進(jìn)料方程（q線方程）q 線方程或進(jìn)料方程xWyxxDxF意義：精餾段與提餾段交點(diǎn)軌跡方程；第57頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4L與L(1) 冷液 q1(2) 飽和液體 q1(3) 氣液混合 0q1(4) 飽和蒸汽 q0 (5) 過熱蒸汽 q0進(jìn)料狀況q值q線位置V與V第58頁，共130頁，2

24、022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4第59頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4例:在一常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合液。原料液流量為100kmol/h，組成為0.5(摩爾分?jǐn)?shù)，下同)，泡點(diǎn)進(jìn)料。餾出液組成為0.9，釜?dú)堃航M成為0.1，操作回流比為2.0。試求： 塔頂及塔底產(chǎn)量，kmol/h； 達(dá)到餾出液流量為56kmol/h是否可行？最大餾出液流量為多少？第60頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4 對(duì)一操作中的精餾塔，理論塔板數(shù)固定，同時(shí)該塔要受物料衡算制約，即在操作中要同時(shí)滿足NT及物料衡算關(guān)系

25、。解： 塔頂及塔底產(chǎn)量，kmol/h全塔物料衡算：聯(lián)立求解得：D=50kmol/h，W=50kmol/h 達(dá)到餾出液流量為56kmol/h是否可行？最大餾出液流量為多少？此時(shí)易揮發(fā)組分的回收率為：故從物料衡算角度看，如不改變xD，要達(dá)到D=56kmol/h是不可能的。第61頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4塔頂可能獲得的最大餾出液流量為：若要求獲得餾出液流量為56kmol/h，則最大的餾出液組成為： 為使精餾塔正常操作，通常首先應(yīng)滿足物料衡算關(guān)系，若物料不平衡，即使理論板數(shù)再多，板效率再高也不可能得到合格的產(chǎn)品。對(duì)一定的F、xF、D，xD的極限值為：xD

26、,max=FxF/D。反之，對(duì)一定的F、xF、xD，D的極限值為：Dmax=FxF/xD。第62頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4 例：在連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量為100kmol/h，組成為0.3(易揮發(fā)組分摩爾分?jǐn)?shù))，其精餾段和提餾段操作線方程分別為： y=0.714x+0.257 y=1.686x-0.0343試求： 塔頂餾出液流量和精餾段下降液體流量，kmol/h； 進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q。第63頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4解：先由已知的兩操作線方程求出xD、xW和R；再由全塔物料衡算和回流

27、比定義求得D和L；由兩操作線方程和q線方程聯(lián)立可求得進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q 塔頂餾出液流量和精餾段下降液體流量，kmol/h由精餾段操作線方程和對(duì)角線方程聯(lián)立解得:y=0.714x+0.257y=x由提餾段操作線方程和對(duì)角線方程聯(lián)立解得:y=1.686x-0.0343y=x餾出液流量由全塔物料衡算求得，即：第64頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4D=29.4kmol/hW=71.6kmol/h回流比由精餾段操作線斜率求得(y=0.714x+0.257) ：R=2.5精餾段下降液體量為：L=RD=2.529.4=73.5kmol/h 進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)qq線方程為：

28、式中的x、y值可由兩操作線方程聯(lián)立解得第65頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4得：x=0.3將x=0.3代入精餾段操作線方程，得：y=0.471將x=0.3， y=0.471代入q線方程，得：q=1(泡點(diǎn)進(jìn)料)y=0.714x+0.257y=1.686x-0.0343第66頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4例：用一連續(xù)精餾裝置在常壓下，分離含苯41%（質(zhì)量%，下同）的苯-甲苯溶液。要求塔頂產(chǎn)品中含苯不低于97.5%，塔底產(chǎn)品中含甲苯不低于98.2%，每小時(shí)處理的原料量為8570kg。操作回流比為3，試計(jì)算：（1）塔

29、頂及塔底的產(chǎn)品量；（2）精餾段上升蒸汽量及回流液量；（3）當(dāng)原料于47進(jìn)塔和蒸汽進(jìn)塔時(shí)，提餾段上升蒸汽量及回流液量 。（苯的汽化潛熱rA=93kcal/kg，甲苯的汽化潛熱rB=87.5第67頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4kcal/kg，苯和甲苯的平均比熱Cp,l=0.45 kcal/kg，蒸汽的平均比熱Cp,v=0.30 kcal/kg）。分析：求W、D全塔物料衡算求xF、xW、xD求V、L已知R精餾段物料衡算求求q解： （1）產(chǎn)品量 第68頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4第69頁，共130頁，2022年，

