液體精餾操作課件

模塊五液體精餾操作《化工單元操作》模塊五液體精餾操作《化工單元操作》項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)精餾裝置化工生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對(duì)均相液體混合物進(jìn)行分離，以達(dá)到提純和回收有用組分的目的，精餾就是實(shí)現(xiàn)這一分離最常用的單元操作。項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)精餾裝置化工生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對(duì)均相液體混合物進(jìn)實(shí)訓(xùn)任務(wù)：認(rèn)識(shí)精餾實(shí)訓(xùn)裝置及流程實(shí)訓(xùn)任務(wù)：認(rèn)識(shí)精餾實(shí)訓(xùn)裝置及流程實(shí)訓(xùn)過(guò)程觀察精餾塔主體——觀察全凝器——觀察塔釜或再沸器——觀察產(chǎn)品罐、原料罐——觀察儀表及調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)過(guò)程觀察精餾塔主體——觀察全凝器——觀察塔釜或再沸器——檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選一、精餾塔1．精餾塔的作用是什么？板式塔和填料塔的氣液接觸部件有何不同？2．根據(jù)實(shí)物或圖片說(shuō)明板式塔的結(jié)構(gòu)及塔內(nèi)物料流向。自學(xué)、討論一、精餾塔1．精餾塔的作用是什么？板式塔和填料塔的氣液接觸部3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。篩板3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。篩板3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。浮閥塔板3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。浮閥塔板浮閥塔板圓形浮閥條形浮閥浮閥塔盤(pán)方形浮閥浮閥塔板圓形浮閥條形浮閥浮閥塔盤(pán)方形浮閥噴射型塔板噴射型塔板導(dǎo)向篩板導(dǎo)向篩板3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。二、精餾的基礎(chǔ)知識(shí)1．蒸餾的概念利用混合物中各組分揮發(fā)度的不同（即沸點(diǎn)的不同），將混合液加熱沸騰汽化，分別收集揮發(fā)出的氣相和殘留的液相，從而將液體混合物中各組分分離。蒸餾分離的依據(jù)：混合物中各組分的揮發(fā)性差異。分離的條件：必須造成氣液兩相系統(tǒng)。二、精餾的基礎(chǔ)知識(shí)1．蒸餾的概念2．蒸餾原理（1）拉烏爾定律在一定溫度下，溶液上方的蒸氣中任一組分的分壓等于此純組分在該溫度下的飽和蒸氣壓乘以該組分在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。2．蒸餾原理（1）拉烏爾定律（2）雙組分溶液的氣、液相平衡相圖兩條曲線：t-x線（液相線或泡點(diǎn)線）t-y線（氣相線或露點(diǎn)線）三個(gè)區(qū)域：液相區(qū)或過(guò)冷區(qū)，氣相區(qū)或過(guò)熱蒸氣區(qū)，氣-液共存區(qū)泡點(diǎn)：溶液開(kāi)始沸騰，產(chǎn)生第一個(gè)氣泡時(shí)的溫度。露點(diǎn)：蒸氣開(kāi)始冷凝，產(chǎn)生第一個(gè)液滴時(shí)溫度。（2）雙組分溶液的氣、液相平衡相圖兩條曲線：泡點(diǎn)：溶液開(kāi)始沸y-x圖平衡曲線：表示液相組成和與之平衡的氣相組成間的關(guān)系。y-x圖（3）相對(duì)揮發(fā)度揮發(fā)度：指混合液中某組分在氣相中的平衡分壓與該組分在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)的比值。表示組分揮發(fā)的難易程度。對(duì)于兩組分（A和B）混合液，

相對(duì)揮發(fā)度：

對(duì)于理想溶液，

（3）相對(duì)揮發(fā)度揮發(fā)度：指混合液中某組分在氣相中的平衡分壓與（3）相對(duì)揮發(fā)度若操作壓力不高，氣相遵循道爾頓分壓定律，則

氣液平衡方程：若＞1，則y＞x，可用普通蒸餾方法進(jìn)行分離。越大，分離越容易；若＜1，同上。若＝1，則y＝x，氣液相組成相等，用普通蒸餾方法不能分離該混合物。（3）相對(duì)揮發(fā)度若操作壓力不高，氣相遵循道爾頓分壓定律，則

