最新大学化工原理第六章蒸馏PPT课件.ppt

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1、材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏2教学要求教学要求重重 点点：两组分的：两组分的相平衡关系；两组分连续精馏的计算；影响相平衡关系；两组分连续精馏的计算；影响精馏过程的主要因素精馏过程的主要因素。覆盖内容覆盖内容：两组分物系的汽液平衡关系，：两组分物系的汽液平衡关系，t-x-y图图, x-y图图，拉乌尔，拉乌尔定律，定律，泡点方程、露点方程、相对挥发度及其影响因素泡点方程、露点方程、相对挥发度及其影响因素；精馏原；精馏原理；双组分连续精馏塔的理；双组分连续精馏塔的物料衡算，恒摩尔流假设，理论板的概物料衡算，恒摩尔流假设，理论板的概念，操作线方程

2、，进料热状况，念，操作线方程，进料热状况，q的意义及的意义及计算，最小回流比的计算，最小回流比的概念及确定，回流比对精馏过程的影响，理论板数的确定（图解概念及确定，回流比对精馏过程的影响，理论板数的确定（图解法，逐板计算法及简捷法）；法，逐板计算法及简捷法）；点效率、板效率和塔效率的概念，点效率、板效率和塔效率的概念，实际塔板数的确定；精馏装置的热衡算；平衡蒸馏、简单蒸馏的实际塔板数的确定；精馏装置的热衡算；平衡蒸馏、简单蒸馏的特点及计算，间歇精馏的特点及计算步骤；恒沸精馏、萃取精馏特点及计算，间歇精馏的特点及计算步骤；恒沸精馏、萃取精馏的概念；精馏塔全塔效率及点效率的测定方法。的概念；精馏塔

3、全塔效率及点效率的测定方法。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏96-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡理想体系：理想体系：00BAABPP pA0=f(t)、pB0=f(t) ，但，但随随t t的变化较小，可视为常数，可取的变化较小，可视为常数，可取操作温度范围内的平均值。操作温度范围内的平均值。对于双组分溶液，当总压不高时：对于双组分溶液，当总压不高时：AAABAAxxyy11的意义：描述了该二元物系进的意义：描述了该二元物系进行蒸馏分离的难易程度。行蒸馏分离的难易程度。xxy11相平衡方程相平衡方程yyx)1 (材料与化学

4、工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏106-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡三三.两组分理想溶液的气液平衡相图两组分理想溶液的气液平衡相图P=pA0 x+(1-x)pB0y=pA0 x/(pA0 x+(1-x)pB0)单相区：气相区、液相区单相区：气相区、液相区两相共存区两相共存区pB0pA0P=pA+pBpA=pA0 xpB=pB0(1-x)liquidgasT=constantLiquid+gasPxyx (y)1.Px(y)图图等温图等温图材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏116-

5、1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡t-x-y图和图和x-y图图2.等压图等压图 t-x-y图图杠杆杠杆规则规则部分汽化：部分汽化：xyF 分布分离分布分离t-x-y图可通过实验测定。图可通过实验测定。对二元理想物系：对二元理想物系： PxpPpypppPxAoAAAoBoAoBA系统总压影响气液系统总压影响气液材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏126-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡 x-y图图txy 图中的数据图中的数据 xy 图。图。 x-y线与对角线线与对角线偏离越远，表示偏离越远，表示越易分离越易分

6、离。若。若x-y线与对角线重合，线与对角线重合，则不能用精馏方法分离。则不能用精馏方法分离。精馏过程精馏过程接近等压。接近等压。x-y图常用图常用于两组分混合物精馏过程的计算。于两组分混合物精馏过程的计算。压强对压强对x-y曲线的影响不大，但曲线的影响不大，但压强压强明显改变明显改变时，必须考虑压强的影响。时，必须考虑压强的影响。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏136-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡 6-1-2 两组分非理想物系的汽两组分非理想物系的汽液平衡液平衡 几种情况：几种情况：1）气相为理想气体，液相为非理想溶液

