化工基礎(chǔ)武漢大學(xué)第6章精餾-1課件

第六章精餾

利用液體混合物中各組分揮發(fā)度不同的性質(zhì)，對液體混合物進(jìn)行多次部分氣化和部分冷凝相結(jié)合的操作后，就會使氣相中易揮發(fā)組分的含量越來越高，而液相中難揮發(fā)的組分的含量也越來越高，從而達(dá)到分離混合物的目的。乙醇-水體系的蒸餾分離乙醇水加熱氣相:醇富集液相:水富集冷凝冷卻乙醇產(chǎn)品廢水簡單蒸餾或平衡蒸餾：一般用在混合物各組分揮發(fā)性相差大，對組分分離程度要求又不高的情況下。精餾：在混合物組分分離純度要求很高時采用。特殊精餾：混合物中各組分揮發(fā)性相差很小，或形成恒沸液（azeotrope），難以或不能用普通精餾加以分離時，借助某些特殊手段進(jìn)行的精餾。間歇精餾：多用于小批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場合。連續(xù)精餾：多用于大批量工業(yè)生產(chǎn)中。常壓蒸餾：蒸餾在常壓下進(jìn)行。減壓蒸餾：用于常壓下物系沸點(diǎn)較高，使用高溫加熱介質(zhì)不經(jīng)濟(jì)或熱敏性物質(zhì)不能承受的情況。減壓可降低操作溫度。加壓蒸餾：對常壓沸點(diǎn)很低的物系，蒸汽相的冷凝不能采用常溫水和空氣等廉價冷卻劑，或?qū)Τ爻合聻闅怏w的物系（如空氣）進(jìn)行精餾分離，可采用加壓以提高混合物的沸點(diǎn)。多組分精餾：例如原油的分離。雙組分精餾：例如乙純-水體系的分離。本章著重討論常壓下雙組分連續(xù)精餾。其原理和計算方法可推廣應(yīng)用到多組分體系。古老的燒酒制作過程（1）粬的制作——發(fā)酵過程（獲得菌種）（2）粗酒的制作——將酒粬與蒸熟的米飯，按一定比例混合發(fā)酵，制成酒、水、酒糟的糊狀混和物（生物降解）。（3）酒的提純——蒸餾操作過程。

鍋為汽化器，頂蓋為冷凝器。為什么能使乙醇增濃？主要因?yàn)橐掖急人姆悬c(diǎn)低（或說乙醇比水的揮發(fā)度高）。這樣蒸汽中乙醇的含量YA高于粗酒中乙醇的含量XA，即YA>XA。蒸汽冷凝之后，就得到乙醇含量高的酒。yA——蒸汽中乙醇所占的摩爾分率xA——液相中乙醇所占的摩爾分率在一定的溫度下，溶液上方任意組分的蒸汽分壓，等于該純組分在同溫度下的蒸汽壓與該組分在溶液中的摩爾分率之乘積。道爾頓分壓定律：pA=yA.PpB=yB.Pt-x-y圖

在一定外壓條件下，沸點(diǎn)t與汽液相組成（x,y）的關(guān)系，繪在圖上即是t-x-y圖。如圖所示，對于一定組成的溶液（x1）加熱到與t-x相交的點(diǎn)，即出現(xiàn)第一個氣泡，所以t-x線亦稱泡點(diǎn)線。對于組成為y1的蒸汽，冷卻至與t-y線相交，出現(xiàn)第一個露珠，所以稱t-y線為露點(diǎn)線。若t-x線與t-y線重合，則表示該溶液不能分離。若兩線相距愈遠(yuǎn)，則表示愈易分離。x-y圖

取t-x-y圖中的x,y數(shù)據(jù)，以x為橫坐標(biāo)，y為縱坐標(biāo)，繪成的圖為x-y圖。對于易揮發(fā)組分，因?yàn)閥A>xA，所以x-y線均在對角線上方。x-y線與對角線偏離越遠(yuǎn)，表示越易分離。若x-y線與對角線重合，則不能用精餾方法分離。

1-2氣-液相平衡方程

揮發(fā)度——達(dá)到相平衡時，某組分在蒸汽中的分壓和它在平衡液相中的摩爾分率之比，叫做該組分的“揮發(fā)度”。是指物質(zhì)揮發(fā)的難易程度。相對揮發(fā)度——各組分的揮發(fā)度之比，稱為組分間的“相對揮發(fā)度”。由式（II）得知，當(dāng)α=1時，表示該二元溶液不能用精餾的方法分離。x,y一般表示為易揮發(fā)組分濃度。由

