第十章蒸餾與吸收王志祥

1第十章蒸餾與吸收10.1蒸餾10.2吸收10.3塔設(shè)備21.掌握相對揮發(fā)度的計(jì)算方法。2.掌握精餾原理，熟悉精餾塔分離過程。3.掌握理論板數(shù)的計(jì)算方法，熟悉回流比的影響與選擇以及精餾裝置的熱量衡算。4.熟悉板式塔和填料塔的基本結(jié)構(gòu)，了解塔板的典型操作現(xiàn)象，掌握填料塔的液泛現(xiàn)象。5.了解恒沸精餾和萃取精餾原理，熟悉水蒸氣蒸餾的原理和特點(diǎn)。6.熟悉填料塔吸收過程，了解吸收與解吸的概念。學(xué)習(xí)目標(biāo)蒸餾與吸收3第1節(jié)蒸餾一、概述乙醇:液相氣相分離液體混合物蒸餾與吸收41.蒸餾目的：分離液體混合物2.分離依據(jù)：各組分的揮發(fā)度不同A——揮發(fā)度大——沸點(diǎn)低——輕組分B——揮發(fā)度小——沸點(diǎn)高——重組分第1節(jié)蒸餾一、概述蒸餾與吸收51.蒸餾過程的分離機(jī)制：完全氣化：yA=xA0第1節(jié)蒸餾一、概述蒸餾與吸收xA0部分氣化氣相部分：yA＞xA液相部分：xA＜xA063.分類：按操作流程連續(xù)精餾間歇精餾按操作壓強(qiáng)常壓精餾減壓精餾按組分?jǐn)?shù)目兩組分精餾多組分精餾加壓精餾第1節(jié)蒸餾一、概述蒸餾與吸收7按蒸餾方式簡單蒸餾特殊精餾精餾平衡蒸餾(閃蒸)第1節(jié)蒸餾一、概述蒸餾與吸收8第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡1.飽和蒸汽壓（一）溶液蒸氣壓和拉烏爾定律蒸餾與吸收安托因公式式中A、B、C為物性常數(shù)組分ABC水8.1071750.28235.0苯6.0231206.35220.49第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡2.理想溶液與非理想溶液（一）溶液蒸氣壓和拉烏爾定律蒸餾與吸收理想溶液:FAA=FAB=FBB無熱效應(yīng)、體積效應(yīng)多為烴類同系物非理想溶液:FAA≠FAB≠FBB無熱效應(yīng)、體積效應(yīng)水-乙醇、水-酸類物質(zhì)103.拉烏爾定律：在某一溫度下，稀溶液某溶劑的蒸汽壓等于該溶劑純?nèi)芤旱恼魵鈮撼艘匀軇┑哪柗謹(jǐn)?shù)理想溶液同溫度下純A的飽和蒸汽壓,Pa同樣：第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收114.道爾頓分壓定律：理想溶液產(chǎn)生的蒸汽為理想氣體，符合Dalton定律第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收在任何容器內(nèi)的氣體混合物中，如果各組分之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，每一種氣體都均勻地分布在整個(gè)容器內(nèi)，它所產(chǎn)生的壓強(qiáng)和它單獨(dú)占有整個(gè)容器時(shí)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同。

？(平衡時(shí))12P已知?dú)庖浩胶怅P(guān)系式第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收13（二）溫度-組成圖：飽和液體線飽和蒸氣線液相區(qū)氣液共存區(qū)過熱蒸氣區(qū)AB（泡點(diǎn)線）CE（露點(diǎn)線）D第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收氣液兩相達(dá)平衡時(shí)，兩相溫度相同，氣相組成大于液相組成（B、D）14純組分，沸點(diǎn)不變，泡點(diǎn)＝露點(diǎn)溶液，沸點(diǎn)隨組成而變，泡點(diǎn)≠露點(diǎn)第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收151.揮發(fā)度()：2.相對揮發(fā)度()：純液體第1節(jié)蒸餾三、揮發(fā)度及相對揮發(fā)度蒸餾與吸收溶液中某組分的揮發(fā)度一般用該組分在蒸汽中的分壓與平衡液相中的摩爾分率之比表示16理想溶液：－－氣液平衡方程第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收17若

越大于1，越容易精餾分離第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收18若若，則不能采用普通精餾分離。

越小于1，越容易精餾分離，此時(shí)B為易揮發(fā)組分結(jié)論：可以用來判別精餾分離的難易程度，以及用普通精餾方法能否達(dá)到分離的目的。t改變,變化不大第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收19（三）汽液平衡圖：

