1理解蒸餾的原理與分類課件

第1章蒸餾

1第1章蒸餾1要求：1.理解蒸餾的原理與分類；2.理解兩組分溶液的氣液平衡關(guān)系；3.掌握相對(duì)揮發(fā)度的概念及應(yīng)用；4.理解簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾；5.掌握精餾的原理及兩組份連續(xù)精餾的計(jì)算；6.了解間歇精餾的特點(diǎn)及計(jì)算方法。2要求：2重點(diǎn)：1.掌握相對(duì)揮發(fā)度的概念及應(yīng)用；2.掌握精餾的原理及兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算。3重點(diǎn)：3傳質(zhì)過程或分離操作：物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程。蒸餾：將液體混合物部分氣化，利用各組分的揮發(fā)度不同的性質(zhì)以實(shí)現(xiàn)分離目的的操作。易揮發(fā)組分（輕組份）：沸點(diǎn)低的組分難揮發(fā)組分（重組份）：沸點(diǎn)高的組分4傳質(zhì)過程或分離操作：物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程。4蒸餾分類：

操作流程

蒸餾方式簡(jiǎn)單蒸餾

平衡蒸餾（閃蒸）精餾特殊精餾間歇精餾連續(xù)精餾較易分離或分離要求不高較難分離很難分離5蒸餾分類：蒸餾方式簡(jiǎn)單蒸餾間歇精餾較易分離或5常壓加壓混合物在常壓下為氣態(tài)減壓沸點(diǎn)較高又是熱敏性的混合物兩（雙）組分多組分

工業(yè)生產(chǎn)中常見，原理及

計(jì)算方法無本質(zhì)區(qū)別。操作壓強(qiáng)組分?jǐn)?shù)目6常壓兩（雙）組分操作壓強(qiáng)組分?jǐn)?shù)目6第一節(jié)兩組分溶液的氣液平衡1-1-1相律和拉烏爾定律一、相律

表示平衡物系中的自由度數(shù)、相數(shù)、獨(dú)立組分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。

7第一節(jié)兩組分溶液的氣液平衡1-1-1相律和拉烏爾定律一88例：兩組分的氣液平衡C=2

=2F=2+2-2可變化的參數(shù)有四個(gè)：溫度T、壓強(qiáng)P、一組分在液相中的組成x及在氣相中的組成y（另一組分的組成不獨(dú)立），自由度數(shù)為2，即只要知道T、P、x、y中的任意兩個(gè)，可確定其余兩個(gè)。若固定P，則T、x、y中只有一個(gè)獨(dú)立變量。9例：兩組分的氣液平衡9二、拉烏爾定律（Raoult’sLaw）理想溶液：10二、拉烏爾定律（Raoult’sLaw）10若平衡的氣相為理想氣體，可用道爾頓分壓定律：11若平衡的氣相為理想氣體，可用道爾頓分壓定律：11所以，恒P時(shí)，已知t

x,y恒P時(shí)，已知x(或y)

t,y(或x)（試差）兩組分的氣液平衡關(guān)系：恒P，t-x(y)，x-y相圖

12所以，恒P時(shí)，已知tx,y121-1-2相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度的引入使得氣液平衡的表示更為簡(jiǎn)便。131-1-2相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度的引入使得氣液平衡的表示更141415151-1-3兩組分理想溶液的氣液相圖常用：恒P下，t-x(y)或x-y一、溫度—組分圖t-x(y)圖161-1-3兩組分理想溶液的氣液相圖常用：恒P下，t-圖1-1苯－甲苯混合溶液的圖17圖1-1苯－甲苯混合溶液的圖17

由圖可看出：溫度相同時(shí)，y≥x，組成相同時(shí)，露點(diǎn)溫度高于泡點(diǎn)溫度。注意：P對(duì)t-x(y)圖影響較大。18由圖可看出：溫度相同時(shí)，y≥x，組成相同時(shí)，露點(diǎn)溫度二、x-y圖

