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1、 主讲教师：主讲教师： 赵清华赵清华联系电话联系电话: : 13594361068Email:化化 工工 原原 理理1第一章 蒸馏第一讲 气液相平衡 第二讲 平衡蒸馏、简单蒸馏、精馏原理 第三讲 两个假定、物料衡算、操作线、q第四讲 理论板层数的求法、R 第五讲 简捷法求N，特殊情况 N，z、D第六讲 Q、操作调节、综合题总复习、习题课2绪论1. 分离过程在化工中的应用3. 传质单元操作的主要类型2. 相际传质过程与分离4. 传质分离方法的分类3二、蒸馏过程的应用炼油生产装置4二、蒸馏过程的应用乙烯生产装置5二、蒸馏过程的应用己内酰胺生产装置6二、蒸馏过程的应用丙烯腈生产装置71. 分离过程在
2、化工中的应用原料反应产物目的产物副产物分离过程反应过程示例：三氯甲烷的制备示例：炼油过程原料目的产物副产物分离过程82. 相际传质过程与分离分离过程非均相物系分离均相物系分离可通过机械方法分离，易实现分离。不能通过简单的机械方法分离，需通过某种物理（或化学）过程实现分离，难实现分离。92. 相际传质过程与分离均相物系某种过程两相物系根据不同组分在各相中物性的差异，使某组分由一相向另一相转移：相际传质过程实现均相物系的分离相际传质过程均相物系分离均相物系的分离方法102. 相际传质过程与分离空气氨水空气氨水示例：空气和氨分离吸收塔11蒸馏吸收萃取原均相物系的相态液体气体液体两相的制造方法加热或冷
3、却引入液体引入液体相态气、液气、液液、液物性的差异挥发度溶解度溶解度蒸馏、吸收、萃取分离过程的区别3. 传质单元操作的主要类型124. 传质分离方法的分类速率分离过程平衡分离过程分离过程气液传质过程液液传质过程气固传质过程液固传质过程膜分离场分离吸收蒸馏萃取干燥结晶13第1章 蒸馏1.1 概述1.2 两组分溶液的气液平衡1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏1.4 精馏原理和流程1.5 两组分连续精馏的计算14重点和难点l 两组分理想物系的汽液平衡关系l 精馏原理l 两组分连续精馏过程的计算151.1 概述1.蒸馏的原理 2.蒸馏的特点3.蒸馏过程的分类4.相组成的表示方法？16 利用各组分挥发度的差异将
4、液体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。1. 蒸馏的原理分离物系：形成两相体系的方法：传质原理：示例：液体混合物丙酮与水的分离（液相气相） 部分汽化和冷凝各组分挥发度不同171. 蒸馏的原理丙酮水体系的蒸馏分离丙酮水加热汽相:酮富集液相:水富集冷凝冷却丙酮产品废水18(1) 可以直接获得所需要的产品 ；(2) 适用范围广；(3) 耗能较大 。2.蒸馏的特点193. 蒸馏的分类按蒸馏操作方式分类蒸馏按蒸馏操作流程分类简单蒸馏 平衡蒸馏 精 馏特殊精馏 蒸馏间歇蒸馏 连续蒸馏 按物系中组分数目分类蒸馏两组分蒸馏 多组分蒸馏 按操作压力分类蒸馏常压蒸馏 加压蒸馏 减压蒸馏 204.相组成的表示方法1）
5、摩尔分率注：用 x 表示液相中的摩尔分率；用 y 表示气相中的摩尔分率。2） 摩尔比3） 对气体，可用分压 p 表示其组成。21第1章 蒸馏1.1 概述1.2 两组分溶液的气液平衡 1.2.1 两组份理想物系的气液平衡221. 相 律自由度=组分数-相数+2l以纯物质为例，组分数是1，相数是2，因此自由度为1。因此，对于水-水蒸气呈相平衡时，温度t与压力p之间存在一一对应关系。l 对二元物系的气液相平衡，组分数是2，相数是2，因此自由度为2。只要固定两个变量，平衡体系就唯一确定。231. 相 律二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有：温度t、压力P、汽相组成y、液相组成 x 等4个变量。在一定压
6、力下：242.两组分理想物系的气液平衡函数关系（气液相组成和平衡温度间的关系）理想物系：1. 液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律；2.气相为理想气体，遵循理想气体状态方程和道尔顿分压定律 只有物性和结构相似，且分子大小也相近的物系才符合拉乌尔定律，如苯甲苯、甲醇乙醇、烃类同系物组成的溶液等等 当总压不高（1， 值愈大，分离愈容易。略去下标，经整理可得讨论： 若 =1，不能用普通蒸馏方法分离。以相对挥发度表示的气液平衡方程333. 两组份理想溶液的气液平衡相图1）温度-组成图（t-x-y图） 在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而变，将平衡温度与液（气）相的组成关系标绘成曲线图，该曲线图即为温度一组
7、成图。 34苯甲苯混合液的 t x y图 ty 气相线（露点线）tx 液相线（泡点线）液相区气相区两相区泡点露点353. 两组份理想溶液的气液平衡相图2)气液相组成图（x-y 图） 气液相组成图直观地表达了在一定压力下，处于平衡状态的气液两相组成的关系，在蒸馏计算中应用最为普遍。36苯甲苯混合液的 x y图平衡线对角线平衡线与对角线之间的距离越大分离越容易x1与y1互成平衡D37压力对x-y图的影响3.两组份理想溶液的气液平衡相图P ， ，平衡线越靠近对角线，分离难度大381.2 两组分溶液的气液平衡1.2.1 两组份理想物系的气液平衡1.2.2 两组份非理想物系的气液平衡（自学）391.2.
