第1頁，課件共141頁，創作于2023年2月化工原理蒸餾課件12023年7月31日第三章蒸餾2/1213.0概述蒸餾是分離液體混合物的典型單元操作。1.蒸餾分離的依據將液體混合物部分氣化，利用其中各組分揮發度不同的特性而達到分離目的的單元操作。這種分離操作是通過液相和氣相間的質量傳遞來實現的。例如：加熱甲醇(沸點64.7℃)和乙醇(沸點78.3℃)混合液的過程。A+B大量A+少量B少量A+大量B第2頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾3/121將沸點低的組分稱為易揮發組分或輕組分lightcomponent

，用A表示。將沸點高的組分稱為難揮發組分或重組分heavycomponent

，用B表示。則混合液：A+BA+B大量A+少量B少量A+大量B第3頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾4/1212、蒸餾過程的分類按蒸餾方式分為：

平衡蒸餾和簡單蒸餾。多用于待分離混合物中各組分揮發度相差較大而對分離要求不高的場合，是最簡單的蒸餾；精餾。適合于待分離的混合物中各組分揮發度相差不大且對分離要求較高的場合，應用最廣泛；特殊蒸餾。適合于待分離混合物中各組分的揮發度相差很小甚至形成共沸物，普通蒸餾無法達到分離要求的場合。主要有萃取精餾、恒沸精餾、鹽熔精餾、反應精餾及水蒸氣蒸餾。第4頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾5/121按操作流程分為：間歇蒸餾。又稱分批蒸餾，屬于非穩態操作，主要適用于小規模及某些有特殊要求的場合；連續蒸餾。屬于穩態操作，是工業生產中最常用的蒸餾方式，用于大規模生產的場合。第5頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾6/121按操作壓力分為：加壓蒸餾。適用于常壓下為氣態（如空氣）或常壓下沸點接近室溫的混合物；常壓蒸餾。適用于常壓下沸點在1500C左右的混合物；減壓蒸餾。（真空蒸餾）適用于常壓下沸點較高或熱敏性物質，可降低其沸點。第6頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾7/121按待分離混合物的組分數分為：兩組分精餾。計算簡單。常以此精餾原理為計算基礎，然后引申到多組分精餾計算中。多組分精餾。工業上常見。本章重點討論常壓兩組分連續精餾過程的原理和計算。

第7頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾8/1213.蒸餾分離的特點直接獲取幾乎純態的產品。而吸收、萃取等操作的產品為混合物。應用范圍廣。可分離液體混合物，氣體混合物、固體混合物。能耗高。氣化、冷凝需消耗大量的能量。加壓、減壓，將消耗額外的能量。第8頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾9/1213.1兩組分溶液的氣液平衡3.1.1兩組分理想物系的汽液關系理想物系是指符合以下條件的物系：液相為理想溶液，遵循拉烏爾定律；汽相為理想氣體，遵循道爾頓分壓定律，當總壓不太高(<104kPa)時汽相可視為理想氣體。理想溶液的特點：fAA=fBB=fAB：相同與相異分子間的作用力相等。ΔV混和=0，ΔH混和=0：混和前后體積和焓不變，即所形成的溶液無容積效應和熱效應。第9頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾10/1213.1.1.1相律F=C-φ+n組分數C=2(A，B)相數=2(汽，液)影響因素n=2(溫度，壓力)∴Therefore,forbinarymixture,freedomofdistillationprocessis2.第10頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾11/121F=2〖說明〗對兩組分汽液平衡物系而言，溫度t、壓力P、汽相組成y、液相組成x四個參數中，任意確定其中2個變量，其余的2個變量隨之確定，兩組分汽液平衡物系的狀態便確定了。一定壓力下:液相（汽相）組成x