（4）簡(jiǎn)單蒸餾操作時(shí)，將原料液放在密閉的蒸餾釜中加熱，使溶液沸騰部分汽化，產(chǎn)生的蒸氣通過(guò)管道引入冷凝器中冷凝成液體，由餾出液接受器貯存，殘液從釜底排出。餾出液中易揮發(fā)組分含量較高，而殘液中難揮發(fā)組分含量較高。（4）簡(jiǎn)單蒸餾操作時(shí)，將原料液放在密閉的蒸餾釜中加熱，使溶液蒸餾原理當(dāng)將組成為xf的混合液加入蒸餾釜后，在溫度tb時(shí)進(jìn)行部分汽化，產(chǎn)生組成為y1的氣相和組成為x1的液相，互成平衡，且y1＞xF＞x1。如把蒸氣引入全凝器冷凝，就得到易揮發(fā)組分含量較高的餾出液，其組成為xD＝y(tǒng)1。而與之平衡的液相中所含易揮發(fā)組分相應(yīng)減少，x1＜xf，即殘液中難揮發(fā)組分含量提高。蒸餾原理當(dāng)將組成為xf的混合液加入蒸餾釜后，在溫度tb時(shí)進(jìn)行3．精餾的概念精餾是多次而且同時(shí)運(yùn)用部分汽化和部分冷凝的方法，使混合液得到較完全分離，以分別獲得接近純組分的操作。3．精餾的概念精餾是多次而且同時(shí)運(yùn)用部分汽化和部分冷凝的方法4．精餾原理苯-甲苯溶液，A點(diǎn)（t0，xf）——B點(diǎn)（t1），氣-液兩相[氣相組成為y1（y1＞xF），液相組成為x1（x1＜xf）]——E點(diǎn)新的氣-液平衡的兩相（～）[＞y1]——F點(diǎn)（氣-液相），＞＞y1＞xF。將氣相進(jìn)行足夠多次的部分冷凝，最后得純苯。組成為x1的液相——C點(diǎn)，氣-液平衡（x2），（x2＜x1＜xf）——D點(diǎn)（x3）（x3＜x2＜x1＜xf），將液相進(jìn)行足夠多次的部分汽化，最后可得到純甲苯。4．精餾原理苯-甲苯溶液，A點(diǎn)（t0，xf）——B點(diǎn)（t1）為實(shí)現(xiàn)精餾操作，除需要有足夠塔板層數(shù)的精餾塔之外，還必須從塔底引入上升蒸氣（氣相回流）和從塔頂引入下降的液流（液相回流），以建立氣-液兩相體系。塔底上升蒸氣和塔頂液相回流是保證精餾操作過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行的必要條件。為實(shí)現(xiàn)精餾操作，除需要有足夠塔板層數(shù)的精餾塔之外，還必須從塔【作業(yè)】復(fù)習(xí)題計(jì)算題【作業(yè)】復(fù)習(xí)題項(xiàng)目2精餾基本操作精餾操作最常用的是精餾塔。精餾塔怎樣才能正常運(yùn)行呢?項(xiàng)目2精餾基本操作精餾操作最常用的是精餾塔。實(shí)訓(xùn)任務(wù)：精餾基本操作實(shí)訓(xùn)任務(wù)：精餾基本操作實(shí)訓(xùn)過(guò)程檢查準(zhǔn)備——加料——升溫——進(jìn)料——正常操作——臨時(shí)停車(chē)——停車(chē)實(shí)訓(xùn)過(guò)程檢查準(zhǔn)備——加料——升溫——進(jìn)料——正常操作——臨時(shí)檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選一、精餾操作流程連續(xù)精餾操作中，原料液連續(xù)送入精餾塔內(nèi)，同時(shí)從塔頂和塔底連續(xù)得到產(chǎn)品（餾出液、釜?dú)堃海?。進(jìn)料回流液塔頂氣相塔底液相一、精餾操作流程連續(xù)精餾操作中，原料液連續(xù)送入精餾塔內(nèi)，同時(shí)塔板是供氣液兩相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的場(chǎng)所。每一塊塔板上氣液兩相進(jìn)行雙向傳質(zhì)，只要有足夠的塔板數(shù)，就可以將混合液分離成兩個(gè)較純凈的組分。以加料板為界分為兩段，加料板以上的塔段為精餾段，其作用是逐板增濃上升氣相中易揮發(fā)組分的濃度。包括加料板在內(nèi)的以下塔板為提餾段，其作用逐板提取下降的液相中易揮發(fā)組分。再沸器的作用是提供一定流量的上升蒸氣流。冷凝器的作用是提供塔頂液相產(chǎn)品并保證有適當(dāng)?shù)囊合嗷亓?。塔板是供氣液兩相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的場(chǎng)所。每一塊塔板上氣液兩相進(jìn)二、精餾塔的操作1．影響精餾操作的主要因素有哪些?操作中應(yīng)怎樣調(diào)節(jié)?物料平衡，回流比，進(jìn)料狀況，塔釜溫度，操作壓力自學(xué)、討論二、精餾塔的操作1．影響精餾操作的主要因素有哪些?操作中應(yīng)怎2．霧沫夾帶、氣泡夾帶、氣體沿塔板的不均勻分布、液體沿塔板的不均勻流動(dòng)等現(xiàn)象分別是由于什么原因造成的？操作中應(yīng)怎樣避免？自學(xué)、討論霧沫夾帶2．霧沫夾帶、氣泡夾帶、氣體沿塔板的不均勻分布、液體沿塔板的二、精餾塔的操作3．板式塔的有哪些常見(jiàn)操作故障？應(yīng)怎樣處理？自學(xué)、討論漏液液泛二、精餾塔的操作3．板式塔的有哪些常見(jiàn)操作故障？應(yīng)怎樣處理？4．塔板的負(fù)荷性能圖

（1）漏液線

（氣相負(fù)荷下限線）（2）液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線）（3）液相負(fù)荷下限線（4）液相負(fù)荷上限線（5）液泛線