第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收20

特點(diǎn)：平衡線偏離對角線越遠(yuǎn)，越易精餾。

圖上讀不出溫度數(shù)據(jù)P對圖影響不大，但對圖影響很大。第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收21（五）雙組份非理想溶液：第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收1.正偏差溶液常壓下乙醇-水溶液的相平衡圖乙醇沸點(diǎn)：78.3℃最低恒沸點(diǎn)：78.15℃，x=0.894FAB＜FAA、FAB＜FBBpA＞p0AxA、pB＞p0BxB22說明：具有恒沸點(diǎn)的溶液精餾時(shí),產(chǎn)品濃度最高為恒沸組成。若相得到更高純度的組分，必須采用特殊精餾。恒沸點(diǎn)處的氣、液組成一致第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收23（五）雙組份非理想溶液：第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收2.負(fù)偏差溶液硝酸沸點(diǎn)：86℃最高恒沸點(diǎn)：121.9℃，x=0.383FAB＞FAA、FAB＞FBBpA＜p0AxA、pB＜p0BxB常壓下硝酸-水溶液的相平衡圖易揮發(fā)組分及恒沸液難揮發(fā)組分及恒沸液理想溶液的t-x(y)相圖上有兩條曲線，下面一條為________線，上面一條為_________線。相對揮發(fā)度的大小，反映溶液蒸餾分離的________程度，相對揮發(fā)度越大，表明該溶液越___________分離。雙組分溶液的相對揮發(fā)度α是溶液中

的揮發(fā)度對____

的揮發(fā)度之比，若α=1表示

。物系的α值愈大，在x-y圖中的平衡曲線愈

對角線。思考題：簡述在定壓下，苯－甲苯混和液的t－x－y圖中的兩條曲線和三個(gè)區(qū)域的名稱圖中有兩條曲線：下方曲線為t－x線，稱為飽和液體線或泡點(diǎn)線；上方曲線為t－y線，稱為飽和蒸氣線或露點(diǎn)線。兩條曲線將t－x－y圖分成三個(gè)區(qū)域：飽和液體線以下區(qū)域稱為液相區(qū)；飽和蒸氣線以上區(qū)域稱為過熱蒸氣區(qū)；兩曲線之間的區(qū)域稱為氣、液共存區(qū)。例.苯(A)與甲苯(B)組成的混合液。在101.325kPa時(shí)苯(A)與甲苯(B)的飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系如下表1，試求：分別用拉烏爾定律和相對揮發(fā)度計(jì)算苯與甲苯混合液的氣液平衡數(shù)據(jù)。溫度，℃80.1859095100105110.6p0A，kPa101.325116.9135.5155.7179.2204.2240.0p0B，kPa40.046.05463.374.386.0101.325表1解：溫度，℃80.1859095100105110.6x1.00.7800.5810.4120.2580.1300y1.00.9000.7770.6330.4560.2610表2溫度，℃80.1859095100105110.6α2.542.512.462.412.37x1.00.7800.5810.4120.2580.1300y1.00.9000.7770.6330.4560.2610表3271.平衡蒸餾(閃蒸)第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理蒸餾與吸收282.簡單蒸餾（一）簡單蒸餾與平衡蒸餾第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理蒸餾與吸收29ABO杠桿原則：（二）精餾原理第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理蒸餾與吸收1.單級分離：302.部分汽化與部分冷凝缺點(diǎn)：收率低、能耗高第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理蒸餾與吸收31第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理32三、蒸餾與精餾原理33塔板(1)塔板上的液層和填料表面是氣液兩相進(jìn)行熱交換和質(zhì)交換的場所。(2)每塊塔板相當(dāng)于一只釜的作用。第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理34加料板以上——精餾段加料板及其以下——提餾段加料位置——與原料液組成和溫度相近的板上進(jìn)料第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理35第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算1.理論板：（一）理論板及恒摩爾流假設(shè)離開塔板的氣相組成yn與液相組成xn之間達(dá)到平衡，則稱這種塔板為理論板。36第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理理論板計(jì)算依據(jù)：氣液平衡關(guān)系和操作關(guān)系物料衡算：Yn+1=?xn

(操作關(guān)系)372.恒摩爾流假設(shè)：

注意：V不一定等于V′，L不一定等于L′恒摩爾液流恒摩爾氣流第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算38總物料：輕組分：重組分回收率：輕組分回收率：（二）全塔物料衡算第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算39若D/F過大，則必↓，質(zhì)量和數(shù)量互相矛盾