7、；）气相为理想气体，液相为非理想溶液；2）液相为理想溶液，气相为非理想气体；液相为理想溶液，气相为非理想气体；3）液相为非理想溶）液相为非理想溶液，气相为非理想气体。液，气相为非理想气体。 相液平衡，任一组分在气相中的化学等于液相中的化学位：相液平衡，任一组分在气相中的化学等于液相中的化学位：AAAAAALALAAgALAAgALAAgAgAAgAgAxppxlnRT)pln(RT)T()fln(RT)T()pln(rT)T()T()fln(RT)T()T( 000000000 可近似为理想气体可近似为理想气体材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏

8、146-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡实际物系分为三类：具有一般正负偏差、具有最大正偏差、实际物系分为三类：具有一般正负偏差、具有最大正偏差、具有最大负偏差。具有最大负偏差。 在在Px(y)图中，图中，PB0PPA0，PB0max；tx(y)图出现最低点，图出现最低点，最底恒沸点；最底恒沸点；xy图中，平衡曲线与对角线相交。图中，平衡曲线与对角线相交。 Px(y)图，图，PminPA0，PB0min，tx(y)图出现最高图出现最高点，最高恒沸点，点，最高恒沸点，xy图，平衡曲线与对角线相交。图，平衡曲线与对角线相交。一、具有一般正负偏差的实际物系一、具有一般正负偏差的实际

9、物系二、具有最大正偏差的实际物系二、具有最大正偏差的实际物系三、具有最小正偏差的实际物系三、具有最小正偏差的实际物系材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏156-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡有有最最低低恒恒沸沸物物最大正偏差溶液：t-xt-y材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏166-1 6-1 两组分溶液的汽液平衡两组分溶液的汽液平衡最大负偏差溶液：有最高恒沸物有最高恒沸物tytx材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏176-2

10、6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏一、一、流程流程6-2-1平衡蒸馏平衡蒸馏 特点：连续稳定、分离程度不高。特点：连续稳定、分离程度不高。 计算内容：通常给定计算内容：通常给定F、xF和分离要和分离要求（求（xD、xW)或或(W、xW)确定确定D、W或或xD 确定确定 P 操作温度操作温度te 换热器换热器热负荷。热负荷。约束方程：物、热衡算、平衡关系。约束方程：物、热衡算、平衡关系。 t B A xW xF yD x 或或 y 范围范围 基准基准 轻组分：轻组分：FxF=DxD+WxW总物料：总物料：F=D+W 液化率：液化率：q=W/F11 qxxqqyF二二.物料衡算物料衡算材

11、料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏186-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏对换热器：对换热器：Q：热负荷，：热负荷，kJ/h or KW；F：原料液，：原料液，kmol/h；Cp：原料液的平均比热，：原料液的平均比热，KJ/mol. ；tf：原料液的温度，：原料液的温度， ；T T：通过加热器后原料液的温度，：通过加热器后原料液的温度， )tT(FcQfp 三三.热量衡算热量衡算三三.汽液平衡关系汽液平衡关系)x(ftx)a(axye 和和11材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏19

12、6-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏1.由由P确定平衡曲线确定平衡曲线xy线及线及tex线；线；2.由分离要求或物料衡算计算由分离要求或物料衡算计算q，3.作作q线，并线，并xy线相交；线相交；4.由交点的由交点的x坐标确定坐标确定te。yxteTe-x曲线efP=常数五五.步骤步骤对闪蒸罐：对闪蒸罐：r：汽化潜热，：汽化潜热，KJ/mol；te：平衡温度，：平衡温度， 。pcreep)q(tTFr)q()tT(Fc 11材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏206-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏 6-3-2 简单

