華中師范大學(xué)化工-第四章 精餾

1、蒸餾分離的蒸餾分離的是氣、液兩相間的質(zhì)量傳遞和熱是氣、液兩相間的質(zhì)量傳遞和熱量傳遞。量傳遞。蒸餾分離的蒸餾分離的是：是： 液體均具有揮發(fā)性，但不同組分液體的揮發(fā)性液體均具有揮發(fā)性，但不同組分液體的揮發(fā)性各不相同，在部分氣化時(shí)，氣相中含易揮發(fā)組分各不相同，在部分氣化時(shí)，氣相中含易揮發(fā)組分（輕組分）比液相中多，而液相中含的難揮發(fā)組分（輕組分）比液相中多，而液相中含的難揮發(fā)組分（重組分）將比氣相中多使原混合液達(dá)到某種程度（重組分）將比氣相中多使原混合液達(dá)到某種程度的分離。同理，當(dāng)混合氣體部分冷凝時(shí)，冷凝液中的分離。同理，當(dāng)混合氣體部分冷凝時(shí)，冷凝液中所含的難揮發(fā)組分（重組分）將比氣相中多，也能所含的

2、難揮發(fā)組分（重組分）將比氣相中多，也能達(dá)到一定程度的分離。達(dá)到一定程度的分離。BBBxpp0理想溶液理想溶液是指溶液中不同組分的分子間作用力和相同分是指溶液中不同組分的分子間作用力和相同分子間的作用力完全相等的溶液。子間的作用力完全相等的溶液。理想溶液各分子之間的牽制力理想溶液各分子之間的牽制力相等，各組分的揮發(fā)性不受其他組分存在的影響，它們相等，各組分的揮發(fā)性不受其他組分存在的影響，它們在平衡氣相中的分壓僅由純組分的飽和蒸氣壓及其在溶在平衡氣相中的分壓僅由純組分的飽和蒸氣壓及其在溶液中的摩爾分率決定。液中的摩爾分率決定。p=pA+pB 設(shè)設(shè)A-B是一對(duì)理想溶液體系，若在純液體是一對(duì)理想溶液體

3、系，若在純液體A中逐漸加入較難揮發(fā)的液體中逐漸加入較難揮發(fā)的液體B形成形成A、B溶溶液，液，A的平衡分壓（蒸汽壓）的平衡分壓（蒸汽壓）pA僅僅由于被僅僅由于被B的稀釋而降低，則：的稀釋而降低，則：AAAxpp0同理：同理：拉烏爾（拉烏爾（Raoult）定律）定律道爾頓分壓定律：道爾頓分壓定律：總壓：總壓：BBAABAxpxpppp000000000)1 (1BABAABAABBAABAppppxxpxpxpxppxx氣相中氣相中A、B組分的摩爾分率為：組分的摩爾分率為：)1 (0000ABAAAAAAAAxpxpxpxppppyBBBABBBBBBxpxpxpxppppy0000)1 (1、溫

4、度、溫度組成（組成（Tx xy y）圖）圖 將不同溫度下的將不同溫度下的x xA、y yA繪在直角坐標(biāo)系繪在直角坐標(biāo)系中得到中得到T-x x-y y圖圖圖中各點(diǎn)和線的圖中各點(diǎn)和線的物理意義物理意義：1）、）、A、B兩端點(diǎn)分別代表純組分兩端點(diǎn)分別代表純組分A、B 的沸點(diǎn)。的沸點(diǎn)。2）、）、Tx x線線稱為泡點(diǎn)線稱為泡點(diǎn)線 （也就是飽和液體線）。（也就是飽和液體線）。 Tx x線以下，代表過冷液體（溫度未線以下，代表過冷液體（溫度未達(dá)到沸點(diǎn)）。達(dá)到沸點(diǎn)）。3）、）、Ty y稱為露點(diǎn)線稱為露點(diǎn)線 （也就是飽和蒸氣線）（也就是飽和蒸氣線）4）、圖中分為三個(gè)區(qū)）、圖中分為三個(gè)區(qū) ： Tx x以下，液相區(qū)

5、以下，液相區(qū) Tx x線和線和 Ty y線之間，氣液共存區(qū)線之間，氣液共存區(qū) Ty y線以上，氣相區(qū)線以上，氣相區(qū)A20406080T（）8090100110(x x)y y（%）BT - x xT - y y1）、溫度）、溫度T上升上升TE時(shí)時(shí), 單一液相此單一液相此時(shí)位于時(shí)位于液相區(qū)液相區(qū)2）、溫度）、溫度T上升上升TF時(shí)時(shí),開始沸騰產(chǎn)生開始沸騰產(chǎn)生氣泡，此時(shí)位于氣泡，此時(shí)位于Tx線稱為線稱為泡點(diǎn)線泡點(diǎn)線3）、溫度）、溫度T上升上升TG時(shí)時(shí),有部分氣化此有部分氣化此時(shí)位于時(shí)位于氣液共存區(qū)氣液共存區(qū)4）、溫度）、溫度T上升上升TH時(shí)時(shí),全部液體變成全部液體變成飽和蒸氣，飽和蒸氣，5）、溫度）

6、、溫度T上升上升TI時(shí)時(shí),過熱蒸氣此時(shí)過熱蒸氣此時(shí)位于位于氣相區(qū)氣相區(qū)含含40%A和和B的混合液體逐的混合液體逐漸升溫時(shí)各點(diǎn)、線的意義漸升溫時(shí)各點(diǎn)、線的意義 反過來，溫度由反過來，溫度由TI降至降至TH時(shí)，蒸氣冷凝開始有液滴出現(xiàn)，時(shí)，蒸氣冷凝開始有液滴出現(xiàn)，Ty線稱為線稱為露點(diǎn)線露點(diǎn)線。20406080T（）8090100110 x x(y y)（%）IFEBGHT - x xAT - y y2、氣液平衡圖（、氣液平衡圖（x xy y圖）圖） 氣液平衡圖（也稱為氣液平衡圖（也稱為x xy y圖）表示在一定壓強(qiáng)圖）表示在一定壓強(qiáng) 下，下，氣相組成氣相組成y y與之平衡的液相與之平衡的液相組成組成

7、x x之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 氣液平衡線上的任一點(diǎn)氣液平衡線上的任一點(diǎn)均表示平衡時(shí)氣相、液相的均表示平衡時(shí)氣相、液相的組成，但是不同的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的組成，但是不同的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度不同，其組成也各不相溫度不同，其組成也各不相同。同。1、平衡線偏離對(duì)角線越遠(yuǎn)，溶液采用精餾法分離越容易。、平衡線偏離對(duì)角線越遠(yuǎn)，溶液采用精餾法分離越容易。2、若平衡線與對(duì)角線相交或相切，則溶液達(dá)到平衡時(shí)交點(diǎn)、若平衡線與對(duì)角線相交或相切，則溶液達(dá)到平衡時(shí)交點(diǎn)或切點(diǎn)處的兩相組成完全相同，表示該溶液不能采用普通精或切點(diǎn)處的兩相組成完全相同，表示該溶液不能采用普通精餾的方法來同時(shí)獲得兩個(gè)純凈組分。餾的方法來同時(shí)獲得兩個(gè)純凈組分。1、