y

x

P對(duì)x-y圖影響較小。19二、x-y圖yx191-1-4兩組分非理想溶液的氣液相圖恒沸組成:正偏差溶液：兩組分分壓以及總壓均大于拉烏爾定律的計(jì)算值，圖中有最高點(diǎn)。負(fù)偏差溶液：兩組分分壓以及總壓均小于拉烏爾定律的計(jì)算值，圖中有最低點(diǎn)。恒沸組成與壓強(qiáng)有關(guān)。201-1-4兩組分非理想溶液的氣液相圖恒沸組成:202121222223232424第二節(jié)平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾1-2-1平衡蒸餾是一種單級(jí)蒸餾操作。物料衡算熱量衡算汽液平衡25第二節(jié)平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾1-2-1平衡蒸餾是一種單級(jí)蒸2626一、物料衡算F、D、W：分別為原料液、氣相、液相的流量，kmol/h或mol/s；xF、y、x：分別為原料液、氣相、液相的組成，摩爾分率。27一、物料衡算F、D、W：分別為原料液、氣相、液相的流量，km28282929二、熱量衡算對(duì)加熱器作熱量衡算，忽略熱損失，則：Q：加熱器的熱負(fù)荷，kJ/h；F：原料液流量，kmol/h；Cp：原料液平均比熱，kJ/(kmol﹒0C)；tF：原料液溫度，0C；T：原料液離開加熱器后的溫度，0C。30二、熱量衡算Q：加熱器的熱負(fù)荷，kJ/h；30

原料液經(jīng)節(jié)流減壓后進(jìn)入分離器，物料放出的顯熱等于部分氣化所需的潛熱，即：te：分離器中物料的平衡溫度，0C；r：平均摩爾氣化潛熱，kJ/kmol。31原料液經(jīng)節(jié)流減壓后進(jìn)入分離器，物料放出的顯熱等于部分氣化三、氣液平衡關(guān)系t-x(y)orx－y相圖理想溶液，理想氣體：32三、氣液平衡關(guān)系321-2-2簡(jiǎn)單蒸餾

簡(jiǎn)單蒸餾又稱微分蒸餾，也是一種單級(jí)蒸餾，常間歇操作。是不穩(wěn)定過程，瞬間形成的蒸氣與液相達(dá)相平衡，全部蒸氣與剩余的液體達(dá)不到相平衡。331-2-2簡(jiǎn)單蒸餾簡(jiǎn)單蒸餾又稱微分蒸餾，也是一種3434

設(shè)瞬間釜中液相量為L(zhǎng)kmol，組成為x，經(jīng)微分時(shí)間d

后，蒸出氣量為dD，其組成為y。在d時(shí)間內(nèi)，對(duì)總組分和易揮發(fā)組分分別作物料衡算，可得：35設(shè)瞬間釜中液相量為L(zhǎng)kmol，組成為x，經(jīng)微分總物料易揮發(fā)組份進(jìn)入量，kmol00離開量，kmoldDydD累積量，kmoldLd(Lx)=Ldx+xdL進(jìn)入量=離開量+累積量0=dD+dL0=ydD+Ldx+xdL36總物料易揮發(fā)組份進(jìn)入量，kmol00離開量，kmoldDyd3737求解方法：若x-y平衡關(guān)系用曲線或表格表示時(shí)，則應(yīng)用圖解法或數(shù)值積分。若溶液為理想溶液:38求解方法：38若在操作范圍內(nèi)，平衡關(guān)系x-y為一直線，即y=mx+b，則可得：39若在操作范圍內(nèi)，平衡關(guān)系x-y為一直線，即y=mx簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾分離效果的比較。（理想溶液）若氣化率相同40簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾分離效果的比較。（理想溶液）若氣化率相同44141若殘液溫度相同（殘液濃度也相同）42若殘液溫度相同（殘液濃度也相同）42第三節(jié)精餾原理1-3-1多次部分氣化和多次部分冷凝1.要想使混合物得到比較完全的分離，有必要進(jìn)行多次部分氣化和多次部分冷凝。43第三節(jié)精餾原理1-3-1多次部分氣化和多次部分冷凝1圖1-9一次部分氣化示意圖44圖1-9一次部分氣化示意圖44圖1-10一次部分氣化的圖45圖1-10一次部分氣化的圖45一次部分氣化x1

xF

y1，x1

xW，y1

xD，故一次部分氣化分離程度不高，需采用多次部分氣化和冷凝，使得

x1

xW，y1

xD。46一次部分氣化x1xFy1，x1xW，y2.多次部分氣化和多次部分冷凝的實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)過程分開：收率很低，能耗高，設(shè)備龐雜；同時(shí)進(jìn)行：必須將塔頂產(chǎn)品部分引入塔中（回流）；再沸器使溶液部分氣化產(chǎn)生上升蒸氣。收率高，氣化所需的能量可由冷凝過程提供。設(shè)備：板式塔、填料塔

472.多次部分氣化和多次部分冷凝的實(shí)現(xiàn)。47圖1-11多次部分氣化的分離示意圖48圖1-11多次部分氣化的分離示意圖48圖1-13無中間產(chǎn)品及中間加熱器與冷凝器的多次部分氣化（冷凝）分離示意圖49圖1-13無中間產(chǎn)品及中間加熱器與冷凝器的多次部分氣化（圖1-12多次部分氣化和冷凝的示意圖50圖1-12多次部分氣化和冷凝的示意圖501-3-2精餾塔和精餾操作流程一、精餾塔單塊塔板511-3-2精餾塔和精餾操作流程一、精餾塔515252二、精餾操作流程1.連續(xù)精餾