13、蒸馏简单蒸馏一一.流程与装置流程与装置二二.简单蒸馏的原理简单蒸馏的原理液相组成：液相组成：nxxxx321汽相组成：汽相组成：nyyyy321釜液量：釜液量：WdLFF 釜液量釜液量全部汽化全部汽化 最终釜液最终釜液量量W=0，无分离作用。只有部分汽，无分离作用。只有部分汽化（冷凝），才可得到易挥发组分较化（冷凝），才可得到易挥发组分较高的馏出液。高的馏出液。 当料液组成为当料液组成为x1时，时，所得馏出液最高组成为所得馏出液最高组成为y1。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏216-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏三三.过程计

14、算过程计算总：总：dD+L+dL+LdD = -dL 物料衡算：任一瞬间，物料衡算：任一瞬间，yx满满足平相衡。范围足平相衡。范围 基准：基准：dt轻组分：轻组分： ydDdxxdLLLx xydxLdL 12xxxydxWFln 12211111xxlnxxlnWFln bxmbxmlnmWFln 211111图解积分或数值积分图解积分或数值积分材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏226-2 6-2 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏轻组分的物料衡算：轻组分的物料衡算：21WxFxyD WFD 总物料衡算：总物料衡算：比较：对相同的物系，在相

15、同液化率时，简单蒸馏的效果更好。比较：对相同的物系，在相同液化率时，简单蒸馏的效果更好。按一个操作周期的物料衡算：按一个操作周期的物料衡算：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏236-3 6-3 精馏原理和流程精馏原理和流程6-4-1 精馏过程原理和条件精馏过程原理和条件 一次部分汽化（冷凝）一次部分汽化（冷凝）结果：部分分离结果：部分分离 多次部分冷凝多次部分冷凝（汽化）（汽化）结果：较大程度的分离结果：较大程度的分离缺点：中间产物多，能耗高缺点：中间产物多，能耗高，产量小，设备庞大。，产量小，设备庞大。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程

16、教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏246-3 6-3 精馏原理和流程精馏原理和流程料液, xF Feed塔 顶 产 品 , xDOverhead product液相回流Liquid reflux汽相回流Vapor reflux精馏段R e c t i f y i n g section提馏段S t r i p p i n g section再沸器Reboiler冷凝器condenser 改进：回流改进：回流使不处于平衡状态使不处于平衡状态的两相接触的两相接触热、质传递热、质传递部分冷部分冷凝和部分汽化同时发生。凝和部分汽化同时发生。 精馏原理：在塔内，对气、液两精馏原理：在塔内，对气

17、、液两相相同时同时进行进行多次部分冷凝和部分汽多次部分冷凝和部分汽化化。 精馏条件：塔顶的精馏条件：塔顶的液体回流液体回流和塔和塔釜的产生的釜的产生的蒸汽回流蒸汽回流。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏256-3 6-3 精馏原理和流程精馏原理和流程第第n-1板溢流：板溢流：Ln-1，xn-1 ，tn-1；第第n+1板上升：板上升：Vn+1，yn+1，tn+1；第第n板溢流：板溢流：Ln，xn，tn；第第n板上升：板上升：Vn，yn，tn。进入第进入第n板的汽液两相是不平衡的。组成为板的汽液两相是不平衡的。组成为x n-1的液体及组的液体及组成

18、为成为y n+1的蒸汽同时进入第的蒸汽同时进入第n板，存在温度差和浓度差，汽液两板，存在温度差和浓度差，汽液两相在第相在第n板上密切接触进行板上密切接触进行传质和传热传质和传热，使离开该板的汽液两相，使离开该板的汽液两相趋近相平衡（理论板：离开的汽液两相达到相平衡），趋近相平衡（理论板：离开的汽液两相达到相平衡），结果结果：（从宏观看）重组分：汽：（从宏观看）重组分：汽液；轻组分：液液；轻组分：液汽。汽。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏266-3 6-3 精馏原理和流程精馏原理和流程 6-3-2精馏流程精馏流程冷凝水进料加热蒸汽回流液去贮槽残