8、具有正偏差的非理想溶液、具有正偏差的非理想溶液產(chǎn)生正偏差的原因：產(chǎn)生正偏差的原因： 不同分子間的吸引力不同分子間的吸引力aAB小于小于相同分子間的吸引力相同分子間的吸引力aAA和和aBB。 當(dāng)不同分子間的排斥傾向達(dá)當(dāng)不同分子間的排斥傾向達(dá)到一定的程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)最到一定的程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)最高蒸氣壓和相應(yīng)的最低恒沸點(diǎn)，高蒸氣壓和相應(yīng)的最低恒沸點(diǎn)，這就是所謂的這就是所謂的“共沸共沸”現(xiàn)象現(xiàn)象“共沸共沸”現(xiàn)象：現(xiàn)象：如：如：乙醇水溶液在乙醇水溶液在P=1atm下，當(dāng)下，當(dāng)x x=0.894時(shí)，點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)M為為最低恒沸點(diǎn)最低恒沸點(diǎn)78.152、具有負(fù)偏差的非理想溶液、具有負(fù)偏差的非理想溶液產(chǎn)生負(fù)偏差的原

9、因：產(chǎn)生負(fù)偏差的原因： 不同分子間的吸引力不同分子間的吸引力aAB大于相同分子間的吸引力大于相同分子間的吸引力aAA和和aBB。 當(dāng)負(fù)偏差達(dá)到一定程度時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)當(dāng)負(fù)偏差達(dá)到一定程度時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)“共沸共沸”現(xiàn)象，就現(xiàn)象，就會(huì)出現(xiàn)最低蒸氣壓和相應(yīng)的最高恒沸點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)最低蒸氣壓和相應(yīng)的最高恒沸點(diǎn)如：如：硝酸水溶液在硝酸水溶液在P=1atm下，當(dāng)下，當(dāng)x x=0.383時(shí)，點(diǎn)時(shí)，點(diǎn)M為最高恒為最高恒沸點(diǎn)沸點(diǎn)121.9 揮發(fā)度揮發(fā)度是指體系達(dá)到平衡時(shí)，某一組分在氣相中的分壓是指體系達(dá)到平衡時(shí)，某一組分在氣相中的分壓p與與該組分在相應(yīng)條件下液相中的濃度該組分在相應(yīng)條件下液相中的濃度x x（摩爾分率）之比。

10、（摩爾分率）之比。A-B混合液混合液 A的揮發(fā)度：的揮發(fā)度：A = pA/x xA B的揮發(fā)度：的揮發(fā)度：B = pB/x xB 溶液中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比溶液中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比稱為稱為相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度）；（BBBAAABABBBAAABBAABAABxppxppppxxpxxpxpxp000000 xxyxxyxyxyyyxxxyxyxppxppxpxpAABAABAAAAAABBABABBAABBAABBAAAB）（略去下標(biāo)即為：）（）（）（；而11111111已知苯（已知苯（A）與甲苯（）與甲苯（B）的飽和蒸氣壓可用安托因）的飽和蒸氣壓

11、可用安托因公式計(jì)算，即：公式計(jì)算，即：5 .219134508. 6lg8 .2201211031. 6lg00tptpBA式中式中pA0和和pB0的單位為的單位為kpa，t的單位為的單位為。若總壓為。若總壓為101.3kpa，且苯和甲苯溶液可視為理想溶液。試求溫度，且苯和甲苯溶液可視為理想溶液。試求溫度為為100時(shí)氣液相平衡組成及相對(duì)揮發(fā)度時(shí)氣液相平衡組成及相對(duì)揮發(fā)度AB。針對(duì)不同溫度，其相對(duì)揮發(fā)度不同，通常采用平均針對(duì)不同溫度，其相對(duì)揮發(fā)度不同，通常采用平均相對(duì)揮發(fā)度來進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。相對(duì)揮發(fā)度來進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。如：如：T1、T2、T3、-Tn溫度下對(duì)應(yīng)的相對(duì)揮發(fā)度分別溫度下對(duì)應(yīng)的相對(duì)揮發(fā)度分

12、別為：為：1、2、3-n1）、平均相對(duì)揮發(fā)度用算術(shù)平均值表示，即為：）、平均相對(duì)揮發(fā)度用算術(shù)平均值表示，即為：2）、平均相對(duì)揮發(fā)度用幾何平均值表示，即為：）、平均相對(duì)揮發(fā)度用幾何平均值表示，即為：nn321NNm21 簡單蒸餾又稱為微分蒸餾，瑞利（簡單蒸餾又稱為微分蒸餾，瑞利（Ragleigh）1902年提出了該過年提出了該過程的數(shù)學(xué)描述方法，故該過程又稱為瑞利蒸餾。程的數(shù)學(xué)描述方法，故該過程又稱為瑞利蒸餾。1、裝置結(jié)構(gòu)：、裝置結(jié)構(gòu)：蒸餾釜；蒸餾釜；冷凝器；冷凝器；受液槽受液槽2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)： 、由于是一次性投料，所以氣、液相、由于是一次性投料，所以氣、液相的組成隨溫度而變，是一種非定態(tài)操作

13、。的組成隨溫度而變，是一種非定態(tài)操作。時(shí)間時(shí)間t t上升，餾出液輕組分上升，餾出液輕組分y下降，釜液中下降，釜液中x下降，下降，釜釜液中難揮發(fā)組分含量上升，沸液中難揮發(fā)組分含量上升，沸點(diǎn)上升。點(diǎn)上升。 、氣相和液相只是一種瞬間的平衡。、氣相和液相只是一種瞬間的平衡。3、應(yīng)用：、應(yīng)用：、相對(duì)揮發(fā)度較大，易分離的混合液、相對(duì)揮發(fā)度較大，易分離的混合液、作為精餾前的預(yù)處理，如：原油、煤、作為精餾前的預(yù)處理，如：原油、煤焦油的粗分離。焦油的粗分離。、常用于實(shí)驗(yàn)室或小型工廠。、常用于實(shí)驗(yàn)室或小型工廠。4、簡單蒸餾的計(jì)算、簡單蒸餾的計(jì)算 簡單蒸餾的計(jì)算通常是已知起始加料量簡單蒸餾的計(jì)算通常是已知起始加料量

14、F，組成，組成xF，求算應(yīng)，求算應(yīng)蒸出多少餾出液蒸出多少餾出液D，最后使釜液達(dá)到要求的濃度，最后使釜液達(dá)到要求的濃度xw，液相組，液相組成成x和氣相組成和氣相組成y隨時(shí)間而變，為瞬時(shí)平衡，必須進(jìn)行瞬間物隨時(shí)間而變，為瞬時(shí)平衡，必須進(jìn)行瞬間物料衡算。料衡算。設(shè)：設(shè)：蒸餾過程中，釜中剩余蒸餾過程中，釜中剩余W kmolW kmol 的釜液，濃度為的釜液，濃度為x，瞬，瞬間蒸出了間蒸出了dwkmoldwkmol 濃度為濃度為y的餾出液，則：的餾出液，則：釜液量降為釜液量降為W-dwW-dw，濃度降為，濃度降為x-dx，這一瞬間對(duì)輕組分進(jìn)行物，這一瞬間對(duì)輕組分進(jìn)行物料衡算：料衡算： 釜中輕組分的減少量

15、釜中輕組分的減少量 = = 輕組分蒸出量輕組分蒸出量WdxdWxyydWWdxxdWydWdxdWxdWWdxWxWxydWdxxdWWWx)()(WFWFxxxxWFxydxFWxydxWdWxydxWdWln1）、理想溶液，將）、理想溶液，將 代入上式積分得：代入上式積分得：xxy) 1(1)11ln()1 ()1 (ln11lnWFWFFWxxxxxxFW2）、對(duì)于非理想溶液，）、對(duì)于非理想溶液，y-x關(guān)系為直線關(guān)系為直線y=mx，則：，則：FWxxmFWln11ln3）、）、y-x平衡關(guān)系不能用簡單數(shù)學(xué)式表達(dá)則用圖解積分平衡關(guān)系不能用簡單數(shù)學(xué)式表達(dá)則用圖解積分方法求解：方法求解： WF