30、5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4(2)上升蒸汽量及回流量 精餾段： 第70頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4(3)47進(jìn)料時(shí) 將料液由47升溫到93所需的熱量為： 繼續(xù)加熱 由苯-甲苯物系的溫度組成圖可知：對(duì)組成為0.41的進(jìn)料，泡點(diǎn)為93 ，露點(diǎn)為99.5 。 第71頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4飽和蒸汽進(jìn)料時(shí) 第72頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4求：(1)D, W （2）V, L(3) 泡點(diǎn)進(jìn)料, V L ?(4) 飽和蒸汽進(jìn)料 V L?(5) t進(jìn)

31、=40, V L?苯: M=78, r=389.4kJ/kg甲苯:M=92 r=376.4kJ/kgxW0.02F=110kmol/hxF=0.4xD=0.95例：分離苯-甲苯混合液，理想物系。已知：加料板溫度96 , F=110kmol/h, xF=0.4, xD=0.95 , xw0.02, R=3.2。第73頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4第十章 蒸餾一、理論塔板數(shù)的計(jì)算二、回流比的影響與選擇三、理論塔板數(shù)的捷算法第五節(jié) 雙組分精餾的設(shè)計(jì)計(jì)算第74頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4（1）D, xD (W,

32、xW)；（2）xD , xW；（3）選擇條件：操作壓力p，回流比R，進(jìn)料熱狀態(tài)q。確定：塔板數(shù)N精餾操作分離要求：一理論塔板數(shù)的計(jì)算第75頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/41.逐板計(jì)算法xnyn符合平衡關(guān)系；yn +1 xn符合操作關(guān)系。塔頂設(shè)全凝器，泡點(diǎn)回流。塔頂全凝器 精餾段（n-1）塊板，第n塊為加料板。精餾段：F, xFD, xDW, xWyWm-112nx1x2xnxm-1y2y1ym-1第76頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4提餾段： 提餾段（m-1）塊板 再沸器相當(dāng)于一塊理論板； 分凝器也相當(dāng)于一塊理

33、論板，可以x0、y0計(jì)，其他相同 。D, xD分凝器全凝器第77頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/42. 圖解法第78頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4第79頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/43. 最優(yōu)加料位置的確定最優(yōu)加料板位置：第80頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4確定最佳進(jìn)料位置 最優(yōu)進(jìn)料位置：塔內(nèi)氣相或液相組成與進(jìn)料組成 相等或相近的塔板。 圖解法最優(yōu)進(jìn)料板：跨越兩操作線交點(diǎn)的梯級(jí)， NT最少。 梯級(jí)的物理意義理論板上濃度特征：

34、xnyn相平衡，落到平衡線上。某截面濃度特征： xnyn+1操作關(guān)系，落到操作線上。注意：第81頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4二回流比的影響與選擇1. 回流比對(duì)精餾操作的影響第82頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4第83頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/42. 全回流與最少理論板數(shù)操作線方程第84頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4操作線：平衡線：第1塊板：全凝器或則第2塊板：第85頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星

35、期二2022/9/4NT塊板后（不包括再沸器）相差不大時(shí)：雙組分：（不包括再沸器）第86頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/43. 最小回流比第87頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4最小回流比：對(duì)于某一物系，在一定的分離任務(wù)下，所需理論板為無窮多時(shí)所對(duì)應(yīng)的回流比。恒濃區(qū)（夾緊點(diǎn)）: 在d點(diǎn)前后氣液兩相濃度沒有變化 ，即無增濃作用。所以此區(qū)稱作恒濃區(qū)，d點(diǎn)叫夾緊點(diǎn)。（1）定義第88頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/41）一般形狀的平衡線：（2）最小回流比的計(jì)算圖解公式計(jì)算第89頁，共

36、130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4斜率法截矩法公式法q=1，xq=xFq=0，yq=xF第90頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/42）不同平衡線形狀的最小回流比第91頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/44. 適宜回流比適宜回流比：問題？實(shí)際操作中，RRmin，精餾塔能否正常工作，若能正常工作，導(dǎo)致什么結(jié)果？第92頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4三理論板的捷算法1. 先算Rmin2. R=(1.1-2)Rmin3. Nmin 由坐標(biāo)YN注意：N,