五條線所包圍的區(qū)域適宜操作區(qū)。4．塔板的負(fù)荷性能圖（1）漏液線

（氣相負(fù)荷下限線）【作業(yè)】復(fù)習(xí)題【作業(yè)】復(fù)習(xí)題項(xiàng)目3正庚烷-甲基環(huán)己烷混合液的精餾怎樣才能更好的發(fā)揮精餾塔的效果？怎樣更好地控制精餾產(chǎn)品的質(zhì)量？項(xiàng)目3正庚烷-甲基環(huán)己烷混合液的精餾怎樣才能更好的發(fā)揮精實(shí)訓(xùn)任務(wù)：正庚烷-甲基環(huán)己烷混合液的精餾實(shí)訓(xùn)任務(wù)：正庚烷-甲基環(huán)己烷混合液的精餾實(shí)訓(xùn)過(guò)程檢查準(zhǔn)備——加料——升溫——全回流——進(jìn)料——調(diào)節(jié)回流比——產(chǎn)品分析——停車(chē)實(shí)訓(xùn)過(guò)程檢查準(zhǔn)備——加料——升溫——全回流——進(jìn)料——調(diào)節(jié)回檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選一、精餾塔的物料衡算以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，總物料衡算：

qn,F＝qn,D＋qn,W

易揮發(fā)組分：

qn,FxF＝qn,DxD＋qn,W

xW

qn,F,xFqn,D,xDqn,W,xW一、精餾塔的物料衡算以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，qn,F,xFqn,【例5-1】在連續(xù)精餾塔中分離苯和甲苯混合液。已知原料液流量為12000kg/h，苯的組成為40%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同）。要求餾出液組成為97%，釜?dú)堃航M成為2%。試求餾出液和釜?dú)堃旱牧髁浚╧mol/h）；餾出液中易揮發(fā)組分的回收率和釜?dú)堃褐须y揮發(fā)組分的回收率?！纠?-1】在連續(xù)精餾塔中分離苯和甲苯混合液。已知原料液解：苯的摩爾質(zhì)量為78kg/kmol，甲苯的摩爾質(zhì)量為92kg/kmol。原料液組成：餾出液組成：釜?dú)堃航M成：原料液的平均摩爾質(zhì)量kg/kmol原料液摩爾流量：kmol/h由全塔物料衡算，qn,F＝qn,D＋qn,Wqn,FxF＝qn,DxD＋qn,W

xW

代入數(shù)據(jù)得qn,D＋qn,W=140

解得

kmol/h

kmol/h餾出液中易揮發(fā)組分回收率為：釜?dú)堃弘y揮發(fā)組分回收率為：解：苯的摩爾質(zhì)量為78kg/kmol，甲苯的摩爾質(zhì)量為92二、精餾的操作線方程精餾塔內(nèi)任意板下降液組成xn及由其下一層板上升的蒸氣組成yn＋1之間關(guān)系稱(chēng)為操作關(guān)系。描述這種關(guān)系的方程稱(chēng)為操作線方程。二、精餾的操作線方程精餾塔內(nèi)任意板下降液組成xn及由其下一層1．精餾段操作線方程對(duì)右圖陰影范圍作物料衡算，以單位時(shí)間為基準(zhǔn)。令回流比得精餾段操作線方程qn,D,xDnn+1xnyn+1qn,F,xFqn,V,y1qn,L,xD1．精餾段操作線方程對(duì)右圖陰影范圍作物料衡算，以單位時(shí)間為基精餾段操作線方程反映了一定操作條件下，精餾段內(nèi)自任意第n層塔板下降的液相組成xn與其相鄰的下一層塔板上升的蒸氣組成yn＋1之間的關(guān)系。該方程為直線方程，其斜率為，截距為。直線ab即為精餾段操作線。精餾段操作線方程反映了一定操作條件下，精餾段內(nèi)自任意第n層塔2．提餾段操作線方程對(duì)陰影范圍進(jìn)行物料衡算，得提餾段操作線方程反映了在一定的操作條件下，提餾段內(nèi)自任意第m板下降的液相組成與其相鄰的下一層塔板上升的蒸氣組成了之間的關(guān)系。上頁(yè)圖中直線cg即為精餾段操作線。精餾段操作線和提餾段操作線相交于d點(diǎn)。,xWmm+1qn,F,xF2．提餾段操作線方程對(duì)陰影范圍進(jìn)行物料衡算，得提餾段操作線方【例5-2】用精餾塔分離丙酮-正丁醇混合液。原料液含丙酮35%，餾出液含丙酮96%（均為摩爾分?jǐn)?shù)），加料量為14.6kmol/h，餾出液量為5.14kmol/h。進(jìn)料狀態(tài)為沸點(diǎn)狀態(tài)，回流比為2。求精餾段、提餾段操作線方程。解：精餾段操作線方程全塔物料衡算解得

qn,W＝9.46kmol/hxW＝0.019

kmol/h提餾段操作線方程【例5-2】用精餾塔分離丙酮-正丁醇混合液。原料液含丙酮3．進(jìn)料熱狀況的影響和進(jìn)料線方程（1）進(jìn)料五種熱狀況在實(shí)際生產(chǎn)中，引入精餾塔內(nèi)的原料可能有五種不同狀況①低于泡點(diǎn)的冷液體

t＜t泡②泡點(diǎn)下的飽和液體

t＝t泡③氣、液混合物

t泡＜t＜t露④飽和蒸氣

t＝t露⑤過(guò)熱蒸氣t＞t露3．進(jìn)料熱狀況的影響和進(jìn)料線方程（1）進(jìn)料五種熱狀況（2）進(jìn)料熱狀況對(duì)上升蒸氣量和下降液體量的影響（a）冷液體進(jìn)料；（b）飽和液體進(jìn)料；（c）氣、液混合物進(jìn)料；（d）飽和蒸氣進(jìn)料；（e）過(guò)熱蒸氣進(jìn)料（2）進(jìn)料熱狀況對(duì)上升蒸氣量和下降液體量的影響（a）冷液體進(jìn)（3）進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q為便于表達(dá)進(jìn)料量和進(jìn)料熱狀態(tài)之間的關(guān)系，引入進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q。其物理意義是：若進(jìn)料總量為qn,F，則引入進(jìn)料板的液體量為q

qn,F

。所以，提餾段的回流量比精餾段增加了q

qn,F

，同時(shí)進(jìn)入精餾段的上升蒸氣量比提餾段增加了（1－q）qn,F

。不同進(jìn)料時(shí)q值及精餾塔內(nèi)兩段的氣、液相流量關(guān)系如下：①冷液體進(jìn)料（q＞1），②飽和液體進(jìn)料（q＝1），③氣液混合物進(jìn)料（q＝0～1），④飽和蒸氣進(jìn)料（q＝0），⑤過(guò)熱蒸氣進(jìn)料（q＜0），

