《精餾原理》講稿

第五章

蒸餾一、概述二、拉烏爾定律三、揮發(fā)度和相對揮發(fā)度四、氣液相平衡圖五、非理想溶液第一節(jié)

兩組分溶液氣液平衡2023/2/31.1概述1、蒸餾的原理通過加熱造成氣、液兩相物系，利用一定壓力下各物系中組分相對揮發(fā)度（沸點(diǎn)）的不同進(jìn)行分離液體混全物的一種單元操作。

易揮發(fā)組分：沸點(diǎn)低的組分

難揮發(fā)組分：沸點(diǎn)高的組分2023/2/3實(shí)驗(yàn)室裝置2023/2/32023/2/3

蒸餾操作實(shí)例：石油煉制中使用的250萬噸常減壓裝置2023/2/32、蒸餾的分類按蒸餾方式

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2023/2/3按操作壓強(qiáng)

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

混合物中組分

雙組分多組分

按操作方式

間歇

連續(xù)

2023/2/33、拉烏爾定律

（1）、拉烏爾定律

溶液理想溶液非理想溶液

化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，分子大小接近，分子間力近似相等。如圖所示，在一定的溫度下，溶液上方任意組分的蒸氣分壓，等于該純組分在同溫度下的蒸氣壓與該組分在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)之乘積?！瓰鯛柖?。2023/2/3可由Antoine方程計(jì)算或從手冊中查

2023/2/3當(dāng)溶液沸騰時，溶液上方的總壓等于各組分的蒸氣壓之和

——由拉烏爾定律表示的氣液平衡關(guān)系2023/2/34、揮發(fā)度和相對揮發(fā)度（1）、揮發(fā)度對純液體，揮發(fā)度指該液體在一定溫度下的飽和蒸汽壓對混合液，揮發(fā)度為組分在蒸氣中分壓和與之平衡的液相中的摩爾分率之比2023/2/3對于理想溶液：

對于非理想溶液：

（2）、相對揮發(fā)度溶液中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比，用α表示。

2023/2/3相對揮發(fā)度的數(shù)值可由實(shí)驗(yàn)測得

對理想溶液：理想溶液中組分的相對揮發(fā)度等于同溫度下兩組分的泡和蒸汽壓之比。當(dāng)t變化時，兩者的變化不大，一般可將α視為常數(shù)，計(jì)算時可取操作溫度范圍內(nèi)的平均值。

2023/2/3若操作壓強(qiáng)不高，氣相遵循道爾頓分壓定律

——?dú)庖浩胶夥匠?/p>

2023/2/3由

知，時，

組分A較B易揮發(fā)，可以用蒸餾方法分離時，揮發(fā)度差異愈大，愈有利于蒸餾操作。

時，不能用普通蒸餾的方法分離混合液。

α可作為混合液能否用蒸餾方法分離以及分離難易程度的判據(jù)。2023/2/35、汽液相平衡圖

（1）溫度—組成(

圖)

兩條線三個區(qū)三種點(diǎn)2023/2/3表示混合液的平衡溫度和液相組成之間關(guān)系，t-x線。露點(diǎn)線表示混合液的平衡溫度和氣相組成之間的關(guān)系，t-y線，泡點(diǎn)線兩條線2023/2/3過熱蒸汽區(qū)兩相區(qū)液相區(qū)三個區(qū)2023/2/3●●●沸點(diǎn)（boilingpoint）●●泡點(diǎn)（bubblepoint）x越大，易揮發(fā)組分的含量越高，泡點(diǎn)溫度越低。

●●露點(diǎn)（dewpoint）y越大，易揮發(fā)組分含量越高，露點(diǎn)溫度越低。

2023/2/3t汽液兩相處于平衡時，兩相溫度相同此時，氣相組成大于液相組成；當(dāng)氣液兩相組成相同時，氣相露點(diǎn)溫度總是高于液相的泡點(diǎn)溫度。

2023/2/3EtExFxEyEt-x-y圖與蒸餾原理2023/2/32、x-y

圖平衡線位于對角線的上方，平衡線偏離對角線愈遠(yuǎn)，表示該溶液愈易分離。2023/2/3第五章

蒸餾

一、精餾原理二、精餾的流程與裝置第二節(jié)

精餾原理和流程2023/2/3一、簡單蒸餾和平衡蒸餾1、簡單蒸餾

2023/2/3簡單蒸餾是一個非穩(wěn)態(tài)過程，并不簡單！2023/2/32.平衡蒸餾2023/2/3二、精餾原理

1、液體混合物經(jīng)過多次部份汽化后可變?yōu)楦呒兌鹊碾y揮發(fā)組分

2023/2/32023/2/32023/2/32、汽體混和物經(jīng)過多次部分泠凝后可變?yōu)楦呒兌鹊囊讚]發(fā)組分

2023/2/32023/2/32023/2/3（1）分離過程得到許多中間餾分，如圖中的組成為x1.x2

等液相產(chǎn)品，y1.y2等氣相產(chǎn)品，因此最后純產(chǎn)品的收率就很低；（2）設(shè)備龐雜，能量消耗大。

2023/2/3圖6-4多次部分氣化的t-x-y圖2023/2/32023/2/33、精餾是多次部分汽化與多次部分冷凝的聯(lián)合操作精餾塔由若干塊塔板構(gòu)成，每塊塔板均為理論板，其上溫度為泡點(diǎn)；人為地安排則液體的溫度2023/2/3汽流——熱源液流——冷卻劑塔板——中間再沸器和中間部分冷凝器