19、液 连续精馏流程连续精馏流程 间歇精馏流程间歇精馏流程精馏段精馏段上升蒸汽中轻组分上升蒸汽中轻组分的精制的精制提馏段提馏段下降液相中重组分下降液相中重组分的提浓的提浓回流回流实现精馏操作的必要实现精馏操作的必要条件条件材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏276-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的工艺设计及计算主要内容两组分连续精馏的工艺设计及计算主要内容:1）确定产品的）确定产品的流量和组成流量和组成；2）确定精馏塔的类型，根据塔型，计算）确定精馏塔的类型，根据塔型，计算理论板层数或填理论板层数或填料层高度料层高

20、度；3）确定）确定塔高和塔径塔高和塔径；4）对板式塔，进行）对板式塔，进行塔板结构尺寸塔板结构尺寸的计算和塔板的的计算和塔板的流体力流体力学验算学验算；5）对填料塔，确定填料的）对填料塔，确定填料的类型和尺寸，并计算填料塔的类型和尺寸，并计算填料塔的流动阻力流动阻力；6）计算）计算冷凝器和再沸器的热负荷冷凝器和再沸器的热负荷，并确定两者的类型和，并确定两者的类型和尺寸，以及尺寸，以及冷却剂和加热剂冷却剂和加热剂的用量。的用量。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏286-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算 n,Lnnn,Lnn,L

21、nnn,LnIL)I(VILIV 11111 6-4-1 理论板与恒摩尔流假设理论板与恒摩尔流假设理论板理论板衡量实际板分离效率的依据和标准。衡量实际板分离效率的依据和标准。一、理论板一、理论板二、恒摩尔流假设二、恒摩尔流假设热量衡算：热量衡算：各各组组分分汽汽化化潜潜热热相相等等现现热热不不计计设设：nnLn,Ln,Ln,LIIII 111物料衡算：物料衡算：nnnnLVLV 11材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏296-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算VVVnn 1LLLnn 1精馏段：精馏段：mmVVV 1mmLLL

22、1提馏段：提馏段： 服从恒摩尔流假定的精馏过程，塔板上汽液两相接触时，服从恒摩尔流假定的精馏过程，塔板上汽液两相接触时，有有多少摩尔的蒸汽冷凝，相应就有多少摩尔的液体汽化多少摩尔的蒸汽冷凝，相应就有多少摩尔的液体汽化。因此该精。因此该精馏过程属馏过程属等摩尔反向扩散传质过程等摩尔反向扩散传质过程。 范围范围 基准基准xF、xD、xW：进料、馏出液、釜残液的组成（摩尔分率）；：进料、馏出液、釜残液的组成（摩尔分率）；F、D、W：进料、馏出液、釜残液的流量（：进料、馏出液、釜残液的流量（kmol/h）。）。 6-4-2 物料衡算与操作线物料衡算与操作线一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算材料与化学工程

23、系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏306-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算WDF 总物料：总物料：WDFWxDxFx 轻组分：轻组分：WDWFx-xxxFD WDFDxxxxFDFW 1塔顶轻组分回收率：塔顶轻组分回收率：%FxDx100 FD 塔底重组分回收率：塔底重组分回收率：%x(Fx(W10011 )FW 注意：注意：规定分离要求：应满足规定分离要求：应满足DxDFxf 或或(D/F)(Xd/Xw)。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏316-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连

24、续精馏的计算二、精馏段操作线方程二、精馏段操作线方程范围范围 基准基准总物料总物料易挥发组分易挥发组分DLV DnnDxLxVy 1DLR 回流比回流比 满足恒摩尔流，则满足恒摩尔流，则V=(R+1)L。111 RxxRRyDnn精馏段操作线精馏段操作线特点：直线；过点特点：直线；过点（xD,xD)和点和点（0，xD/(R+1)材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏326-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算三三.提馏段操作线方程提馏段操作线方程范围范围 基准基准总物料总物料易挥发组分易挥发组分WmmWxyVxL 1WVL Wmmx