8、2 两组分非理想溶液的气液平衡非理想物系可能有如下三种情况：(1) 液相为非理想溶液，气相为理想气体；(2) 液相为理想溶液，气相为非理想气体；(3) 液相为非理想溶液，气相为非理想气体。 对非理想溶液，其表现是溶液中各组分的平衡分压与拉乌尔定律发生偏差。此时：401.2.2 两组分非理想溶液的气液平衡乙醇水溶液相图正偏差溶液：恒沸组成x=0.894；最低恒沸点78.15如甲醇-水、乙醇-水、苯-乙醇等。1.正偏差溶液411.2.2 两组分非理想溶液的气液平衡硝酸水溶液相图负偏差溶液：恒沸组成x=0.383；最高恒沸点121.92.负偏差溶液如硝酸-水、氯仿-丙酮等。42例：计算含苯0.5（摩
9、尔分率）的苯甲苯混合液在总压101.33 kPa下的泡点温度。苯（A）甲苯（B）的饱和蒸汽压数据如下表所示。解：设泡点温度 t = 95 ，查附表得得计算结果表明，所设泡点温度偏高。 101.386.074.363.354.046.040.0240.0204.2179.2155.7135.5116.9101.3 kPa110.6105.0100.095.090.085.080.1温度， kPa43再设泡点温度t =92.2 ，由附表数据插值求得得得泡点温度t =92.2 。 求解本题的关键是明确用汽液平衡关系求泡点温度时，需采用试差法。 44小结气液相平衡1. 理想物系的气液平衡相图泡点方程露
10、点方程t x y图45小结气液相平衡1. 理想物系的气液平衡相图x y图气液平衡方程46小结气液相平衡2. 基本概念传质 蒸馏 理想物系 挥发度相对挥发度47练 习 题 目思考题作业题: 11.讨论溶液的气液平衡关系有何意义。2.挥发度与相对挥发度有何不同？3.相对挥发度在精馏计算中有何重要意义？481.2 两组分溶液的气液平衡1.2.1 两组分理想物系的气液平衡1.2.2 两组分非理想物系的气液平衡(选读)1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏1.3.1 平衡蒸馏第 1 1 章 蒸 馏49平衡蒸馏装置简图1加热器2减压阀3分离器50 将混合液在压力p1下加热，然后通过减压阀使压力降低至p2后进入分离器。
11、过热液体混合物在分离器中部分汽化，将平衡的气、液两相分别从分离器的顶部、底部引出，即实现了混合液的初步分离。 平衡蒸馏的原理平衡蒸馏为单级蒸馏操作。 闪蒸1. 装置流程和特点512. 平衡蒸馏过程的计算(1) 物料衡算 总物料衡算 易挥发组分物料衡算 气相产品的流量为 1加热器 2加压阀 3分离器52设则整理得直线方程斜率过点液化率汽化率平衡蒸馏中气液相组成的关系式2.平衡蒸馏过程的计算53忽略热损失。（2）热量衡算 2. 平衡蒸馏的计算对加热器作热量衡算：对减压阀和分离器作热量衡算：1加热器 2加压阀 3分离器tFTte整理得54（3）气液平衡关系 平衡蒸馏中，气液两相处于平衡状态，即两相温
12、度相等，组成互为平衡。 在平衡蒸馏中，气液组成关系同时满足平衡方程与物料衡算方程。2. 平衡蒸馏过程的计算注意551.2 两组分溶液的气液平衡1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏1.3.1 平衡蒸馏第 1 1 章 蒸 馏1.3.2 简单蒸馏56简单蒸馏装置简图1蒸馏釜2冷凝器3接受器571.简单蒸馏装置 原料液在蒸馏釜中通过间接加热使之部分汽化，产生的蒸气进入冷凝器中冷凝，冷凝液作为馏出液产品排入接受器中。在一批操作中，馏出液可分段收集，以得到不同组成的馏出液。简单蒸馏为间歇、单级蒸馏操作。 微分蒸馏582. 简单蒸馏的特点及其应用（1）简单蒸馏的特点 间歇操作过程。 非稳态过程。 单级过程，无塔段。（
13、2）简单蒸馏的应用场合 液体混合物的初步分离。 测油品的沸程恩式蒸馏。 某些料液的脱色。593. 简单蒸馏过程的计算 简单蒸馏为非稳态过程。因此，简单蒸馏的计算应该进行微分衡算。设在某瞬间釜液量为L，kmol 釜液组成为 x经时间釜液量为L - dL，kmol 釜液组成为 x - dx馏出量 dD ，kmol 馏出组成为 y60总物料衡算 易挥发组分衡算 联立以上两式，并略去二阶无穷小量，得3. 简单蒸馏过程的计算61设初始时，釜液量为F， 组成为xF 。 结束时，釜液量为W，组成为xW。3. 简单蒸馏过程的计算积分得简单蒸馏过程物料衡算关系62设气液平衡关系为 积分，可得3. 简单蒸馏过程的
14、计算63联立得馏出液的平均组成3. 简单蒸馏过程的计算 馏出液的平均组成 可通过一批操作的物料衡算求得641.2 两组分溶液的气液平衡1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏第 1 1 章 蒸 馏1.4 精馏原理和流程1.4.1 精馏过程原理和条件651.多次部分汽化和多次部分冷凝平衡蒸馏简单蒸馏单级过程精馏多级过程液体混合物的初步分离进行一次部分汽化比较进行多次部分汽化和部分冷凝实现液体混合物的完全分离66多次部分汽化和冷凝的 t x y 图AB3. 板式塔内进行的精馏过程 上述的多次部分汽化和部分凝过程是在精馏塔内进行的。精馏塔板式塔塔内装有若干层塔板填料塔塔内装有一定高度的填料层68精馏塔模型塔板上的