16、xxxydxFWlnxy 1xWxFxWFxxxydx xW到到xF范圍內(nèi)曲線下的面積就是范圍內(nèi)曲線下的面積就是 的值。的值。WFxxxydxWDFWxxDFxWDF易揮發(fā)組分衡算：總物料衡算：DWxFxxWFD 平衡蒸餾又稱為平衡蒸餾又稱為閃蒸閃蒸，是一種連續(xù)穩(wěn)定的操作過程，原，是一種連續(xù)穩(wěn)定的操作過程，原料連續(xù)進(jìn)入加熱器，加熱到一定的溫度，經(jīng)節(jié)流閥突然減料連續(xù)進(jìn)入加熱器，加熱到一定的溫度，經(jīng)節(jié)流閥突然減壓到規(guī)定壓力，部分料液迅速氣化，氣、液兩相在分離器壓到規(guī)定壓力，部分料液迅速氣化，氣、液兩相在分離器中分開，塔頂?shù)玫揭讚]發(fā)組分含量較高的產(chǎn)品，塔底產(chǎn)品中分開，塔頂?shù)玫揭讚]發(fā)組分含量較高的產(chǎn)品

17、，塔底產(chǎn)品含易揮發(fā)組分較低。含易揮發(fā)組分較低。 由于分離器中，蒸氣和殘液處于恒由于分離器中，蒸氣和殘液處于恒定壓力和溫度下，所以氣、液兩相定壓力和溫度下，所以氣、液兩相成平衡關(guān)系，由此稱為平衡蒸餾成平衡關(guān)系，由此稱為平衡蒸餾。 1、平衡蒸餾為穩(wěn)定連續(xù)過程，生、平衡蒸餾為穩(wěn)定連續(xù)過程，生產(chǎn)能力大。產(chǎn)能力大。 2、不能得到高純度產(chǎn)品，只能作、不能得到高純度產(chǎn)品，只能作為粗略分離物料用，石油煉制和石為粗略分離物料用，石油煉制和石油裂解分離常采用平衡蒸餾。油裂解分離常采用平衡蒸餾。組成：組成：精餾塔、冷凝精餾塔、冷凝器、再沸器器、再沸器精餾操作分段：精餾操作分段：1、精餾段（加料板、精餾段（加料板以上

18、部分）以上部分）2、提餾段（加料板、提餾段（加料板以上部分）以上部分）3、回流、回流A20406080T（）(x x)y y（%）BTn+1y yn+1x xn+1Tn-1x xn-1y yn-1Tnx xny yn各層液相溫度關(guān)系為：各層液相溫度關(guān)系為： T n-1T nT n+1 上升氣相的組成關(guān)系為：上升氣相的組成關(guān)系為： y y n-1y y ny y n+1 下降液相的組成下降液相的組成 關(guān)系為：關(guān)系為： x x n-1x x nx x n+1 若氣、液兩相在板上接觸的時(shí)間足夠長，使得離開該板若氣、液兩相在板上接觸的時(shí)間足夠長，使得離開該板的氣相組成的氣相組成y y與液相組成與液相組

19、成x x之間達(dá)到平衡，則這種塔板稱為之間達(dá)到平衡，則這種塔板稱為。進(jìn)料量為進(jìn)料量為F （kmol/h） ，輕組分摩爾分率為，輕組分摩爾分率為x xF塔頂產(chǎn)品量為塔頂產(chǎn)品量為D （kmol/h） ，輕組分，輕組分摩爾分率摩爾分率為為x xD塔底產(chǎn)品量為塔底產(chǎn)品量為W （kmol/h） ，輕組分，輕組分摩爾分率摩爾分率為為x xW 總量不變：總量不變： F=D+W易揮發(fā)組分量不變：易揮發(fā)組分量不變：Fx xF=Dx xD+Wx xW塔頂、塔底采出率分別為：塔頂、塔底采出率分別為：塔頂易揮發(fā)組分的回收率：塔頂易揮發(fā)組分的回收率：塔底難揮發(fā)組分的回收率：塔底難揮發(fā)組分的回收率：wDFDwDwFxxxx

20、FWxxxxFD;%100FDFxDx%10011）（）（FWxFxW某精餾塔每小時(shí)分離某精餾塔每小時(shí)分離15000kg含苯含苯40%和甲苯和甲苯60%的混的混合液，要求塔頂餾出液中含苯量占原料液中苯量的合液，要求塔頂餾出液中含苯量占原料液中苯量的97.1%（即苯的回收率），（即苯的回收率）， 釜?dú)堃褐泻讲怀^釜?dú)堃褐泻讲怀^2%，以上組成均，以上組成均以質(zhì)量分率計(jì)，求餾出液和釜?dú)堃旱哪柫髁亢徒M成。以質(zhì)量分率計(jì)，求餾出液和釜?dú)堃旱哪柫髁亢徒M成。1、恒摩爾氣流：、恒摩爾氣流：精餾過程中，精餾段內(nèi)各塔板上升蒸氣精餾過程中，精餾段內(nèi)各塔板上升蒸氣摩爾流量均相等，提餾段也是如此，但兩段上升蒸氣

21、的摩摩爾流量均相等，提餾段也是如此，但兩段上升蒸氣的摩爾流量不一定相等。即：爾流量不一定相等。即：精餾段：精餾段：V1=V2= - =Vn=V （kmol/h）提餾段：提餾段：V1=V2= - =Vn=V （kmol/h ）2、恒摩爾液流：、恒摩爾液流：精餾過程中，精餾段內(nèi)各塔板下降液體精餾過程中，精餾段內(nèi)各塔板下降液體摩爾流量均相等，提餾段也是如此，但兩段下降液體的摩摩爾流量均相等，提餾段也是如此，但兩段下降液體的摩爾流量不一定相等。即：爾流量不一定相等。即：精餾段：精餾段：L1=L2= - =Ln=L （kmol/h）提餾段：提餾段：L1=L2= - =Ln=L （kmol/h）精餾段的作

22、用：精餾段的作用：利用回流液把上升蒸利用回流液把上升蒸氣中的重組分逐步冷凝下來，同時(shí)把氣中的重組分逐步冷凝下來，同時(shí)把回流液中的輕組分逐步氣化，從而在回流液中的輕組分逐步氣化，從而在塔頂能夠得到較純的輕組分。塔頂能夠得到較純的輕組分。物料衡算：物料衡算：DnnDxLxVyDLV1DnnDnnxRxRRyRDLDLRxDLDxDLLy11111則，令回流比這就是精餾段操作線方程這就是精餾段操作線方程 x xy y(x xD, x xD)1RxDDxRxRRy111直線斜率為直線斜率為:直線在直線在y軸上的截距為軸上的截距為:1RRk1RxD精餾段操作線方程為直線方程精餾段操作線方程為直線方程作圖

23、方法作圖方法:直線經(jīng)過兩點(diǎn)直線經(jīng)過兩點(diǎn)(x xD,x xD)和和(0,x xD/(R+1)x xD提餾段的作用提餾段的作用： 利用上升蒸氣把液相中的輕組分逐利用上升蒸氣把液相中的輕組分逐漸蒸出來，同時(shí)把蒸氣中重組分漸蒸出來，同時(shí)把蒸氣中重組分逐漸逐漸冷冷凝下來，凝下來，從而在塔釜能夠得到較純的重從而在塔釜能夠得到較純的重組分。組分?？偽锪虾馑憧偽锪虾馑?：V =L- W易揮發(fā)組分：易揮發(fā)組分：Vy ym+1=Lx xm- Wx xWWmmxWLWxWLLy1這是提餾段操作線方程這是提餾段操作線方程 直線斜率為直線斜率為:直線在直線在y軸上的截距為軸上的截距為:WLLkWxWLW提餾段操作線方程