25、VWxVLy 1WmmxWLWxWLLy 1提馏段操作线方程提馏段操作线方程特点：直线，特点：直线， 过过(xW, xW）点。点。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏336-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算提馏操作线：提馏操作线：c c点：点：y =x= xW斜率：斜率：L/V截距：截距：-WxW /V精馏操作线：精馏操作线：a a点：点：y =x= xD斜率：斜率：R/(R+1)截距：截距：xD /(R+1) 111 RxxRRyDnnVWxxVLyWmm 1x y 0 1.0 1.0 xD abxW cde1RxDVWxW

26、材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏346-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算6-4-3 6-4-3 进料热状况的影响进料热状况的影响第第 m m 块板块板加料板加料板范围范围 基准基准F, xF, IF， tFV, ym+1, IVV, ym, IVL, xm-1, ILL, xm, IL第第m板板VLVLF mmmmFVyxLyVLxFx 11总物料衡算：总物料衡算：轻组分物料衡算：轻组分物料衡算：热量衡算：热量衡算：VLVLFVIILIVLIFI 材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理

27、蒸馏蒸馏356-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算LLVVIIII 饱和蒸汽间的显热可不计饱和蒸汽间的显热可不计饱和液体间的显热可不计饱和液体间的显热可不计VLVLF LVFVIIIIFLLq VLVLFVIILIVLIFI 进料液的摩尔汽化热的热进料变成饱和蒸汽所需kmol1 q定义：定义：加料热状态参数加料热状态参数qFLLFqVV1精馏段与提馏段的两相流量关系：精馏段与提馏段的两相流量关系：提馏段操作线方程：提馏段操作线方程：WmmxWqFLWxWqFLqFLy 1材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏366-4 6-4 两

28、组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算（1）温度温度低于泡点低于泡点的冷液体的冷液体tFtB，IF1;（2）泡点下的泡点下的饱和液体饱和液体tF=tB ，IF=IL； q=1 ;（3）汽液混合物汽液混合物tBtFtD，ILIFIV ；0qtD，IFIV ; q1, LL+F, VV(2) 饱和液体饱和液体 q=1, L=L+F, V=V(3) 汽液混合物汽液混合物 0qL, VV(4) 饱和蒸汽饱和蒸汽 q=0, L=L, V=F+V(5) 过热蒸汽过热蒸汽 q0, LF+V上述各进料热状态下的上述各进料热状态下的 q 值，以及受此影响的汽、液摩尔流值，以及受此影响的汽、液摩尔流率分别为率分别

29、为 LLFVV（1）冷液体，q1LLFVV（2）饱和液体，q=1LLFVV（3）汽液混合物，0q1LLFVV（4）饱和蒸气，q=0LLFVV（5）过热蒸气，q0进料线方程进料线方程精馏段操作线与提馏段操作线的交点轨迹方精馏段操作线与提馏段操作线的交点轨迹方程，也被称为程，也被称为q线方程。线方程。DnnDxLxVy 1WmmWxyVxL 1精馏段操作线方程精馏段操作线方程：提馏段操作线方程提馏段操作线方程：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏386-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算DDxLxVyWWxxLyV )()()(WD

30、WxDxxLLyVVqFLLFqVV111 qxxqqyF进料方程或进料方程或q线方程线方程特点：加料热状态一定时，特点：加料热状态一定时，q q 线方程式为一直线方程；且必定线方程式为一直线方程；且必定会过点（会过点（xF,xF) )。不同加料热状态对应不同的不同加料热状态对应不同的 q 值，也就对应着不同的值，也就对应着不同的 q 线。线。 当饱和液体进料，当饱和液体进料，q=1,q 线方程为线方程为x=xF；当饱和蒸汽进料，当饱和蒸汽进料，q=0，q 线方程为线方程为y=xF 。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏396-4 6-4 两组分