15、操作情况69塔板操作分析tn-1 tn yn yn+1xn+1 xn xn-1l 回流：将部分产品引回设备的操作称为回流。l 回流包括塔顶液体回流和塔底蒸汽回流。l 回流是保证精馏过程连续稳定操作的必要条件。 不同温度且互不平衡的气液两相接触时，必然 会同时产生传热和传质的双重作用，所以使上一级的液相回流与下一级的气相直接接触，从而省去了逐级使用的中间加热器和冷凝器。 回流提高了产品收率 。4. 回流的作用714. 塔板的作用l 塔板提供了气液两相质、热交换的场所；l 每一块塔板是一个混合分离器 1）气相部分冷凝, 使其中难挥发组分转入到液相中； 2）气相冷凝放出潜热传给液相, 使其部分气化,
16、 其中的部分易挥发组分转入到气相。l 足够多的板数可使各组分较完全分离。721.2 两组分溶液的气液平衡1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏第 1 1 章 蒸 馏1.4 精馏原理和流程1.4.1 精馏过程原理和条件1.4.2 精馏操作流程731. 连续精馏操作流程 化工生产以连续精馏为主。操作时，原料液连续地加入精馏塔内，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。 74连续精馏装置示意图精馏段提馏段（包括进料板）1精馏塔5
17、回流液泵4冷却器2全凝器3储槽6再沸器7原料液预热器752. 间歇精馏操作流程 与连续精馏不同之处是：原料液一次加入精馏釜中，因而间歇精馏塔只有精馏段而无提馏段。在精馏过程中，精馏釜的釜液组成不断变化，在塔底上升蒸气量和塔顶回流液量恒定的条件下，馏出液的组成也逐渐降低。当釜液达到规定组成后，精馏操作即被停止。76间歇精馏装置示意图1精馏塔2再沸器3全凝器4观察罩5储 槽77小结1. 平衡蒸馏、简单蒸馏、精馏的原理和流程2. 平衡蒸馏、简单蒸馏的计算78思考题1. 平衡蒸馏的原理是什么？2. 精馏原理是什么，精馏与简单蒸馏有何不同？3. 塔顶液体回流和塔底上升蒸气流的作用如何？练 习 题 目作业
18、题: 3、 4791.3 平衡蒸馏和简单蒸馏第 1 1 章 蒸 馏1.4 精馏原理和流程1.5 两组分连续精馏的计算80F, xFD, xDW, xW81第 1 1 章 蒸 馏1.4 精馏原理和流程1.5 两组分连续精馏的计算1.5.1 计算的基本假定821. 理论板的假定 用作衡量实际板分离效率的依据和标准。通常，在工程设计中，先求得理论板层数，再用塔板效率予以校正，即可求得实际塔板层数。 汽、液两相在板上充分接触混合，塔板上不存在温度差和浓度差； 离开塔板的汽、液两相达平衡，即离开理论板的两相温度相等，组成互成平衡。理论板的概念理论板提出的意义831）恒摩尔气流 精馏段 提馏段 注意：两段
19、上升的气相摩尔流量不一定相等 。2. 恒摩尔流假定精馏段中上升蒸气摩尔流量提馏段中上升蒸气摩尔流量842）恒摩尔液流 精馏段 提馏段 注意：两段下降的液相摩尔流量不一定相等 。精馏段中下降液体摩尔流量提馏段中下降液体摩尔流量2. 恒摩尔流假定85恒摩尔流动的假定成立的条件 恒摩尔流动虽是一项简化假设，但某些物系能基本上符合上述条件，因此，可将这些系统在精馏塔内的气液两相视为恒摩尔流动。后面介绍的精馏计算均是以恒摩尔流为前提的。混合物中各组分的摩尔汽化潜热相等； 塔设备保温良好，热损失可以忽略。2. 恒摩尔流假定两相接触因两相温度不同而交换的显热可忽略不计；86第 1 1 章 蒸 馏1.4 精馏
20、原理和流程1.5 两组分连续精馏的计算1.5.1 计算的基本假定1.5.2 物料衡算和操作线方程871. 全塔物料衡算 精馏塔各股物料(包括进料、塔顶产品和塔底产品)的流量、组成之间的关系可通过全塔物料衡算来确定。 精馏塔的物料衡算原料液馏出液釜残液88总物料衡算 易挥发组分衡算 馏出液采出率易挥发组分回收率 难挥发组分回收率 1. 全塔物料衡算 89如何求取所需的理论板数l在前面理论板的假设基础上，已经知道同一板上升的汽相与下降的液相呈相平衡关系，即ynxn呈相平衡关系。l若再可知相邻两板间相遇的汽相与液相组成之间的关系，即可一次求出各板上的组成，进而根据分离要求计算出所需板数。而yn+1x
