蒸餾相關(guān)知識(shí)

小結(jié)1.概述

●蒸餾的目的和依據(jù)●蒸餾過程必要條件●蒸餾分類2.溶液的氣、液相平衡●相平衡關(guān)系定義、條件及表示方法條件表示1對(duì)于雙組分體系：(1)平衡常數(shù)法理想體系的氣、液相平衡關(guān)系2狀態(tài)變化相圖

①t-x-y圖★提高壓力，對(duì)蒸餾過程不利3②氣、液平衡組成的x-y圖4(3)相對(duì)揮發(fā)度法①揮發(fā)度定義:平衡分壓與液相組成的比值若溶液為理想溶液，則其揮發(fā)度為：②相對(duì)揮發(fā)度

定義：任意揮發(fā)組分與基準(zhǔn)組分揮發(fā)度的比值5對(duì)于雙組分理想體系有：---------相平衡方程說明:α表示了物系分離的難易程度，α遠(yuǎn)離1，則易分離，α=1，則該物系不能用普通的蒸餾方法分離。

理想溶液----相對(duì)揮發(fā)度α變化不大，可取一平均值作為常數(shù)處理;非理想物系----α不能作為常數(shù)處理。6◆相平衡常數(shù)與相對(duì)揮發(fā)度的關(guān)系◆壓力對(duì)相平衡的影響P升高，t升高，下降，對(duì)分離不利，p下降，t下降，升高，對(duì)分離有利。7小結(jié)1.非理想溶液的氣液相平衡①在恒沸點(diǎn)處,α=1，故一般蒸餾方法不能使兩組分分離。②非理想溶液，α隨t（或濃度）變化較大，α不能作為常數(shù)2.簡(jiǎn)單蒸餾（微分蒸餾，瑞利蒸餾）（1）裝置與流程（2）特點(diǎn)

①間歇過程;②產(chǎn)品與釜液組成隨時(shí)間而改變(降低）;③瞬時(shí)蒸氣與釜中液體處于平衡狀態(tài)8（3）簡(jiǎn)單蒸餾的計(jì)算93.平衡蒸餾（閃蒸）（1）閃蒸流程動(dòng)畫示意（2）特點(diǎn)連續(xù)操作，氣、液一次平衡、（3）平衡蒸餾的計(jì)算對(duì)二元理想物系——操作線方程——相平衡方程10——汽化率114.精餾（1）精餾過程（2）精餾原理（3）精餾的特點(diǎn)①存在回流；②易揮發(fā)組分沿塔高方向增加，而溫度沿塔高方向降低；③塔頂產(chǎn)品富含易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)品富含難揮發(fā)組分。（4）理論板（平衡級(jí)）的概念汽、液兩相的溫度相同、組成互呈平衡12注意：N不包括塔釜（再沸器）總板效率:131.物料衡算總物料衡算：qnF=qnD+qnW易揮發(fā)組分物料衡算：回收率定義：小結(jié)14(1)恒摩爾流假定(對(duì)多數(shù)有機(jī)同系物和許多相近的理想溶液體系)①熱損失很小，可以忽略不計(jì)②混合熱為零③各板上混合物的摩爾汽化熱近似相等④各板液體焓變與摩爾汽化熱相比可忽略不計(jì)2.精餾過程熱量衡算精餾段：15提餾段：(2)進(jìn)料的熱狀態(tài)參數(shù)q16①過冷液體q＞1②飽和液體q=1③氣、液混合物0＜q＜1

q值在數(shù)值上等于進(jìn)料中液相所占的分率δ④飽和蒸氣q=0⑤過熱蒸氣q＜0五種進(jìn)料狀態(tài)17(3)全塔熱量衡算不計(jì)熱損失，則有：①再沸器熱流量②

