蒸餾編制：廖杰1蒸餾：利用混合溶液中各組分沸點不同（或揮發性不同）將其加熱進行分離的操作。一、蒸餾的應用：1、分離均相液體混合物，獲得高純度的組分2、回收溶劑3、制酒4、煉油2二、蒸餾的分類：常壓蒸餾加壓蒸餾減壓蒸餾二元蒸餾多元蒸餾連續蒸餾間歇蒸餾3、按物料的加入方式分：1、按操作壓力分：2、按分離物系的組元數分：3簡單蒸餾平衡蒸餾精餾特殊蒸餾主要介紹：雙組元常壓精餾4、按蒸餾原理分：4第一節二元物系的汽液相平衡一、理想溶液：

混合溶液中，同種分子間的作用力和異種分子間的作用力相同的溶液為理想溶液。即：H=0拉烏爾定律：一定度溫下，在稀溶液中，溶劑的蒸汽壓等于純溶劑的蒸汽壓乘以溶液中溶劑的摩爾分數。pA=pA0xA

對于A、B雙組元體系，B組分有：pB=pB0xB5汽液平衡時，若總壓（P）不變，P=pA+pB

x=(P-pB0

)/(pA0-pB0)若氣體為理想氣體，y=pA0xA/P

泡點方程露點方程泡點方程和露點方程用于求汽液平衡時的汽、液相組成，并可繪出相圖。678910汽液平衡相圖1、t~x~y相圖（P一定）tx、yt~y線t~x線露點（氣相）線泡點（液相）線*F液相區氣相區兩相區112、x~y相圖yx01112二、揮發度和相對揮發度1、揮發度：（v）溶液上方某組分的蒸氣壓和其在溶液中的摩爾分率的比。vi=pi/xi

2、相對揮發度()：兩組分的揮發度的比AB=vA/vB

（1）氣相為理想氣體：pA=PyAAB=(PyA/xA)/(PyB/xB)vA=PyA/xA

vB=PyB/xB

=(yA/yB)(xB/xA)13雙組元物系xB=1-xAy/(1-y)=x/(1-x)y=x/(1+(-1)x)討論：=1，y=x，普通蒸餾不能分離；>1，y>x，用蒸餾的方法分離；<1，y<x,分離方法同前(2)溶液為理想溶液=p°A/p°B使用相對揮發度可不考慮溫度的影響。=(yA/yB)(xB/xA)

AB=vA/vB

1415第三節簡單蒸餾一、流程及操作：操作：物料分批加入，餾出液的組成隨蒸餾的進行不斷的變化，蒸餾中的汽化蒸汽分段冷凝收集。蒸餾釜冷凝器餾出液容器16二、原理：組成量的關系滿足杠桿定律。在蒸餾過程中，系統的溫度和汽液相組成均隨時間改變，是一個不穩定過程，雖然瞬間的汽液兩相達到平衡，但蒸氣凝成的全部餾出液的平均組成與剩余釜液的組成并無相平衡關系。17簡單蒸餾的計算：蒸餾釜的生產能力，根據熱負荷和傳熱能力計算。餾出液、殘液的濃度與餾出量（或殘留量）之間的關系。物料衡算相平衡關系18三、簡單蒸餾的計算：在釜內某一瞬時，液體量為W，經微分時間dt后，殘液量為（W-dW），液相組成由x降為（x-dx），氣相組成為y。對dt時間作易揮發組分的物料衡算：Wx=（W-dW）（x-dx）+ydW

dW

=

dx

Wy-x積分限為W=W1，x=x1；W=W2，x=x2，lnW1/W2=[1/(-1)]ln[x1(1-x2)/x2(1-x1)]+ln[1-x2/1-x1]由:x1=A1/W1,x2=A2/W2W1=A1+B1,W2=A2+B2得:A1/A2=(B1/B2)

1、溶液為理想溶液，得：192、平衡關系可以作為直線考慮3、平衡關系不能用簡單的數學關系表達，用圖解積分或數值積分求解。202122第四節平衡蒸餾一、流程和操作：操作特點：連續操作，餾出液和餾殘液的組成成平衡。二、平衡蒸餾的計算：對總物料：V+L=F對易揮發組分：VyD+Lxw=FxF泵加熱器減壓閥分離器23令千摩爾進料經平衡蒸餾產生的液相量為q，則：汽相量為(1-q)；液相分率L/F=q，

