化工原理课件14精馏

《化工原理课件14精馏》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课件14精馏（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、化工原理王英龙Ph.D. Wang Ying-Long青岛科技大学 化工原理教研室Principles of Chemical Engineering4蒸馏两组分溶液的气液相平衡两组分溶液的气液相平衡平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏精馏原理和流程精馏原理和流程两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算 间歇精馏间歇精馏恒沸精馏和萃取精馏恒沸精馏和萃取精馏多组分精馏多组分精馏相平衡问题1现实问题油田开采出来的是原油，如何将原油加工成汽油、煤油、柴油、油田开采出来的是原油，如何将原油加工成汽油、煤油、柴油、重油呢？重油呢？酿酒厂酿制出了原酒，如何将粗酒加工成酿酒厂酿制出了原酒，如何将粗酒加工成6

2、0度的白酒呢？度的白酒呢？古老的古老的烧酒作坊工艺烧酒作坊工艺主要分三步：主要分三步：（1）粬的制作）粬的制作发酵过程（获得菌种）；发酵过程（获得菌种）；（2）粗酒的制作）粗酒的制作将酒粬与蒸熟的米饭，按一定比例混合发酵，将酒粬与蒸熟的米饭，按一定比例混合发酵，制成酒、水、酒糟的糊状混和物（生物降解）；制成酒、水、酒糟的糊状混和物（生物降解）；（3）酒的提纯）酒的提纯蒸馏操作过程。锅为汽化器，顶盖为冷凝器。蒸馏操作过程。锅为汽化器，顶盖为冷凝器。为什么能使乙醇增浓呢？主要因为乙醇比水的为什么能使乙醇增浓呢？主要因为乙醇比水的沸点低沸点低（或说乙醇（或说乙醇比水的比水的挥发度高挥发度高）。这样蒸

3、汽中乙醇的含量高于粗酒中乙醇的）。这样蒸汽中乙醇的含量高于粗酒中乙醇的含量，即蒸汽冷凝之后，就得到乙醇含量高的酒。含量，即蒸汽冷凝之后，就得到乙醇含量高的酒。 问题是蒸汽组成与溶液组成服从什么规律呢？即问题是蒸汽组成与溶液组成服从什么规律呢？即y=f(x) 的函数关的函数关系如何呢？系如何呢？ 相平衡问题2理想物系相律，相律，平衡物系中的自由度、相数和独立组分数之间的关系：平衡物系中的自由度、相数和独立组分数之间的关系：F=C-+2F-自由度数，自由度数，C-独自组分数，独自组分数，- -相数，相数，2-2-外界有温度和压外界有温度和压力两个条件影响物系的平衡状态。力两个条件影响物系的平衡状态

4、。对于两组分的气液相平衡系统：对于两组分的气液相平衡系统：F=2-2+2=2平衡物系涉及的参数为平衡物系涉及的参数为温度温度、压强压强与与气、液两相的组成气、液两相的组成。对。对双组分体系，在双组分体系，在t、p、x、y四个变量中，任意规定两个，四个变量中，任意规定两个，该平衡物系的状态就唯一确定。如果固定一个变量，则体该平衡物系的状态就唯一确定。如果固定一个变量，则体系只有一个自由度。系只有一个自由度。恒压下恒压下：（：（1）气（液）相组成气（液）相组成与与温度温度呈一一对应关系呈一一对应关系 （2）气相组成气相组成与与液相组成液相组成呈一一对应关系呈一一对应关系相平衡问题2理想物系理想物系

5、，理想物系，液相和气相符合如下条件的物系：液相和气相符合如下条件的物系： 液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律；液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律； 气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。拉乌尔定律拉乌尔定律：可由可由Antoine方程计算或从手册中查方程计算或从手册中查 相平衡问题2理想物系溶液呈相平衡时，溶液呈相平衡时，溶液上方的总压等于各组分的蒸汽压之和：溶液上方的总压等于各组分的蒸汽压之和：道尔顿分压定律，道尔顿分压定律，溶液上方的总压等于各组分的蒸汽压之和：溶液上方的总压等于各组分的蒸汽压之和：汽液平衡下汽液平衡下溶液液相组成与平衡温度间的关系。溶液液相组成与