冷凝器的熱流量③若物流qnD、qnW帶出熱流量qnF帶入熱量相差不大時(shí)則有：183.雙組分連續(xù)精餾的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)精餾操作方程精餾段:回流比提餾段:q線方程:19xDxWzFDWF③連接點(diǎn)W(xW,xW)和Q(xq,yq)得到提餾段操作線。②由點(diǎn)F（ZF，ZF）和斜率q/(q-1)做q線，得交點(diǎn)Q(xq,yq);（xq，yq）①連接D（xD，xD）和（0，xD/(R+1)兩點(diǎn)，得精餾段操作線；(2)操作方程的圖示（x-y圖）20(3)回流比R及進(jìn)料狀態(tài)參數(shù)對(duì)操作線的影響①回流比R的影響：R↑→操作線靠近對(duì)角線→對(duì)分離有利21②

q的影響：q

的值不影響精餾段操作線，但對(duì)提餾段操作線有影響。

q↓，提餾段操作線斜率增大。q

線、精餾段、提餾段操作線均與進(jìn)料量F無關(guān)q=1q>10<q<1q=0q<0zF22（2）圖解法：（補(bǔ)的）①作平衡曲線；③由D(xD,xD)和b=xD/(R+1)作精餾段操作線；④由F(ZF,ZF)點(diǎn)和K=q/(q-1)作q線；⑤由交點(diǎn)Q(xq,yq)和W(xW,xW)作提餾段操作線；⑥由D點(diǎn)開始,在平衡線與操作線之間畫梯級(jí)求N；②由xD,ZF,xW,作垂線與對(duì)角線交于D,F,W點(diǎn);程序23（3）影響N的因素分析（補(bǔ)的）N決定于{平衡線位置：物系，T，P→（α）操作線位置：xD，xW，R，ZF，q，R：R↑，K精

↑,b↓，操作線與平衡線距離↑，各塔板分離能力↑，N↓。Rq：q↑，Kq↓，Q點(diǎn)右移，提餾段操作線與平衡線距離↑，提餾段各塔板分離能力↑，N↓。 qxD：xD↑，D點(diǎn)上移，K精不變，精餾線向上平移，操作線與平衡線距離↓，塔板分離能力↓，N↑圖xW：略。分離要求提高，N增加。ZF：操作型問題。24小結(jié)1.理論塔板數(shù)的計(jì)算：（1）逐板計(jì)算法(2)圖解法(1)逐板計(jì)算法

條件：①塔頂蒸氣在冷凝器中全部冷凝；②泡點(diǎn)回流xD=y1→x1y2→x2y3→x3

平操作………..25xDzFQDWxWN=9(包含釜)（2）圖解法：26ncbxnxn-1yn+1yn水平線長(zhǎng)度:通過第n板液相組成變化垂線長(zhǎng)度:通過第n板氣相組成變化梯級(jí)的含義:272.影響N的因素分析（1）R：R

↑→N

↓動(dòng)畫示意28

（2）q：q

↑→

N

↓。

動(dòng)畫過程（3）分離要求：

xD↑、xW↓→N

↑293.進(jìn)料位置選擇（1）進(jìn)料位置確定原則兩操作線交點(diǎn)Q所在梯級(jí)。（2）Q點(diǎn)為最優(yōu)進(jìn)料位置的分析上移或下移均對(duì)分離不利，導(dǎo)致N增加。（3）關(guān)于進(jìn)料位置的允許范圍進(jìn)料位置對(duì)分離的影響3031

概念：R=∞，qnD=0稱為全回流。

此時(shí)qnW=qnD=qnF=0

特征：①

操作線與對(duì)角線重合，yn+1=xn；

②

塔板分離能力最大③完成分離任務(wù)所需N稱為最少理論塔板數(shù)，Nmin

最小理論板數(shù)的確定:

①圖解法；②逐板計(jì)算法回流比的選擇（1）回流比為無限大32●圖解法33●逐板計(jì)算法對(duì)雙組分：——Fenske方程計(jì)算思想：由xD始，依次反復(fù)應(yīng)用平衡關(guān)系與操作關(guān)系，直至xn≤xw為止。34b.最小回流比（1）定義

回流比減小，兩操作線同時(shí)向平衡線靠近，所需理論板數(shù)增加

繼續(xù)減小至交點(diǎn)Q移至平衡線上時(shí)（點(diǎn)Ｅ），則所需的理論板數(shù)無窮多。

對(duì)應(yīng)的回流比稱為最小回流比Rmin。示意圖

動(dòng)畫

（2）計(jì)算：設(shè)Ｅ（xe,ye)則3536也可由精餾段操作線在y軸上的截距yC確定37非理想體系操作的最小回流比動(dòng)畫38C.適宜回流比適宜回流比的確定示意6.5.5理論塔板數(shù)的簡(jiǎn)捷計(jì)算法注意：N、Nmin均已包括釜。該關(guān)系可以用吉利蘭(Gilliland)圖表示。391.最小回流比（1）定義示意圖