37、 Nmin不包括再沸器。第93頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4例 用一精餾塔分離甲醇-水混合液，已知：xF=0.628(摩爾分率，下同), xD=0.965, xW=0.03, 泡點(diǎn)進(jìn)料，回流比R=1.95。試: 按逐板計(jì)算法確定理論塔板數(shù)。并近似用圖解法表示第二塊板下降液體組成和上升蒸汽組成。第94頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4例 在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合液，已知xF=0.4（摩爾分率、下同），xD=0.97, xw=0.04 相對(duì)揮發(fā)度=2.47。 試分別求以下三種進(jìn)料方式下的最小回流比和全回流

38、下的最小理論板數(shù)。 （1）冷液進(jìn)料q=1.387（2）泡點(diǎn)進(jìn)料（3）飽和蒸汽進(jìn)料.第95頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4第十章 蒸餾一、直接蒸汽加熱二、回收塔三、多股進(jìn)料四、分凝器五、間歇精餾第六節(jié) 其他蒸餾方式第96頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4一 直接蒸汽加熱操作前提：1.物料中有水2.水是重組分，從塔釜出去提餾段物料恒算：操作線方程：FxFWD第97頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4間接加熱直接蒸汽加熱區(qū)別：與對(duì)角線的交點(diǎn)不同，xW, N原因：直接蒸汽加熱的稀釋作

39、用。第98頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4例 含甲醇0.45（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）的甲醇-水溶液在一常壓連續(xù)精餾塔中進(jìn)行分離，進(jìn)料量為100kmol/h，泡點(diǎn)進(jìn)料，要求餾出液含甲醇0.95，釜液含甲醇0.05。塔釜用水蒸氣直接加熱，回流比為1.8。試問需要多少塊理論板？第99頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4二回收塔（提餾塔）特點(diǎn)：從第一塊板加料，無精餾段，無回流，下降的液體由進(jìn)料提供。加料情況：冷液或泡點(diǎn)進(jìn)料。F xFD xDW xW第100頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4

40、已知：xF, F, xW ,泡點(diǎn)進(jìn)料L=F, V=D例 回收塔分離乙醇水溶液，塔內(nèi)有蒸餾釜，一塊理論板，已知為泡點(diǎn)進(jìn)料，要求xD=0.6, xW=0.1。求：xF, D/F第101頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4三 多股進(jìn)料兩股進(jìn)料： F1,xF1 ， F2, xF2分別與相應(yīng)塔板組成與xF1，xF2相當(dāng); F1 q1 xF1F2 q2 xF2D xDW xW第102頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4兩股進(jìn)料將塔分成三段，得三個(gè)操作線方程第一段：第二段：第三段：第103頁，共130頁，2022年，5月20日，17

41、點(diǎn)9分，星期二2022/9/4例：有兩股原料，一股為F1=10 kmol/h，xF1=0.5（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），q1=1的飽和液體，另一股為F2=5 kmol/h，xF2=0.4，q2=0的飽和蒸汽，現(xiàn)擬采用精餾操作進(jìn)行分離，要求餾出液輕組分含量為0.9，釜液含輕組分0.05。塔頂為全凝器，泡點(diǎn)回流，塔釜間接蒸汽加熱。若兩股原料分別在其泡點(diǎn)、露點(diǎn)下由最佳加料板進(jìn)入。求：1) 塔頂塔底的產(chǎn)品量D和W？ 2) 回流比R=1時(shí)求各段操作線方程？ 3）若=3 Rmin=?第104頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4D, xD分凝器全凝器 分凝器也相當(dāng)于一塊理論板，

42、可以x0、y0計(jì)，其他相同 。四分凝器第105頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4T 86889092pA0mmHg908.2963.21020.81081pB0mmHg356.1381.1406.7433.7例 分離苯-甲苯混合液，塔頂裝有分凝器與全凝器，已知塔頂?shù)恼羝隹跍囟?2，分凝器出口的汽液溫度為88（汽液溫度同），p=1atm, 若上述兩個(gè)溫度均下降2，即90與86，試問回流比與流出液組成有何變化？苯-甲苯沸點(diǎn)與飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)分凝器第106頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4五間歇精餾特點(diǎn)：（1）過程非定態(tài)

43、（2）塔底加料，無提餾段（3） 獲得 xD, xW一定的產(chǎn) 品，能耗大于連續(xù)精餾兩種操作：(1) 恒回流比R為常數(shù)(2) 恒流出液組成, 定xD第107頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4(1) 恒回流比R為常數(shù)回流比以開始的狀態(tài)計(jì)算已知: F xF,xW終,（平均餾出液組成）, 選擇適宜的R求 : NT第108頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4(2) 恒餾出液組成,定xD第109頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4例 CS2和CCl4的混合液在常壓下進(jìn)行間歇精餾，原料中含CS2