汽化分率V/F=1-qyD=qxw/(q-1)-xF/(q-1)(1)平衡關系和方程(1)連立可解yD,xw及平衡溫度.也可用y~x,t~x(y)相圖和方程(1)的直線求解.方程(1)線yDxwxFLVxw

xF

yD表示平衡蒸餾中汽液相平衡組成的物料衡算關系。24第二節二元連續精餾多次的部分冷凝和部分汽化。tx、y一、精餾原理：Syx25二、精餾的流程原料殘液餾出產品全凝器部分冷凝器部分汽化器LV在生產中使用多個換熱器；產品和原料連續進入。26塔板：提供汽、液兩相傳熱、傳質接觸的面積和時間。精餾段提餾段全凝器再沸器回流是精餾塔連續穩定操作的必要條件。進料板W、xwF，xFD，xDLV’27三、恒摩爾假設：1、恒摩爾回流：在精餾段中，每層塔板下降液體的摩爾流率相等

L1=L2=……=L在提餾段中，每層塔板下降液體的摩爾流率相等

L’1=L’2=……=L’但兩段的下降摩爾流率不一定相同。283、恒摩爾假設成立的條件：（1）各組分的摩爾汽化潛熱近似相等（2）各組分的顯熱變化可以忽略不計（3）設備熱損失忽略不計2、恒摩爾汽化：在精餾段中，每層塔板上升蒸汽的摩爾流率相等，

V1=V2=……=V在提餾段中，每層塔板上升蒸汽的摩爾流率相等

V’1=V’2=……=V’但在兩段上升蒸汽摩爾流率不一定相同。29四、精餾塔的物料衡算F，xFD，xDW、xwn，yn，xnn+1，yn+1，xn+1m，ym，xmm+1，ym+1，xm+1LV’精餾段和提餾段每層塔板下降液體的摩爾流率用L和L’表示。精餾段和提餾段每層塔板上升蒸汽的摩爾流率用V和V’表示。301、全塔物料衡算：

F=D+W

FxF=DxD+WxW2、精餾段物料衡算：

R=L/Dy=Rx/(R+1)+xD/(R+1)

精餾段操作線方程3、提餾段物料衡算：y=L’x/(L’-W)+L’xW/(L’-W)

提餾段操作線方程操作線方程的物理意義：上層塔板下降液體的組成和下層塔板上升蒸汽的組成間的關系31一精餾塔用于分離乙苯-苯乙烯混合物，進料量3100kg/h，其中乙苯的質量分率為0.6，塔頂、底產品中乙苯的質量分率分別要求為0.95、0.25。求塔頂、底產品的質量流量、摩爾流量。3233五、進料狀態：（1）泡點進料（飽和液進料）；（2）露點進料（飽和蒸汽進料）；（3）汽液混合進料；（4）冷液進料；（5）過熱蒸汽進料。以（3）情況討論：設進料中液相所占的比例為q，液相：qF；汽相：（1-q）F則有：L’=L+qFV’=V-(1-q)FLVL’V’F對進料板作能量衡算：q=千摩爾進料汽化所需熱量/進料的千摩爾汽化潛熱341、進料方程：連立求解精餾段和提餾段的操作線方程

V’y=L’x-WxW

Vy=Lx+DxD

應用全塔物料衡算和進料狀態物料關系FxF=DxD+WxWL’=L+qFV’=V-(1-q)F(q-1)Fy=qFx-FxWy=qx/(q-1)-xF/(q-1)

