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1、蒸馏,本章要求,1、熟练掌握双组分理想物系的气液相平衡关系及其相图表述 2、熟练掌握精馏原理及过程分析 3、熟练掌握双组分连续精馏塔的物料横算、操作线方程、q线方程 4、熟练掌握理论塔板数确定 5、熟练掌握最小回流比计算 了解汽液传质设备的分类,本章重点,（1）双组分理想物系气液相平衡关系以及相图 （2）双组分连续精馏塔的物料横算、操作线方程、q线方程 （3）理论塔板数确定,本章难点,（1）双组分理想物系气液相平衡关系以及相图 （2）理论塔板数确定。,蒸馏过程的分类,1、按操作方式分 2、按投料方式分 3、按操作压强分 4、按原料液中的组分数分,第二节 汽液相平衡,一、理想物系及所遵循的规律
2、理想溶液遵循拉乌尔定律： 在一定温度下，溶液上方的蒸汽中任一组分的平衡分压，等于该纯组分在此温度下的饱和蒸汽压乘上它在溶液中的摩尔分数。 即：PA = PAoxA PB = PBoxB 对于二元溶液xA + xB = 1,理想气体遵循道尔顿定律： 系统的总压等于各组分分压之和。即：P = PA + PB 在总压力为的混合气体中任一组分的平衡分压等于该组分在气相中的摩尔分率乘上混合气体的总压。 即：Pi = Pyi,二、理想物系的汽液平衡,1、相律 相律是研究相平衡的基本规律，它阐明了平衡物系中的组分数C、相数P和自由度F间的关系，即：F = C P + 2 式中的2表示外界只有温度、压强两个条
3、件可以影响物系的平衡状态。对于二元物系的汽液平衡，C=2，P=2，F=2。,由相律可知：在物系中可以变化的参数有四个：T、P、任一组分在汽、液相中的组成y、x，其中若规定了二个变量，则平衡状态就被唯一确定！若再固定一个变量，则该物系就仅有一个独立变量，其他变量都是它的函数。 两组分的汽液平衡可以用一定压强下的t-x（或y）及x-y的函数关系或相图表示，即恒压下，温度与组成有一一对应的关系。,2、汽液平衡关系式,（1）用饱和蒸汽压和相平衡常数表示的汽液平衡关系： 由于理想体系符合拉乌尔和道尔顿定律，于是有： 对于液体：PA = PAoxA PB = PBoxB 对于气体：P = PA + PB
4、对于二元溶液 xA + xB = 1,则xA、xB、 yA、yB 值如下,（2）用相对挥发度表示的汽液平衡关系,、挥发度 对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压 对混合液，挥发度为某组分在蒸气中分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比 对于理想溶液,、相对挥发度,溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，用表示。,由道尔顿定律，可知,Pi = Pyi,对于理想物系,虽然PA0、PBO 随温度而变，但因两者沿同一方向变化，故可视为常数，计算时可在温度范围内取一平均值。 相对挥发度的数值可由实验测得，理想体系的 仅与温度有关，与组成无关。,（3）t-x-y和y-x相图,t-x-y图：
5、 在两组分沸点之间取温度值 t 查得PAo、PBo 由泡点方程 计算xA 由相平衡方程式 计算yA,由图可得,1、在某一温度t下达到平衡时的液、 汽相组成xA、yA； 2、某一组成的混合液的泡点温度和露点温度； 3、由图可分析精馏原理。,y-x相图,以 xA为纵坐标，yA为横坐标作图 该曲线为混合液在 一定T、P条件下的 气液平衡线。 对角线是作参考 作用的：,分析,平衡线离对角线越远，则表示越易用普通蒸馏的方法分离；平衡线位于对角线之上，说明了在汽化时，气相中易挥发组分的含量总大于液相中易挥发组分的含量。 总压对y-x相图影响不大，可忽略。 y-x相图多用于精馏计算，而t-x-y图多用于分析
6、原理。,第三节 蒸馏方式,一、简单蒸馏是一个不稳定的传质过程。只能部分分离混合液，不能得到很纯的物质。 混合液 部分汽化 气相被冷凝 收集凝液 凝液中轻组分的含量比原混合液中的含量高，混合液得到了初步的的分离。,简单蒸馏简图,二、平衡蒸馏,只能部分分离混合液，不能得到很纯的物质。 混合液 在密闭容器内加热（ T、P） 经减压阀 进入分离器 由于T、P突然下降，混合液中一部分液体汽化，一部分气体冷凝 气相中轻组分的含量比原混合液中A的含量高，液相中重组分的含量比原混合液中的B含量混合液得到了初步的的分离。,平衡蒸馏简图,三、精馏,将液体混合物加热到一定温度后通入部分冷凝 器， 分出气相和液相，然
7、后将气相部分不断通入部分冷凝器，则最终气相中轻组分的含量的yn比最初原料的轻组分含量y1高。,将液体混合物加热到一定温度后通入部分冷凝器， 分出气相和液相，然后将液相部分不断通入部分 再沸器使之部分汽化，则最终液相中重组分的含量的Xn比最初原料中的重组分含量x1高。 这两个过程都可以将混合物进行分离，但有一半的物料要浪费掉。在工业上不可取。,精馏简图,四、特殊蒸馏,基本原理： 1、水蒸汽蒸馏 2、恒沸蒸馏 3、萃取蒸馏,第四节 双组分连续精馏的计算,一、恒摩尔流假设的条件 （1）各组分的摩尔汽化潜热相等； （2）气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略 ； （3）塔设备保温良好，热损失可以忽略
