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1、第6章 蒸馏,6.1 概述,6.2 双组分溶液的气液相平衡,6.3 蒸馏与精馏原理,6.4 双组分连续精馏的计算,6.5 双组分精馏的设计计算,6.6 其他精馏方式,6.7 塔高塔径的计算,6.8 操作型计算,6.9 恒沸精馏与萃取精馏,6.1.1 蒸馏的应用 6.1.2 蒸馏分离的目的和依据 6.1.3 蒸馏过程的分类 6.1.4 蒸馏操作的费用 6.1.5 与吸收、萃取的比较,6.1 概述,6.1.1 蒸馏的应用液体产品的精制,苯 甲苯 二甲苯等,煤焦油,目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分。 依据：液体混合物中各组分挥发性的差异。,6.1.2 蒸馏分离的目的和依据,液体混合物：(
2、酒精水溶液),必有： yA xA, yB 1,则 yx ,可用蒸馏方法分离，且愈大，平衡线愈远离对角线，物系愈易分离；=1, 无法用普通蒸馏方法分离。,6.2.4 非理想溶液,1.具有正偏差的溶液,一般正偏差：pApA理， pBpB理，介于pAo、pBo 之间。,正偏差溶液：x=0.894，最低恒沸点，78.15,乙醇水溶液相图,硝酸水溶液相图,负偏差溶液：x=0.383，最高恒沸点，121.9,2. 具有负偏差的溶液,一般负偏差 pApA理， pBpB理。,注意： 1.非理想溶液不一定都具有恒沸点。如甲醇水溶液，属正偏差系统。 2.精馏分离的依据：挥发度的差异，而非沸点的大小。,6.3.1
3、简单蒸馏与平衡蒸馏 6.3.2 精馏原理 6.3.3 连续精馏装置流程 6.3.4 理论板的概念和恒摩尔流假设,6.3 蒸馏与精馏原理,6.3.1 简单蒸馏和平衡蒸馏,一 、 简单蒸馏 1. 装置,2. 特点:,间歇非定态 一次进料 xD, xW不是一对平衡组成 适合于大的组分 对A部分提出, 粗分,二、平衡蒸馏(又叫闪蒸),1. 流程,2. 特点: 一次进料，粗分 xD, xW是一对平衡组成,1、多次部分汽化和多次部分冷凝,6.3.2 精馏原理,通过多次部分气化和多次部分冷凝，最终可以获得几乎纯态的易挥发组分和难挥发组分，但得到的气相量和液相量却越来越少。,缺点： 1.收率低； 2.设备重复
4、量大，设备投资大； 3.能耗大，过程有相变。,问题：工业上如何实现？,2. 有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝,进料板：原料液进入的那层塔板。,精馏段：进料板以上的塔段。,提馏段：进料板以下（包括进料板）的塔段。,6.3.3 连续精馏装置流程,. 连续精馏装置,2. 塔板的作用,塔板提供了汽液分离的场所； 每一块塔板是一个混合分离器； 足够多的板数可使各组分较完全分离。,特点：,说明： 1、下降的液相泡点tn-1与上升的气相露点tn+1不等，当气液平衡时，两相温度相等tn，即传质伴有传热。 2、重组分由气相冷凝至液相，放出潜热，轻组分由液相汽化成气相，需要潜热，二者同时发生，潜热抵消； 3、气
5、液两相偏离平衡越远，传质过程进行越快。,回流的作用： 提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传质的必要条件。 精馏的主要特点就是有回流。,3. 精馏过程的回流,回流包括：,塔顶回流液 塔底回流汽,塔顶回流液,回流液：在任意塔板上，上一块塔板下来的液体，轻组分含量高，温度低。,塔釜汽相回流,回流汽：任意塔板上，下一块塔板上来的汽体，重组分含量高，温度高；,6.3.4 理论板的概念和恒摩尔流的假设,理论板：离开塔板的蒸汽和液体呈平衡的塔板。,假设 （1） 两组分的摩尔汽化潜热相等； （2）两相接触因两相温度不同而交换的显热可忽略不计； （3）塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。,2. 恒摩尔流的假设
6、,1. 理论板的概念,精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏段也一样。 即： V1=V2= V=常数V1=V2= V=常数 式中：V 精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h;V提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。 （下标1、2表示自上而下的塔板序号。）,（1）恒摩尔汽化,精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等，提馏段也一样。 即： L1=L2= L=常数L1=L2= L=常数 式中 L 精馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h; L提馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h。 （下标1、2表示自上而下的塔板序号。）,（2）恒摩尔溢流,6.4 双组分连续精馏的计算,6.4.1 全塔物料