圖1-16連續(xù)精餾操作流程53二、精餾操作流程圖1-16連續(xù)精餾操作流程532.間歇精餾圖1-17間歇精餾操作流程542.間歇精餾圖1-17間歇精餾操作流程54第四節(jié)兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算工藝計(jì)算內(nèi)容：1.確定產(chǎn)品的流量和組成；2.確定精餾塔的類型（板式塔或填料塔），根據(jù)塔型，求算理論板層數(shù)或填料層高度；3.確定塔高和塔徑；55第四節(jié)兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算工藝計(jì)算內(nèi)容：554.對(duì)板式塔，確定塔板結(jié)構(gòu)、尺寸及塔板流體力學(xué)驗(yàn)算；對(duì)填料塔，確定填料類型及尺寸和流體阻力的計(jì)算。5.計(jì)算冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷，并確定兩者的類型和尺寸。564.對(duì)板式塔，確定塔板結(jié)構(gòu)、尺寸及塔板流體力學(xué)驗(yàn)算；對(duì)填料塔1-4-1理論板的概念及恒摩爾流假定一、理論板

離開塔板的氣液兩相達(dá)到熱力學(xué)平衡，而且塔板上的液相組成也視為均勻。571-4-1理論板的概念及恒摩爾流假定一、理論板57二、恒摩爾流假定1．何為恒摩爾流：恒摩爾氣流：恒摩爾液流：58二、恒摩爾流假定恒摩爾液流：582.假定的必要性：簡(jiǎn)化計(jì)算3.假定成立的條件：各組分的摩爾氣化潛熱相等；氣液接觸時(shí)因溫度不同而交換的顯熱可以忽略；塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略。592.假定的必要性：簡(jiǎn)化計(jì)算591-4-2物料衡算和操作線方程一、全塔物料衡算圖1-18精餾塔的物料衡算601-4-2物料衡算和操作線方程一、全塔物料衡算圖1-18F、D、W：分別為原料液、氣相、液相的流量，kmol/h或mol/s；xF、xD、xW：分別為原料液、氣相、液相的組成，摩爾分率。61F、D、W：分別為原料液、氣相、液相的流量，kmol/h或m回收率：塔頂易揮發(fā)組分的回收率塔底難揮發(fā)組分的回收率62回收率：塔底難揮發(fā)組分的回收率62二、精餾段操作線方程圖1-19精餾段操作線方程的推導(dǎo)63二、精餾段操作線方程圖1-19精餾段操作線方程的推導(dǎo)63對(duì)精餾段作物料衡算，可得：64對(duì)精餾段作物料衡算，可得：64三、提餾段操作線方程圖1-20提餾段操作線方程的推導(dǎo)65三、提餾段操作線方程圖1-20提餾段操作線方程的推導(dǎo)65對(duì)提餾段作物料衡算，可得：

方程中的L1與原料液的進(jìn)料熱狀況有關(guān)，故需對(duì)原料液的進(jìn)料熱狀況進(jìn)行分析。66對(duì)提餾段作物料衡算，可得：方程中的L1與原料液的進(jìn)料熱狀1-4-3進(jìn)料熱狀況的影響原料液的熱狀況：1.溫度低于泡點(diǎn)的過冷液體；2.泡點(diǎn)下的飽和液體；3.溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的氣液混合物；4.露點(diǎn)下的飽和蒸氣；5.溫度高于露點(diǎn)的過熱蒸氣。原料液的熱狀況影響到進(jìn)料板上上升蒸氣量及下降液體量。671-4-3進(jìn)料熱狀況的影響原料液的熱狀況：67圖1-21進(jìn)料熱狀況對(duì)進(jìn)料板上、下各流體的影響68圖1-21進(jìn)料熱狀況對(duì)進(jìn)料板上、下各流體的影響68圖1-21進(jìn)料板上的物料衡算和熱量衡算69圖1-21進(jìn)料板上的物料衡算和熱量衡算69對(duì)進(jìn)料板分別作物料衡算及熱量衡算，可得：70對(duì)進(jìn)料板分別作物料衡算及熱量衡算，可得：70q：進(jìn)料熱狀況參數(shù)物理意義：1kmol進(jìn)料時(shí)，提餾段中液體流量較精餾段中增加的值；對(duì)飽和液體、氣液混合物、飽和蒸氣，q等于進(jìn)料的液相分率。71q：進(jìn)料熱狀況參數(shù)711-4-4理論板層數(shù)的求法已知：原料液組成、進(jìn)料熱狀況、操作回流比、分離程度關(guān)系式：氣液平衡關(guān)系、操作線方程一、逐板計(jì)算法721-4-4理論板層數(shù)的求法已知：原料液組成、進(jìn)料熱狀況、圖1-23逐板計(jì)算法計(jì)算法示意圖73圖1-23逐板計(jì)算法計(jì)算法示意圖73方法：交替利用氣液平衡關(guān)系和操作線方程74方法：交替利用氣液平衡關(guān)系和操作線方程74分凝器：計(jì)算同上，只是精餾段為（n-2）層板,第n-1層為加料板。75分凝器：計(jì)算同上，只是精餾段為（n-2）層板,第n-1層二、圖解法1.操作線的作法圖1-24操作線的作法76二、圖解法圖1-24操作線的作法767777進(jìn)料熱狀況對(duì)q線方程及操作線的影響q值q/(q-1)冷液體>1