24、為直線方程提餾段操作線方程為直線方程WxWLWxWLLy直線經(jīng)過點(diǎn)（直線經(jīng)過點(diǎn)（x xw，x xW）x xy yx xW（x xw，x xW） 1）、冷液進(jìn)料）、冷液進(jìn)料 料液料液 溫度有所提高，但沒有達(dá)到沸點(diǎn)溫度有所提高，但沒有達(dá)到沸點(diǎn) 2）、泡點(diǎn)進(jìn)料）、泡點(diǎn)進(jìn)料 料液加熱到沸點(diǎn)料液加熱到沸點(diǎn) 3）、氣）、氣液混合進(jìn)料液混合進(jìn)料 料液加熱到泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間料液加熱到泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間 4）、飽和蒸氣進(jìn)料）、飽和蒸氣進(jìn)料 料液加熱到露點(diǎn)，全部氣化料液加熱到露點(diǎn)，全部氣化 5）、過熱蒸氣進(jìn)料）、過熱蒸氣進(jìn)料 料液的溫度高于露點(diǎn)料液的溫度高于露點(diǎn)FLLhHhHmolqF原料液的摩爾氣化熱要的熱量原料變成

25、飽和蒸氣所需飽和液體的焓飽和蒸氣的焓原料液的焓飽和蒸氣的焓1Vf，y yf，Hf);(11HHHhhhffffFLLq表示進(jìn)料中液相所占的分率表示進(jìn)料中液相所占的分率Lf-1，x xf-1，hf-1Lf，x xf，hfVf+1，y yf+1，Hf+1F，x xF，hF加料板加料板f1hHhHqhhFF，VVFLLFqVVqFLL；）（ 1;LLVVF（1）1)、冷液進(jìn)料、冷液進(jìn)料飽和蒸氣的焓：飽和蒸氣的焓：H = r + hrTTcrTTcrrhhrhhrhhrqFbLpFbLpFF)(1)()()()(,提餾段上升的蒸氣與提餾段上升的蒸氣與進(jìn)料液相遇時(shí)，由于料液進(jìn)料液相遇時(shí)，由于料液溫度較低

26、，提餾段上升的溫度較低，提餾段上升的蒸氣部分被冷凝下來與料蒸氣部分被冷凝下來與料液、精餾段回流液一起進(jìn)液、精餾段回流液一起進(jìn)入提餾段。入提餾段。LLVVF（2）2）、泡點(diǎn)液體（飽和液體）進(jìn)料）、泡點(diǎn)液體（飽和液體）進(jìn)料1hHhHqhhFF，VVFLLFqVVqFLL；）（ 1;進(jìn)料隨精餾段回流液一起進(jìn)入提餾段進(jìn)料隨精餾段回流液一起進(jìn)入提餾段LLVVF（3）101qhHhHqhhHFF，VVLLFqVVqFLL；）（；13）、氣）、氣-液混合進(jìn)料液混合進(jìn)料進(jìn)料中氣相部分隨提餾段上升進(jìn)料中氣相部分隨提餾段上升蒸氣一起進(jìn)入精餾段，液相部分隨蒸氣一起進(jìn)入精餾段，液相部分隨精餾段下降的液體進(jìn)入提餾段。精

27、餾段下降的液體進(jìn)入提餾段。LLVF（4）V4)、飽和蒸氣（露點(diǎn)）進(jìn)料、飽和蒸氣（露點(diǎn)）進(jìn)料0hHhHqHhFF，F(xiàn)VVLLFqVVqFLL；）（ 1;進(jìn)料隨提餾段上升蒸氣一起進(jìn)入精餾塔。進(jìn)料隨提餾段上升蒸氣一起進(jìn)入精餾塔。LLVF（5）V5）、過熱蒸氣進(jìn)料）、過熱蒸氣進(jìn)料FVVLLFqVVqFLL；）（ 1;0hHhHqHhFF，過熱蒸氣進(jìn)料將過熱蒸氣進(jìn)料將精餾段精餾段溢流下來的溢流下來的一部分液體被氣化后隨提餾段上升蒸氣一部分液體被氣化后隨提餾段上升蒸氣一起進(jìn)入精餾段。一起進(jìn)入精餾段。DnnDxLxVy1WmmWxxLyV1（x xD，x xD） 設(shè)提餾段操作線和精餾段操設(shè)提餾段操作線和精餾

28、段操作線的交點(diǎn)坐標(biāo)為作線的交點(diǎn)坐標(biāo)為M（x x,y），），則點(diǎn)則點(diǎn)M（x x,y）坐標(biāo)值分別滿足）坐標(biāo)值分別滿足兩操作線方程。兩操作線方程。精餾段操作線方程為：精餾段操作線方程為：提餾段操作線方程為：提餾段操作線方程為：WDmnmnWxxLyVDxLxVyxxxyyy即令;1111qxxqqyF1RxDy yx xW（x xw，x xW）x xFx xDM（x xF，x xF）x x11qxxqqyF進(jìn)料線方程進(jìn)料線方程(q線方程線方程)），（經(jīng)過點(diǎn)，該直線斜率為：FFxxdqqK1xy yxFd（x xF，x xF）、冷液進(jìn)料，、冷液進(jìn)料， q1，K1，q線線 、泡點(diǎn)進(jìn)料，、泡點(diǎn)進(jìn)料， q=

29、1，K=，q線線 、氣液混合進(jìn)料，、氣液混合進(jìn)料，0 q1，K0，q線線 、飽和蒸氣進(jìn)料，、飽和蒸氣進(jìn)料， q=0，K=0，q線線 、過熱蒸氣進(jìn)料，、過熱蒸氣進(jìn)料， q0，0K1，q線線精餾段操作線、提餾段操作線精餾段操作線、提餾段操作線和進(jìn)料線三條直線交于一點(diǎn)和進(jìn)料線三條直線交于一點(diǎn)M同理，同理，M點(diǎn)的坐標(biāo)均滿足三線方程。點(diǎn)的坐標(biāo)均滿足三線方程。擬用連續(xù)精餾塔分離苯和甲苯混合液，已知混合液進(jìn)料擬用連續(xù)精餾塔分離苯和甲苯混合液，已知混合液進(jìn)料流量為流量為200kmol/h200kmol/h，其中含苯，其中含苯0.40.4（摩爾分率，下同）其余為（摩爾分率，下同）其余為甲苯。若規(guī)定塔底釜液中苯的

30、含量不高于甲苯。若規(guī)定塔底釜液中苯的含量不高于0.010.01，釜液的流量，釜液的流量為為120kmol/h120kmol/h。泡點(diǎn)進(jìn)料，平均相對(duì)揮發(fā)度。泡點(diǎn)進(jìn)料，平均相對(duì)揮發(fā)度=2.5=2.5，塔頂冷凝，塔頂冷凝器為全凝器，操作回流比器為全凝器，操作回流比R=3.5R=3.5，試確定：，試確定： （1）、精餾段操作線方程）、精餾段操作線方程 （2）、第二塊板上升蒸氣的組成）、第二塊板上升蒸氣的組成y2 （3）、提餾段操作線方程）、提餾段操作線方程 （4）、精餾段內(nèi)上升蒸氣的流量）、精餾段內(nèi)上升蒸氣的流量V及下降液體的流量及下降液體的流量L （5）、提餾段內(nèi)上升蒸氣的流量）、提餾段內(nèi)上升蒸氣的