8、。,二、理论板概念,理论板指离开该塔板的蒸汽和液体成平衡的塔板。不论进入理论板的气液两相组成如何，离开时两相温度相等，组成互成平衡。,三、物料横算和操作线方程,1、全塔物料横算 连续稳定操作进料流量与出料流量相等。 总物料衡算：F = D + W 轻组分衡算: FxF=DxD + WxW,全塔物料衡算范围,回收率,回收率指回收了原料中易挥发组分（或难挥发组分）的百分数。,2、操作线方程,（1）精馏段操作线方程 横算范围如图 精馏段操作线方程可以通过对如图所示区域进行物料横算求得： 总物料：V=L+D 易挥发组分：Vyn+1=Lxn + DxD,整理，得 精馏段操作线方程,精馏段操作线衡算范围,
9、（2）提馏段操作线方程,提馏段操作线方程可以通过对如图所示区域进行物料横算求得： 总物料：L= V+ W 易挥发组分: xm= ym +1+W xW,整理，得提馏段操作线方程,提馏段操作线衡算范围,3、进料热状况影响,原料液五种进料热状态,低于泡点进料； 泡点进料； 汽、液混合进料； 露点进料； 过热蒸汽进料。,冷液进料，q1：,饱和液体进料，q=1：,汽、液混合物进料,0q1：,进料为汽、液混合物，料液入塔后饱和汽体进入精馏段，而饱和液体进入提馏段。,饱和蒸汽进料,q=0：,进料为露点温度，料液入塔后与加料板上上升的蒸汽汇合进入精馏段。,过热蒸汽进料, q0：,进料为过热蒸汽，料液还有部分显
10、热可供塔内部分饱和液体汽化，料液入塔后不仅与加料板上上升的蒸汽汇合，还使精馏段下降的液流中部分汽化的蒸汽也汇入上升汽流中。,第五节 塔板数与回流比的确定,一、理论板数的求法 利用气液两相的平衡关系和操作关系可求出所需的理论塔板数，利用前者可以求得塔板上气液平衡组成，而通过后者可求的相邻塔板上的气液相组成。通常采用逐板计算法和图解法。,1、 逐板计算法,计算公式：,2、图解法：,a、在x-y图上绘出需要分离物系的x-y曲线，并画上对角线； b、根据已知条件，画出精馏段、q线及提馏段操作线； c、在精馏段内，从A点开始，在平衡线与操作线间作水平线和垂直线所形成的梯级1、2、3即为精馏段内理论塔板数
11、级； d、当梯级跨过两操作线交点 d时，则改在提馏段与平衡线间作梯级，直至xxW 为止。所作的梯级数即为理论塔板数N T（包括再沸器）。,曲线方程,利用图解法绘图,二、塔板效率和实际塔板数,在实际塔板上，气液两相接触的面积与时间都有限，分离也不可能完全，故离开同一塔板的气液相，一般都达不到平衡，因此实际塔板数总应多于理论塔板数。 实际塔板偏离理论塔板的程度用塔板效率表示。表示方法常用：单板效率、全塔效率表示。,（1）单板效率,汽相经过一实际塔板时组成变化与经过一理论板时组成变化的比值来表示。 以汽相表示的单板效率Emv：,液相经过一实际塔板时组成变化与经过一理论板时组成变化的比值来表示。,全塔
12、效率ET,在塔内不同位置 Em是不同的， Em只能通过实验方法测定，而对全塔来说，全塔的板效率不仅与 Em有关，还有很多影响因素，到底是那些影响因素也未完全搞清楚，所以全塔板效率的计算：取经验值、用经验式计算、近似估算 ET=N理/N实,三、回流比的影响及其选择,1、全回流和最少理论塔板数 若塔顶上升之蒸汽冷凝后全部回流至塔内，这种回流方式为全回流。全回流时回流比R=L/D=L/0=，是回流比的最大值。精馏段操作线的斜率R/R+1=1，在Y轴上的截距为xD/R+1=0，操作线与对角线重合。这时所需理论板数最少。,2、最小回流比,R，XD/(R+1) ，操作线上移，当两操作线的交点正好落在平衡线
13、上时，此时的回流比为最小回流比Rmin。 此时在平衡线与操作线间画梯级，无穷多个梯级也跨不过d点，在d点前后，各板无提浓能力，故称这个区为恒浓区，这点为挟点，最小回流比是回流比的下限。,3、适宜回流比,R = Rm 时，N= ，投资费用最大；R，N由无限多下降至有限个，投资费用急剧下降； R，N减少，但 R，V，相应塔径、再沸器、冷凝器的尺寸增加，投资费用增加 一般取 R宜=（1.22)Rm,第六节 精馏塔操作分析,1、物料平衡的影响和制约 保持精馏装置的物料平衡是精馏塔稳定操作的必要条件。根据全塔物料横算可知，对于一定的原料液流量F，只要确定了分离程度xD ,xW,馏出量D、W就已知了。而x
14、D ,xW取决于多种关系。不能任意增减。,2、回流比得影响,理论上，R增大，可使xD上升、xW下降，但xD的提高受精馏塔板数、全塔物料衡算的限制，不可能超越1。而R的增大需付出加热蒸汽增大或产量下降的代价。,3、进料组成与进料热状况的影响,进料热状况改变，应适当改变进料位置。一般精馏塔常设几个进料位置，以适应生产中的进料状况变化 ，保证在精馏塔的适宜位置进料。,第七节 连续精馏装置的热量横算,1、冷凝器的热量横算 忽略热量损失，,第八节 板式塔,一、精馏操作对塔设备的要求 主要考虑以下几个基本性能： （1）生产能力大 （2）分离效率高 （3）操作弹性大 （4）塔板压降小 （5）塔板结构简单,二、常用板式塔类型,1、泡罩塔 2、筛板塔 3、浮阀塔,