21、n呈现的关系，称为操作关系。由操作线方程确定。902. 精馏段操作线方程精馏段操作线方程精馏段的物料衡算总物料衡算 易挥发组分衡算 整理得 912. 精馏段操作线方程令 则 回流比精馏段操作线方程直线方程斜率截距过点（xD， xD ）92yxxD精馏段操作线的做法3. 提馏段操作线方程总物料衡算: 易挥发组分衡算: 整理得: 提馏段操作线方程94 根据恒摩尔流假定，L为定值，且在稳态操作时，W及 xW为定值，提馏段操作线方程为一直线方程。直线方程斜率截距2. 精馏段操作线方程过点（xW， xW ）95yxxW提馏段操作线的做法斜率小结精馏段操作线方程提馏段操作线方程问题：L如何求？L与进料热状
22、况有关。97第 1 1 章 蒸 馏1.4 精馏原理和流程1.5 两组分连续精馏的计算1.5.1 计算的基本假定1.5.2 物料衡算和操作线方程1.5.3 进料热状况的影响981. 精馏塔的进料热状况 精馏塔五种进料热状况精馏塔的进料热状况 冷液进料 饱和液体进料 （泡点进料） 气液混合物进料 饱和蒸气进料 （露点进料） 过热蒸气进料991）冷液进料冷液进料冷液进料1. 精馏塔的进料热状况 1002）饱和液体（泡点）进料饱和液体进料饱和液体进料1. 精馏塔的进料热状况 1013）气液混合物进料气液混合物进料1. 精馏塔的进料热状况 1024）饱和蒸气（露点）进料饱和蒸气进料饱和蒸气进料1. 精馏
23、塔的进料热状况 1035）过热蒸气进料过热蒸气进料过热蒸气进料1. 精馏塔的进料热状况 1042. 进料热状况参数 1）进料热状况参数的定义 为了定量地分析进料量及其热状况对于精馏操作的影响，现引入进料热状况参数的概念。 进料板的物料衡算和热量衡算105物料衡算 热量衡算 设 2. 进料热状况参数 106进料热状况参数可得整理得令2. 进料热状况参数 1072) 进料热状况参数的计算 对于冷液进料，设进料温度为 tF 、泡点温度为 tb定性温度2. 进料热状况参数 定性温度108冷液进料泡点进料气液混合物进料露点进料过热蒸气进料2. 进料热状况参数 进料热状态参数的大小与进料热的焓值 IF 直
24、接相关。 1093)进料热状况参数对提馏段操作线方程的影响由则提馏段操作线方程2. 进料热状况参数 110小结1. 两个假定：理论板 恒摩尔流2. 全塔物料衡算111小结3. 操作线方程精馏段操作线方程提馏段操作线方程112小结4. 进料热状况 q冷液进料泡点进料气液混合物进料露点进料过热蒸气进料1）定义113小结2）q 对提馏段操作线方程的影响提馏段操作线方程1141.为什么说理论板是一种假定？理论板的引入 在精馏计算中有何重要意义？2. 恒摩尔流假定的内容是什么？3. 操作线表示何种关系？它是如何获得的？4.进料热状况参数有何物理意义？练 习 题 目思考题作业题: 5、6、7115第 1
25、1 章 蒸 馏1.4 精馏原理和流程1.5 两组分连续精馏的计算1.5.1 计算的基本假定1.5.2 物料衡算和操作线方程1.5.3 进料热状况的影响1.5.4 理论板层数的求法116概述理论板数的求取方法： 求算理论板层数时，必须已知原料液的组成、进料热状况、操作回流比和分离程度，并利用：气液平衡关系；操作线方程。117（a)（b)（c)平衡方程操作线方程1181. 逐板计算法 逐板计算法通常从塔顶开始，计算过程中依次使用平衡方程和操作线方程，逐板进行计算，直至满足分离要求为止。 （a)（b)（c)平衡方程操作线方程119逐板计算法示意图120塔顶采用全凝器 由 y1 =xD(a)x1y2
26、x2 y3 xn xF （泡点进料）进料板 NF ：第 n 层(b)(a)(a)(a)(b)精馏段理论板层数：n-1（进料板算在提馏段）1. 逐板计算法 xn xq（其余进料）121由 =xn xW总理论板层数 NT ：nm-2 （不包括再沸器）(a)(a)(a)(c)(c)(c)提馏段理论板层数：m-1（不包括再沸器）1. 逐板计算法 1222. 梯级图解法 梯级图解法又称麦克布蒂利法，简称MT法。 1）操作线的作法 用图解法求理论板层数时，需先在xy图上作出精馏段和提馏段的操作线。作图时，先找出操作线与对角线的交点，然后根据已知条件求出操作线的斜率（或截距），即可作出操作线。123xDab
27、xWcd精馏塔的操作线g124 提馏段操作线的截距数值很小，因此提馏段操作线不易准确作出，且这种作图法不能直接反映进料热状况的影响。故提馏段操作线通常按以下方法作出：先确定提馏段操作线与对角线的交点c，再找出提馏段操作线与精馏段操作线的交点d，直线cd即为提馏段操作线。2. 梯级图解法 125由 在交点处两式中的变量相同，略去有关变量的上下标，经整理得 又q 线方程或进料方程2. 梯级图解法 126 与对角线联立解得交点e。过点 e作斜率为q/(q-1)的直线与精馏段操作线交于点d，连接cd 即得提馏段操作线。 直线方程斜率截距2. 梯级图解法 过点: (xF,xF)127操作线的作法xDab