31、流量V及下降液體的流量及下降液體的流量L理論塔板數(shù)計(jì)算方法有：理論塔板數(shù)計(jì)算方法有：1、逐板計(jì)算法；、逐板計(jì)算法；2、圖解法；、圖解法； 3、捷算法。、捷算法。 對(duì)于穩(wěn)定的雙組分連續(xù)精餾，任一塊理論塔板上氣液兩相對(duì)于穩(wěn)定的雙組分連續(xù)精餾，任一塊理論塔板上氣液兩相經(jīng)過充分的傳質(zhì)、傳熱后，理論塔板上上升的蒸氣組成與下經(jīng)過充分的傳質(zhì)、傳熱后，理論塔板上上升的蒸氣組成與下降的液體組成呈平衡關(guān)系，滿足平衡關(guān)系式：降的液體組成呈平衡關(guān)系，滿足平衡關(guān)系式：xxy) 1(1 對(duì)于精餾段相鄰兩塊塔板間上升蒸氣與對(duì)于精餾段相鄰兩塊塔板間上升蒸氣與下降液體組成滿足精餾段操作線方程：下降液體組成滿足精餾段操作線方程：

32、111RxxRRyDnnV V、y y1 1y y1 1L L、xD DD D、xD Dx2x1xny yn+1n+1y y2 2nn+112F F、xF Fxn+1( (a) )( (b) ) y1=xD ,自第一塊板下降的液相組成自第一塊板下降的液相組成x1 1與與y1 1互成平衡互成平衡關(guān)系關(guān)系, , 可由方程可由方程(a)(a)求出求出x1 1。y2與與x1符合操作線關(guān)系符合操作線關(guān)系,可由方程可由方程(b)(b)計(jì)算計(jì)算y2由此類推由此類推,xD=y1 x1 x1 y2 x2 y3 直到直到xn+1xF為止為止,第第n+1層板層板為加料板為加料板,精餾段理論塔板數(shù)為精餾段理論塔板數(shù)為

33、n塊塊 方程方程(b)(b)方程方程(a)(a)方程方程(a)(a)方程方程(b)(b)V V、y y1 1y y1 1L L、xD DD D、xD Dx2x1xny yn+1n+1y y2 2nn+112F F、xF Fxn+1 對(duì)于提餾段相鄰兩塊塔板間上升蒸氣和下降液體組成滿足提餾段對(duì)于提餾段相鄰兩塊塔板間上升蒸氣和下降液體組成滿足提餾段操作線方程：操作線方程：WmmxWLWxWLLy1W W、xW Wx2x1xWy ym my y2 2n+1F F、xF Fn12m-1mxWxxy) 1(1(a)(a)(c)(c)同理同理,由由xn+1= =x1 y2 y2 x2 x2 y3-直到直到x

34、mxW為止為止方程方程(a)(a)方程方程(c)(c)方程方程(c)(c)則提餾段的理論塔板數(shù)為則提餾段的理論塔板數(shù)為m塊塊( (再沸器相當(dāng)于再沸器相當(dāng)于一塊理論塔板一塊理論塔板) )故全塔理論塔板數(shù)故全塔理論塔板數(shù)NT為為:( (不包括再沸器不包括再沸器) ) 1、作平衡線（、作平衡線（x-y圖）和對(duì)角線圖）和對(duì)角線1RxDy yx xWC（x xw，x xW）x xFx xDMd（x xF，x xF）ab12345x2、作精餾段操作線、作精餾段操作線過（過（0，xD）作垂直線交對(duì)角線于）作垂直線交對(duì)角線于a點(diǎn)，點(diǎn)，在在y軸上找截距為軸上找截距為xD/（R+1）的）的b點(diǎn)，點(diǎn)，直線直線ab即

35、為精餾段操作線。即為精餾段操作線。3、作進(jìn)料線、作進(jìn)料線過（過（0，xF）作垂直線交對(duì)角線于）作垂直線交對(duì)角線于d點(diǎn)，點(diǎn)，過過d點(diǎn)作斜率為點(diǎn)作斜率為q/（q-1）的直線交）的直線交ab于于M點(diǎn)，點(diǎn)，dM即為進(jìn)料線。即為進(jìn)料線。4、作提餾段操作線、作提餾段操作線過（過（0，xW）作垂直線交對(duì)角線于）作垂直線交對(duì)角線于c點(diǎn)，點(diǎn)，連接連接c、M兩點(diǎn)即得提餾段操作線兩點(diǎn)即得提餾段操作線cM。5、畫直角階梯，求理論塔板數(shù)、畫直角階梯，求理論塔板數(shù)從從a點(diǎn)開始，在平衡線與兩操作線之間作水平線和鉛垂線構(gòu)成的階梯，直到鉛點(diǎn)開始，在平衡線與兩操作線之間作水平線和鉛垂線構(gòu)成的階梯，直到鉛垂線跨過垂線跨過C點(diǎn)為止，

36、階梯數(shù)減一即為精餾過程所需理論塔板數(shù)（不含再沸器）點(diǎn)為止，階梯數(shù)減一即為精餾過程所需理論塔板數(shù)（不含再沸器）1、全回流與最少理論塔板數(shù)、全回流與最少理論塔板數(shù) 精餾塔頂上升的蒸氣經(jīng)過冷凝后，全部回到塔內(nèi)，這種方精餾塔頂上升的蒸氣經(jīng)過冷凝后，全部回到塔內(nèi)，這種方操作方式稱為操作方式稱為全回流全回流。 全回流時(shí)全回流時(shí), F=0,D=0,W=0; R=L/D=F=0,D=0,W=0; R=L/D= 精餾段和提餾段兩操作線均與對(duì)角線重合精餾段和提餾段兩操作線均與對(duì)角線重合,其操作線方程其操作線方程為為:yn+1=xn y yx xWx xDx x兩板之間任一截面上上升兩板之間任一截面上上升的蒸氣與下

37、降液體的組成的蒸氣與下降液體的組成相等相等,達(dá)到一定分離程度所達(dá)到一定分離程度所需的理論塔板數(shù)最少需的理論塔板數(shù)最少.最少理論塔板數(shù)的計(jì)算方法最少理論塔板數(shù)的計(jì)算方法:逐板計(jì)算法、圖解法和解析法逐板計(jì)算法、圖解法和解析法)(BABABBAABBAABBAAABxxyyxyxyxppxppxpxpnnxy1操作線方程為：解析法計(jì)算最少理論塔板數(shù)解析法計(jì)算最少理論塔板數(shù)lglgminWBADBAxxxxN最少理論塔板數(shù)為：lg11lgmin WWDDxxxxN最少理論塔板數(shù)為：對(duì)于雙組分溶液對(duì)于雙組分溶液（此最少理論塔板數(shù)包含再沸器）（此最少理論塔板數(shù)包含再沸器）此式稱為芬斯克（此式稱為芬斯克（F

38、enske）公式）公式全回流的應(yīng)用：全回流的應(yīng)用： 在實(shí)際生產(chǎn)中，只是在某些特定條件下，才使用全回流：在實(shí)際生產(chǎn)中，只是在某些特定條件下，才使用全回流：1）、精餾塔在啟動(dòng)階段采用全回流操作，目的是：）、精餾塔在啟動(dòng)階段采用全回流操作，目的是：潤濕塔板潤濕塔板或填料，或填料，提高分離能力提高分離能力2）、操作出現(xiàn)意外而產(chǎn)品純度低于要求純度時(shí)，先采取全回流）、操作出現(xiàn)意外而產(chǎn)品純度低于要求純度時(shí)，先采取全回流操作，然后再進(jìn)行部分回流操作。操作，然后再進(jìn)行部分回流操作。1minRxDy yx xFx xD（x xF，x xF）ega（xD，xD）x xey ye e 兩操作線向平衡線靠近，所兩操作線