(y)與溫度t存在一一對應關系；氣液組成之間x~y存在一一對應關系第11頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾12/1211.利用飽和蒸汽壓計算汽液平衡關系理想溶液的汽液平衡關系符合拉烏爾定律Raoult’slaw：理想氣體混和時遵循道爾頓分壓定律Dolton’slaw：3.1.1.2汽液平衡的函數關系——泡點方程第12頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾13/121〖說明〗因p。=f(t)，所以，上式表明當P一定時，溫度t與液相組成x之間的關系，t～x。泡點：混合液開始沸騰時的溫度。第13頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾14/121——露點方程〖說明〗上式表明當P一定時，溫度t與汽相組成y及液相組成x之間的關系，t～x～y。露點：混合汽開始冷凝時的溫度。P。=f(t)關系確定：實驗測定，查手冊；安托尼經驗公式計算：第14頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾15/1212.用相對揮發度表示的汽液平衡關系①揮發度v揮發度:是該物質揮發難易程度的標志。第15頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾16/121理想物系：②相對揮發度αRelativevolatility相對揮發度：易揮發組分的揮發度與難揮發組分的揮發度之比?！浩胶夥匠痰?6頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾17/121溫度對相對揮發度的影響：t↑，α↓平均相對揮發度的計算：理想溶液中，由于t↑，pA。、pB。↑，因此α變化不大，一般可將α視為常數，計算時取平均值。算法為：〖說明〗第17頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾18/121利用α的大小判斷某混合液能否用一般蒸餾方法分離及分離的難易程度：Ifα>>1:easytobeseparatedIf1<α<1.1:difficulttobeseparatedIfα=1:Azeotrope,can’tbeseparatedbycommondistillation〖說明〗第18頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾19/1213.1.1.3兩組分理想溶液的汽液平衡相圖有t~x~y圖和x~y圖兩種。1.t~x~y圖t—x—ychart（溫度～組成圖）(1)實驗測定法通過實驗測定不同溫度t下的組成x和y，以組成x(y)為橫標，溫度t為縱標，標繪所得即為t~x~y圖。第19頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾20/121(2)計算法設定一溫度t1，查取純A、純B組分的飽和蒸汽壓，利用泡點方程及露點方程計算出對應的x1和y1，改變溫度，重復上述步驟……。將各個t、x、y數據以t為縱標，x(y)為橫標標繪在直接坐標系中，即得t~x~y圖。第20頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾21/121〖說明〗圖中有2條曲線。上方曲線為t~y線，表示混合物的平衡溫度t與汽相組成y之間的關系，稱為飽和蒸汽線。下方曲線為t~x線，表示混合物的平衡溫度t與液相組成x之間的關系，稱為飽和液體線。3個區域。液相區：代表未沸騰液體；過熱蒸汽區：代表過熱蒸汽；汽液共存區：代表汽液同時存在。2個端點。tA、tB代表純A、純B組分的沸點。第21頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾22/121若將溫度為t1，組成為x1的冷液體(A點)加熱，升溫到J點時溶液開始沸騰，出現第一個氣泡，相應的組成為y1，因此飽和液體線又稱泡點線。繼續升溫，進入氣液兩相共存區，氣液組成可由讀圖確定，兩相的量可由杠桿規則進行確定。繼續升溫到H，液體將全部汽化，繼續升溫，氣體成為過熱蒸汽。同理，將過熱蒸汽冷卻到點H，混和氣開始冷凝，產生第一滴液體，因此飽和蒸汽線又稱露點線。因此只有將液體部分汽化，才能起到分離作用。所以蒸餾操作必須在氣液兩相共存區內進行。

第22頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾23/121氣液共存區兩相組成及量的確定組成的確定：讀圖或由泡點方程、露點方程計算。量的確定：由杠桿規則(如m、n點坐標所示的x和y)。mnxy第23頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾24/1212.x~y圖y—xchart（組成圖）將t~x~y圖中y~x關系標繪在直角坐標系中所得。對角線y=x為參考線

x~y曲線上各點具有不同的溫度；平衡線離對角線越遠，揮發性差異越大，物系越易分離?？倝簩~y曲線影響不大，因此蒸餾中使用x~y圖較t~x~y圖方便。第24頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾25/1213.2平衡蒸餾與簡單蒸餾3.2.1平衡蒸餾(閃急蒸餾)equilibriumdistillation(Flashdistillation)1.流程原料液加熱到泡點以上，連續地通過一節流閥減壓到預定的壓強后進入分離器。減壓后的液體呈過熱狀態，產生自蒸發而使液體部分汽化，形成兩相平衡物系。汽液兩相在分離器中分離后，分別得到易揮發組分濃度高的塔頂產品和易揮發組分濃度低的塔底產品，使混合液得到一定程度的分離。第25頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾26/1212.特點:連續操作頂部和底部產品組成不隨時間而變化一次進料，粗分x,y是一對平衡組成cp,tte第26頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾27/1213.計算①物料衡算②熱量衡算cp,tte第27頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾28/1213.2.2簡單蒸餾Differentialdistillation1.流程原料液一次加入蒸餾釜中，在恒定壓強下加熱至沸騰使溶液不斷汽化，產生蒸汽經冷凝后作為頂部產品。簡單蒸餾時，氣液兩相的接觸比較充分，因此可認為兩相達到了平衡。隨著蒸餾的進行，釜內液體的易揮發組分濃度不斷下降，相應的氣相中易揮發組分的組成將逐漸降低，釜中溶液的溫度不斷升高，當釜液中易揮發組分的濃度降到某一值時，停止操作，排出殘液，進行下一批蒸餾操作。