進料方程又稱q線方程352、進料狀態與q線q線與y=x線的交點：（xF，xF）36yxfq>1q=10<q<1q=0q<037383940六、求理論塔板數1、理論塔板：離開塔板的汽液兩相的組成成相平衡關系。2、圖解法求理論塔板數：解精餾段操作線與對角線的交點為（xD，xD）解提餾段操作線與對角線的交點為（xW，xW）41xWxFxDabcfd塔內理論塔板數為N-142解題步驟：1、作y~x相圖，并在相圖上作對角線；2、根據進料、餾出液、餾殘液的組成在對角線上找出a、b點；3、根據精餾段操作線方程求出的截距，在相圖上作出c點；4、連接a、c點作出精餾段操作線；5、作出q線，找出其與精餾段操作線的交點d點；6、連接d、b點作出提留段操作線；7、從a點開始在平衡線和操作線之間作直角梯級至x≤xW止；8、直角梯級數N為理論塔板數（含再沸器）43需用一常壓連續精餾塔分離含苯40%的苯-甲苯混合液，要求塔頂產品含苯97%以上。塔底產品含苯2%以下（以上均為質量%）。采用的回流比為3.5，試求下述兩種進料狀況時所需的理論板數：（1）飽和溶液；（2）20°C液體。444546原設計一乙醇-水精餾塔用間接水蒸氣加熱，進料狀況為飽和液體，Xf=0.18。塔底出料xw=0.04；兩操作線交點的坐標為d(0.18，0.40)，自加料版(即提餾段第1層板)下流的液體組成xd=0.16。試與改用直接水蒸氣加熱的情況作對比。47483、逐板計算法求理論塔板數：平衡關系：y=x/（1+（-1）x），x=y/（y+（1-y））精餾段操作線方程：y=Rx/（R+1）+xD/（R+1）提餾段操作線方程：y=L’x/（L’-W）+L’xW/（L’-W）反復使用平衡關系和操作線關系即可求得理論塔板數y1=xDx1

y2x2xn<xFy’1x’1xm<xW理論塔板數N=n+m(含再沸器)平衡關系精餾段操作線方程提餾段操作線方程49苯-甲苯精餾塔的塔頂產品xD=0.95(摩爾分率)，回流比R=2。求從第二層塔板上升的蒸汽組成y2。505152七、回流比（R）1、全回流：

R=，操作線方程y=x，理論塔板數最少(Nmin)此情況出現在開工階段；生產不正常的時候以及研究工作中。2、最小回流比（Rmin）Rmin=(xD-ye)/(ye-xe)(ye,xe)其理論塔板數趨于無窮多。Rmin/(Rmin+1)=(xD-ye)/(xD-xe）yx01153精餾段操作線和平衡線相切的時候的回流比為最小回流比。3、實際回流比的確定：經驗方法：R=(1.1~2)Rmin

費用最小原則確定回流比。54八、捷算法求理論塔板數：1、最少理論塔板數的計算Nmin=lg[xD/(1-xD)][(1-xW)/xW]/lg2、用吉利蘭關聯圖求理論塔板數5556以捷算法重算例10-9中飽和液體進料時所需的理論塔板數及加料位置。5758實際塔板數：E0=N/Ne全塔效率----E0單板效率Emv(默弗里板效率)：對于第n層塔板，自下一層（n+1）塔板上升，組成為yn+1蒸氣，在第n層塔板上與液相進行物質交換后，離開該板的蒸氣組成提高到yn,這層塔板的氣相增富程度為(yn-yn+1)。而與離開該板液相組成xn

成平衡的汽相組成為yn*,理論上達到的增富程度為（yn*-yn+1）,兩者之比即為單板效率。5960填料精餾塔填料層高度：等板高度he：從一段填料層頂部上升的汽流與底部下降的液流剛好符合相平衡關系，則這段填料層的高度稱為理論塔板當量高度，簡稱等板高度。he愈小，填料層的傳質分離效果愈好。61第五節間歇精餾一、流程和操作：間歇操作，只有精餾段沒有提餾段。二、操作方式：1、保持回餾比恒定：2、保持餾出液組成恒定：精餾過程中，餾出液和餾殘液的組成隨時間不斷變化。精餾過程中，回流比因餾殘液的組成隨時間而下降，因此操作中回流比不斷增大。62三、間歇精餾的計算：1、保持回餾比恒定根據精餾段的操作線方程，其斜率不變。xwe

xw1xde

xd12、保持餾出液組成恒定因回流比不斷增大，精餾段操作線的截距不斷