第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算40（三）精餾段操作線方程：總物料：輕組分：令：——回流比第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算41第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算（xD，xD）42（四）提餾段操作線方程：總物料：輕組分：第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算斜率：截距：點(diǎn)：（xW，xW）43例：用連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯溶液，已知原料液中苯的含量為40%（質(zhì)量分率），甲苯含量為60%，處理量為10000kg/h。要求釜?dú)堃褐斜降暮坎桓哂?%，塔頂溜出液中苯的回收率不低于97%，計(jì)算塔頂溜出液和塔底殘液的流量及組成。44例：用連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯溶液，已知原料液中苯的含量為40%（質(zhì)量分率），甲苯含量為60%，處理量為10000kg/h。要求釜?dú)堃褐斜降暮坎桓哂?%，塔頂溜出液中苯的回收率不低于97%，計(jì)算塔頂溜出液和塔底殘液的流量及組成。1.精餾和蒸餾的區(qū)別在于___________________。

多級與單級分離2.在連續(xù)精餾塔內(nèi)，加料板以上的塔段稱為

，其作用是

；加料板以下的塔段（包括加料板）稱為

，其作用是

。思考題：增濃上升蒸汽中易揮發(fā)組分提濃下降液體中難揮發(fā)組分461.進(jìn)料熱狀況（五）進(jìn)料熱狀況和進(jìn)料方程第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算47第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算48第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算49第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算1.進(jìn)料熱狀況定量分析物料衡算熱量衡算精餾過程中，加料版上下溫度及氣液組成較為接近50第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算51泡點(diǎn)進(jìn)料露點(diǎn)進(jìn)料第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算52可得提餾段的操作線方程為第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算532.進(jìn)料方程(q線方程)第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算描述精餾段與提餾段操作線交點(diǎn)軌跡的方程。在交點(diǎn)處變量相同：54

作圖q線的作法①②第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算q>1q=10<q<1q=0q<0eXFaXDXwb不同熱狀態(tài)下的q線圖進(jìn)料狀況進(jìn)料的焓IFq值q線斜率q線在y-x圖上的位置冷液體IF<ILq>1+飽和液體IF=IL

q=1無窮大氣液混合IL<IF<IV

0<q<1–飽和蒸汽IF=IVq=00過熱蒸汽IF>IVq<0+56例：在常壓操作的連續(xù)精餾塔中分離含甲醇0.4與水0.6（摩爾分率）的溶液，進(jìn)料的熱狀況參數(shù)為1.1，原料液流量為100kmol/h，要求塔頂易揮發(fā)組分的回收率不低于0.94，釜液組成為0.04（以上均為易揮發(fā)組分的摩爾分率），回流比為2.5，試求產(chǎn)品的流量、精餾段和提餾段的操作線方程及提餾段上升的蒸汽流量。假設(shè)氣液相均為恒摩流動(dòng)。解:57(2)精餾段操作線方程:

(3)提餾段操作線方程:

58(4)另591.逐板計(jì)算法：精餾段：若塔頂為全凝器,則(六)理論板數(shù)的計(jì)算第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算60第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算61當(dāng)時(shí)則第n層為加料板，即若是其它進(jìn)料熱狀況,（泡點(diǎn)進(jìn)料）操作線交點(diǎn)處的液相組成加料板算在提餾段第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算62提餾段：已知第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算63總層數(shù)：當(dāng)時(shí)，結(jié)束，則(再沸器)第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算642.圖解法精餾段操作線的作法

作圖第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算65提餾段操作線的作法第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算66梯級圖解法67例：某苯與甲苯的混合原料，苯的摩爾分率為0.4。擬采用精餾塔加以分離，原料液處理量為100kmol/h。要求塔頂產(chǎn)品含量為0.9，苯的回收率不低于90％，原料預(yù)熱至泡點(diǎn)加入塔內(nèi)。塔頂采用全凝器冷凝，回流比為1.875。已知在操作條件下，物系的相對揮發(fā)度為2.47。求為完成分離任務(wù)所需要的理論板數(shù)及加料位置。68解:(1)求D，W

(2)求精餾段操作線方程1.逐板計(jì)算法：69(3)求提餾段操作線方程(4)求相平衡方程由(5)計(jì)算精餾段理論板數(shù)70由第5塊板為加料板以下計(jì)算提餾段操作線方程代替精餾段操作線方程71(6)計(jì)算提餾段理論板數(shù)由722.梯級圖解法73

（七）回流比的影響及選擇第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算(平衡線與操作線越遠(yuǎn))74第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算若D=0(通常也有F=0,W=0)全回流，全塔操作線與對角線重合，理論板層數(shù)最少。1.全回流和最少理論板層數(shù)：752.最小回流比：(平衡線與操作線越近)當(dāng)四條線交于一點(diǎn)時(shí)交點(diǎn)附近板上無增濃作用即挾緊點(diǎn)第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算76