，，

，

，

，

（3）進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q為便于表達(dá)進(jìn)料量和進(jìn)料熱狀態(tài)之間的關(guān)系（4）進(jìn)料方程（q線方程）在y-x圖上為一條直線，并必與兩操作線相交于一點(diǎn)。進(jìn)料熱狀況不同，q值便不同，q線的位置也不同，故q線和精餾段操作線的交點(diǎn)隨之而變，從而提餾段操作線的位置也相應(yīng)變動(dòng)。進(jìn)料組成、回流比和分離要求一定時(shí)，五種不同進(jìn)料狀況對(duì)q線及操作線的影響如圖。（4）進(jìn)料方程（q線方程）在y-x圖上為一條直線，并必與兩操三、理論塔板數(shù)與塔板效率精餾操作要達(dá)到工業(yè)上的分離要求，精餾塔需要有足夠?qū)訑?shù)的塔板。理論塔板是指離開(kāi)該板的氣、液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，且兩相溫度相等的塔板。理論板是不存在的，它僅用作衡量實(shí)際塔板分離效率的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。三、理論塔板數(shù)與塔板效率精餾操作要達(dá)到工業(yè)上的分離要求，精餾1．逐板計(jì)算法求理論塔板數(shù)交替使用平衡方程和精餾段操作線方程重復(fù)計(jì)算，直至計(jì)算到xn≤xF（僅指飽和液體進(jìn)料情況），表示第n層理論板是進(jìn)料板（屬于提餾段）。此后，改用提餾段操作線方程和平衡方程，求提餾段理論板數(shù)，直至計(jì)算到xm≤xW為止。在計(jì)算過(guò)程中使用了n次相平衡方程即為求得的理論板數(shù)（包括再沸器在內(nèi)）。1．逐板計(jì)算法求理論塔板數(shù)交替使用平衡方程和精餾段操作線方程2．圖解法求理論塔板數(shù)（1）在y-x圖上作出平衡曲線和對(duì)角線。（2）作精餾段操作線、提餾段操作線和進(jìn)料線。（3）畫(huà)直角梯級(jí)。2．圖解法求理論塔板數(shù)（1）在y-x圖上作出平衡曲線和對(duì)角線3．塔板效率塔板效率分單板效率和全塔效率兩種。（1）全塔效率（總板效率，ET）簡(jiǎn)單地反映了整個(gè)塔內(nèi)所有塔板的平均效率，其值小于1。（2）單板效率（EM）是指氣相或液相經(jīng)過(guò)一層實(shí)際塔板前后的組成變化與經(jīng)過(guò)一層理論塔板前后的組成變化的比值?？捎蓪?shí)驗(yàn)測(cè)定。3．塔板效率塔板效率分單板效率和全塔效率兩種。4．實(shí)際塔板數(shù)先求理論板層數(shù)，再用塔板效率予以校正4．實(shí)際塔板數(shù)先求理論板層數(shù)，再用塔板效率予以校正四、回流比的選擇回流比是保證精餾過(guò)程能連續(xù)定態(tài)操作的基本條件，其大小直接影響精餾的操作費(fèi)用和投資費(fèi)用，也影響精餾塔的分離程度?；亓鞅扔袃蓚€(gè)極限值，上限為全回流，下限為最小回流比，適當(dāng)?shù)幕亓鞅冉橛趦蓸O限值之間。四、回流比的選擇回流比是保證精餾過(guò)程能連續(xù)定態(tài)操作的基本條件1．全回流和最少理論板數(shù)

全回流：冷凝液全部回流至塔內(nèi)，既不向塔內(nèi)加料，也不從塔內(nèi)取走產(chǎn)品。全回流時(shí)回流比為全回流時(shí)塔內(nèi)氣、液兩相間的傳質(zhì)推動(dòng)力最大，對(duì)完成同樣的分離任務(wù)，所需的理論板數(shù)為最少，以Nmin表示。1．全回流和最少理論板數(shù)