7、衡算 6.4.2 精馏段操作线方程 6.4.3 提馏段操作线方程 6.4.4 进料热状况的影响 6.4.5 进料方程（q线方程）,1）根据分离任务，确定产品流量D，W；,2）选择操作条件R、进料状态；,3）确定塔板数及加料位置；,4）选择塔型，确定塔径，塔内结构尺寸，流体力学验算；,5）冷凝器及再沸器热负荷及设计计算。,设计目标:,6.4.1 全塔物料衡算,塔顶采出率,塔底采出率,全塔物料衡算,F、D、Wkmol/h,xF、xD、xW摩尔分率,塔顶易挥发组分回收率,塔底难挥发组分回收率,例6-1 将5000kg/h含乙醇0.4（摩尔分数，下同）和水0.6的混合液在常压连续精馏塔中分离。要求馏出
8、液含乙醇0.85，釜液含乙醇不高于0.02，求馏出液，釜液的流量及塔顶易挥发组分的回收率和采出率。,6.4.2 精馏段操作线方程,令 回流比,精馏段操作线方程,精馏段操作线:,当R, D, xD为一定值时,该操作线为一直线.,斜率:,截距:,y,x,xD,操作线为过点（xD， xD ）,画操作线过程如下:,6.4.3 提馏段操作线方程,提馏段操作线方程,意义：提馏段 ym1f（xm）,提馏段操作线为过点（xW， xW ）,斜率：,截距:,a,b,q,例6-2 将含0.24（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含0.95易挥发组分，釜液含0.03易挥发组分。送入
9、冷凝器的蒸汽量为850kmol/h，流入精馏塔的回流液为670kmol/h，试求： 1每小时能获得多少kmol/h的馏出液？多少kmol/h 的釜液？ 2. 回流比R为多少？ 3. 写出精馏段操作线方程。,6.4.4 进料热状况的影响,(1) 冷液 tFtd,1. 加料板的物料衡算,FhF+LhF-1+VHF+1=VHF+LhF,物料恒算：F+V+L=V+L,2. 热量衡算,式中H，h，hF分别为饱和蒸汽、饱和液体、原料液的摩尔焓kJ/kmol；,HF=HF+1=H =原料在饱和蒸汽状态下的摩尔焓,hF=hF-1=h原料在饱和液体状态下的摩尔焓,假设,令,q进料热状况参数,所以：,其中饱和液体
10、所占分率为 q，饱和蒸汽所占分率为（1q）。,将精馏段与提馏段关联起来,6.4.5 进料方程（q线方程）,q 线方程或进料方程,意义：精馏段与提馏段交点轨迹方程；,冷液进料,泡点进料,F,L,V,L,V,汽液混合进料,过热蒸汽进料,饱和蒸汽进料,L与L,进料状况,q值,q线位置,V与V,求： (1)D, W （2）V, L (3) 泡点进料, V L ? (4) t进=40, V L? (5) 饱和蒸汽进料 V L? 苯: M=78, r=389.4kJ/kg 甲苯:M=92 r=376.4kJ/kg,例6-3：分离苯-甲苯混合液，理想物系。 已知：加料板温度96 , F=110kmol/h,
11、 xF=0.4, xD=0.95 , xw0.02, R=3.2。,6.5 双组分精馏的设计计算,6.5.1 理论塔板数的计算,6.5.2 回流比的影响与选择,6.5.3 理论板的捷算法,（1）D, xD (W, xW)； （2）xD , xW；,（3）,选择条件： 操作压力p，回流比R，进料热状态q。,确定：塔板数N,精馏操作分离要求：,6.5.1 理论塔板数的计算,1.逐板计算法,xnyn符合平衡关系； yn +1 xn符合操作关系。,塔顶设全凝器，泡点回流。,塔顶全凝器,精馏段（n-1）块板，第n块为加料板。,精馏段：,提馏段：,提馏段（m-1）块板,再沸器相当于一块理论板；,分凝器也相当于一块理论板，可以x0、y0计，其他相同 。,2. 图解法,3. 最优加料位置的确定,最优加料板位置：,确定最佳进料位置,最优进料位置：塔内气相或液相组成与进料组成相等或相近的塔板。,图解法最优进料板：跨越两操作线交点的梯级，NT最少。,梯级的物理意义,理论板上浓度特征：xnyn相平衡，落到平衡线上。,某截面浓度特征： xnyn+1操作关系，落到操作线上。,注意：,6.5.2 回流比的影响与选择,1. 回流比对精馏操作的影响,