的求取：(1)作圖法第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算77非正常平衡曲線的：78(2)解析法第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算79泡點(diǎn)進(jìn)料露點(diǎn)進(jìn)料第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算803.適宜回流比的選擇：選擇依據(jù)：總費(fèi)用=操作費(fèi)用+設(shè)備費(fèi)費(fèi)用最低(1)精餾操作費(fèi)主要取決于第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算81(2)設(shè)備費(fèi)包括精餾塔、再沸器、冷凝器的費(fèi)用精餾塔費(fèi)用高第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算82難分離物系：一般取第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算83操作型問題：理論板數(shù)已定，R調(diào)節(jié)第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算841.定義：氣相液相2.依據(jù)：溶解度不同第2節(jié)吸收一、吸收過程的基本概念NH3:氣相液相利用氣體混合物中不同組分在液體中的溶解度差異而實(shí)現(xiàn)分離的單元操作853.相關(guān)概念：吸收質(zhì)(溶質(zhì))：A尾氣：B+(A)惰性組分(載體)：B吸收劑：S吸收液：S+A第2節(jié)吸收一、吸收過程的基本概念86A有用；回收A有害；凈化制備A的S溶液。第2節(jié)吸收二、吸收的工業(yè)應(yīng)用87第2節(jié)吸收三、吸收的分類性質(zhì)溶質(zhì)數(shù)目熱效應(yīng)物理：化學(xué)：無明顯化學(xué)反應(yīng)有………………等溫：非等溫：溫變小溫變大單組分：多組分：A為1個(gè)A為多個(gè)88第2節(jié)吸收四、吸收與解吸氣相液相液相氣相吸收過程解吸過程89第2節(jié)吸收五、吸收劑的選擇溶解度（大）；吸收選擇性（高）；揮發(fā)度（?。徽承裕ㄐ。?；穩(wěn)定性（高）；無毒，腐蝕性小，不易燃易爆，價(jià)廉易得

。90（一）板式塔五、塔設(shè)備1.塔板孔速：912.塔板的典型操作現(xiàn)象(1)氣液接觸狀態(tài)：鼓泡接觸泡沫接觸噴射接觸傳質(zhì)阻力較大傳質(zhì)效果較好傳質(zhì)效果較好92(2)漏液：危害性：產(chǎn)生原因：93(3)霧(液)沫夾帶：分析：產(chǎn)生原因：確定原則：防范措施：適當(dāng)加大板間距氣體穿過板上液層時(shí)，將一小部分液滴挾帶至上一層塔板。94(4)液泛(淹塔)：危害性：產(chǎn)生原因：防范措施：——優(yōu)化板結(jié)構(gòu),增大板間距,可提高液泛氣速操作被完全破壞氣相或液相流量過大時(shí)，降液管內(nèi)液體不能順利流下，開始在管內(nèi)累積，液位增高至溢流堰頂部，兩板間的液體連為一體，塔板產(chǎn)生積液，并依次上升。95(二)填料塔961.填料9798（1）支承裝置：作用:支承填料和持有的液體要求機(jī)械強(qiáng)度高自由截面積應(yīng)較填料層中的大分類柵板式陶瓷多孔板——耐腐蝕升氣管式圓型條型——?dú)怏w流量大2.填料塔附件第1節(jié)蒸餾五、填料塔99100（2）液體分布器作用:使液體初布均勻要求：噴淋點(diǎn)多且均布擋板式蓮蓬式齒槽式多孔管式：環(huán)管式、直管式第1節(jié)蒸餾五、精餾塔101102103104（3）液體再分布裝置：作用:將液體重新引回塔中部截錐式帶支承板不帶支承板:不占空間:可分段裝卸填料1051.溫度組成圖和氣液平衡圖，相對揮發(fā)度及其計(jì)算。2.簡單蒸餾和平衡蒸餾過程，精餾原理和精餾塔分離過程。3.雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算。4.塔的結(jié)構(gòu)，塔板操作現(xiàn)象及填料塔的液泛現(xiàn)象。5.填料塔吸收過程，吸收的分類及工業(yè)應(yīng)用，吸收與解吸，吸收劑的選擇。學(xué)習(xí)小結(jié)蒸餾與吸收習(xí)題課D,xDW,xWF,xF公式：操作條件包括：進(jìn)料狀況（F、xF、q）操作壓力P、操作溫度T、D、W。q線方程思考題：雙組分溶液的相對揮發(fā)度α是溶液中

的揮發(fā)度對

的揮發(fā)度之比，若α=1表示

。物系的α值愈大，在x-y圖中的平衡曲線愈

對角線。思考題：在連續(xù)精餾塔內(nèi)，加料板以上的塔段稱為

，其作用是

；加料板以下的塔段（包括加料板）稱為

，其作用是

。提濃上升蒸汽中易揮發(fā)組分提濃下降液體中難揮發(fā)組分思考題：精餾過程回流比R的定義式為

；對于一定的分離任務(wù)來說，當(dāng)R=