28、xWcxFe截距斜率fd1282）梯级图解法求理论板层数 自对角线上的点 a开始，在精馏段操作线与平衡线之间作由水平线和铅垂线构成的阶梯，当阶梯跨过两操作线的交点 d时，改在提馏段操作线与平衡线之间绘阶梯，直至阶梯的垂线达到或跨过点c为止。2. 梯级图解法 129xDabxWcxFefd12345NT=4（不包括再沸器）；NT=5（包括再沸器）；NF=3130xn-1xnynyn+1ABCAB、BC液体和气相经过理论板的提纯或增浓程度2. 梯级图解法 1313）适宜的进料位置 两操作线交点e所在的梯级，这一位置即为适宜的进料位置。适宜的进料板位置2. 梯级图解法 加料过晚加料过早适宜加料132
29、4）进料热状况对理论板层数的影响 进料热状况参数 q 值不同，q 线的斜率也就不同，q 线与精馏段操作线的交点 d 随之而变动，从而影响提馏段操作线的位置，进而影响所需的理论板层数。 2. 梯级图解法 133进料热状况对q线的影响进料热状况q 值q/(q-1)q线的形状 冷液进料泡点进料气液混合物进料露点进料过热蒸气进料2. 梯级图解法 134进料热状况对理论板层数的影响1.q线 不 影 响精馏段操作线位置，但影响提馏段操作线位置q 值不同，达到相同分离要求所需 NT不同，q，NTeacbq0q=00q1xWxyxDxF2.q线 影 响 最适宜进料板位置，q，NF上移第 1 1 章 蒸 馏1.
30、5 两组分连续精馏的计算1.5.1 计算的基本假定1.5.2 物料衡算和操作线方程1.5.3 进料热状况的影响1.5.4 理论板层数的求法1.5.5 回流比的影响及其选择1361）全回流和最少理论板层数 1.全回流和最小回流比 全回流(1)全回流的概念F=0，D=0，W=0精馏的开工阶段。全回流的应用137操作线与对角线重合，操作线方程为1.全回流和最小回流比 操作线的斜率截距 全回流操作时不向塔内进料，也不从塔内取出产品，全塔无精馏段和提馏段之区分，两段的操作线合二为一 。1381.全回流和最小回流比 (2)最少理论板层数 回流比愈大，完成一定的分离任务所需的理论板层数愈少。当回流比为无限大
31、，两操作线与对角线重合，此时，操作线距平衡线最远，气液两相间的传质推动力最大，因此所需理论板层数最少，以Nmin表示。139xDaxWce图解法求Nmin140 Nmin用芬斯克(Fenske)方程式计算，芬斯克方程式通过逐板计算法推得。 由气液平衡方程得 操作线方程为 1. 全回流和最小回流比 2）芬斯克(Fenske)方程式求Nmin 141对于塔顶全凝器第1层理论板的气液平衡关系为 第1层和第2层理论板之间操作关系为 所以 1. 全回流和最小回流比 142第2层理论板的气液平衡关系为 则 重复上述的计算过程，直至塔釜（塔釜视作第 N+1 层理论板）为止，可得1. 全回流和最小回流比 14
32、3令 对于全回流操作，N =Nmin几何平均1. 全回流和最小回流比 144对两组分物系，略去下标 A、B注意 芬斯克方程式 求得的最小理论板层数不含再沸器。 为全塔平均相对挥发度1. 全回流和最小回流比 相差不大时： 可求精馏段的理论板层数，确定进料板位置。1452）最小回流比 (1)最小回流比的概念 对于一定分离任务，减小操作回流比，两操作线向平衡线靠近，所需理论板层数增多。当回流比减小到某一数值，两操作线的交点d落到平衡线上时，若在平衡线与操作线之间绘阶梯，将需要无穷多阶梯才能到达点d，相应的回流比即为最小回流比，以Rmin表示。 1. 全回流和最小回流比 146xDxWxF R1 R2
33、夹紧区夹紧点最小回流比斜率xqyq d（恒浓区）R减小147(2)最小回流比的求法（1）作图法 最小回流比计算式1. 全回流和最小回流比 xDxWxFxqyq d148非正常平衡曲线最小回流比的求法1. 全回流和最小回流比 恒浓区在精馏段 恒浓区在提馏段 1492. 最小回流比（2）解析法对理想溶液： 两种特殊进料：1502. 最小回流比x饱和液体进料：饱和蒸汽进料：yxDadxFeyqxqfyxxDadxFexqyqfxq=xFyq=yF1512. 最小回流比（2）解析法对理想溶液：泡点进料 露点进料 两种特殊进料：152分离任务一定，R操作费用设备费用塔径能耗R设备费用塔高理论板数L、VV
34、L、3. 适宜回流比的选择 153适宜回流比的选择1操作费用 2设备费用 3总费用154 选择适宜的回流比需进行经济权衡，根据生产实践经验，取 统计表明，实际生产中的操作回流比以下列范围使用较多：适宜回流比计算式3. 适宜回流比的选择 155小结1. 理论板层数的求法xDabxWcxFefd12345156小结2. q 的影响eacbq0q=00q1xWxyxDxF157小结3. 回流比的影响及其选择xDaxWce全回流时最少理论板层数的求法F=0，D=0，W=0芬斯克方程式（1）全回流158小结（2）最小回流比 RminxDxWxFxqyq dd (xq,yq) 落在四条线上，xq, yq同