全回流：冷凝液全部回流至塔內(nèi)，既不2．最小回流比（1）最小回流比當(dāng)回流比減小到兩操作線的交點(diǎn)d落在平衡曲線上時(shí)，相應(yīng)的回流比稱(chēng)為最小回流比，以Rmin表示。在最小回流比下，所需理論板數(shù)為無(wú)窮大。兩操作線和平衡線的交點(diǎn)d稱(chēng)為挾點(diǎn)，而在點(diǎn)d前后各板之間（通常在進(jìn)料板附近）區(qū)域氣、液兩相組成基本上沒(méi)有變化，即無(wú)增濃作用，故此區(qū)域稱(chēng)恒濃區(qū)（又稱(chēng)挾緊區(qū)）。2．最小回流比（1）最小回流比（2）最小回流比的確定方法（2）最小回流比的確定方法3．適宜回流比的選擇適宜的回流比是指操作費(fèi)用（主要包括冷凝器冷卻介質(zhì)和再沸器加熱介質(zhì)的消耗量及動(dòng)力消耗的費(fèi)用等）和設(shè)備費(fèi)用（主要指精餾塔、再沸器、冷凝器等費(fèi)用）之和為最低時(shí)的回流比。對(duì)于難分離的體系，相對(duì)揮發(fā)度接近1，此時(shí)應(yīng)采用較大的回流比，以降低塔高并保證產(chǎn)品的純度；對(duì)于易分離體系，相對(duì)揮發(fā)度較大，可采用較小的回流比，以減少加熱蒸氣消耗量，降低操作費(fèi)用。計(jì)算中，操作回流比常采用經(jīng)驗(yàn)值。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)適宜回流比的數(shù)值范圍可取為R＝（1.1～2.0）R

min3．適宜回流比的選擇適宜的回流比是指操作費(fèi)用（主要包括冷凝器【例5-3】在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合液。原料液組成為0.46（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），餾出液組成為0.97，釜?dú)堃航M成為0.05。操作條件下物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.47。試求飽和液體進(jìn)料和飽和蒸氣進(jìn)料時(shí)的最小回流比?！纠?-3】在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合液。原料液組解：（1）飽和液體進(jìn)料

因飽和液體進(jìn)料：

故：（2）飽和蒸氣進(jìn)料因飽和蒸氣進(jìn)料：故：由計(jì)算結(jié)果可知，不同進(jìn)料熱狀況下，R

min值是不同的。解：（1）飽和液體進(jìn)料

因飽和液體進(jìn)料：【作業(yè)】分析并比較下列各組概念的聯(lián)系與區(qū)別：沸點(diǎn) 過(guò)冷液體簡(jiǎn)單蒸餾 適宜回流比 操作線再沸器泡點(diǎn) 飽和液體平衡蒸餾 最小回流比 平衡線分凝器露點(diǎn) 飽和蒸氣精餾 全回流 q線 全凝器恒沸點(diǎn)過(guò)熱蒸氣間歇精餾 液相回流連續(xù)精餾氣相回流揮發(fā)度部分汽化 精餾段 相對(duì)揮發(fā)度部分冷凝 提餾段計(jì)算題【作業(yè)】分析并比較下列各組概念的聯(lián)系與區(qū)別：END.END.模塊五液體精餾操作《化工單元操作》模塊五液體精餾操作《化工單元操作》項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)精餾裝置化工生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對(duì)均相液體混合物進(jìn)行分離，以達(dá)到提純和回收有用組分的目的，精餾就是實(shí)現(xiàn)這一分離最常用的單元操作。項(xiàng)目1認(rèn)識(shí)精餾裝置化工生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對(duì)均相液體混合物進(jìn)實(shí)訓(xùn)任務(wù)：認(rèn)識(shí)精餾實(shí)訓(xùn)裝置及流程實(shí)訓(xùn)任務(wù)：認(rèn)識(shí)精餾實(shí)訓(xùn)裝置及流程實(shí)訓(xùn)過(guò)程觀察精餾塔主體——觀察全凝器——觀察塔釜或再沸器——觀察產(chǎn)品罐、原料罐——觀察儀表及調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)過(guò)程觀察精餾塔主體——觀察全凝器——觀察塔釜或再沸器——檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選一、精餾塔1．精餾塔的作用是什么？板式塔和填料塔的氣液接觸部件有何不同？2．根據(jù)實(shí)物或圖片說(shuō)明板式塔的結(jié)構(gòu)及塔內(nèi)物料流向。自學(xué)、討論一、精餾塔1．精餾塔的作用是什么？板式塔和填料塔的氣液接觸部3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。篩板3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。篩板3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。浮閥塔板3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。浮閥塔板浮閥塔板圓形浮閥條形浮閥浮閥塔盤(pán)方形浮閥浮閥塔板圓形浮閥條形浮閥浮閥塔盤(pán)方形浮閥噴射型塔板噴射型塔板導(dǎo)向篩板導(dǎo)向篩板3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。3．比較各種類(lèi)型塔板的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。二、精餾的基礎(chǔ)知識(shí)1．蒸餾的概念利用混合物中各組分揮發(fā)度的不同（即沸點(diǎn)的不同），將混合液加熱沸騰汽化，分別收集揮發(fā)出的氣相和殘留的液相，從而將液體混合物中各組分分離。蒸餾分離的依據(jù)：混合物中各組分的揮發(fā)性差異。分離的條件：必須造成氣液兩相系統(tǒng)。二、精餾的基礎(chǔ)知識(shí)1．蒸餾的概念2．蒸餾原理（1）拉烏爾定律在一定溫度下，溶液上方的蒸氣中任一組分的分壓等于此純組分在該溫度下的飽和蒸氣壓乘以該組分在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。2．蒸餾原理（1）拉烏爾定律（2）雙組分溶液的氣、液相平衡相圖兩條曲線：t-x線（液相線或泡點(diǎn)線）t-y線（氣相線或露點(diǎn)線）三個(gè)區(qū)域：液相區(qū)或過(guò)冷區(qū)，氣相區(qū)或過(guò)熱蒸氣區(qū)，氣-液共存區(qū)泡點(diǎn)：溶液開(kāi)始沸騰，產(chǎn)生第一個(gè)氣泡時(shí)的溫度。露點(diǎn)：蒸氣開(kāi)始冷凝，產(chǎn)生第一個(gè)液滴時(shí)溫度。（2）雙組分溶液的氣、液相平衡相圖兩條曲線：泡點(diǎn)：溶液開(kāi)始沸y-x圖平衡曲線：表示液相組成和與之平衡的氣相組成間的關(guān)系。y-x圖（3）相對(duì)揮發(fā)度揮發(fā)度：指混合液中某組分在氣相中的平衡分壓與該組分在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)的比值。表示組分揮發(fā)的難易程度。對(duì)于兩組分（A和B）混合液，