6、平衡温度间的关系。与什么因素与什么因素有关？有关？与什么因素与什么因素有关？有关？汽液平衡下汽液平衡下溶液液相组成与平衡温度间的关系。溶液液相组成与平衡温度间的关系。相平衡问题3挥发度与相对挥发度挥发度挥发度对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压 对对混混合合液液，挥挥发发度度为为组组分分在在蒸蒸气气中中分分压压和和与与之之平平衡衡的的液液相相中中的摩尔分率之比的摩尔分率之比对于理想溶液：对于理想溶液： 对于非理想溶液：对于非理想溶液： 相平衡问题3挥发度与相对挥发度相对挥发度相对挥发度溶溶液液中中易易挥挥发发组组分分的的挥挥发发度度与

7、与难难挥挥发发组组分分的的挥挥发发度度之之比比，用用表示。表示。 相对挥发度的数值可由实验测得相对挥发度的数值可由实验测得 。对理想溶液：。对理想溶液：理理想想溶溶液液中中组组分分的的相相对对挥挥发发度度等等于于同同温温度度下下两两组组分分的的泡泡和和蒸蒸汽压之比。汽压之比。当当t变变化化时时，饱饱和和蒸蒸汽汽压压同同向向变变化化，一一般般可可将将视视为为常常数数，计计算算时可取操作温度范围内的平均值。时可取操作温度范围内的平均值。 当当压压强强变变化化时时，压压强强增增加加，平平衡衡温温度度随随之之升升高高，各各组组分分间间挥挥发度差异减小，发度差异减小，相对挥发度减小相对挥发度减小。相平衡

8、问题4汽液平衡方程若操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律若操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律 汽液平衡方程汽液平衡方程组分组分A较较B易挥发，可以用蒸馏方法分离易挥发，可以用蒸馏方法分离挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作。挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作。 不能用普通蒸馏的方法分离混合液。不能用普通蒸馏的方法分离混合液。 可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判据。可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判据。相平衡问题5t-x-y图温度温度组成图组成图相平衡问题5t-x-y图沸点沸点（boiling point ）泡点泡点（bubble point ）x越大，易挥发组分的含

9、越大，易挥发组分的含量越高，泡点温度越低。量越高，泡点温度越低。露点露点（dew point ）y越大，易挥发组分含量越大，易挥发组分含量越高，露点温度越低。越高，露点温度越低。相平衡问题5t-x-y图汽液两相处于汽液两相处于平衡平衡时，两时，两相温度相同此时，气相相温度相同此时，气相组成大于液相组成；组成大于液相组成；当气液当气液两相组成相同两相组成相同时，时，气相露点温度总是高于气相露点温度总是高于液相的泡点温度。液相的泡点温度。相平衡问题5t-x-y图与蒸馏原理与蒸馏原理相平衡问题6y-x图平衡线位于对角线的平衡线位于对角线的上方上方，平衡线偏离，平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离

10、。对角线愈远，表示该溶液愈易分离。非非理理想想溶液溶液 最低恒沸点最低恒沸点 如：乙醇水，正丙醇水如：乙醇水，正丙醇水 最高恒沸点最高恒沸点 如：硝酸水，氯仿丙酮如：硝酸水，氯仿丙酮 正偏差溶液正偏差溶液 负偏差溶液负偏差溶液 蒸馏方式1简单蒸馏简单蒸馏简单蒸馏（ Simple distillation）简单蒸馏是一个简单蒸馏是一个非稳态过程，非稳态过程，并不简单！并不简单！又名又名微分蒸馏微分蒸馏（differential distillation）蒸馏方式1简单蒸馏设设：F、W 釜内的料液量和残液量，釜内的料液量和残液量，kmol； x1、x2料液和残液中易挥发组分组成（摩尔分率）料液和残