+↗

飽和液體1∞↑

氣液混合物0<q<1

-↖

飽和蒸汽00←

過熱蒸汽<0

+↙

表1-3進(jìn)料熱狀況對(duì)q值及q線的影響78進(jìn)料熱狀況對(duì)q線方程及操作線的影響q值q/(q-1)冷液體>79792.圖解方法802.圖解方法803.適宜的進(jìn)料位置813.適宜的進(jìn)料位置811-4-5幾種特殊情況時(shí)理論板數(shù)的求法一、直接蒸氣加熱水為重組分的混合溶液，以省掉再沸器。精餾段操作線方程與常規(guī)塔一樣，q線不變，提餾段操作線方程需修正。821-4-5幾種特殊情況時(shí)理論板數(shù)的求法一、直接蒸氣加熱883838484結(jié)論：進(jìn)料組成、熱狀況、回流比、產(chǎn)品組成相同時(shí)，所需理論板較多。二、多側(cè)線的塔（自學(xué)）85結(jié)論：進(jìn)料組成、熱狀況、回流比、產(chǎn)品組成相同時(shí)，所需理論板較1-4-6回流比的影響及其選擇一、全回流和最小理論板數(shù)全回流：塔頂蒸氣冷凝后全部回流。D＝0，F(xiàn)＝0，W=0精餾段和提餾段的操作線合二為一，y=x所需理論板層數(shù)最少，Nmin。Nmin的計(jì)算：圖解法，芬斯克方程

861-4-6回流比的影響及其選擇一、全回流和最小理論板數(shù)8二、最小回流比夾緊點(diǎn)87二、最小回流比87求法：1.作圖法88求法：8889892.解析法三、適宜回流比的選擇R=(1.1～2.0)Rmin902.解析法9091911-4-7簡(jiǎn)捷法求理論板數(shù)一、吉利蘭（Gilliland）圖921-4-7簡(jiǎn)捷法求理論板數(shù)一、吉利蘭（Gilliland9393二、求理論板數(shù)的步驟（略）94二、求理論板數(shù)的步驟（略）941-4-8塔高和塔徑的計(jì)算一、塔高的計(jì)算1.板效率和實(shí)際板數(shù)（1）全塔效率E（總效率）