35、时满足四个方程。159小结（3）适宜回流比的选择R操作费用设备费用塔径能耗R设备费用塔高理论板数L、VVL、适宜回流比计算式160思考题作业题: 8、（9、10）1.进料量对理论板层数有无影响，为什么？2.全回流操作的特点是什么，有何实际意义？3.回流比如何计算，对理论板层数有何影响？ 练 习 题 目161第 1 1 章 蒸 馏1.5 两组分连续精馏的计算1.5.2 物料衡算和操作线方程1.5.3 进料热状况的影响1.5.4 理论板层数的求法1.5.5 回流比的影响及其选择1.5.6 简捷法求理论板层数1621.吉利兰（Gilliland）图两种极限情况：右端：R=，N =Nmin 左端：R=
36、 Rmin ，N =。 注意：N, Nmin不包括再沸器。1631.吉利兰（Gilliland）图精馏条件： 组分数目为211； 进料热状态包括冷料至过热蒸气等五种情况； Rmin为0.537.0； 组分间相对挥发度为1.264.05； 理论板数为2.443.1。 吉利兰图是用八个物系，由逐板计算得出的结果绘制而成。注意：使用该图计算时，条件应尽量与上述条件相近。 1641.吉利兰（Gilliland）图吉利兰图的回归方程式：式中适用条件为0.01X P2 P3 t1 t2 t33.精馏过程的节能2135）原料预热 将原料预热可回收精馏过程的热能，减少精馏过程的能耗。原料预热有两种流程： 用塔
37、顶蒸气预热原料； 用塔釜采出液预热原料。3.精馏过程的节能214原料预热回收精馏过程的热能215原料预热回收精馏过程的热能216第 1 1 章 蒸 馏1.5 两组分连续精馏的计算1.5.5 回流比的影响及其选择1.5.6 简捷法求理论板层数1.5.7 几种特殊情况下理论板层数的求法1.5.8 塔高和塔径的计算1.5.9 连续精馏装置的热量衡算和节能1.5.10 精馏塔的操作和调节217 对特定的精馏塔和物系,保持精馏定态操作的条件是:塔压稳定；进出塔系统的物料量平衡和稳定；进料组成和热状况稳定；回流比恒定；再沸器和冷凝器的传热条件稳定；塔系统与环境间散热稳定等。218例：一操作中的常压连续精馏
38、塔分离某混合液。现保持回流液量和进料状况（F、xF、q）不变，而减小塔釜加热蒸汽量，试分析xD、xW如何变化？1.操作型定性分析举例解：1）两操作线斜率的变化219xFxWxDNT，与NT不变这个前提相矛盾。故假设不成立。2）作图+排除法求解假设xD不变 假设xD变小故xD只能变大。1.操作型定性分析举例220xFxWxDNT，与NT不变这个前提相矛盾。故假设不成立。2）作图+排除法求解假设xW不变 假设xW变小故xW只能变大。1.操作型定性分析举例221 由全塔物料衡算F=D+W及FxF = DxD +W xW，可知，当F、xF、xD、xW一定时，D和W恒定。 而xD和xW决定于气液平衡关系
39、、xF、q、R和理论板数NT（适宜的进料位置）。2.影响精馏操作的主要因素简析1）物料平衡的影响和制约222 对进料浓度一定的精馏过程，提高产品品质是以降低产品产率为代价的。 塔顶采出率塔底采出率2.影响精馏操作的主要因素简析 F 、 xF 、 xW 一定时，xDD F 、 xF 、 xD 一定时，xWW223精馏段操作线斜率：提馏段操作线斜率：2.影响精馏操作的主要因素简析结论： R2）回流比的影响224（1）当NT 、F、xF、q、D、W一定时，R对xD，xW的影响（2）当xD ， xW 、F、xF、 q、 D、W一定时，2.影响精馏操作的主要因素简析RxDxWRNT225 回流比增加，使
40、塔内上升蒸气量及下降液体量均增加，若塔内气液负荷超过允许值，则应减小原料液流量。回流比变化时，再沸器和冷凝器的传热量也相应发生变化。在采出率一定时，若以增大R来提高xD，则有以下限制： 受理论板数的限制； 受全塔物料平衡的限制，其极限值为 。2.影响精馏操作的主要因素简析2263）进料组成的影响xF 对xD，xW 的影响 要维持原 xD 不变，可采取增大 R 或减小 D/F 的调节方法。 对一个操作中的精馏塔，在同一回流比R及塔板数下，2.影响精馏操作的主要因素简析xFxDxW227q 对 xD, xW 的影响4）进料热状况的影响2.影响精馏操作的主要因素简析R 、F 、xF 、 D不变时，q
41、xDxW2282.精馏塔的产品质量控制和调节塔釜塔顶操作中常通过监测塔顶和塔底温度来反映馏出液组成和釜残液组成。但温度在塔顶（或塔底）相当一段高度内变化极小。2292.精馏塔的产品质量控制和调节灵敏板通常靠近进料口。塔顶塔板序号塔釜温度 t高纯度分离例：高纯度分离时，塔顶（或塔底）若干块塔板间的温度差都很小，若通过塔顶和塔釜温度来监控产品质量将发生严重的滞后。操作条件（F, q, R, 热负荷等）改变必然引起分离效果的变化，但每一块板改变的程度不等。灵敏板：温度改变最显著的塔板。以该塔板上的温度监控全塔的操作状态，有利于对塔进行预见性调节。 230第 1 1 章 蒸 馏1.5 两组分连续精馏的