第28頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾29/1212.特點間歇操作塔頂塔底組成不是一對平衡組成適合于混合物的粗分離，特別適合于沸點相差較大而分離要求不高的場合，例如原油或煤油的初餾。F,xFW,x2第29頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾30/1213.計算

F,xFW,x2第30頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾31/121平衡蒸餾和簡單蒸餾過程在相圖上的表示：溫度為tF的原料液加熱到t1，部分汽化、分離，所得汽相組成為y，液相組成為x。此分離過程不會使y>yD、x<xW。txFxyxWyDtFt1由此可見，將液體混合物進行一次部分汽化的過程，只能起到部分分離的作用。因此，這種方法只適用于要求粗分或粗加工的場合。要使混合物中的組分得到幾乎完全的分離，必須進行多次部分汽化和部分冷凝的過程。第31頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾32/1213.3精餾rectification原理和流程3.3.1精餾原理將部分汽化得到的汽相經過n次部分冷凝后，最終產品組成為yn。次數愈多，組成愈高，最后可得到幾乎純態的易揮發組分。將部分汽化得到的液相經過m次部分汽化后，最終產品組成為xm。次數愈多，組成愈高，最后可得到幾乎純態的難揮發組分。第32頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾33/121多次部分汽化和多次部分冷凝缺點：1、收率低；2、設備重復量大，設備投資大；3、能耗大，過程有相變。第33頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾34/121有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝缺點：設備龐雜第34頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾35/121工業上的精餾過程時在直立圓形的精餾塔內進行的。3.3.2精餾操作流程

1.連續精餾流程進料板Feedplate：原料液進入的那層塔板精餾段Rectifyingsection：進料板以上的塔段Allplatesabovethefeedplate提餾段Strippingsection：進料板以下（包括進料板）的塔段Allplatesbelowthefeed,includingthefeedplateitself。第35頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾36/121再沸器Reboiler：部分汽化塔底釜殘液Partiallyvaporizetheliquidstreams。冷凝器：冷凝塔頂上升蒸汽Totalcondenser全凝器Partialcondenser(部)分冷凝器理論板：離開的汽液兩相達到平衡狀態的塔板。第36頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾37/1212.間歇精餾流程原料一次加入到塔內，當釜殘液達到指定組成后，精餾停止。無提餾段。精餾段：全部的塔段餾出液組成不斷變化，在塔底上升蒸汽量和塔頂回流液量恒定的條件下，餾出液組成不斷降低。間歇精餾流程(板式塔)第37頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾38/1213.塔板的作用

塔板提供了汽液分離的場所。汽液兩相在板上充分接觸，進行傳質和傳熱。每一塊塔板是一個混合分離器足夠多的板數可使各組分較完全分離第38頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾39/1214.精餾過程的回流回流的作用：提供不平衡的氣液兩相，是構成氣液兩相傳質的必要條件。精餾的主要特點就是有回流。回流包括：塔頂回流液塔底回流汽第39頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾40/1213.4兩組分連續精餾的計算3.4.1理論板的概念和恒摩爾流假定3.4.1.1理論板的概念Conceptofidealplate:理論板：離開的汽液兩相在組成上互成平衡的塔板（Theliquidandvaporleavingtheplatearebroughtintoequilibrium）。理論上，液相組成均勻一致，汽液兩相溫度相同。實際上，理論板并不存在，它是作為衡量實際板分離效率的依據和標準。計算中，先求得理論板層數，再用塔板效率予以校正，即得實際板數。第40頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾41/1213.4.1.2恒摩爾流Constantmolaloverflow假定恒摩爾汽流：

但兩段上升的汽相摩爾流量不一定相等。恒摩爾液流：

但兩段下降的液相摩爾流量不一定相等。若恒摩爾流假定成立，則在塔板上汽液兩相接觸時，當有1kmol的蒸汽冷凝時便有1kmol液體汽化。第41頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾42/1213.4.2物料衡算和操作線方程組成xn、yn表示離開第n塊理論板的液、汽相組成。yn～xn關系已知，為平衡關系。若已知yn+1～xn關系，則塔內各板汽液組成可逐板確定，由此可計算出在指定分離要求下的理論板數，yn+1～xn關系由精餾條件確定，通過物料衡算求得，稱為操作關系。第42頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾43/121F,xFD,xDW,xW3.4.2.1全塔物料衡算式中：F、D、W—原料液、塔頂餾出液Overheadproduct

、塔底釜殘液Bottomproduct的流量，kmol/hxF、xD、xW—原料液、塔頂餾出液、塔底釜殘液的組成，摩爾分率第43頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾44/121餾出液采出率釜殘液采出率塔頂輕組分回收率塔底重組分回收率〖說明〗通常F、xF已知，xD、xW由分離要求確定。物料衡算式中各物理量單位要對應。流量組成

kmol/h摩爾分率

kg/h質量分率分離程度的表示。第44頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾45/121令——回流比

—精餾段操作線方程anequationfortheoperatinglineoftherectifyingsection.