951-4-8塔高和塔徑的計(jì)算一、塔高的計(jì)算95（2）單板效率EM（默弗里效率）96（2）單板效率EM（默弗里效率）96（3）點(diǎn)效率點(diǎn)效率可能大于1.02.理論板當(dāng)量高度和填料層高度理論板當(dāng)量高度又稱等板高度HETP填料層高度=理論板數(shù)×等板高度97（3）點(diǎn)效率97二、塔徑的計(jì)算u如何計(jì)算，本書在塔設(shè)備這章中講解。98二、塔徑的計(jì)算u如何計(jì)算，本書在塔設(shè)備這章中講解。981-4-9連續(xù)精餾裝置的熱量衡算991-4-9連續(xù)精餾裝置的熱量衡算99一、冷凝器忽略熱損失QC：全凝器的熱負(fù)荷，kJ/h；IVD：塔頂上升蒸氣的焓，kJ/kmol；ILD：塔頂餾出液的焓，kJ/kmol。100一、冷凝器QC：全凝器的熱負(fù)荷，kJ/h；100二、再沸器的熱負(fù)荷QB：再沸器的熱負(fù)荷，kJ/h；QL：再沸器的熱損失，kJ/h；IVW：再沸器中上升蒸氣的焓，kJ/kmol；ILW：釜?dú)堃旱撵剩琸J/kmol；ILM：提餾段底層塔板下降液體的焓，kJ/kmol。101二、再沸器的熱負(fù)荷QB：再沸器的熱負(fù)荷，kJ/h；101102102第五節(jié)間歇精餾間歇精餾又稱分批精餾，其特點(diǎn)：非穩(wěn)定過程；只有精餾段。操作方式：恒定回流比，餾出液組成減??；恒定餾出液組成，回流比增大。103第五節(jié)間歇精餾間歇精餾又稱分批精餾，其特點(diǎn)：1031-5-1回流比恒定時(shí)的間歇精餾計(jì)算一、確定理論板數(shù)1.計(jì)算最小回流比Rmin，確定適宜回流比R。2.圖解法求理論板數(shù)。1041-5-1回流比恒定時(shí)的間歇精餾計(jì)算一、確定理論板數(shù)10105105二、對(duì)具有一定理論板層數(shù)的精餾塔，確定操作過程中各瞬間的xD和xW之間的關(guān)系106二、對(duì)具有一定理論板層數(shù)的精餾塔，確定操作過程中各瞬間的xD107107三、對(duì)具有一定理論板層數(shù)的精餾塔，確定操作過程中各瞬間的xD（xW）與W、D之間的關(guān)系108三、對(duì)具有一定理論板層數(shù)的精餾塔，確定操作過程中各瞬間的xD1-5-2餾出液組成恒定時(shí)的間歇精餾計(jì)算一、確定理論板數(shù)1.計(jì)算最小回流比Rmin，確定適宜回流比R。2.求理論板數(shù)。1091-5-2餾出液組成恒定時(shí)的間歇精餾計(jì)算一、確定理論板數(shù)110110二、確定xW和R的關(guān)系Ri

xWixWi

Ri試差法111二、確定xW和R的關(guān)系111112112三、計(jì)算一批操作的氣化量（了解）113三、計(jì)算一批操作的氣化量（了解）113第七節(jié)多組分精餾（自學(xué)）第六節(jié)恒沸精餾和萃取精餾（了解）114第七節(jié)多組分精餾（自學(xué)）第六節(jié)恒沸精餾和萃取精餾（了解）第1章蒸餾

115第1章蒸餾1要求：1.理解蒸餾的原理與分類；2.理解兩組分溶液的氣液平衡關(guān)系；3.掌握相對(duì)揮發(fā)度的概念及應(yīng)用；4.理解簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾；5.掌握精餾的原理及兩組份連續(xù)精餾的計(jì)算；6.了解間歇精餾的特點(diǎn)及計(jì)算方法。116要求：2重點(diǎn)：1.掌握相對(duì)揮發(fā)度的概念及應(yīng)用；2.掌握精餾的原理及兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算。117重點(diǎn)：3傳質(zhì)過程或分離操作：物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程。蒸餾：將液體混合物部分氣化，利用各組分的揮發(fā)度不同的性質(zhì)以實(shí)現(xiàn)分離目的的操作。易揮發(fā)組分（輕組份）：沸點(diǎn)低的組分難揮發(fā)組分（重組份）：沸點(diǎn)高的組分118傳質(zhì)過程或分離操作：物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程。4蒸餾分類：

操作流程

蒸餾方式簡(jiǎn)單蒸餾

平衡蒸餾（閃蒸）精餾特殊精餾間歇精餾連續(xù)精餾較易分離或分離要求不高較難分離很難分離119蒸餾分類：蒸餾方式簡(jiǎn)單蒸餾間歇精餾較易分離或5常壓加壓混合物在常壓下為氣態(tài)減壓沸點(diǎn)較高又是熱敏性的混合物兩（雙）組分多組分

工業(yè)生產(chǎn)中常見，原理及

計(jì)算方法無本質(zhì)區(qū)別。操作壓強(qiáng)組分?jǐn)?shù)目120常壓兩（雙）組分操作壓強(qiáng)組分?jǐn)?shù)目6第一節(jié)兩組分溶液的氣液平衡1-1-1相律和拉烏爾定律一、相律

表示平衡物系中的自由度數(shù)、相數(shù)、獨(dú)立組分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。