42、计算1.6 间歇精馏（自学）1.7 恒沸精馏和萃取精馏（自学）1.8 多组分精馏（选读）1.2 两组分溶液的气液平衡1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏1.4 精馏原理和流程1.1 概述231 若在两组分恒沸液中加入第三组分（称为夹带剂），该组分能与原料液中的一个或两个组分形成新的恒沸液，从而使原料液能用普通精馏方法予以分离，这种精馏操作称为恒沸精馏。恒沸精馏可分离具有最低恒沸点的溶液、具有最高恒沸点的溶液以及挥发度相近的物系。 1. 恒沸精馏的概念2322. 恒沸精馏应用示例乙醇水物系恒沸精馏流程示意图 苯233第 1 1 章 蒸 馏1.4 精馏原理和流程1.5 两组分连续精馏的计算1.6 间歇精馏（
43、自学）1.7 恒沸精馏和萃取精馏1.7.1 恒沸精馏1.7.2 萃取精馏2341.萃取精馏的概念 向原料液中加入第三组分（称为萃取剂），以改变原有组分间的相对挥发度，从而使原料液能用普通精馏方法予以分离，这种精馏操作称为萃取精馏。对萃取剂的要求是，萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点高得多，且不与组分形成恒沸液，容易回收。萃取精馏常用于分离各组分挥发度差别很小的溶液。 2352. 萃取精馏应用示例异辛烷甲苯萃取精馏流程示意图 2363.恒沸精馏和萃取精馏比较恒沸精馏萃取精馏 形成恒沸物使原物系第三组分塔顶出塔底出能耗大小可用于热敏物质不可用237练 习 题 目思考题1.恒沸精馏的原理是什么？2.
44、萃取精馏的原理是什么？238小结1.冷凝器的热负荷2.再沸器的热负荷3.节能措施1）选择合适的回流比 2）降低塔釜操作温度 4）热泵精馏 5）多效精馏 6）原料预热 3）中间再沸器和中间冷凝器 239小结4.精馏塔的操作和调节1）对进料浓度一定的精馏过程，提高产品品质是以降低产品产率为代价的。 F 、 xF 、 xW 一定时，xDD F 、 xF 、 xD 一定时，xWW2）RxDxW240小结xFxDxW3）qxDxW4）5.精馏塔产品质量的控制和调节灵敏板241蒸馏综合练习题 在常压连续精馏塔中分离苯甲苯混合液。原料液流量为100 kmol/h，组成为0.42（苯的摩尔分率，下同）；泡点进
45、料；塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.6倍；要求馏出液组成为0.98，苯的回收率为92；全塔效率为52；空塔气速近似取为0.85 m/s；塔板间距为450 mm。现场测得一组操作数据如下： xn-1=0.270， xn=0.230 242试求：1. 精馏塔的有效高度；2. 精馏塔的直径；3. 再沸器和全凝器的热负荷； 4. 第 n 块塔板的板效率。注： 计算中忽略塔板压降； 苯和甲苯的安托因方程为： 苯的汽化潜热： 393.9 kJ/kg 甲苯的汽化潜热： 363.0 kJ/kg蒸馏综合练习题243蒸馏综合练习题rA=393.9 kJ/kgrB=363.0 kJ/kg常压操
46、作，忽略塔板压降244先进行物料衡算 解出 解出 解: 蒸馏综合练习题2451.求 Z 分析 需求 NT用简捷法求 NT，需求 Rmin和 Nmin泡点进料 蒸馏综合练习题246需求需求蒸馏综合练习题247需求采用试差法求 tD和 tW已知露点计算 蒸馏综合练习题248已知泡点计算 蒸馏综合练习题249蒸馏综合练习题250查吉利兰图得蒸馏综合练习题2512.求 D (1)按精馏段计算需求 tF定性温度(2)采用试差法求 tF已知泡点计算蒸馏综合练习题 252 蒸馏综合练习题253(3)按提馏段计算定性温度 蒸馏综合练习题254取较大者并圆整得蒸馏综合练习题2553.求 QC、QB 蒸馏综合练习
47、题256蒸馏综合练习题2574.求 EMV蒸馏综合练习题第 n 板在提馏段258提馏段操作线方程为蒸馏综合练习题259 两组分理想物系的气液平衡关系。 学 习 指 导本章重点掌握的内容 精馏过程的原理。 。 两组分连续精馏的计算：a)理论板与恒摩尔流的概念；b)物料衡算与操作线方程；c)进料热状况的影响；e)回流比的影响及选择；g)简捷法求理论板层数。f)塔板效率；d)理论板层数的计算；260相对挥发度恒摩尔流假定精馏原理最佳位置进料易挥发组分回收率难挥发组分回收率1.基本概念理想溶液理想物系挥发度261回流比单板效率全塔效率等板高度：HETP五种进料状态1.基本概念2621）理想物系的相平衡
48、关系 txy相图、yx相图 拉乌尔定律2）2.公式2633）精馏计算精馏段操作线 ： q线方程 ： 全塔物料衡算 ：2.公式264提馏段操作线： 理论板数N计算：2.公式265习题课主要公式：操作条件包括：进料状况（F、xF、q）、R、 操作压力P、操作温度T、 冷凝器热负荷V、再沸器热负荷、V 、D、W。相平衡关系：全塔物料衡算：精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：q 线方程：理论板层数NT的计算266例1：有苯和甲苯混合物，含苯0.40，流量为1000 kmol/h，在一常压精馏塔内进行分离，要求塔顶馏出液中含苯90%以上（以上均为摩尔分数），苯回收率为90%，泡点进料，泡点回流，取回流比