3.4.2.2操作線Operatinglines方程

1.精餾段操作線方程第45頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾46/121描述了n與n+1層板間的操作關系，適用于精餾段內任意兩板。當R,D,xD為一定值時,該操作線為一直線.〖說明〗yxxDab第46頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾47/121已知D，可得L，V：L=RD，V=L+D=(R+1)D本方程只適用于符合恒摩爾流假定的物系斜率:截距:過點a(xD,

xD),b(0,)，x~y圖上聯a、b點得精餾段操作線Operatinglineofrectifyingsection。yxxDab第47頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾48/121例題在雙組分連續精餾塔中精餾段的某一理論板n上，進入該板的氣相組成為0.8(摩爾分率，下同)，離開該板的液相組成為0.7，物系相對揮發度為2.4，氣液比為2∶1，計算離開該板的氣相組成和進入該板的液相組成。

√√？？nn+1xnxn+1ynyn+1xn-1第48頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾49/121——提餾段操作線方程2.提餾段操作線方程第49頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾50/121〖說明〗描述提餾段內相鄰兩板間的操作關系。L’、W、xm’、xW一定時，為一直線，過點c(xW,xW)。L’與L、F及進料熱狀況q有關，所以不能直接在x~y圖上作出提餾段操作線。本方程只適用于符合恒摩爾流假定的物系。第50頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾51/1213.4.3進料熱狀況的影響

3.4.3.1進料熱狀況

原料液的可能的5種不同的熱狀況：1.冷液體Subcooledliquid原料溫度低于泡點進料。原料全部進入提餾段。L’由三部分組成：LF提餾段蒸汽冷凝液流量FLV’L’V第51頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾52/1212.飽和液體Saturatedliquid（泡點）進料原料溫度等于泡點。原料全部進入提餾段。FLV’L’V3.氣液混合物Vapor-liquidmixture原料溫度介于泡點和露點之間。進料中液相部分成為L’的一部分，汽相部分成為V的一部分。FqF(1-q)FLV’L’V第52頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾53/1214.飽和蒸汽Saturatedvapor（露點進料）原料溫度等于露點。原料全部進入精餾段。FLV’L’VFLV’L’V5.過熱蒸汽Superheatedvapor原料全部進入精餾段。V由三部分組成：V’F精餾段回流液體部分汽化的蒸汽流量第53頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾54/121加料板F,IFL,ILV,IVL’,IL’V’,IV’3.4.3.2加料板的物料及熱量衡算1、加料板的物料衡算Materialbalanceoffeedplate物料恒算：F+V’+L=V+L’第54頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾55/121加料板F,IFL,ILV,IVL’,IL’V’,IV’2、加料板的熱量衡算EnthalpybalanceoffeedplateFIF+LIL’+V’IV’=VIV+L’IL’恒摩爾流假定成立，則：IV’=IV；IL’=IL’聯立以上各式，得：F(IV-IF)=(L’-L)(IV-IL)q稱進料熱狀況參數第55頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾56/1213.4.3.3q值的意義及計算第56頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾57/121或：以1kmol/h進料為基準時，提餾段中液體流量較精餾段中的增大的kmol/h數。對于飽和液體、汽液混和物及飽和蒸汽三種進料狀況而言，q值就等于進料中的液相分率（液化率）。飽和液體：L’-L=F；q=1飽和蒸汽：L’-L=0；q=0汽液混合物：杠桿規則。第57頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾58/121例題【例】分離乙醇水溶液的精餾塔，進料量為100kmol/h，進料溫度為60℃，含乙醇10%(摩爾分率，下同)，回流比為2。要求餾出液中含乙醇87%，且乙醇回收率達到98%，計算塔頂、塔底產品量及其釜液組成。精餾段和提餾段上升蒸汽及下降液體量。已知10%乙醇泡點為86℃。【解】1.第58頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾59/121第59頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾60/121〖說明〗q線方程是精餾段操作線和提餾段操作線交點的軌跡方程。在x~y圖上是過點e(xF,xF)，斜率為q/(q-1)的直線。3.4.3.4進料方程Feedcondition－q線方程加料板處于精餾段和提餾段的結合處，因而進料的操作關系應同時滿足精餾段和提餾段操作方程式，將方程式中變量略去下標，使精餾段、提餾段中兩式變量相同：