11、液中易挥发组分组成（摩尔分率） L某一瞬间釜内的液量，某一瞬间釜内的液量，kmol； x、y某一瞬间的液气组成，（摩尔分率）；某一瞬间的液气组成，（摩尔分率）； 经过微分时间经过微分时间dt后，残液量减少后，残液量减少dL，液相组成减少液相组成减少dx。 以蒸馏釜为以蒸馏釜为衡算系统衡算系统 对易挥发组分，对易挥发组分，dt前后的微分物料衡算为：前后的微分物料衡算为：积分积分 蒸馏方式1简单蒸馏对于理想溶液对于理想溶液 ，平衡关系用，平衡关系用 表示表示若操作范围内平衡线可近似地看作直线若操作范围内平衡线可近似地看作直线 若平衡线为过原点的直线，若平衡线为过原点的直线，蒸馏方式1简单蒸馏若若平

12、平衡衡关关系系不不能能用用简简单单的的数数学学式式表表示示，可可以以应应用用图图解解积积分分或或数数值积分。值积分。馏出液的量馏出液的量D及组成平均组成及组成平均组成 蒸馏方式2平衡蒸馏平衡蒸馏（平衡蒸馏（Equilibrium distillation）使混合液体部分气化，使混合液体部分气化，并使气液两相处于并使气液两相处于平衡状态，然后将平衡状态，然后将气液两相分开。又气液两相分开。又名名闪蒸闪蒸（flash distillation）蒸馏方式2平衡蒸馏热量衡算，对加热器作热量衡算，若忽略热损失热量衡算，对加热器作热量衡算，若忽略热损失 原料液进入分离器，放出的显热等于气化所需的潜热原料液

13、进入分离器，放出的显热等于气化所需的潜热 离开加热器的温度离开加热器的温度 ：蒸馏方式2平衡蒸馏气液平衡关系气液平衡关系 已已知知原原料料液液流流量量F，组组成成xF，温温度度tF及及汽汽化化率率q，即可求得平衡的汽液相组成及温度。即可求得平衡的汽液相组成及温度。 蒸馏方式3特点简单蒸馏简单蒸馏：间歇不稳定、分离程度不高：间歇不稳定、分离程度不高平衡蒸馏平衡蒸馏：连续稳定、分离程度不高：连续稳定、分离程度不高为什么利用多次简单蒸馏或多次平衡蒸馏操作实现为什么利用多次简单蒸馏或多次平衡蒸馏操作实现物系的高纯度分离物系的高纯度分离?例题1将含苯摩尔分数为将含苯摩尔分数为0.7，甲苯摩尔分数为，甲苯

14、摩尔分数为0.3的溶液加以汽化，汽化率为的溶液加以汽化，汽化率为1/3，已，已知物系的相对挥发度为知物系的相对挥发度为2.47，试计算，试计算（1）作简单蒸馏时，气相与液相产物的）作简单蒸馏时，气相与液相产物的组成；组成；（2）作平衡蒸馏时，气相与液相产物的）作平衡蒸馏时，气相与液相产物的组成；组成；（1） y=0.834,x=0.633（2） y=0.816,x=0.642 精馏原理和流程精馏流程精馏流程 精精 馏馏 塔塔再沸器再沸器冷凝器冷凝器精馏原理和流程F精馏分离效果精馏分离效果 精馏原理和流程提馏段提馏段精馏段精馏段进料板进料板1、为什么称精馏？、为什么称精馏？2、为什么称提馏？、为

15、什么称提馏？精馏原理和流程精馏原理精馏原理 1、液体混合物经过多次部分汽化后可变为高纯度的、液体混合物经过多次部分汽化后可变为高纯度的难挥发组分难挥发组分 2、汽体混和物经过多次部分冷凝后可变为高纯度、汽体混和物经过多次部分冷凝后可变为高纯度的易挥发组分的易挥发组分 3、精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作、精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作使使不不平平衡衡的的汽汽液液两两相相（汽汽相相温温度度高高、液液相相温温度度低低）经经过过足足够够长长时时间间充充分分接接触触，离离开开时时，汽汽液液两两相相达达到到了了平平衡衡，这这个个过过程程称为称为平衡级平衡级。精馏是利用精馏是利用回流