相對(duì)揮發(fā)度：

對(duì)于理想溶液，

（3）相對(duì)揮發(fā)度揮發(fā)度：指混合液中某組分在氣相中的平衡分壓與（3）相對(duì)揮發(fā)度若操作壓力不高，氣相遵循道爾頓分壓定律，則

氣液平衡方程：若＞1，則y＞x，可用普通蒸餾方法進(jìn)行分離。越大，分離越容易；若＜1，同上。若＝1，則y＝x，氣液相組成相等，用普通蒸餾方法不能分離該混合物。（3）相對(duì)揮發(fā)度若操作壓力不高，氣相遵循道爾頓分壓定律，則

（4）簡(jiǎn)單蒸餾操作時(shí)，將原料液放在密閉的蒸餾釜中加熱，使溶液沸騰部分汽化，產(chǎn)生的蒸氣通過(guò)管道引入冷凝器中冷凝成液體，由餾出液接受器貯存，殘液從釜底排出。餾出液中易揮發(fā)組分含量較高，而殘液中難揮發(fā)組分含量較高。（4）簡(jiǎn)單蒸餾操作時(shí)，將原料液放在密閉的蒸餾釜中加熱，使溶液蒸餾原理當(dāng)將組成為xf的混合液加入蒸餾釜后，在溫度tb時(shí)進(jìn)行部分汽化，產(chǎn)生組成為y1的氣相和組成為x1的液相，互成平衡，且y1＞xF＞x1。如把蒸氣引入全凝器冷凝，就得到易揮發(fā)組分含量較高的餾出液，其組成為xD＝y(tǒng)1。而與之平衡的液相中所含易揮發(fā)組分相應(yīng)減少，x1＜xf，即殘液中難揮發(fā)組分含量提高。蒸餾原理當(dāng)將組成為xf的混合液加入蒸餾釜后，在溫度tb時(shí)進(jìn)行3．精餾的概念精餾是多次而且同時(shí)運(yùn)用部分汽化和部分冷凝的方法，使混合液得到較完全分離，以分別獲得接近純組分的操作。3．精餾的概念精餾是多次而且同時(shí)運(yùn)用部分汽化和部分冷凝的方法4．精餾原理苯-甲苯溶液，A點(diǎn)（t0，xf）——B點(diǎn)（t1），氣-液兩相[氣相組成為y1（y1＞xF），液相組成為x1（x1＜xf）]——E點(diǎn)新的氣-液平衡的兩相（～）[＞y1]——F點(diǎn)（氣-液相），＞＞y1＞xF。將氣相進(jìn)行足夠多次的部分冷凝，最后得純苯。組成為x1的液相——C點(diǎn)，氣-液平衡（x2），（x2＜x1＜xf）——D點(diǎn)（x3）（x3＜x2＜x1＜xf），將液相進(jìn)行足夠多次的部分汽化，最后可得到純甲苯。4．精餾原理苯-甲苯溶液，A點(diǎn)（t0，xf）——B點(diǎn)（t1）為實(shí)現(xiàn)精餾操作，除需要有足夠塔板層數(shù)的精餾塔之外，還必須從塔底引入上升蒸氣（氣相回流）和從塔頂引入下降的液流（液相回流），以建立氣-液兩相體系。塔底上升蒸氣和塔頂液相回流是保證精餾操作過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行的必要條件。為實(shí)現(xiàn)精餾操作，除需要有足夠塔板層數(shù)的精餾塔之外，還必須從塔【作業(yè)】復(fù)習(xí)題計(jì)算題【作業(yè)】復(fù)習(xí)題項(xiàng)目2精餾基本操作精餾操作最常用的是精餾塔。精餾塔怎樣才能正常運(yùn)行呢?項(xiàng)目2精餾基本操作精餾操作最常用的是精餾塔。實(shí)訓(xùn)任務(wù)：精餾基本操作實(shí)訓(xùn)任務(wù)：精餾基本操作實(shí)訓(xùn)過(guò)程檢查準(zhǔn)備——加料——升溫——進(jìn)料——正常操作——臨時(shí)停車(chē)——停車(chē)實(shí)訓(xùn)過(guò)程檢查準(zhǔn)備——加料——升溫——進(jìn)料——正常操作——臨時(shí)檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選一、精餾操作流程連續(xù)精餾操作中，原料液連續(xù)送入精餾塔內(nèi)，同時(shí)從塔頂和塔底連續(xù)得到產(chǎn)品（餾出液、釜?dú)堃海?。進(jìn)料回流液塔頂氣相塔底液相一、精餾操作流程連續(xù)精餾操作中，原料液連續(xù)送入精餾塔內(nèi)，同時(shí)塔板是供氣液兩相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的場(chǎng)所。每一塊塔板上氣液兩相進(jìn)行雙向傳質(zhì)，只要有足夠的塔板數(shù)，就可以將混合液分離成兩個(gè)較純凈的組分。以加料板為界分為兩段，加料板以上的塔段為精餾段，其作用是逐板增濃上升氣相中易揮發(fā)組分的濃度。包括加料板在內(nèi)的以下塔板為提餾段，其作用逐板提取下降的液相中易揮發(fā)組分。再沸器的作用是提供一定流量的上升蒸氣流。冷凝器的作用是提供塔頂液相產(chǎn)品并保證有適當(dāng)?shù)囊合嗷亓?。塔板是供氣液兩相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的場(chǎng)所。每一塊塔板上氣液兩相進(jìn)二、精餾塔的操作1．影響精餾操作的主要因素有哪些?操作中應(yīng)怎樣調(diào)節(jié)?物料平衡，回流比，進(jìn)料狀況，塔釜溫度，操作壓力自學(xué)、討論二、精餾塔的操作1．影響精餾操作的主要因素有哪些?操作中應(yīng)怎2．霧沫夾帶、氣泡夾帶、氣體沿塔板的不均勻分布、液體沿塔板的不均勻流動(dòng)等現(xiàn)象分別是由于什么原因造成的？操作中應(yīng)怎樣避免？自學(xué)、討論霧沫夾帶2．霧沫夾帶、氣泡夾帶、氣體沿塔板的不均勻分布、液體沿塔板的二、精餾塔的操作3．板式塔的有哪些常見(jiàn)操作故障？應(yīng)怎樣處理？自學(xué)、討論漏液液泛二、精餾塔的操作3．板式塔的有哪些常見(jiàn)操作故障？應(yīng)怎樣處理？4．塔板的負(fù)荷性能圖