第60頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾61/1213.4.3.5進料熱狀況對精餾操作過程的影響1.q值對q線的影響。進料熱狀況IFqq/(q-1)q線在x~y圖上的位置冷液體IF<IL>1+ef1(↗)泡點IF=IL=1∞ef2(↑)汽液混合物IL<IF<IV0~1－ef3(↖)露點IF=IV00ef4(←)過熱蒸汽IF>IV<0+ef5(↙)f1f2f3f4f5yxFexDxWabcd第61頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾62/1213.4.3.5進料熱狀況對精餾操作過程的影響2.q值愈大，即進料愈冷，精餾段愈短，操作過程較早地轉入提餾段，此時兩操作線與平衡線距離愈遠，因而有利于分離；3.q值不同，不改變精餾段操作線的位置，僅改變了提餾段操作線的位置。

f1f2f3f4f5yxFexDxWabcd第62頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾63/121W,xW3.4.4理論板層數的計算采用逐板計算法和圖解法。均利用平衡關系和操作關系。1.Lewis-Sorelmethod逐板計算法塔頂設全凝器，塔底間接蒸汽加熱。yWF,xFD,xD212n(1)x1x2xnx2’y2y1y2’m-1第63頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾64/121【Attention】Thenthplateisfeedplate,andisalsothefirstplateofstrippingsection.Thenumberofplateinrectifyingsectionis(n-1)Themthplateshouldbereboiler.Thereforethenumberofplateinstrippingsectionis(m-1).Totalnumberofidealstagesis(n+m-2)第64頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾65/121例5.在連續精餾塔中分離兩組分理想溶液。已知操作回流比R為3，餾出液的組成為0.95（摩爾分率），塔頂采用全凝器。該物系在本題所涉及的濃度范圍內氣液平衡方程為y=0.42x+0.58。試求精餾段內離開第二層理論板（從塔頂往下計）的氣液相組成。

解：

第65頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾66/1212.McCabe-Thielemethod圖解法其原理同逐板計算法相同。步驟：在x~y圖上繪出平衡曲線和對角線。作出精餾段操作線。作出提餾段操作線。從a點開始出發在平衡線與操作線間繪梯級。至x<xW為止。xWabcfedyxFxD第66頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾67/121〖說明〗一個直角梯級代表一塊理論板。若塔頂采用分凝器，則精餾段理論板層數=相應階梯數-1；若塔底采用間接蒸汽加熱，則提餾段理論板層數＝相應階梯數-1。適宜進料板位置為跨過點d的理論板。當q↑，操作線離平衡線愈遠，NT↓。xWabcfedyxFxD第67頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾68/121梯級的物理意義xn,yn符合平衡關系，由2點表示第68頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾69/121確定最優進料位置適宜的進料位置應為跨過d點所對應的階梯。對于一定的分離任務，所需理論板數為最少。進料位置過低，使釜殘液中輕組分含量偏高，完成指定分離任務時，所需理論板數增加。第69頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾70/121進料位置過高，使餾出液中輕組分含量偏低，完成指定分離任務時，所需理論板數增加。第70頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾71/1213.4.5回流比的影響及其選擇3.4.5.1.回流比對精餾操作的影響回流比有兩個極限：上限全回流時的回流比，下限是最小回流比。第71頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾72/1213.4.5.2全回流與最少理論板數全回流Totalreflux：將塔頂上升蒸汽冷凝后全部回流至塔內。特點是：全回流操作時塔頂產品為零，因而當過程達到穩定時，既不向塔內進料，也不能取出塔底產品。無精餾段和提餾段之分，二段操作線合二為一，與對角線重合。由于操作線與平衡線距離最遠，因而達到一定分離要求(xD，xW)時，所需理論板數最少，以Nmin表示。

第72頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾73/121Nmin求解方法：①圖解法：在平衡線和對角線間繪梯級。Nmin=梯級數。若塔釜采用間接蒸汽加熱，則Nmin含釜。第73頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾74/121操作線：平衡線：第1塊板：全凝器則第2塊板：②解析法－Fenskeequation