16、回流手段、经过手段、经过多次平衡级多次平衡级过程，使物系实现高纯过程，使物系实现高纯度分离的操作。度分离的操作。易挥发组份由液相向汽相传递，难挥发组份由汽相向液相传递易挥发组份由液相向汽相传递，难挥发组份由汽相向液相传递精馏原理和流程精馏原理和流程再沸器再沸器LD1、为什么要回流？、为什么要回流？2、为什么要再沸？、为什么要再沸？精馏原理和流程再沸器的作用是提供一定流量的上升蒸气流。再沸器的作用是提供一定流量的上升蒸气流。冷凝器的作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的冷凝器的作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。液相回流。 回流主要补充塔板上易挥发组分的浓回流主要补充塔板上易挥发组分的浓

17、度，是精馏连续定态进行的必要条件。度，是精馏连续定态进行的必要条件。简单的说，精馏需要建立简单的说，精馏需要建立多级气液平衡多级气液平衡，回流就是，回流就是用来建立液相用的。用来建立液相用的。 两组分精馏计算1理论板与恒摩尔流理论板理论板 离开塔板的气液两相互成平衡，而且塔板上的液相组离开塔板的气液两相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。成也可视为均匀的。操作关系操作关系 yn+1与与xn之间的关系之间的关系 恒摩尔气流恒摩尔气流恒摩尔液流恒摩尔液流 恒摩尔流假设的恒摩尔流假设的条件条件各组分的摩尔汽化潜热相等；各组分的摩尔汽化潜热相等；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略气液接

18、触时因温度不同而交换的显热可以忽略 ；塔设备保温良好，热损失可以忽略。塔设备保温良好，热损失可以忽略。 两组分精馏计算2物料衡算与操作线全塔物料衡算全塔物料衡算 对总物料：对总物料： 对于易挥发组分：对于易挥发组分： 塔顶易挥发组分回收率：塔顶易挥发组分回收率：塔底难挥发组分回收率：塔底难挥发组分回收率： 例题2用一连续精馏塔分离乙醇用一连续精馏塔分离乙醇-水混合液。原水混合液。原料液中含乙醇摩尔分数为料液中含乙醇摩尔分数为0.4，于，于40加入塔中。塔顶设全凝器，泡点回流，加入塔中。塔顶设全凝器，泡点回流，所用回流比为所用回流比为3。塔顶馏出液含乙醇摩。塔顶馏出液含乙醇摩尔分数为尔分数为0.

19、78，釜液含乙醇摩尔分数为，釜液含乙醇摩尔分数为0.02。试以。试以1kmol/s加料为基准计算塔加料为基准计算塔内气内气液液两相的流量。两相的流量。（1）L=1.5kmol/s,V=2.0kmol/s （2）L=2.6kmol/s,V=2.1kmol/s两组分精馏计算2物料衡算与操作线精馏段操作线方程精馏段操作线方程 对总物料：对总物料： 对易挥发组分：对易挥发组分： 精馏段操作线方程精馏段操作线方程两组分精馏计算2物料衡算与操作线提馏段操作线方程提馏段操作线方程 对总物料：对总物料： 对易挥发组分：对易挥发组分： 提馏段操作线方程：提馏段操作线方程：例题3在连续精馏塔内分离两组分理想溶液，

20、塔顶为全凝在连续精馏塔内分离两组分理想溶液，塔顶为全凝器。进料量为器。进料量为100kmol/h，其组成为，其组成为0.5（摩尔分（摩尔分数）。塔顶易挥发组分的回收率为数）。塔顶易挥发组分的回收率为90，精馏段，精馏段操作线方程为操作线方程为 y=0.8x+0.19。求：。求：（1）馏出液的组成）馏出液的组成xD和流量和流量D；（2）釜残液）釜残液xw的组成和流量的组成和流量W。 两组分精馏计算3进料热状况进料热状况对操进料热状况对操作的影响作的影响两组分精馏计算3进料热状况q的计算的计算物料衡算：物料衡算：热量衡算：热量衡算： 提馏段操作线方程：提馏段操作线方程：两组分精馏计算3进料热状况泡