（1）漏液線

（氣相負(fù)荷下限線）（2）液沫夾帶線（氣相負(fù)荷上限線）（3）液相負(fù)荷下限線（4）液相負(fù)荷上限線（5）液泛線

五條線所包圍的區(qū)域適宜操作區(qū)。4．塔板的負(fù)荷性能圖（1）漏液線

（氣相負(fù)荷下限線）【作業(yè)】復(fù)習(xí)題【作業(yè)】復(fù)習(xí)題項(xiàng)目3正庚烷-甲基環(huán)己烷混合液的精餾怎樣才能更好的發(fā)揮精餾塔的效果？怎樣更好地控制精餾產(chǎn)品的質(zhì)量？項(xiàng)目3正庚烷-甲基環(huán)己烷混合液的精餾怎樣才能更好的發(fā)揮精實(shí)訓(xùn)任務(wù)：正庚烷-甲基環(huán)己烷混合液的精餾實(shí)訓(xùn)任務(wù)：正庚烷-甲基環(huán)己烷混合液的精餾實(shí)訓(xùn)過(guò)程檢查準(zhǔn)備——加料——升溫——全回流——進(jìn)料——調(diào)節(jié)回流比——產(chǎn)品分析——停車(chē)實(shí)訓(xùn)過(guò)程檢查準(zhǔn)備——加料——升溫——全回流——進(jìn)料——調(diào)節(jié)回檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選出最佳操作人員。檢查評(píng)價(jià)學(xué)生自查實(shí)訓(xùn)情況，各組比較操作情況及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選一、精餾塔的物料衡算以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，總物料衡算：

qn,F＝qn,D＋qn,W

易揮發(fā)組分：

qn,FxF＝qn,DxD＋qn,W

xW

qn,F,xFqn,D,xDqn,W,xW一、精餾塔的物料衡算以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，qn,F,xFqn,【例5-1】在連續(xù)精餾塔中分離苯和甲苯混合液。已知原料液流量為12000kg/h，苯的組成為40%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，下同）。要求餾出液組成為97%，釜?dú)堃航M成為2%。試求餾出液和釜?dú)堃旱牧髁浚╧mol/h）；餾出液中易揮發(fā)組分的回收率和釜?dú)堃褐须y揮發(fā)組分的回收率?！纠?-1】在連續(xù)精餾塔中分離苯和甲苯混合液。已知原料液解：苯的摩爾質(zhì)量為78kg/kmol，甲苯的摩爾質(zhì)量為92kg/kmol。原料液組成：餾出液組成：釜?dú)堃航M成：原料液的平均摩爾質(zhì)量kg/kmol原料液摩爾流量：kmol/h由全塔物料衡算，qn,F＝qn,D＋qn,Wqn,FxF＝qn,DxD＋qn,W