知，時，

時，揮發(fā)度差異愈大，愈有利于蒸餾操作。

時，組分A較B易揮發(fā)，可以用蒸餾方法分離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)。

§2精餾原理

2-1精餾基本原理簡單蒸餾是單級分離過程，對溶液只進(jìn)行一次部分氣化；精餾是對混合液同時進(jìn)行多次部分氣化和部分冷凝相結(jié)合的操作。

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。

氣體混和物經(jīng)過多次部分泠凝后可變?yōu)楦呒兌鹊囊讚]發(fā)組分。無回流多次簡單蒸餾圖在上圖中，對第i釜作物料衡算：眾所周知，只有同時滿足式（I）和式（II），才可稱為穩(wěn)定操作。我們分兩種情況進(jìn)行分析：眾所周知，只有同時滿足式（I）和式（II），才可稱為穩(wěn)定操作。我們分兩種情況進(jìn)行分析：若式（I）成立，即式（II）不能成立。若式（II）成立，即式（I）不能成立。據(jù)此分析，由于實(shí)際中，式（I）和式（II）不能同時成立。所以，圖中的流程是不穩(wěn)定操作。即，無回流的多次簡單蒸餾是不穩(wěn)定操作。有回流的多次簡單蒸餾

連續(xù)精餾流程

原料從加料板被送入精餾塔后，在加料板上與上層塔板下降的回流液混合后，逐板下降，直達(dá)塔底，一部分進(jìn)入再沸器氣化，上升與回流液接觸，直達(dá)塔頂。每層不斷進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)過程。隨著原料的進(jìn)入，易揮發(fā)的組分含量高的餾出液產(chǎn)品和難揮發(fā)組分含量高的塔底產(chǎn)品連續(xù)不斷地從塔頂和塔底分別排出。提餾段精餾段進(jìn)料板精餾段是利用回流液將上升氣體中的難揮發(fā)組分部分冷凝，產(chǎn)生的冷凝熱使塔板上液體部分氣化，對易揮發(fā)組分起提純作用。提餾段是利用上升蒸汽使料液和精餾段回流液的混合液中易揮發(fā)組分逐步氣化，對難揮發(fā)組分起提純作用。間隙式精餾塔

將原料一次加入塔底的再沸騰中，用加熱的蒸汽使再沸騰器中的液體部分氣化，它只有精餾段而無提餾段。

§3雙組分連續(xù)精餾的物料衡算和能量衡算

在簡單精餾的過程中：液相組成由汽相組成（餾出液組成）由釜液量由若全部汽化，又全部冷凝，即最終釜液量W=0，則達(dá)不到分離的目的。只有部分汽化，部分冷凝，才可得到易揮發(fā)組分較高的餾出液。3-1恒物質(zhì)的量流假定為了實(shí)現(xiàn)精餾，需要多次部分汽化與部分冷凝，則“多次”是多少次呢？為了使操作穩(wěn)定，要引入塔頂回流，回流量對“次數(shù)”有什么影響呢？為了得到兩種純度高的產(chǎn)品，需要中間加料，則“中間”是在什么位置呢？理論板——假設(shè)離開該板（第n塊板）的上升蒸汽組成yn和板上（第n塊板）下流液體組成xn互成平衡，該板稱之為理論板。恒物質(zhì)的量氣化假定精餾塔沒有物料的出與進(jìn)，每層塔板上上升氣流的物質(zhì)的流量相等。即內(nèi)每層塔板上升蒸汽的摩爾流率［kmol·s-1］相等精餾段：提餾段：恒物質(zhì)的量溢流假定精餾塔內(nèi)沒有物料的出與進(jìn)，每層塔板下降液流的物質(zhì)的量流量相等。即精餾段內(nèi)每層塔板溢流液體的摩爾流率［kmol·s-1］相等。對于精餾段：對于提餾段：3-2物料衡算和熱量衡算

全塔物料衡算以全塔作物料平衡，已知原料液的流量、組成以及對塔頂和塔底產(chǎn)物的組成。

全塔物料衡算進(jìn)入塔的物料量=離開塔的物料量易揮發(fā)組分的物料衡算進(jìn)入塔的易揮發(fā)組分量=離開塔的易揮發(fā)組分量精餾段物料衡算

進(jìn)出精餾段的物料平衡精餾段易揮發(fā)組分的物料平衡令R——回流比有

精餾段操作線方程全回流時無回流時提餾段物料衡算

進(jìn)出提餾段的物料平衡提餾段易揮發(fā)組分的物料平衡提餾段操作線方程：進(jìn)料狀態(tài)的影響Ａ狀況——低于泡點(diǎn)的過冷液進(jìn)料Ｂ狀況——泡點(diǎn)液體進(jìn)料Ｃ狀況——汽-液混合物進(jìn)料Ｄ狀況——露點(diǎn)蒸汽進(jìn)料Ｅ狀況——高于露點(diǎn)的過熱蒸汽進(jìn)料加料板的物料衡算與熱量衡算

冷液體進(jìn)料，上升到精餾段的蒸汽較提餾段的少。泡點(diǎn)液體進(jìn)料，上升到精餾段的蒸汽與提餾段的蒸汽量相等。氣液混合進(jìn)料，進(jìn)料中的蒸汽隨提餾段的上升蒸汽進(jìn)入精餾段。飽和蒸汽進(jìn)料，處于露點(diǎn)的飽和溫度，全部進(jìn)料隨提升段上升蒸汽進(jìn)入精餾段，二者流量相等。過熱蒸汽進(jìn)料，提餾段下降的液體量要比精餾段下降的液體量少。進(jìn)料板的物料平衡與熱量平衡：

整理得：δ—進(jìn)料狀態(tài)參數(shù)，它表示將