21、点进料泡点进料 露点进料露点进料 冷液进料冷液进料 汽液混合物汽液混合物过热蒸汽进料过热蒸汽进料 对于饱和液体、汽液混合物及饱和蒸汽三种进料对于饱和液体、汽液混合物及饱和蒸汽三种进料而言，而言，q值就等于值就等于进料中的液相分率进料中的液相分率。例题4例：用一连续精馏装置在常压下，分离含苯例：用一连续精馏装置在常压下，分离含苯41%（质量（质量%，下同）的苯，下同）的苯-甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于于97.5%，塔底产品中含甲苯不低于，塔底产品中含甲苯不低于98.2%，每小时，每小时处理的原料量为处理的原料量为8570kg。操作回流比为操作回流比为3，试计

22、算：，试计算：（1）塔顶及塔底的产品量；）塔顶及塔底的产品量；（2）精馏段上升蒸汽量及回流液量；）精馏段上升蒸汽量及回流液量；（3）当原料于）当原料于47进塔和蒸汽进塔和蒸汽99.5进塔时，提馏段进塔时，提馏段上升蒸汽量及回流液量上升蒸汽量及回流液量 。（苯的汽化潜热（苯的汽化潜热rA=93kcal/kg，甲苯的汽化潜热甲苯的汽化潜热rB=87.5 kcal/kg，苯和甲苯的平均比热苯和甲苯的平均比热Cp,l=0.45 kcal/kg，蒸汽的平均比热蒸汽的平均比热Cp,v=0.30 kcal/kg）。）。例题4分析：分析：求求W、D全塔物料衡算全塔物料衡算求求xF、xW、xD求求V、L已知已知

23、R精馏段物料衡算精馏段物料衡算求求求求q解：解： （1）产品量）产品量 例题4(2)上升蒸汽量及回流量上升蒸汽量及回流量 精馏段：精馏段： 例题4(3)47进料时进料时 将料液由将料液由47升温到升温到93所需的热量为：所需的热量为： 继续加热继续加热 例题4饱和蒸汽进料时饱和蒸汽进料时 两组分精馏计算4理论板数求取1逐板计算法逐板计算法 （已知）（已知） 平衡关系平衡关系操作关系操作关系1）精馏段精馏段平衡关系平衡关系操作关系操作关系泡点进料泡点进料精馏段精馏段n-1层层两组分精馏计算4理论板数求取2）提馏段提馏段（已知）（已知）提馏段操作线提馏段操作线提馏段提馏段m-1层层平衡关系平衡关系

24、操作关系操作关系两组分精馏计算4理论板数求取2、图解法、图解法精馏段操作线精馏段操作线提馏段操作线提馏段操作线两组分精馏计算4理论板数求取q线方程或进料方程线方程或进料方程 q线方程线方程两组分精馏计算4理论板数求取两组分精馏计算4理论板数求取进料热状况对进料热状况对q线及操作线的影响线及操作线的影响 过冷液体：过冷液体： q1, ef1 （ ）饱和液体：饱和液体： q=1, ef2 （）汽液混合物汽液混合物 ：0q1, ef3 （ ）饱和蒸汽：饱和蒸汽：q=0, ef4 （）过热蒸汽：过热蒸汽：q0, ef5 （ ）两组分精馏计算4理论板数求取进料热状况进料热状况对理论板对理论板数的影响数的