39、向平衡線靠近，所需理論塔板數(shù)增多。當(dāng)回流需理論塔板數(shù)增多。當(dāng)回流比減小到使兩操作線交點(diǎn)正比減小到使兩操作線交點(diǎn)正好落壓在平衡線上好落壓在平衡線上e點(diǎn)處時(shí)，點(diǎn)處時(shí)，所理論塔板數(shù)為無窮多。所理論塔板數(shù)為無窮多。N= 此時(shí)對(duì)應(yīng)的回流比為此時(shí)對(duì)應(yīng)的回流比為最小最小回流比回流比RmineeeDeDeDxyyxRxxyxgeagRRminminmin1eeexxy) 1(1由于點(diǎn)由于點(diǎn)e（xe，ye）位于平衡線上，故：）位于平衡線上，故：FDFDxxxxR1)1 (11mineDeDxxxxR1)1 (11min11111minFDFDyxyxR1）、泡點(diǎn)進(jìn)料）、泡點(diǎn)進(jìn)料xe=xF，則則最小回流比最小回流

40、比Rmin為：為：2）、飽和蒸氣進(jìn)料）、飽和蒸氣進(jìn)料y ye e=y=yF F，則則最小回流比最小回流比Rmin為：為： 對(duì)于某些不正常的平衡對(duì)于某些不正常的平衡曲線，象乙醇和水的平衡曲線，象乙醇和水的平衡曲線，具有下凹部分。曲線，具有下凹部分。當(dāng)操作線與當(dāng)操作線與q線的交點(diǎn)尚線的交點(diǎn)尚未落到平衡線上之前，操未落到平衡線上之前，操作線已經(jīng)與平衡線相切于作線已經(jīng)與平衡線相切于h點(diǎn)，此時(shí)恒濃區(qū)出現(xiàn)在點(diǎn)，此時(shí)恒濃區(qū)出現(xiàn)在點(diǎn)點(diǎn)h附近，對(duì)應(yīng)的回流比附近，對(duì)應(yīng)的回流比為最小回流比。為最小回流比。：由點(diǎn)由點(diǎn)a（xD、xD）向平衡線作出切線，）向平衡線作出切線，由切線的截距由切線的截距x xDD/(R/(Rm

41、inmin+1)+1)求求Rmin。對(duì)于一定的分離任務(wù)：對(duì)于一定的分離任務(wù)： 、若采用全回流操作，、若采用全回流操作，R=，雖然理論塔板數(shù)最少，雖然理論塔板數(shù)最少，但得不到產(chǎn)品。但得不到產(chǎn)品。 、若采用最小回流比操作，需要的理論塔板數(shù)為無、若采用最小回流比操作，需要的理論塔板數(shù)為無窮多，不現(xiàn)實(shí)。窮多，不現(xiàn)實(shí)。 實(shí)際的回流比，應(yīng)選在兩個(gè)極限實(shí)際的回流比，應(yīng)選在兩個(gè)極限Rmin和和之間，適宜的之間，適宜的回流比應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)衡算決定，即回流比應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)衡算決定，即操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)之和操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)之和為最低時(shí)的回流比作為適宜的回流比。為最低時(shí)的回流比作為適宜的回流比。、操作費(fèi)用：、操作費(fèi)用：主要取決

42、于再沸器的蒸氣消耗量和冷凝器中冷主要取決于再沸器的蒸氣消耗量和冷凝器中冷卻水的消耗量，此兩項(xiàng)又取決于塔內(nèi)上升的蒸氣量。卻水的消耗量，此兩項(xiàng)又取決于塔內(nèi)上升的蒸氣量。 V=（R+1）D，V=V+（q-1）FV和和V與回流比與回流比R成正比，成正比，R增加，操作費(fèi)用呈直線上升，使得增加，操作費(fèi)用呈直線上升，使得再沸器、冷凝器的熱負(fù)荷增加，而且塔徑再沸器、冷凝器的熱負(fù)荷增加，而且塔徑d也應(yīng)相應(yīng)增大，設(shè)也應(yīng)相應(yīng)增大，設(shè)備費(fèi)亦隨之增大。備費(fèi)亦隨之增大。設(shè)備費(fèi)設(shè)備費(fèi) 設(shè)備的類型和材料一經(jīng)確定，設(shè)備的類型和材料一經(jīng)確定，此項(xiàng)費(fèi)用主要決于設(shè)備的尺寸。此項(xiàng)費(fèi)用主要決于設(shè)備的尺寸。 當(dāng)當(dāng)R=Rmin時(shí)，時(shí)，N=，

43、設(shè)備費(fèi)，設(shè)備費(fèi)為無窮大為無窮大. 當(dāng)當(dāng)RRmin時(shí)，時(shí)，N由由迅速下迅速下降為有限層數(shù)，設(shè)備費(fèi)下降較降為有限層數(shù)，設(shè)備費(fèi)下降較快快. R繼續(xù)增大，導(dǎo)致塔內(nèi)上升繼續(xù)增大，導(dǎo)致塔內(nèi)上升蒸氣量增加蒸氣量增加,設(shè)備尺寸加大，設(shè)備尺寸加大，設(shè)備費(fèi)用又上升設(shè)備費(fèi)用又上升. 總費(fèi)用最低時(shí)對(duì)應(yīng)回流比為總費(fèi)用最低時(shí)對(duì)應(yīng)回流比為最適宜回流比。最適宜回流比。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取R=（1.12）Rmin 吉利蘭圖是描述操作回流吉利蘭圖是描述操作回流比比R、最小回流比、最小回流比Rmin、理、理論塔板數(shù)論塔板數(shù)N及最少理論塔板及最少理論塔板數(shù)數(shù)Nmin四者之間關(guān)系的經(jīng)四者之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖。驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖。 吉利蘭

44、關(guān)聯(lián)圖由雙對(duì)數(shù)坐吉利蘭關(guān)聯(lián)圖由雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)繪制，縱坐標(biāo)中標(biāo)繪制，縱坐標(biāo)中N和和Nmin均包含再沸器。均包含再沸器。 簡捷計(jì)算法盡管簡便、快捷，簡捷計(jì)算法盡管簡便、快捷，但誤差較大，該法常用于精但誤差較大，該法常用于精餾塔的初步設(shè)計(jì)計(jì)算。餾塔的初步設(shè)計(jì)計(jì)算。1、單板效率、單板效率單板效率又叫默弗里效率單板效率又叫默弗里效率（MurphreeMurphree）1)1)、用氣相組成變化表示、用氣相組成變化表示2)2)、用液相組成變化表示、用液相組成變化表示11nnnnmvyyyyE成變化量氣相經(jīng)過理論塔板的組成變化量氣相經(jīng)過實(shí)際塔板的組nnnnmLxxxxE11成變化量液相經(jīng)過理論塔板的組成變化量液相

45、經(jīng)過實(shí)際塔板的組與與xn成平衡的氣相組成；成平衡的氣相組成； 與與yn成平衡的液相組成成平衡的液相組成nynx2、全塔效率、全塔效率%100%1000PTNNE實(shí)際塔板數(shù)理論塔板數(shù)3、實(shí)際塔板數(shù)、實(shí)際塔板數(shù)NP0ENNTP1、塔高、塔高為板間距TTPHHNH;2、塔徑、塔徑uquqdvv785. 04qV為長線為長線操作條件下操作條件下氣相體積氣相體積流量流量u為操作條件下空塔氣速為操作條件下空塔氣速全塔效率通常在全塔效率通常在( (0.20.8););雙組分混合液多在雙組分混合液多在( (0.50.7) ) 間歇精餾又稱為分批精餾，間歇間歇精餾又稱為分批精餾，間歇精餾開始時(shí)，將物料一次性全部