121第一節(jié)兩組分溶液的氣液平衡1-1-1相律和拉烏爾定律一1228例：兩組分的氣液平衡C=2

=2F=2+2-2可變化的參數(shù)有四個(gè)：溫度T、壓強(qiáng)P、一組分在液相中的組成x及在氣相中的組成y（另一組分的組成不獨(dú)立），自由度數(shù)為2，即只要知道T、P、x、y中的任意兩個(gè)，可確定其余兩個(gè)。若固定P，則T、x、y中只有一個(gè)獨(dú)立變量。123例：兩組分的氣液平衡9二、拉烏爾定律（Raoult’sLaw）理想溶液：124二、拉烏爾定律（Raoult’sLaw）10若平衡的氣相為理想氣體，可用道爾頓分壓定律：125若平衡的氣相為理想氣體，可用道爾頓分壓定律：11所以，恒P時(shí)，已知t

x,y恒P時(shí)，已知x(或y)

t,y(或x)（試差）兩組分的氣液平衡關(guān)系：恒P，t-x(y)，x-y相圖

126所以，恒P時(shí)，已知tx,y121-1-2相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度的引入使得氣液平衡的表示更為簡(jiǎn)便。1271-1-2相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度的引入使得氣液平衡的表示更12814129151-1-3兩組分理想溶液的氣液相圖常用：恒P下，t-x(y)或x-y一、溫度—組分圖t-x(y)圖1301-1-3兩組分理想溶液的氣液相圖常用：恒P下，t-圖1-1苯－甲苯混合溶液的圖131圖1-1苯－甲苯混合溶液的圖17

由圖可看出：溫度相同時(shí)，y≥x，組成相同時(shí)，露點(diǎn)溫度高于泡點(diǎn)溫度。注意：P對(duì)t-x(y)圖影響較大。132由圖可看出：溫度相同時(shí)，y≥x，組成相同時(shí)，露點(diǎn)溫度二、x-y圖

y

x

P對(duì)x-y圖影響較小。133二、x-y圖yx191-1-4兩組分非理想溶液的氣液相圖恒沸組成:正偏差溶液：兩組分分壓以及總壓均大于拉烏爾定律的計(jì)算值，圖中有最高點(diǎn)。負(fù)偏差溶液：兩組分分壓以及總壓均小于拉烏爾定律的計(jì)算值，圖中有最低點(diǎn)。恒沸組成與壓強(qiáng)有關(guān)。1341-1-4兩組分非理想溶液的氣液相圖恒沸組成:2013521136221372313824第二節(jié)平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾1-2-1平衡蒸餾是一種單級(jí)蒸餾操作。物料衡算熱量衡算汽液平衡139第二節(jié)平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾1-2-1平衡蒸餾是一種單級(jí)蒸14026一、物料衡算F、D、W：分別為原料液、氣相、液相的流量，kmol/h或mol/s；xF、y、x：分別為原料液、氣相、液相的組成，摩爾分率。141一、物料衡算F、D、W：分別為原料液、氣相、液相的流量，km1422814329二、熱量衡算對(duì)加熱器作熱量衡算，忽略熱損失，則：Q：加熱器的熱負(fù)荷，kJ/h；F：原料液流量，kmol/h；Cp：原料液平均比熱，kJ/(kmol﹒0C)；tF：原料液溫度，0C；T：原料液離開加熱器后的溫度，0C。144二、熱量衡算Q：加熱器的熱負(fù)荷，kJ/h；30

原料液經(jīng)節(jié)流減壓后進(jìn)入分離器，物料放出的顯熱等于部分氣化所需的潛熱，即：te：分離器中物料的平衡溫度，0C；r：平均摩爾氣化潛熱，kJ/kmol。145原料液經(jīng)節(jié)流減壓后進(jìn)入分離器，物料放出的顯熱等于部分氣化三、氣液平衡關(guān)系t-x(y)orx－y相圖理想溶液，理想氣體：146三、氣液平衡關(guān)系321-2-2簡(jiǎn)單蒸餾

簡(jiǎn)單蒸餾又稱微分蒸餾，也是一種單級(jí)蒸餾，常間歇操作。是不穩(wěn)定過程，瞬間形成的蒸氣與液相達(dá)相平衡，全部蒸氣與剩余的液體達(dá)不到相平衡。1471-2-2簡(jiǎn)單蒸餾簡(jiǎn)單蒸餾又稱微分蒸餾，也是一種14834