25、影响两组分精馏计算4理论板数求取最适宜的进料位置最适宜的进料位置 两组分精馏计算5特殊情况1多侧线的塔多侧线的塔 应用场合：应用场合： 多股进料或多股出料多股进料或多股出料通过计算可知：通过计算可知：（1）塔段数（或操作线数）塔段数（或操作线数）=塔的进出料数塔的进出料数-1;（2）各各段段内内上上升升蒸蒸汽汽摩摩尔尔流流量量及及下下降降液液体体摩摩尔尔流流量量分分别别各自相同各自相同;（3）各段操作线首尾相接）各段操作线首尾相接;（4）精精馏馏段段及及提提馏馏段段操操作作线线方方程程的的形形式式与与简简单单精精馏馏塔塔相相同同;（5）中间段的操作线方程应通过各段的物料衡算求得。）中间段的操作

26、线方程应通过各段的物料衡算求得。两组分精馏计算5特殊情况2直接蒸汽加热直接蒸汽加热应用场合：应用场合： 待分离的混合液为水溶液，且水为难挥发待分离的混合液为水溶液，且水为难挥发组分组分操作线：操作线：精馏段：与普通精馏塔相同精馏段：与普通精馏塔相同提馏段：物料衡算提馏段：物料衡算两组分精馏计算5特殊情况两组分精馏计算5特殊情况通过计算可知：通过计算可知：当当相同时，两种加热方式比较相同时，两种加热方式比较间接蒸汽加热 直接蒸汽加热 W W NT NT = 直直接接蒸蒸汽汽加加热热所所需需理理论论板板数数比比间间接接蒸蒸汽汽加加热热多多，直直接接蒸蒸汽的稀释作用，需增多理论板数来回收易挥发组分。

27、汽的稀释作用，需增多理论板数来回收易挥发组分。两组分精馏计算5特殊情况3提馏塔提馏塔D、xDFxFWxW应用场合：应用场合：蒸馏的目的只是为了回收蒸馏的目的只是为了回收稀溶液中的易挥发组分，稀溶液中的易挥发组分，而对馏出液的浓度不做过而对馏出液的浓度不做过多的要求。多的要求。 操作线：操作线：与完全的精馏塔的提馏段与完全的精馏塔的提馏段操作线方程相同操作线方程相同两组分精馏计算5特殊情况两组分精馏计算6回流比的选择1、回流比对精馏操作的影响、回流比对精馏操作的影响对一定的分离任务对一定的分离任务（F, xF, q, xD, xW）回流比回流比R增加增加，精馏段，精馏段操作线下移，理论板操作线下

28、移，理论板数数NT减少减少。回流比回流比R减少减少，精馏段，精馏段操作线上移，理论板操作线上移，理论板数数NT增加增加。RminR两组分精馏计算6回流比的选择 全回流时，全回流时，D=0， F=0，W=0 ；达到给定分离程度所需的理论板；达到给定分离程度所需的理论板层数最少为层数最少为Nmin。Nmin的求法的求法 a）图解法图解法 2、全回流及最少理论板层数、全回流及最少理论板层数两组分精馏计算6回流比的选择b）解析法解析法-芬斯克芬斯克(Fenske)方程式方程式全回流时操作线方程式为：全回流时操作线方程式为：yn+1=xn(yA)n+1=(xA)n，(yB)n+1=(xB)n假设离开任一

29、层板的汽液组成间的关系为：假设离开任一层板的汽液组成间的关系为： 若塔顶采用全凝器，（若塔顶采用全凝器，（yA）1=（xA）D ，（，（yB）1=（xB）D 第一层板的汽液平衡关系为：第一层板的汽液平衡关系为：第一层板和第二层板之间的操作关系为：第一层板和第二层板之间的操作关系为：yA2=xA1 ,yB2=xB1 即即两组分精馏计算6回流比的选择同理，第二板的气液平衡关系为：同理，第二板的气液平衡关系为：若令若令两组分精馏计算6回流比的选择芬斯克方程芬斯克方程 两组分精馏计算6回流比的选择a）图解法图解法对于正常的平衡曲线对于正常的平衡曲线3、最小回流比的求法、最小回流比的求法两组分精馏计算6