46、加精餾開始時(shí)，將物料一次性全部加入精餾釜中，逐漸加熱氣化，塔頂入精餾釜中，逐漸加熱氣化，塔頂蒸氣冷凝部分回流，部分作為產(chǎn)品，蒸氣冷凝部分回流，部分作為產(chǎn)品，餾出液濃度逐漸降低，最后塔釜?dú)堭s出液濃度逐漸降低，最后塔釜?dú)堃哼_(dá)到規(guī)定值一次性排出。液達(dá)到規(guī)定值一次性排出。與連續(xù)精餾相比，具有以下與連續(xù)精餾相比，具有以下： 、間歇精餾為非穩(wěn)態(tài)過程，釜中、間歇精餾為非穩(wěn)態(tài)過程，釜中組成隨精餾過程的進(jìn)行不斷地降低。組成隨精餾過程的進(jìn)行不斷地降低。塔內(nèi)操作參數(shù)（溫度、組成）隨時(shí)塔內(nèi)操作參數(shù)（溫度、組成）隨時(shí)間變化。間變化。 、間歇精餾只有精餾段、間歇精餾只有精餾段L L、xD DD D、xD D間歇精餾有兩種

47、基本操作方式：間歇精餾有兩種基本操作方式： 、保持餾出液組成恒定的操作、保持餾出液組成恒定的操作 、保持回流比恒定的操作、保持回流比恒定的操作 間歇精餾時(shí)，釜液組成不斷地下降，為了保持餾出液間歇精餾時(shí)，釜液組成不斷地下降，為了保持餾出液濃度維護(hù)恒定，回流比就必須不斷增加，操作線截距濃度維護(hù)恒定，回流比就必須不斷增加，操作線截距 x xD D / /（R+1R+1）不斷地下降。釜中液相由起始組成）不斷地下降。釜中液相由起始組成x xW1W1降至操作降至操作終了組成終了組成x xW We e，此時(shí)達(dá)到的分離程度最高，與此相對(duì)應(yīng)的，此時(shí)達(dá)到的分離程度最高，與此相對(duì)應(yīng)的平衡點(diǎn)平衡點(diǎn)e e可以求得最小回

48、流比可以求得最小回流比R Rminmin。然后依照最小回流比然后依照最小回流比Rmin求操作回流比求操作回流比R ,再確定理論塔板數(shù)再確定理論塔板數(shù).eWeWeWDxyyxR,min1）、最小回流比）、最小回流比Rmin取取 R = R = （1.1 1.1 2 2）R Rminminyw,e與釜液最終濃度與釜液最終濃度xw,e成平衡的氣相中易揮發(fā)組分的濃度成平衡的氣相中易揮發(fā)組分的濃度2）、用圖解法求理論塔板數(shù)）、用圖解法求理論塔板數(shù)NT1RxDy yx xW，ex xDa123 在塔板數(shù)一定時(shí)，回流比在塔板數(shù)一定時(shí)，回流比R不變，隨不變，隨著精餾的進(jìn)行，釜液組成著精餾的進(jìn)行，釜液組成xw和

49、塔頂組和塔頂組成成xD均逐漸減小，但操作線的斜率均逐漸減小，但操作線的斜率K=R/K=R/（R+1R+1）不變，所以不同塔頂組成不變，所以不同塔頂組成xD對(duì)對(duì)應(yīng)的操作線彼此平行。隨著操作的進(jìn)行，應(yīng)的操作線彼此平行。隨著操作的進(jìn)行，釜中液體的濃度逐漸減小。當(dāng)釜液濃度釜中液體的濃度逐漸減小。當(dāng)釜液濃度為為xw，1時(shí)，餾出液濃度為時(shí)，餾出液濃度為xD，1；當(dāng)釜當(dāng)釜液濃度為液濃度為xw，2時(shí)，餾出液濃度為時(shí)，餾出液濃度為xD，2；-依次類推，直到依次類推，直到xw，e達(dá)到規(guī)定的要求，達(dá)到規(guī)定的要求，停止操作。停止操作。 間歇精餾理論塔板數(shù)的確定原則與連間歇精餾理論塔板數(shù)的確定原則與連續(xù)精餾完全相同，已

50、知原料液的組成續(xù)精餾完全相同，已知原料液的組成xF，餾出液的平均組成餾出液的平均組成xD，最終釜液組成，最終釜液組成 xw，e，設(shè)計(jì)者選擇合適的回流比后，設(shè)計(jì)者選擇合適的回流比后，即可確定理論塔板數(shù)。即可確定理論塔板數(shù)。1、最小回流比、最小回流比Rmin 操作開始時(shí)，釜液組成為操作開始時(shí)，釜液組成為xF，最初餾出液組成為，最初餾出液組成為xD1， 則最小回流比為：則最小回流比為： FFFDxyyxR1minxF與與yF符合氣、液相平衡關(guān)系符合氣、液相平衡關(guān)系取取 R = R = （1.1 1.1 2 2）R Rminmin2、用圖解法求理論塔板數(shù)、用圖解法求理論塔板數(shù)NT 維持回流比恒定的間歇

51、精餾操作，維持回流比恒定的間歇精餾操作，xD、xW、We與與D之間之間的關(guān)系，應(yīng)通過微分物料衡算得到，其結(jié)果與簡單蒸餾完的關(guān)系，應(yīng)通過微分物料衡算得到，其結(jié)果與簡單蒸餾完全相同。全相同。3、餾出液平衡組成的計(jì)算、餾出液平衡組成的計(jì)算FeWxxWDWxxdxWeF,ln釜液組成為釜液組成為xw,e時(shí)對(duì)應(yīng)的釜液量為時(shí)對(duì)應(yīng)的釜液量為We kmolWe kmol WDFWxxDFxWDF易揮發(fā)組分衡算：總物料衡算：WFWxFxxWFD 對(duì)于實(shí)際操作而言，為恒定餾出液濃度不變，就需要對(duì)于實(shí)際操作而言，為恒定餾出液濃度不變，就需要適當(dāng)改變回流比，這樣操作不便。而恒定回流比操作適當(dāng)改變回流比，這樣操作不便。

52、而恒定回流比操作上方便，但蒸發(fā)的總蒸氣量大，能耗較大，且需要的上方便，但蒸發(fā)的總蒸氣量大，能耗較大，且需要的塔徑較大，故不經(jīng)濟(jì)。因此，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，常將塔徑較大，故不經(jīng)濟(jì)。因此，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，常將兩種方法結(jié)合使用，即分段保持恒定餾出液濃度，而兩種方法結(jié)合使用，即分段保持恒定餾出液濃度，而使回流比逐漸躍升的辦法來進(jìn)行操作。使回流比逐漸躍升的辦法來進(jìn)行操作。 1) 1)、欲分離的混合液各組分之間的沸點(diǎn)差相差很小，、欲分離的混合液各組分之間的沸點(diǎn)差相差很小， 一般小于一般小于33； 2 2）、組分間的相對(duì)揮發(fā)度）、組分間的相對(duì)揮發(fā)度1.051.05； 3 3）、形成恒沸混合物；）、形成恒沸混合物