示意圖

（2）計(jì)算：小結(jié)(3)適宜回流比402.理論塔板數(shù)的簡(jiǎn)捷計(jì)算法注意：N、Nmin均已包括釜。該關(guān)系可以用吉利蘭(Gilliland)圖表示。413.其他方式的蒸餾

（1）水蒸氣直接加熱的蒸餾（2）帶側(cè)線采出的精餾（3）多股進(jìn)料（4）回收塔

（5）塔頂設(shè)部分冷凝器

424.實(shí)際塔板數(shù)及塔板效率

(1)實(shí)際塔板數(shù)(2)塔板效率①總板效率ETET的來源:◆經(jīng)驗(yàn)公式◆實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)——來源生產(chǎn)塔和試驗(yàn)塔

②單板效率（Murphree效率）43445.精餾操作分析

(1)診斷分析步驟(2)故障診斷45小結(jié)1.間歇精餾

(1)

特點(diǎn)●間歇操作，料液分批加入塔釜?！裰挥芯s段，無提餾段?！穹欠€(wěn)態(tài)過程操作方式

◆回流比恒定的間歇精餾

◆恒定產(chǎn)品組成的間歇精餾間歇精餾示意圖46(3)計(jì)算①回流比恒定的間歇精餾

特點(diǎn):塔頂產(chǎn)品組成不斷降低，釜液中組成也不斷降低。

假定xD1，確定Rmin,確定R，求N假定是否合適，以=為判據(jù)理論塔板數(shù)的確定:

47設(shè)計(jì)校核:操作型計(jì)算②

恒定產(chǎn)品組成的間歇精餾

特點(diǎn):保持餾出液組成不變，連續(xù)加大回流比理論板數(shù)確定:操作型計(jì)算:動(dòng)畫示意482.恒沸精餾

和萃取精餾(1)

應(yīng)用：

①具有恒沸點(diǎn)的液相混合物②具有較小相對(duì)揮發(fā)度的物系(2)原理：在液相混合物中加入第三組分（質(zhì)量分離劑），改變?cè)芤褐懈鹘M分間的相對(duì)揮發(fā)度(3)恒沸精餾

加入第三組分，使其與某一組分形成最低恒沸物，從而使而使原溶液易于分離，稱為恒沸精餾。該第三組分常又稱為挾帶劑。49(4)萃取精餾

加入第三組份能顯著改變兩組份間的相對(duì)揮發(fā)度，且本身的揮發(fā)性很小，該第三組分稱為萃取劑。(5)恒沸精餾和萃取精餾的比較50

小結(jié)多組份精餾①多組份精餾的特點(diǎn)②全塔物料衡算◆關(guān)鍵組份、輕關(guān)鍵組份、重關(guān)鍵組份、非關(guān)鍵組份、輕非關(guān)鍵組分、重非關(guān)鍵組分◆清晰分割、非清晰分割

③多組份精餾的最小回流比④多組份精餾的塔板數(shù)計(jì)算

▲簡(jiǎn)捷法▲逐板計(jì)算法51精餾過程節(jié)能技術(shù)：

精餾塔設(shè)計(jì)和操作參數(shù)的優(yōu)化

多組分分離序列的選擇

精餾與過程系統(tǒng)的能量集成

選擇適宜的分離方法替代精餾（1）精餾塔設(shè)計(jì)和操作參數(shù)的優(yōu)化回流比優(yōu)化

b.適宜進(jìn)料位置c.進(jìn)料熱狀態(tài)的選擇d.操作壓力的選擇52（2）多組分分離序列的選擇●多組分分離流程方案稱之為分離序列，不同序列分離相同產(chǎn)品的成本不同?！裨诜蛛x序列中，如果易揮發(fā)組分依次從塔分離出來，此序列為順序流程