30、回流比的选择对于不正常的平衡曲线对于不正常的平衡曲线由点由点a或者或者c向平衡线作切线，向平衡线作切线，ad的斜率的斜率=Rmin/Rmin+1。 两组分精馏计算6回流比的选择b）解析法解析法对于相对挥发度为常量（或取平均值）的理想溶液对于相对挥发度为常量（或取平均值）的理想溶液 饱和液体进料时饱和液体进料时 饱和蒸汽进料时饱和蒸汽进料时 两组分精馏计算6回流比的选择4、适宜回流比的选择、适宜回流比的选择 R=（1.12）Rmin例题5采用常压连续精馏塔分离苯采用常压连续精馏塔分离苯-甲苯混合物。原料甲苯混合物。原料中含苯中含苯0.44（摩尔分数，下同），进料为气液混（摩尔分数，下同），进料为

31、气液混合物，其中蒸汽与液体量的摩尔比为合物，其中蒸汽与液体量的摩尔比为1:2。已知操。已知操作条件下物系的平均相对挥发度为作条件下物系的平均相对挥发度为2.5，操作回流，操作回流比为最小回流比的比为最小回流比的1.5倍。塔顶采用全凝器冷凝，倍。塔顶采用全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品液中含苯泡点回流，塔顶产品液中含苯0.96。试求：。试求：（1）操作回流比；）操作回流比；（2）精馏段操作线方程；）精馏段操作线方程；（3）塔顶第二层理论板的汽液相组成。）塔顶第二层理论板的汽液相组成。（2005年天津大学硕士学位研究生入学考试试题）年天津大学硕士学位研究生入学考试试题） 例题5解答解：解：根据题意根

32、据题意q=2/3，故进料线方程：，故进料线方程：相平衡线方程：相平衡线方程：联立上述两式，可以求得联立上述两式，可以求得xq=0.365，yq=0.59则最小回流比：则最小回流比：操作回流比：操作回流比：R=1.5Rmin=1.51.644=2.466例题5解答精馏段操作线方程：精馏段操作线方程：塔顶第二层理论板的气液相组成塔顶第二层理论板的气液相组成x1=0.9057x2=0.8242练习题1在板式精馏塔内分离在板式精馏塔内分离A、B二元理想混合液。已知原料液二元理想混合液。已知原料液的流量为的流量为200kmol/h,其摩尔组成为其摩尔组成为0.30（以易挥发组分计，（以易挥发组分计，下同

33、），泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流，操作下同），泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的回流比为最小回流比的1.8倍；塔顶馏出液的摩尔组成为倍；塔顶馏出液的摩尔组成为0.90，塔底馏出液的摩尔组成为，塔底馏出液的摩尔组成为0.05。操作条件下平均相。操作条件下平均相对挥发度为对挥发度为3.5。现测得第。现测得第a块板的液相摩尔组成为块板的液相摩尔组成为0.22，第第a-1块板的液相摩尔组成为块板的液相摩尔组成为0.26。试求：。试求：（1）塔顶及塔底产品流量）塔顶及塔底产品流量D、W；（2）操作回流比；）操作回流比；（3）提馏段操作线方程；）提馏段操作线方程；（4）第）

34、第a块塔板的气相默弗里板效率块塔板的气相默弗里板效率EMV(a)（2004年天津大学硕士学位研究生入学考试试题）年天津大学硕士学位研究生入学考试试题） 练习题1解答解：解：D=58.82kmol/h，W=141.8kmol/h(2)R=1.8(3)y=1.857x-0.043(4)EMV=56.6%两组分精馏计算7简捷法求理论板数1、吉利兰图、吉利兰图 两组分精馏计算7简捷法求理论板数2、简捷法求理论板数的步骤、简捷法求理论板数的步骤根据物系性质及分离要求，求出根据物系性质及分离要求，求出Rmin，选择合适的选择合适的R； 求出全回流下所需理论板数求出全回流下所需理论板数Nmin；使用吉利兰图