第3塊板：第74頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾75/121（不含釜）全回流時，N=Nmin。對上式取對數，略去下標A、B：第n+1塊板(再沸器)：第75頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾76/121全回流是回流比的上限。其操作因無產品，對生產過程無實際意義。但在精餾塔的開工階段、調試過程或實驗研究時采用，以便于操作過程的穩定和控制。相對揮發度α相差不大時：上式僅適用于兩組分精餾時全回流情況下最小理論板數Nmin的計算。將式中xW換為進料組成xF，α取為塔頂和進料處的平均值，亦可用來計算全回流時精餾段的最少理論板數及進料板位置?！颊f明〗第76頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾77/1213.4.5.3最小回流比隨著回流比R的減小，兩條操作線向平衡線移動，使得達到一定分離要求時，所需理論板數增多。當回流比減少到某一數值時，兩操作線的交點d恰好落在平衡曲線上，見圖。因兩操作線交點不可能在平衡曲線上，否則推動力為0，所需理論板數為無窮大，此時對應的回流比稱為最小回流比，以Rmin表示。第77頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾78/121最小回流比：對于一定的分離任務，所需理論板為無窮多時所對應的回流比。特點：此時操作關系變為平衡關系，yn+1既與xn平衡，又與xn+1平衡，因而xn+1＝xn，及yn+1＝yn，即經過一塊理論板，氣液兩相濃度無變化，d點稱夾緊點，此區域稱夾緊區(恒濃區)。操作已無濃度變化，因此要達到一定的分離要求，理論上需無限多塊理論板，實際操作已不能進行。

第78頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾79/1213.4.5.3最小回流比(續)Rmin的求解方法：①圖解法正常平衡曲線：讀取d點坐標(xq,yq)第79頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾80/121不正常平衡曲線：過點a或點c作平衡線的切線。過點e作q線，q線與精餾段操作線的交點為d，讀取d點坐標(xq,yq)。按下式計算：cc第80頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾81/121〖說明〗飽和液體進料：q=1時，xq=xF飽和蒸汽進料：q=0，yq=yF汽液混和物進料：0<q<1②解析法以正常平衡曲線為例。第81頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾82/1213.4.5.4適宜回流比1.操作費操作費主要為再沸器加熱介質用量Wh、冷凝器冷卻介質用量Wc、動力消耗等，均取決于塔內上升蒸汽量。第82頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾83/1212.設備費若設備類型和材料已經選定，則精設備費決定于精餾塔、冷凝器、再沸器、輸送泵等設備的尺寸。R=Rmin：N=∞,設備費=∞R>Rmin：N=有限值,設備費↓↓R再增加，N減少的緩慢，但因V增加，使塔、再沸器、冷凝器等尺寸增加，因此設備反而上升。如紅線示。3.R對總費用的影響如藍線示。第83頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾84/1214.適宜回流比通過經濟衡算確定適宜回流比：總費用最低時的回流比為適宜回流比。經濟衡算繁瑣，根據經驗選?。篟=(1.1~2.0)Rmin通常對易分離的物系R取得小些，而對難分離的物系，R取得大些。

第84頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾85/121例5在常壓連續精餾塔中分離苯-甲苯混合液，原料液流量為1000kmol/h，組成為含苯0.4（摩爾分率，下同）餾出液組成為含苯0.9，苯在塔頂的回收率為90%，泡點進料，回流比為最小回流比的1.5倍，物系的平均相對揮發度為2.5。試求：（1）精餾段操作線方程；（2）提餾段操作線方程。

解：W=F-D=1000-400=600kmol/h第85頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾86/121精餾段操作線方程

（1）第86頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾87/121（2）第87頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾88/121例6.在常壓連續精餾塔中分離苯-甲苯混合液，已知xF=0.4（摩爾分率、下同），xD=0.97,xW=0.04，相對揮發度α=2.47。試分別求以下三種進料方式下的最小回流比和全回流下的最小理論板數。