設(shè)瞬間釜中液相量為L(zhǎng)kmol，組成為x，經(jīng)微分時(shí)間d

后，蒸出氣量為dD，其組成為y。在d時(shí)間內(nèi)，對(duì)總組分和易揮發(fā)組分分別作物料衡算，可得：149設(shè)瞬間釜中液相量為L(zhǎng)kmol，組成為x，經(jīng)微分總物料易揮發(fā)組份進(jìn)入量，kmol00離開量，kmoldDydD累積量，kmoldLd(Lx)=Ldx+xdL進(jìn)入量=離開量+累積量0=dD+dL0=ydD+Ldx+xdL150總物料易揮發(fā)組份進(jìn)入量，kmol00離開量，kmoldDyd15137求解方法：若x-y平衡關(guān)系用曲線或表格表示時(shí)，則應(yīng)用圖解法或數(shù)值積分。若溶液為理想溶液:152求解方法：38若在操作范圍內(nèi)，平衡關(guān)系x-y為一直線，即y=mx+b，則可得：153若在操作范圍內(nèi)，平衡關(guān)系x-y為一直線，即y=mx簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾分離效果的比較。（理想溶液）若氣化率相同154簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾分離效果的比較。（理想溶液）若氣化率相同415541若殘液溫度相同（殘液濃度也相同）156若殘液溫度相同（殘液濃度也相同）42第三節(jié)精餾原理1-3-1多次部分氣化和多次部分冷凝1.要想使混合物得到比較完全的分離，有必要進(jìn)行多次部分氣化和多次部分冷凝。157第三節(jié)精餾原理1-3-1多次部分氣化和多次部分冷凝1圖1-9一次部分氣化示意圖158圖1-9一次部分氣化示意圖44圖1-10一次部分氣化的圖159圖1-10一次部分氣化的圖45一次部分氣化x1

xF

y1，x1

xW，y1

xD，故一次部分氣化分離程度不高，需采用多次部分氣化和冷凝，使得

x1

xW，y1

xD。160一次部分氣化x1xFy1，x1xW，y2.多次部分氣化和多次部分冷凝的實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)過程分開：收率很低，能耗高，設(shè)備龐雜；同時(shí)進(jìn)行：必須將塔頂產(chǎn)品部分引入塔中（回流）；再沸器使溶液部分氣化產(chǎn)生上升蒸氣。收率高，氣化所需的能量可由冷凝過程提供。設(shè)備：板式塔、填料塔

1612.多次部分氣化和多次部分冷凝的實(shí)現(xiàn)。47圖1-11多次部分氣化的分離示意圖162圖1-11多次部分氣化的分離示意圖48圖1-13無中間產(chǎn)品及中間加熱器與冷凝器的多次部分氣化（冷凝）分離示意圖163圖1-13無中間產(chǎn)品及中間加熱器與冷凝器的多次部分氣化（圖1-12多次部分氣化和冷凝的示意圖164圖1-12多次部分氣化和冷凝的示意圖501-3-2精餾塔和精餾操作流程一、精餾塔單塊塔板1651-3-2精餾塔和精餾操作流程一、精餾塔5116652二、精餾操作流程1.連續(xù)精餾

圖1-16連續(xù)精餾操作流程167二、精餾操作流程圖1-16連續(xù)精餾操作流程532.間歇精餾圖1-17間歇精餾操作流程1682.間歇精餾圖1-17間歇精餾操作流程54第四節(jié)兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算工藝計(jì)算內(nèi)容：1.確定產(chǎn)品的流量和組成；2.確定精餾塔的類型（板式塔或填料塔），根據(jù)塔型，求算理論板層數(shù)或填料層高度；3.確定塔高和塔徑；169第四節(jié)兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算工藝計(jì)算內(nèi)容：554.對(duì)板式塔，確定塔板結(jié)構(gòu)、尺寸及塔板流體力學(xué)驗(yàn)算；對(duì)填料塔，確定填料類型及尺寸和流體阻力的計(jì)算。5.計(jì)算冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷，并確定兩者的類型和尺寸。1704.對(duì)板式塔，確定塔板結(jié)構(gòu)、尺寸及塔板流體力學(xué)驗(yàn)算；對(duì)填料塔1-4-1理論板的概念及恒摩爾流假定一、理論板

離開塔板的氣液兩相達(dá)到熱力學(xué)平衡，而且塔板上的液相組成也視為均勻。1711-4-1理論板的概念及恒摩爾流假定一、理論板57二、恒摩爾流假定1．何為恒摩爾流：恒摩爾氣流：恒摩爾液流：172二、恒摩爾流假定恒摩爾液流：582.假定的必要性：簡(jiǎn)化計(jì)算3.假定成立的條件：各組分的摩爾氣化潛熱相等；氣液接觸時(shí)因溫度不同而交換的顯熱可以忽略；塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略。1732.假定的必要性：簡(jiǎn)化計(jì)算591-4-2物料衡算和操作線方程一、全塔物料衡算圖1-18精餾塔的物料衡算1741-4-2物料衡算和操作線方程一、全塔物料衡算圖1-18F、D、W：分別為原料液、氣相、液相的流量，kmol/h或mol/s；xF、xD、xW：分別為原料液、氣相、液相的組成，摩爾分率。175F、D、W：分別為原料液、氣相、液相的流量，kmol/h或m回收率：塔頂易揮發(fā)組分的回收率塔底難揮發(fā)組分的回收率176回收率：塔底難揮發(fā)組分的回收率62二、精餾段操作線方程圖1-19精餾段操作線方程的推導(dǎo)177二、精餾段操作線方程圖1-19精餾段操作線方程的推導(dǎo)63對(duì)精餾段作物料衡算，可得：178對(duì)精餾段作物料衡算，可得：64三、提餾段操作線方程圖1-20提餾段操作線方程的推導(dǎo)179三、提餾段操作線方程圖1-20提餾段操作線方程的推導(dǎo)65對(duì)提餾段作物料衡算，可得：