49、为最小回流比的1.5倍。已知相对挥发度= 2.5，试求： （1）塔顶产品量D； （2）塔底残液量W及组成xw； （3）最小回流比； （4）精馏段操作线方程及提馏段操作线方程; （5）第二块理论板上升蒸汽的组成。DxD=0.9W, xWF=1000xF=0.4q=1R=1.5Rmin =2.5操作型问题计算267解：（1）依题意知 得塔底残液量组成因得塔顶产品量:又因DxD=0.9W, xWF=1000xF=0.4q=1R=1.5Rmin =2.5（1）D=？（2）W、xw=？解：268所以得最小回流比解：由题意泡点进料得DxD=0.9W, xWF=1000xF=0.4q=1R=1.5Rmin
50、=2.5（3）Rmin=？269精馏段操作线方程操作方程：解：提馏段操作线方程操作方程：且泡点进料,得（4）两操作线方程？DxD=0.9W, xWF=1000xF=0.4q=1R=1.5Rmin =2.5270由平衡线方程可得： 由精馏段操作线方程得由第二块理论板上升蒸汽的组成为得（5）y2=？DxD=0.9W, xWF=1000xF=0.4q=1R=1.5Rmin =2.5271练习1：某连续操作精馏塔如图所示，已知料液摩尔组成xF=0.2，料液以饱和液体状态直接加入塔釜，塔顶设全凝器，全塔共两块理论板（包括塔釜），塔顶摩尔采出率D/F=1/3，回流比R=1，泡点回流，此条件下物系的相平衡关
51、系可表示为y=4x，试计算xW=?操作型问题计算xF=0.2D/F=1/3R=1y=4x饱和液体272操作型问题计算273练习2：组成为xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中汽液摩尔比为1:2，塔顶xD=0.95（以上均为摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比R=1.5Rmin，塔釜间接蒸汽加热，相对挥发度=2.5。试求：（1）原料中汽相和液相组成；（2）列出提馏段操作线方程。DxD=0.95W, xWFxF=0.45R=1.5Rmin =2.5274汽液摩尔比为1:2DxD=0.95W, xWFxF=0.45R=1.5Rmin =2.5解：（1）原料中汽相和液相组成设原
52、料中汽相组成为ye ，液相组成为xe ，则275（2）列出提馏段操作线方程DxD=0.95W, xWFxF=0.45R=1.5Rmin =2.5汽液摩尔比为1:2276277练习3: 如图所示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板组成。料液由塔顶加入，进料热状况参数q=1，xF=0.20（摩尔分率，下同）。今测得塔顶易挥发组分的回收率为80%，且xD=0.30，系统相对挥发度为3.0。试求：（1）残液组成xw；（2）该层塔板的液相默弗里板效EML。 设蒸馏釜可视为一个理论板。q=1，xF=0.20xD=0.3080=3.0278解：（1）残液组成xwq=1，xF=0.20xD=0.3080=3.02
53、79y1xFx1yw（2）该层塔板的液相默弗里板效EmLq=1，xF=0.20xD=0.30xW=0.0859=3.0280y1xFx1yw281D, xD分凝器分凝器全凝器全凝器分凝器也相当于一块理论板，可以x0、y0计，其它相同 。 塔顶设有分凝器282分凝器流程练习4： 苯、甲苯两组分混合物用如图所示的釜进行常压连续蒸馏加以分离（无塔板），原料直接加入 釜 中 ， 进 料 量 为100kmol/h，其组成x苯=0.7，要求得到组成为0.8的塔顶产品（以上均为摩尔分率）。塔顶用一分凝器，其中50%的蒸汽冷凝并返回塔内。出分凝器的蒸汽与冷凝液体保持相平衡。问塔顶、塔釜产量为多少？已知2.46
54、2.46283解:分凝器流程2.46284练习5一操作中的常压连续精馏塔分离某混合液。现保持塔顶馏出液量D、回流比R、进料状况（F、xF、q）不变，而减小操作压力，试分析xD、xW如何变化？解： R不变，不变；不变；285xFxWxD假设xD不变，根据物料衡算知xW也不变假设xD，根据物料衡算知xWN，与N不变这个前提矛盾，故假设不成立。故xD只能变大，xW变小。286练习6 某精馏塔操作时，若保持F、xF、q、D不变，增大回流比R，试分析L、V、L、V 、W、xD、xW的变化趋势。解： LVLVW 不变287精馏段和提馏段分离能力均提高此时能满足物料衡算式：结论：288练习7：某精馏塔操作时，若保持F、xF、q、V不变，增大回流比R，试分析L、V、L、D、W、xD、xW的变化趋势。解： VDLWL不变289精馏段分离能力提高，提馏段分离能力下降，结合xF不变此时能满足物料衡算式：结论：290