（1）冷液進料q=1.387（2）泡點進料（3）飽和蒸汽進料兩式聯立；xq=0.483,yq=0.698相平衡方程：解：（1）q=1.387,則q線方程：第88頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾89/121(2)泡點進料，q=1則xq=xF=0.4(3)飽和蒸汽進料，q=0則yq=xF=0.4第89頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾90/121(4)全回流時的最小理論板數〖結論〗在分離要求一定的情況下，最小回流比Rmin與進料熱狀況q有關，q,Rmin。Nmin與進料熱狀況無關。第90頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾91/1213.4.6簡捷法求理論板層數將N、Nmin、R、Rmin關聯成如圖形式，稱吉利蘭關聯圖。求解N步驟：①求解Rmin：②選擇R：R=(1.1~2.0)Rmin第91頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾92/121將N、Nmin、R、Rmin關聯成如圖形式，稱吉利蘭關聯圖。求解N步驟：①求解Rmin：第92頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾93/121②選擇R：R=(1.1~2.0)Rmin③求解Nmin：第93頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾94/121注意：N,Nmin不含釜。④求解N：第94頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾95/121〖說明〗1.加料板位置的確定：2.曲線兩端代表兩種極限情況：右端：全回流左端：最小回流比第95頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾96/1213.條件：組分數為2～11，5種進料狀況，Rmin=0.53～0.70，α=1.26～4.05，N=2.4～43.1。4.橫標值X=0.01~0.9時，可用下式計算：第96頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾97/1213.4.8.1塔高Z的計算板式塔，先利用塔板效率將理論板層數折算成實際板層數，然后再由實際板層數和板間距相乘計算塔高。填料塔，先計算等板高度，再由理論板層數與等板高度相乘計算塔高。以上計算的塔高，均指塔體有效高度，不包括再沸器和塔頂空間等高度。3.4.8塔高和塔徑的計算第97頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾98/1211.板式塔有效高度的計算①全塔效率ETNT、NP:不包括塔釜第98頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾99/121〖說明〗全塔效率反映全塔傳質性能的優劣，是各層塔板的平均效率。影響全塔效率的因素很多，且非常復雜，因此目前不能用理論公式計算。ET的獲得：選用經驗值；利用經驗公式計算。如P134奧康奈爾(O’connell)關聯式。第99頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾100/121②單板效率(默弗里板效率)EM以汽相(或液相)經過實際板的組成變化值與經過理論板的組成變化值之比。yn(yen)yn＋1xn(xen)xn-1n第100頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾101/121〖說明〗單板效率反映單獨一塊板上傳質的優劣。EM通過實驗測定獲得。一般來說，每塊板上的單板效率并不相等，用汽相和液相表示的單板效率也不相等。第101頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾102/121③點效率EO塔板上某點的局部效率。y—與流經塔板某點的液相濃度x相接觸后而離開的氣相濃度；ye—與流經塔板某點的液相濃度x成平衡的氣相濃度；

ny(ye)yn＋1x

(xe)xn-1第102頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾103/121④塔高Z的計算式中：NP－實際板層數，不含釜。

NT－理論板層數，不含釜。

HETP－等板高度，m，實驗測定。

HT－板間距，m，經驗值范圍見P180表4-3。第103頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾104/1213.4.8.2塔徑的計算式中：Vs－塔內上升蒸汽的體積流量，m3/su－空塔速度，m/s精餾段和提餾段上升蒸汽量不一定相等，因此塔徑分別計算。第104頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾105/1211.精餾段Vs的計算2.提餾段〖說明〗若兩段上升蒸汽體積流量相差不太大時，兩段采用較大一段的塔徑；塔徑圓整。第105頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾106/1211.再沸器的熱量恒算：1小時，0C為基準。3.4.9連續精餾裝置的熱量恒算目的：確定再沸器、冷凝器的熱負荷，加熱介質與冷卻介質的用量，為設計這些設備提供數據。QLQBV’,IVWL’,ILmW,ILWL’V’Wh,Ih1Wh,Ih2第106頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾107/1212.冷凝器的熱量恒算以冷凝器為例。1小時,0C為基準，忽略熱損失D,ILDQcV,IVDL,ILDWc,Ic1Wc,Ic1VL第107頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾108/1213.4.10精餾過程的操作型計算和調節3.4.10.1影響精餾操作的主要因素1.物料平衡的影響據物料衡算，對一定的F和xF，確定了xD和xW后，D、W即確定了。因此，D、W或D/F、W/F只能根據xD、xW確定，而不能任意增減，否則進、出塔的兩個組分的量不平衡，將導致塔內組成變化，操作波動，使操作不能達到預期的效果。第108頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾109/1212.回流比R的影響增大R，將使精餾段操作線斜率L/V變大，推斷力變大，餾出液組成變大；同時，使提餾段操作線斜率L’/V’變小，推斷力變大，釜殘液組成變?。坏敭a品D減小。第109頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾110/1213.回流液溫度的影響回流液溫度降低，將增加塔內實際的汽液兩相流量，使分離效率提高。但能量消耗增大。4.進料組成xF的影響xF

,其它不變，D,W不變。結果：xD

,xW

xF

對xD,xW

的影響第110頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾111/1215.進料熱狀況q的影響q

,R

不變，D不變，V’結果：xD

,xW

q對xD,xW

的影響第111頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾112/1213.4.10.2精餾過程的操作型計算此類計算的任務是在設備（精餾段板數及全塔理論板數）已定的條件下，由指定的操作條件預計精餾操作的結果。已知量為：全塔總板數N及加料板位置（第m塊板）；相平衡曲線或相對揮發度；原料組成xF與熱狀態q，回流比R；并規定塔頂餾出液的采出率D/F。待求的未知量為精餾操作的最終結果—產品組成xD、xW以及逐板的組成分布。第112頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾113/121操作型計算的特點：