31、连续精馏的计算两组分连续精馏的计算q q 线的作法线的作法：e点点(xF,xF)，斜率，斜率=q/q/( (q-q-1)1) 进料焓值进料焓值( (温度温度) )增加，增加，q 值值减小，减小， 则则 q 线与精馏操作线的线与精馏操作线的交点交点( (相应加料热状态下两操作线相应加料热状态下两操作线的交点的交点) )沿着精馏操作线向沿着精馏操作线向 x、y 减小的方向移动。从塔设备的角减小的方向移动。从塔设备的角度，这意味着加料板位置下移度，这意味着加料板位置下移。 q 线与精馏段操作线的交点即为两操作线的交点，仅需将此点线与精馏段操作线的交点即为两操作线的交点，仅需将此点与对角线上的与对角线

32、上的 x=xW，y=xW 点联结，即得点联结，即得提馏段操作线提馏段操作线。实际应用中，常用此法作提馏段操作线实际应用中，常用此法作提馏段操作线。 eacbdq0q=00q101.0 xWxy1.0 xDzF不同加料热状态下的 q 线材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏406-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算6-4-4 6-4-4 理论板层数的求法理论板层数的求法 对符合恒摩尔流假设的双组分对符合恒摩尔流假设的双组分精馏过程，精馏过程，NT 操作线方程和操作线方程和相平衡关系相平衡关系。 一一. .逐板计算法逐板计算法y1y1

33、x1x2y212yN-2xN-2xN-1yNN-1NmN-2W, xWF, xFD, xDQx)(xy11 111 RxxRRyDnnW LWxxW L LyWmm 1依据依据：材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏416-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算步步 骤：骤：x)(xy11 x1111 RxxRRyDnny2x)(xy11 x2x)(xy11 xnxF（仅指饱和液体进料）（仅指饱和液体进料）第第n层理论板是进料板，精馏段所需理论板层数为（层理论板是进料板，精馏段所需理论板层数为（n-1）此后，可改用提段操作线方程进行类

34、似计算，直至此后，可改用提段操作线方程进行类似计算，直至x m xW，m为提馏段理论板数（含再沸器）。为提馏段理论板数（含再沸器）。若塔顶为全凝器若塔顶为全凝器, y1=xD111 RxxRRyDnn111 RxxRRyDnny3材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏426-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算例例.二元混合液中轻组分的摩尔分率二元混合液中轻组分的摩尔分率xF=0.25，采用精馏操作，采用精馏操作进行分离，要求进行分离，要求xD不小于不小于0.98、xW不大于不大于0.0885。操作条件。操作条件下的相对挥发度为下的

35、相对挥发度为2.47，操作条件为回流比为，操作条件为回流比为5、泡点回流、泡点回流、泡点进料，求所需理论板层数。泡点进料，求所需理论板层数。解：解： 相平衡：相平衡：nnny.yxx)(xy47147211 物料衡算：物料衡算：18430.xxxxFDWDWF 精馏段操作线：精馏段操作线：16330833301111.x.yRxxRRynnDnn 提馏段操作线：提馏段操作线：06260737111.x.yWqFRDWxxWqFRDqFRDymmWmm 材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏436-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算

36、泡点回流，则泡点回流，则y1=xD=0.98平衡方程平衡方程x1 操作线操作线y2 理论板序号理论板序号板上气相组成板上气相组成板上液相组成板上液相组成10.980.952020.95670.899430.91280.809140.83760.676250.72650.518660.59660.373470.47450.267780.38140.2032xF90.29030.1421100.18420.0837第八块板为进第八块板为进料板，共需要料板，共需要10块理论板块理论板（含塔釜再沸（含塔釜再沸器）器）材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏4

37、46-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算二、图解法二、图解法 梯级图解法梯级图解法以平衡关系以平衡关系与操作关系为依据，将两者绘操作关系为依据，将两者绘在图上，便可图解得出达到指定分离任务所须的理论塔板数在图上，便可图解得出达到指定分离任务所须的理论塔板数及加料板位置。加料板位置。 依据：依据：R、q，进料及产品组成进料及产品组成。步步 骤：骤：1. 作作平衡线及对角线平衡线及对角线； 2. 作作精馏段操作线精馏段操作线； 3. 作作q线；线； 4. 点点(xq，yq)和和(xW，xW)作提馏段操作线；作提馏段操作线；5. .从从a点点平衡线与精馏段操作线之间作直角梯级；平衡