方程中的L1與原料液的進(jìn)料熱狀況有關(guān)，故需對(duì)原料液的進(jìn)料熱狀況進(jìn)行分析。180對(duì)提餾段作物料衡算，可得：方程中的L1與原料液的進(jìn)料熱狀1-4-3進(jìn)料熱狀況的影響原料液的熱狀況：1.溫度低于泡點(diǎn)的過冷液體；2.泡點(diǎn)下的飽和液體；3.溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的氣液混合物；4.露點(diǎn)下的飽和蒸氣；5.溫度高于露點(diǎn)的過熱蒸氣。原料液的熱狀況影響到進(jìn)料板上上升蒸氣量及下降液體量。1811-4-3進(jìn)料熱狀況的影響原料液的熱狀況：67圖1-21進(jìn)料熱狀況對(duì)進(jìn)料板上、下各流體的影響182圖1-21進(jìn)料熱狀況對(duì)進(jìn)料板上、下各流體的影響68圖1-21進(jìn)料板上的物料衡算和熱量衡算183圖1-21進(jìn)料板上的物料衡算和熱量衡算69對(duì)進(jìn)料板分別作物料衡算及熱量衡算，可得：184對(duì)進(jìn)料板分別作物料衡算及熱量衡算，可得：70q：進(jìn)料熱狀況參數(shù)物理意義：1kmol進(jìn)料時(shí)，提餾段中液體流量較精餾段中增加的值；對(duì)飽和液體、氣液混合物、飽和蒸氣，q等于進(jìn)料的液相分率。185q：進(jìn)料熱狀況參數(shù)711-4-4理論板層數(shù)的求法已知：原料液組成、進(jìn)料熱狀況、操作回流比、分離程度關(guān)系式：氣液平衡關(guān)系、操作線方程一、逐板計(jì)算法1861-4-4理論板層數(shù)的求法已知：原料液組成、進(jìn)料熱狀況、圖1-23逐板計(jì)算法計(jì)算法示意圖187圖1-23逐板計(jì)算法計(jì)算法示意圖73方法：交替利用氣液平衡關(guān)系和操作線方程188方法：交替利用氣液平衡關(guān)系和操作線方程74分凝器：計(jì)算同上，只是精餾段為（n-2）層板,第n-1層為加料板。189分凝器：計(jì)算同上，只是精餾段為（n-2）層板,第n-1層二、圖解法1.操作線的作法圖1-24操作線的作法190二、圖解法圖1-24操作線的作法7619177進(jìn)料熱狀況對(duì)q線方程及操作線的影響q值q/(q-1)冷液體>1

+↗

飽和液體1∞↑

氣液混合物0<q<1

-↖

飽和蒸汽00←

過熱蒸汽<0

+↙

表1-3進(jìn)料熱狀況對(duì)q值及q線的影響192進(jìn)料熱狀況對(duì)q線方程及操作線的影響q值q/(q-1)冷液體>193792.圖解方法1942.圖解方法803.適宜的進(jìn)料位置1953.適宜的進(jìn)料位置811-4-5幾種特殊情況時(shí)理論板數(shù)的求法一、直接蒸氣加熱水為重組分的混合溶液，以省掉再沸器。精餾段操作線方程與常規(guī)塔一樣，q線不變，提餾段操作線方程需修正。1961-4-5幾種特殊情況時(shí)理論板數(shù)的求法一、直接蒸氣加熱81978319884結(jié)論：進(jìn)料組成、熱狀況、回流比、產(chǎn)品組成相同時(shí)，所需理論板較多。二、多側(cè)線的塔（自學(xué)）199結(jié)論：進(jìn)料組成、熱狀況、回流比、產(chǎn)品組成相同時(shí)，所需理論板較1-4-6回流比的影響及其選擇一、全回流和最小理論板數(shù)全回流：塔頂蒸氣冷凝后全部回流。D＝0，F(xiàn)＝0，W=0精餾段和提餾段的操作線合二為一，y=x所需理論板層數(shù)最少，Nmin。Nmin的計(jì)算：圖解法，芬斯克方程

2001-4-6回流比的影響及其選擇一、全回流和最小理論板數(shù)8二、最小回流比夾緊點(diǎn)201二、最小回流比87求