35、使用吉利兰图 ，求出所需理论板数，求出所需理论板数 ；确定加料位置确定加料位置 ，可把加料组成看成釜液组成求出理论板数即，可把加料组成看成釜液组成求出理论板数即为精馏段所需理论板数，从而可以确定加料位置。为精馏段所需理论板数，从而可以确定加料位置。 两组分精馏计算8塔板效率1、单板效率、单板效率默弗里（默弗里（Murphree）效率效率 气相单板效率气相单板效率 液相单板效率液相单板效率 2、全塔效率（总板效率）、全塔效率（总板效率）E 两组分精馏计算9热量衡算1、冷凝器的热量衡算、冷凝器的热量衡算 冷却介质用量冷却介质用量 两组分精馏计算9热量衡算2、再沸器的热负荷、再沸器的热负荷 进入再沸

36、器的热量：加热蒸汽供给的热量进入再沸器的热量：加热蒸汽供给的热量QB； 回流液体带入的热量回流液体带入的热量LILm 离开再沸器的热量离开再沸器的热量 ：再沸器中上升蒸气带走的热量再沸器中上升蒸气带走的热量 釜残液带走的热量釜残液带走的热量 再沸器的热损失再沸器的热损失 若近似取若近似取 加热介质的消耗量加热介质的消耗量 若用饱和蒸汽加热，且冷凝液在饱若用饱和蒸汽加热，且冷凝液在饱和温度下排出，则加热蒸汽消耗量和温度下排出，则加热蒸汽消耗量 练习题2某制药厂用板式精馏塔回收丙酮含量为某制药厂用板式精馏塔回收丙酮含量为75%（摩尔百分（摩尔百分比，下同）的废丙酮液媒。该精馏塔共装有比，下同）的废

37、丙酮液媒。该精馏塔共装有28层塔板，层塔板，塔顶采用全凝器，泡点回流；塔底采用再沸器间接加热。塔顶采用全凝器，泡点回流；塔底采用再沸器间接加热。因在常压下操作，该分离物系可视为二元理想物系，其因在常压下操作，该分离物系可视为二元理想物系，其平均相对挥发度为平均相对挥发度为1.8。现场测得一组数据如下：。现场测得一组数据如下：馏出液中丙酮的含量馏出液中丙酮的含量 96% 釜残液中丙酮的含量釜残液中丙酮的含量 5%精馏段液相的负荷精馏段液相的负荷40kmol/h 精馏段气相的负荷精馏段气相的负荷60kmol/h提馏段液相的负荷提馏段液相的负荷66kmol/h 提馏段气相的负荷提馏段气相的负荷60k

38、mol/h请根据以上数据核算请根据以上数据核算:(1)丙酮的回收率；丙酮的回收率；(2)操作回流比与最小回流比的比值；操作回流比与最小回流比的比值；(3)该板式塔的总板效率。该板式塔的总板效率。提示：吉利兰图中的曲线可用下式表示，即：提示：吉利兰图中的曲线可用下式表示，即：Y=0.5458-0.5914X+0.0027/X，其中，其中（2003年天津大学硕士学位研究生入学考试试题）年天津大学硕士学位研究生入学考试试题） 练习题2解答解：解：D=98.46%，（，（D=20kmol/h,F=26kmol/h）(2)R/Rmin=1.621，q=1,xq=0.75,yq=0.844(3)N=17.22,ET=61.5%练习题3在板式精馏塔的精馏段，进入第在板式精馏塔的精馏段，进入第n层理论板的气相组成层理论板的气相组成yn+1=0.75，从该板流出的液相组成，从该板流出的液相组成xn=0.65,塔内气液流量塔内气液流量比比V/L=1.5，物系的相对挥发度，物系的相对挥发度=2.47，试求：，试求：（1）操作回流比）操作回流比R及及xD；（2）yn*及及xn-1；（3）若该板）若该板Emv=0.6，求离开该板的气相组成，求离开该板的气相组成yn。练习题3解答解：解：R=2，xD=0.95(2) yn*=0.821,及及xn-1=0.7565(3)yn=0.7926作业P173、8题题