38、线与精馏段操作线之间作直角梯级；6. . 恰好跨越交点（恰好跨越交点（d点）时，则在平衡线与提馏操作线之间作梯点）时，则在平衡线与提馏操作线之间作梯级，直至某梯级的垂直线达到小于级，直至某梯级的垂直线达到小于xW为止；为止；材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏456-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算7 .每个梯级代表一块理论板。每个梯级代表一块理论板。梯级总数梯级总数即为所需理论板数。即为所需理论板数。y1y1x1x2y212yN-2xN-2xN-1yNN-1NmN-2W, xWF, xFD, xDQyy1xW12345678

39、910axq 线de01.01.0y2y3y6yqxqxFx2x1xD材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏466-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算进料位置对理论板数的影响：进料位置对理论板数的影响：图图a最佳进料位置最佳进料位置所需的理论板数为最少所需的理论板数为最少。图图b，c：加料板位置偏离进料组成，两种安排所需的理论板数：加料板位置偏离进料组成，两种安排所需的理论板数均有所增加。原因是操作线在局部与平衡线距离很近，传质推均有所增加。原因是操作线在局部与平衡线距离很近，传质推动力小（增浓程度小）。动力小（增浓程度小）。 材

40、料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏476-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算 6-4-5 几种特殊情况时几种特殊情况时理论板层数的求法理论板层数的求法一一.直接蒸气加热直接蒸气加热适用：重组分为水的体系。适用：重组分为水的体系。WnnWxyVxL 1易挥发组分衡算：易挥发组分衡算： WVVL 0总物料衡算总物料衡算: : 若恒摩尔流假设仍成立，则若恒摩尔流假设仍成立，则: :V V0 0 :kmol/s(kmol/h):kmol/s(kmol/h) F, xFD, xDW, xW加热蒸气 V0VLVLWmmxVWxVWy001

41、提馏段操作线提馏段操作线:特点？特点？ 精馏段操作线：精馏段操作线：DnnxRxRRy1111 提馏段操作线提馏段操作线 如何求解如何求解NT？材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏486-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算二二.多侧线塔多侧线塔 多股股进料多股股进料特点特点多多q q线线 原因：原因：1 1）多股进料，）多股进料，2 2）多股采出）多股采出 特点：多塔段、各塔段的两相流量特点：多塔段、各塔段的两相流量改变。改变。12W, xWF1,q1,xF1D, xD3F2,q2,xF2111 RxxRRyDnn第第1段：段：

42、第第2段：段：11111111111F)q(D)R(xFDxxF)q(D)R(FqRDyFDss 材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏496-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算WmmxF)q(F)q(D)R(WxF)q(F)q(D)R(FqFqRDy2211221122111111111 第第3 3段段1111111Fxqxqqy q2线：线：q1线：线：2222111Fxqxqqy (xD,xD)、(0,xD/(R+1) ， (xq1,yq1)和和第第2塔段操作线的截距作；塔段操作线的截距作； (xq2,yq2)和和(xW,x

43、W) 。材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏506-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算 侧线出料：饱和液体出料、饱和蒸汽出料侧线出料：饱和液体出料、饱和蒸汽出料分成多段分成多段12W, xWD, xD (yD)3F, zFD, xDq123yDxD1.001.0 xy饱和蒸汽侧线出料饱和蒸汽侧线出料xWzF饱和液体侧线出料饱和液体侧线出料q123xD1.001.0 xyxDxWzF三三.提馏塔提馏塔特点：无精馏段特点：无精馏段材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏516-4 6-4