①由于眾多變量之間的非線形關系，使操作型計算一般均須通過試差（迭代），即先假設一個塔頂（或塔底）組成，再用物料衡算及逐板計算予以校核的方法來解決。

②加料板位置（或其它操作條件）一般不滿足最優化條件。第113頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾114/1213.4.10.3精餾產品的質量控制和調節1.精餾塔的溫度分布溶液的泡點與總壓及組成有關。精餾塔內各塊塔板上物料的組成及總壓并不相同，因而塔頂至塔底形成某種溫度分布。在加壓或常壓精餾中，各板的總壓差別不大，形成全塔溫度分布的主要原因是各板組成不同。圖a表示各板組成與溫度的對應關系，于是可求出各板的溫度并將它標繪在圖b中，即得全塔溫度分布曲線。

第114頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾115/121減壓精餾中，蒸汽每經過一塊塔板有一定壓降，如果塔板數較多，塔頂與塔底壓強的差別與塔頂絕對壓強相比，其數值相當可觀，總壓降可能是塔頂壓強的幾倍。因此，各板組成與總壓的差別是影響全塔溫度分布的重要原因，且后一因素的影響往往更為顯著。第115頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾116/1212.靈敏板一個正常操作的精餾塔當受到某一外界因素的干擾（如回流比、進料組成發生波動等），全塔各板的組成發生變動，全塔的溫度分布也將發生相應的變化。因此，有可能用測量溫度的方法預示塔內組成尤其是塔頂餾出液的變化。第116頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾117/121在一定總壓下，塔頂溫度是餾出液組成的直接反映。但在高純度分離時，在塔頂（或塔底）相當高的一個塔段中溫度變化極小，典型的溫度分布曲線如圖所示。這樣，當塔頂溫度有了可覺察的變化，餾出液組成的波動早已超出允許的范圍。以乙苯-苯乙烯在8kPa下減壓精餾為例，當塔頂餾出液中含乙苯由99.9%降至90%時，泡點變化僅為0.7℃。可見高純度分離時一般不能用測量塔頂溫度的方法來控制餾出液的質量。第117頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾118/121仔細分析操作條件變動前后溫度分別的變化，即可發現在精餾段或提餾段的某些塔板上，溫度變化量最為顯著?；蛘哒f，這些塔板的溫度對外界干擾因素的反映最靈敏，故將這些塔板稱之為靈敏板。將感溫元件安置在靈敏板上可以較早覺察精餾操作所受到的干擾；而且靈敏板比較靠近進料口，可在塔頂餾出液組成尚未產生變化之前先感受到進料參數的變動并即使采取調節手段，以穩定餾出液的組成。第118頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾119/1213.5間歇精餾間歇蒸餾如圖所示。間歇蒸餾又稱分批精餾。將原料分批加入釜內，每蒸餾完一批原料后，再加入第二批料。所以，對批量少，品種多，且經常改變產品要求的分離，常采用間歇蒸餾。間歇蒸餾有兩種操作方式：（1）恒定回流比R（2）恒定塔頂組成間歇蒸餾有以下特點：

a.間歇蒸餾屬于非穩態過程

b.只有精餾段沒有提留段第119頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾120/1213.6特殊精餾

3.6.1恒沸精餾對于具有恒沸點的非理想溶液，通過加入質量分離劑即挾帶劑與原溶液其中一個或幾個組分形成更低沸點的恒沸物，從而使原溶液易于采用蒸餾進行分離的方法，稱之為恒沸精餾。乙醇－水恒沸精餾流程如下圖所示。第120頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾121/1213.6.2萃取精餾組分的相對揮發度非常接近１，但不形成共沸物的混合物，不宜采用常規蒸餾方法進行分離。而通過加入質量分離劑（或稱之萃取劑），其本身揮發性很小，不與混合物形成共沸物，卻能顯著地增大原混合物組分間的相對揮發度，以便采用精餾方法加以分離，稱此精餾為萃取精餾。環乙烷－苯的萃取精餾流程如圖所示（糠醛萃取劑使苯由易揮發組分變為難揮發組分其α值遠離１第121頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾122/121基本原理與概念設計計算強化精餾指導操作本章總結－聯系圖擴展延伸第122頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾123/121一、三個平衡1.相平衡①汽液平衡相圖：t~x~y圖和x~y圖②泡點方程和露點方程③汽液平衡方程基本原理與概念tx(y)第123頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾124/1212.物料平衡①全塔②精餾段③提餾段進一步整理得：④精餾段操作線第124頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾125/121⑤提餾段操作線方程⑥q線方程或進料方程第125頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾126/1213.熱量平衡①再沸器②冷凝器（全凝器）第126頁，課件共141頁，創作于2023年2月2023年7月31日第三章蒸餾127/121二、兩個概念1.回流比①全回流：②最小