xW

代入數(shù)據(jù)得qn,D＋qn,W=140

解得

kmol/h

kmol/h餾出液中易揮發(fā)組分回收率為：釜?dú)堃弘y揮發(fā)組分回收率為：解：苯的摩爾質(zhì)量為78kg/kmol，甲苯的摩爾質(zhì)量為92二、精餾的操作線方程精餾塔內(nèi)任意板下降液組成xn及由其下一層板上升的蒸氣組成yn＋1之間關(guān)系稱(chēng)為操作關(guān)系。描述這種關(guān)系的方程稱(chēng)為操作線方程。二、精餾的操作線方程精餾塔內(nèi)任意板下降液組成xn及由其下一層1．精餾段操作線方程對(duì)右圖陰影范圍作物料衡算，以單位時(shí)間為基準(zhǔn)。令回流比得精餾段操作線方程qn,D,xDnn+1xnyn+1qn,F,xFqn,V,y1qn,L,xD1．精餾段操作線方程對(duì)右圖陰影范圍作物料衡算，以單位時(shí)間為基精餾段操作線方程反映了一定操作條件下，精餾段內(nèi)自任意第n層塔板下降的液相組成xn與其相鄰的下一層塔板上升的蒸氣組成yn＋1之間的關(guān)系。該方程為直線方程，其斜率為，截距為。直線ab即為精餾段操作線。精餾段操作線方程反映了一定操作條件下，精餾段內(nèi)自任意第n層塔2．提餾段操作線方程對(duì)陰影范圍進(jìn)行物料衡算，得提餾段操作線方程反映了在一定的操作條件下，提餾段內(nèi)自任意第m板下降的液相組成與其相鄰的下一層塔板上升的蒸氣組成了之間的關(guān)系。上頁(yè)圖中直線cg即為精餾段操作線。精餾段操作線和提餾段操作線相交于d點(diǎn)。,xWmm+1qn,F,xF2．提餾段操作線方程對(duì)陰影范圍進(jìn)行物料衡算，得提餾段操作線方【例5-2】用精餾塔分離丙酮-正丁醇混合液。原料液含丙酮35%，餾出液含丙酮96%（均為摩爾分?jǐn)?shù)），加料量為14.6kmol/h，餾出液量為5.14kmol/h。進(jìn)料狀態(tài)為沸點(diǎn)狀態(tài)，回流比為2。求精餾段、提餾段操作線方程。解：精餾段操作線方程全塔物料衡算解得

qn,W＝9.46kmol/hxW＝0.019

kmol/h提餾段操作線方程【例5-2】用精餾塔分離丙酮-正丁醇混合液。原料液含丙酮3．進(jìn)料熱狀況的影響和進(jìn)料線方程（1）進(jìn)料五種熱狀況在實(shí)際生產(chǎn)中，引入精餾塔內(nèi)的原料可能有五種不同狀況①低于泡點(diǎn)的冷液體

t＜t泡②泡點(diǎn)下的飽和液體

t＝t泡③氣、液混合物

t泡＜t＜t露④飽和蒸氣

t＝t露⑤過(guò)熱蒸氣t＞t露3．進(jìn)料熱狀況的影響和進(jìn)料線方程（1）進(jìn)料五種熱狀況（2）進(jìn)料熱狀況對(duì)上升蒸氣量和下降液體量的影響（a）冷液體進(jìn)料；（b）飽和液體進(jìn)料；（c）氣、液混合物進(jìn)料；（d）飽和蒸氣進(jìn)料；（e）過(guò)熱蒸氣進(jìn)料（2）進(jìn)料熱狀況對(duì)上升蒸氣量和下降液體量的影響（a）冷液體進(jìn)（3）進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q為便于表達(dá)進(jìn)料量和進(jìn)料熱狀態(tài)之間的關(guān)系，引入進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q。其物理意義是：若進(jìn)料總量為qn,F，則引入進(jìn)料板的液體量為q

qn,F

。所以，提餾段的回流量比精餾段增加了q

qn,F

，同時(shí)進(jìn)入精餾段的上升蒸氣量比提餾段增加了（1－q）qn,F

。不同進(jìn)料時(shí)q值及精餾塔內(nèi)兩段的氣、液相流量關(guān)系如下：①冷液體進(jìn)料（q＞1），②飽和液體進(jìn)料（q＝1），③氣液混合物進(jìn)料（q＝0～1），④飽和蒸氣進(jìn)料（q＝0），⑤過(guò)熱蒸氣進(jìn)料（q＜0），

，，

，

，

，

（3）進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q為便于表達(dá)進(jìn)料量和進(jìn)料熱狀態(tài)之間的關(guān)系（4）進(jìn)料方程（q線方程）在y-x圖上為一條直線，并必與兩操作線相交于一點(diǎn)。進(jìn)料熱狀況不同，q值便不同，q線的位置也不同，故q線和精餾段操作線的交點(diǎn)隨之而變，從而提餾段操作線的位置也相應(yīng)變動(dòng)。進(jìn)料組成、回流比和分離要求一定時(shí)，五種不同進(jìn)料狀況對(duì)q線及操作線的影響如圖。（4）進(jìn)料方程（q線方程）在y-x圖上為一條直線，并必與兩操三、理論塔板數(shù)與塔板效率精餾操作要達(dá)到工業(yè)上的分離要求，精餾塔需要有足夠?qū)訑?shù)的塔板。理論塔板是指離開(kāi)該板的氣、液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，且兩相溫度相等的塔板。理論板是不存在的，它僅用作衡量實(shí)際塔板分離效率的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。三、理論塔板數(shù)與塔板效率精餾操作要達(dá)到工業(yè)上的分離要求，精餾1．逐板計(jì)算法求理論塔板數(shù)交替使用平衡方程和精餾段操作線方程重復(fù)計(jì)算，直至計(jì)算到xn≤xF（僅指飽和液體進(jìn)料情況），表示第n層理論板是進(jìn)料板（屬于提餾段）。此后，改用提餾段操作線方程和平衡方程，求提餾段理論板數(shù)，直至計(jì)算到xm≤xW為止。在計(jì)算過(guò)程中使用了n次相平衡方程即為求得的理論板數(shù)（包括再沸器在內(nèi)）。1．逐板計(jì)算法求理論塔板數(shù)交替使用平衡方程和精餾段操作線方程2．圖解法求理論塔板數(shù)（1）在y-x圖上作出平衡曲線和對(duì)角線。（