53、； 4 4）、精餾操作中容易發(fā)生分解或聚合；）、精餾操作中容易發(fā)生分解或聚合； 5 5）、精餾過程中同時(shí)伴有反應(yīng)產(chǎn)物分離。）、精餾過程中同時(shí)伴有反應(yīng)產(chǎn)物分離。在二元混合液中加入第三組分，以改變在二元混合液中加入第三組分，以改變 原二元物系的非理想性或提高其相對(duì)揮發(fā)度。原二元物系的非理想性或提高其相對(duì)揮發(fā)度。恒沸精餾和萃取精餾恒沸精餾和萃取精餾如：乙醇如：乙醇水二元恒沸液制水二元恒沸液制備無水酒精，以苯為夾帶劑，備無水酒精，以苯為夾帶劑，常壓下，苯常壓下，苯乙醇乙醇水三元水三元非均相恒沸物，沸點(diǎn)為非均相恒沸物，沸點(diǎn)為64.664.6，恒，恒沸液摩爾組成分沸液摩爾組成分別為苯別為苯0.5390.5

54、39，乙醇，乙醇0.2280.228，水水0.2330.233，只要苯足量，原料，只要苯足量，原料液中的水可以全部移到三元液中的水可以全部移到三元恒沸液中，因而乙醇和水得恒沸液中，因而乙醇和水得到分離到分離,塔塔1底部可以得到無底部可以得到無水酒精水酒精,塔塔2將塔將塔1頂部分得頂部分得的水相經(jīng)過精餾的水相經(jīng)過精餾,其頂部可以其頂部可以得到苯得到苯乙醇乙醇水三元非均水三元非均相恒沸物相恒沸物,底部為乙醇水底部為乙醇水,再再經(jīng)過塔經(jīng)過塔3分離出水分離出水和乙醇和乙醇水二元恒沸液水二元恒沸液( (回塔回塔1)1)。 、夾帶劑能與被分離組分形成新的恒沸液，其恒沸點(diǎn)、夾帶劑能與被分離組分形成新的恒沸液

55、，其恒沸點(diǎn)要比純組分的沸點(diǎn)低，一般兩者沸點(diǎn)差不小于要比純組分的沸點(diǎn)低，一般兩者沸點(diǎn)差不小于10。 、新恒沸液所含夾帶劑的量愈少愈好，以便減少夾帶、新恒沸液所含夾帶劑的量愈少愈好，以便減少夾帶劑用量，減少氣化量，減少能量的消耗。劑用量，減少氣化量，減少能量的消耗。 、新恒沸液最好為非均相恒沸物，便于分層分離。、新恒沸液最好為非均相恒沸物，便于分層分離。 、無毒、無腐蝕性、熱穩(wěn)定性好。、無毒、無腐蝕性、熱穩(wěn)定性好。 、來源容易，價(jià)格低廉。、來源容易，價(jià)格低廉。 萃取精餾和恒沸精餾相似，向萃取精餾和恒沸精餾相似，向混合物中加入第三組分，加入的混合物中加入第三組分，加入的組分與原二元混合液中組分與原二

56、元混合液中A、B的的分子作用力不同，能有選擇地改分子作用力不同，能有選擇地改變變A、B的蒸氣壓，增大原混合的蒸氣壓，增大原混合物中兩組分的相對(duì)揮發(fā)度，從而物中兩組分的相對(duì)揮發(fā)度，從而使得分離較容易，加入的第三組使得分離較容易，加入的第三組分分S稱為萃取劑，沸點(diǎn)比稱為萃取劑，沸點(diǎn)比A、B的的沸點(diǎn)高得多，且不易與沸點(diǎn)高得多，且不易與A、B形形成恒沸物，直接從塔底排出，與成恒沸物，直接從塔底排出，與A、B易于分離。常用于沸點(diǎn)或易于分離。常用于沸點(diǎn)或揮發(fā)度差別較小的溶液分離。揮發(fā)度差別較小的溶液分離。（如苯和環(huán)己烷，沸點(diǎn)分別為（如苯和環(huán)己烷，沸點(diǎn)分別為80.1和和80.73，萃取劑為，萃取劑為糠醛，沸

57、點(diǎn)為糠醛，沸點(diǎn)為161.7）環(huán)己烷環(huán)己烷苯苯糠醛糠醛溶液中糠醛的摩爾分率溶液中糠醛的摩爾分率0 0.5 0.7相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度0.98 2.07 2.7 1、萃取劑應(yīng)使原組分間相對(duì)揮發(fā)度發(fā)生顯著的變化。、萃取劑應(yīng)使原組分間相對(duì)揮發(fā)度發(fā)生顯著的變化。 2、溶解度大，能與任何濃度下的原混合液互溶，以充、溶解度大，能與任何濃度下的原混合液互溶，以充分發(fā)揮每塊板上液相中分發(fā)揮每塊板上液相中S的作用。的作用。 3、萃取劑的揮發(fā)性小，其沸點(diǎn)比純組分高，不與原組、萃取劑的揮發(fā)性小，其沸點(diǎn)比純組分高，不與原組分形成恒沸液。分形成恒沸液。 4、無毒性，無腐蝕性，熱穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，來源、無毒性，無腐蝕性，

58、熱穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，來源廣泛。廣泛。 常見的篩板塔由篩孔、溢流堰、降液管組成。常見的篩板塔由篩孔、溢流堰、降液管組成。1、氣體通道、氣體通道塔板有一定數(shù)量供氣體自下而上流動(dòng)的通道，塔板有一定數(shù)量供氣體自下而上流動(dòng)的通道，通道的形式很多，對(duì)塔板的性能影響較大，最通道的形式很多，對(duì)塔板的性能影響較大，最簡單的通道是篩孔，孔徑為簡單的通道是篩孔，孔徑為38mm，目前也，目前也有大孔有大孔1225mm。2、溢流堰、溢流堰 每層塔板出口端都裝有溢流堰，板上液層的高每層塔板出口端都裝有溢流堰，板上液層的高度取決于溢流堰的高度，最常見的溢流堰為弓度取決于溢流堰的高度，最常見的溢流堰為弓形平直堰，其高度為形

59、平直堰，其高度為hw，長度為，長度為lw3、降液管、降液管 降液管是液體自上層塔板流向下層塔板，橫過降液管是液體自上層塔板流向下層塔板，橫過塔板翻越溢流堰，進(jìn)入本層的降液管，再向下塔板翻越溢流堰，進(jìn)入本層的降液管，再向下流。流。Lgdguh220 塔的操作是否正常，與塔內(nèi)氣液兩相的流體力學(xué)狀況有關(guān)，塔的操作是否正常，與塔內(nèi)氣液兩相的流體力學(xué)狀況有關(guān)，板式塔的流體力學(xué)性能主要有：塔板壓降、液泛、霧沫夾帶、板式塔的流體力學(xué)性能主要有：塔板壓降、液泛、霧沫夾帶、漏液及液面落差漏液及液面落差. 1、塔板的壓力降、塔板的壓力降 氣體通過塔板的壓力降，即壓頭損失，由以下兩方面引起：氣體通過塔板的壓力降，即

60、壓頭損失，由以下兩方面引起： 氣體通過干板的阻力損失，即干板壓降氣體通過干板的阻力損失，即干板壓降hd 氣體通過板上液層的壓降氣體通過板上液層的壓降hl 氣體通過每一層塔板的壓降為：氣體通過每一層塔板的壓降為：h hf f = h = hd d + h + hl l 篩板塔的干板阻力壓降主要是氣體通過篩板時(shí)突然縮小和突篩板塔的干板阻力壓降主要是氣體通過篩板時(shí)突然縮小和突然擴(kuò)大產(chǎn)生的局部阻力。氣體通過篩孔與氣體通過孔板的流然擴(kuò)大產(chǎn)生的局部阻力。氣體通過篩孔與氣體通過孔板的流動(dòng)情況相似。動(dòng)情況相似。wlhh5 . 0hW為塔板上液層厚度為塔板上液層厚度u0為氣體通過篩孔的速度為氣體通過篩孔的速度2