易揮發(fā)組份由液相向汽相傳遞，難揮發(fā)組份由汽相向液相傳遞

2023/2/3三、精餾的流程與裝置1、流程精餾塔再沸器冷凝器2023/2/3F2023/2/3提餾段精餾段進(jìn)料板2023/2/3這是原油精餾塔之一。原料油是以蒸汽形式加入塔中部，所以加料管很粗。塔頂和塔底有兩種物料油流出。精餾塔特寫實(shí)景2023/2/3精餾裝置示意圖2023/2/3第五章

蒸餾

一、理論板及恒摩爾流二、物料衡算和操作線三、理論塔板層數(shù)的求法四、幾種特殊情況時理論板數(shù)的求法五、回流比的影響及其選擇六、理論板數(shù)的捷算法七、實(shí)際塔板數(shù)、塔板效率八、精餾裝置的熱量衡算第三節(jié)

兩組分連續(xù)精餾的

分析和計(jì)算

2023/2/3一、理論板及恒摩爾流1、理論板

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。2、操作關(guān)系

yn+1與xn之間的關(guān)系

3、恒摩爾汽化2023/2/34、恒摩爾溢流

5、恒摩爾流假設(shè)的條件（1）各組分的摩爾汽化潛熱相等；

（2）氣液接觸時因溫度不同而交換的顯熱可以忽略；

（3）塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略。

2023/2/3二、物料衡算和操作線1、全塔物料衡算

對總物料：

對于易揮發(fā)組分：

2023/2/3若已知進(jìn)料量和組成，只要確定分離要求和，即可求出和計(jì)算式：或2023/2/32、精餾段操作線方程

對總物料：

對易揮發(fā)組分：

2023/2/3——回流比

——精餾段操作線方程2023/2/33、提餾段操作線方程

對總物料：

對易揮發(fā)組分：

提餾段操作線方程：2023/2/35、進(jìn)料熱狀況對操作的影響

1）定義式2）q的計(jì)算物料衡算：

2023/2/3熱量衡算：

（1）對于泡點(diǎn)進(jìn)料

2023/2/32023/2/3（2）對于飽和蒸汽進(jìn)料

（3）對于冷液進(jìn)料

2023/2/3（4）汽液混合物進(jìn)料

（5）過熱蒸汽進(jìn)料

對于飽和液體、汽液混合物及飽和蒸汽三種進(jìn)料而言，q值就等于進(jìn)料中的液相分率。2023/2/3（3）q值與提餾段操作線方程提餾段操作線方程為：2023/2/3三、理論塔板層數(shù)的求法

1．逐板計(jì)算法

（已知）

平衡關(guān)系操作關(guān)系1）精餾段2023/2/3平衡關(guān)系操作關(guān)系……泡點(diǎn)進(jìn)料精餾段n-1層2）提餾段（已知）提餾段操作線……提餾段m-1層平衡關(guān)系操作關(guān)系2023/2/32、圖解法1）操作線作法

a）精餾段操作線b）提餾段操作線的作法

2023/2/3abyxxDxWcxFefd2023/2/3c）q線方程－——q線方程或進(jìn)料方程

2023/2/3d）進(jìn)料熱狀況對q線及操作線的影響

過冷液體：q>1,

，ef1（）飽和液體：

q=1,

，ef2（↑）汽液混合物

：0<q<1,

，ef3（）飽和蒸汽：q=0,，ef4

（←）過熱蒸汽：q<0,，ef5（）2023/2/3f1f2f3f4f52023/2/32）圖解方法

xDabefdxFxWc11‘234562023/2/33、最宜的進(jìn)料位置

2023/2/3五、回流比的影響及其選擇

1、回流比對精餾操作的影響

R↑xD/R+1↓

abyxxDxWcxFefdxD/R+1

NT↓ab

下移R↑D、W不變L、V↑ab與ac重合R=∞NT=Nmin2023/2/3abyxxDxWcxFefdxD/R+1

R↓xD/R+1↑ab、q線與平衡線交于dR=RminN=∞d點(diǎn)夾緊點(diǎn)N↑ab上移Rmin＜＜R∞2023/2/32、全回流及最少理論板層數(shù)

全回流時，D=0，F(xiàn)=0，W=0；達(dá)到給定分離程度所需的理論板層數(shù)最少為Nmin。1）Nmin的求法

a）圖解法

xWxD2023/2/3b）解析法——芬斯克(Fenske)方程式

全回流時操作線方程式為：yn+1=xn∴(yA)n+1=(xA)n，(yB)n+1=(xB)n離開任一層板的汽液組成間的關(guān)系為：若塔頂采用全凝器，（yA）1=（xA）D

，（yB）1=（xB）D

第一層板的汽液平衡關(guān)系為：2023/2/3第一層板和第二層板之間的操作關(guān)系為：yA2=xA1,yB2=xB2

即同理，第二板的氣液平衡關(guān)系為：2023/2/3若令2023/2/3——芬斯克方程

3、最小回流比的求法

1）作圖法a）對于正常的平衡曲線

2023/2/3xq,yq——q線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)

qyqxq2023/2/3b）對于某些不正常的平衡曲線

由點(diǎn)a（xD,xD）向平衡線作切線，切線的斜率=Rmin/Rmin+1。

2023/2/32）解析法

對于相對揮發(fā)度為常量（或取平均值）的理想溶液

2023/2/3飽和液體進(jìn)料時

飽和蒸汽進(jìn)料時

2023/2/34、適宜回流比的選擇

R=（1.1～2）Rmin2023/2/3六、理論板數(shù)的捷算法

1、吉利蘭圖

2023/2/32、簡捷法求理論板數(shù)的步驟根據(jù)物系性質(zhì)及分離要求，求出Rmin，選擇合適的R；求出全回流下所需理論板數(shù)Nmin；使用吉利蘭圖，求出所需理論板數(shù)；確定加料位置，可把加料組成看成釜液組成求出理論板數(shù)即為精餾段所需理論板數(shù)，從而可以確定加料位置。

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