44、两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算以原料液作液相流时：以原料液作液相流时： qFL,FqDV,VD 1DqFDqxy,xxqqx 1 FqDWxxFqDqFyWnn 111提馏段操作线方程为提馏段操作线方程为 ：q q 线方程联立求解可得提馏段操作线与线方程联立求解可得提馏段操作线与 q q 线交点坐标线交点坐标理论板数图解：理论板数图解：y=xy=xD D 与与 q q 线的交点线的交点即为提馏段即为提馏段操作线的起点，联结点操作线的起点，联结点 d d 与点与点 b b（x xW W , x, xW W）得提馏段操作线，得提馏段操作线，由点由点 d d 开始在两线间作梯级至开始在两线

45、间作梯级至 b b 点得所需理论板数。点得所需理论板数。 xWqyq1.001.0dbxDxF材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏526-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算当泡点进料时当泡点进料时 q=1，交点为，交点为 xq= xF , yq=xDDWxxDFyWnn 1提馏段操作线方程为提馏段操作线方程为 ：欲提高馏出液组成，必须减少欲提高馏出液组成，必须减少蒸发量，增大操作线斜率蒸发量，增大操作线斜率F/D，所需理论板数将增加。，所需理论板数将增加。当操作线上端移至当操作线上端移至 e 点，与成点，与成平衡的汽相组成为平衡

46、的汽相组成为xD,maxedxWxFxDbxD,maxyq1.001.0材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏536-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算F,xFD,xDD,xDW,xWy0 xDxWxF四四.塔顶设分凝器的精馏塔顶设分凝器的精馏 材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏546-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算精馏塔采用冷液回流，回流液温度为精馏塔采用冷液回流，回流液温度为T ，控制回流比控制回流比R=L0/D，第一块下降液体量，第一块下降液体量L，实际

47、回流比，实际回流比R=L/D。（。（IV IV)1）试证明：）试证明：R=R(1+cp(TB-T)/r)；2）精馏段操作线。）精馏段操作线。解：解： 对第一块板物、热衡算对第一块板物、热衡算五五.塔顶设分凝器的精馏塔顶设分凝器的精馏 012102LLVVVLLV 材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏55冷冷液液的的焓焓饱饱和和液液体体的的焓焓:IILILI )VV(:IVIILILIVLLLVLVLLV000121002 DRLR;RDLR:DLDL 0101令令01LLVVDIRRDIDI)RR(I )VV( LVLVIIIILVLVRR)II

48、(R)II(R 00)r/ )TT(c( RRBp 1111 RxnRRnDxy6-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏566-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算 6-4-6 回流比的影响及其选择回流比的影响及其选择一一.全回流与最少理论板数全回流与最少理论板数全回流时：全回流时：R R D D =0 =0 W W =0 =0 F F =0=0特点：特点：nnxy 1mmxy 1对角线对角线NTmin二二. .芬斯克芬斯克 (Fenske) (Fenske) 方程方程第第 n

49、n 板汽液相平衡关系：板汽液相平衡关系：nBAnnBAxxyy 操作线离平衡线操作线离平衡线最远最远材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏576-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算mWBADBAminlogxxxxlogN nBAnBAxxyy 1DBANNBAxxyy 1211 塔顶为全凝器时塔顶为全凝器时: :全回流操作线：全回流操作线： DBABAxxyy 1221 BADBAxxxx 21 BADBAyyxx 321 BADBAyyxx DBANNNBAWBAxxxxxx 1211材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教

50、研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏586-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算三三.最小回流比最小回流比R NT R=Rmin NT= RR1yxDxWxFq线PR=Rmin最小回流比的求法最小回流比的求法 理想物系、具有一般正负偏差的理想物系、具有一般正负偏差的实际体系实际体系:qqqDminxyyxR 材料与化学工程系材料与化学工程系化学工程教研室化学工程教研室化工原理化工原理蒸馏蒸馏596-4 6-4 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算以以表示平衡关系：表示平衡关系：qqqqqDminqqqxx)(xx)(xxRx)(xy 111111 饱和液体进料，饱和液