44、 , xF=0.3, xW=0.1，停止操作。保持流出液組成恒定為xD=0.9, R=2Rmin。求:理論塔板數(shù)第110頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4一 填空題 某精餾塔操作時(shí)，F(xiàn)、xf、q、D保持不變，若增加回流比R，則會(huì)使xd 增加 xw 減少 V 增加 L/V 增加 。 某精餾塔操作時(shí)，加料熱狀態(tài)由原來的飽和液體進(jìn)料改為冷料進(jìn)料，且保持F、xf、V、D不變，則會(huì)使xd 增加 ，xw 減少 ，R 不變 ，L/V 不變 。第111頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4二 某具有全凝器及間接加熱再沸器的精餾塔，分離

45、兩組分理想溶液。已知：F=100kmol/h，xf=0.5，q=1，=3，塔內(nèi)為理論板。測(cè)得：xd=0.95，xw=0.05，L=60kmol/h。 求D=？，W=？； 求精餾段操作線的斜率以及最小回流比與最大回流比時(shí)精餾段操作線的斜率； 求x0、y1、x1、y2及yw 現(xiàn)因再沸器加熱蒸汽壓力下降，致使熱量下降10，問欲使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量不變，在操作上可采取哪些措施？第112頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4解： 求D=？，W=？可解得：D=50 kmol/h，W=50 kmol/h 求精餾段操作線的斜率以及最小回流比與最大回流比時(shí)精餾段操作線的斜率操作條件

46、下：R=L/D=60/50=1.2 精餾段操作線斜率為：最小回流比：q=1，xe=xF=0.5，則第113頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4最小回流比下精餾段操作線斜率為：全回流下精餾段操作線斜率為： 求x0、y1、x1、y2及yw全凝器：x0=y1=xD=0.95第114頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4 現(xiàn)因再沸器加熱蒸汽壓力下降，致使熱量下降10，問欲使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量不變，在操作上可采取哪些措施釜加熱量減少10% V減少10%q=1時(shí)，V=(R+1)D-(1-q)F=(R+1)D為保證頂產(chǎn)品質(zhì)量(xD)不變，可

47、保持R不變，D減少10%第115頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4三 在連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯-甲苯二元混合液，原料液中含苯0.5(摩爾分率，以下同)，于泡點(diǎn)溫度下加入塔內(nèi)。要求餾出液中含苯0.95，回收率為96。塔頂采用一個(gè)分凝器和一個(gè)全凝器，分凝器向塔內(nèi)提供泡點(diǎn)溫度的回流液，從全凝器中得到合格產(chǎn)品。塔底采用間接水蒸汽加熱?，F(xiàn)測(cè)得塔頂回流液中含苯0.88，離開塔頂?shù)谝粚影宓囊后w含苯0.79。試計(jì)算： 操作回流比為最小回流比的倍數(shù)； 為得到每小時(shí)50kmol的餾出液，需消耗的原料液量； 精餾段和提餾段的汽相負(fù)荷各為多少kmol/h？ 假定：操作條件下，相對(duì)揮

48、發(fā)度為常數(shù)；精餾段和提餾段均保持恒摩爾流；塔內(nèi)各板均為理論板。第116頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4解：據(jù)題意知：xF=0.5,q=1,xD=0.95,=0.96,x0=0.88,x1=0.79,y0=xD=0.95y11x0y0 xDx1 操作回流比為最小回流比的倍數(shù)q=1，xe=xF=0.5，則第117頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4則 R/Rmin=1.593/1.032=1.544 為得到每小時(shí)50kmol的餾出液，需消耗的原料液量 精餾段和提餾段的汽相負(fù)荷各為多少kmol/hV=(R+1)D=(1.593+1)50=130 kmol/hV=(R+1)D-(1-q)F=V=130 kmol/h第118頁，共130頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)9分，星期二2022/9/4一 填空題 對(duì)一定組成的二元物系，精餾操作壓力越大，則相對(duì)揮發(fā)度 減小 ，塔操作溫度 提高 ，對(duì)分離 不利 。 精餾塔設(shè)計(jì)時(shí)，F(xiàn)、xF、q、D、xD、R均已知，如降低塔頂回流液的溫度，則塔內(nèi)實(shí)際下降液體量 增加 ，塔內(nèi)實(shí)