化工原理蒸餾課件

§6.1概述§6.2

雙組分溶液的汽液相平衡§6.3蒸餾與精餾原理§6.4雙組分連續(xù)精餾的分析與計(jì)算§6.5恒沸精餾與萃取精餾習(xí)題課第六章蒸餾§6.1概述第六章蒸餾1幻燈片1目錄§6.1概述§6.2二元物系的汽液相平衡§6.3蒸餾方式與精餾原理

1、簡(jiǎn)單蒸餾2、平衡蒸餾3、平衡級(jí)和精餾原理第六章蒸餾幻燈片1目錄§6.1概述第六章蒸餾2§6.1概述獲得高純度產(chǎn)品；獲得粗餾分。例如：在釀酒業(yè)中飲料酒；

利用各組分揮發(fā)度的差異將液體混合物加以分離的單元操作稱(chēng)為蒸餾。一、什么是蒸餾？

二、蒸餾在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

§6.1概述獲得高純度產(chǎn)品；利用各組分揮發(fā)3蒸餾的分類(lèi)

§6.1概述蒸餾的分類(lèi)§6.1概述4三、基本概念1、易揮發(fā)組分（輕組分）：在一定的外界壓力下，混合物中沸點(diǎn)低的組分容易揮發(fā)2、難揮發(fā)組分（重組分）：混合物中沸點(diǎn)高的組分3、飽和蒸氣壓：在密閉容器內(nèi)，在一定溫度下，純組分液體的汽液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，稱(chēng)為飽和狀態(tài)，其蒸氣稱(chēng)為飽和蒸氣，其壓力就是飽和蒸氣壓。在一定溫度下，混合液中飽和蒸氣壓高的組分容易揮發(fā)，低的組分難揮發(fā)。三、基本概念1、易揮發(fā)組分（輕組分）：在一定的外界壓力下，混5液體的飽和蒸氣壓是表示液體揮發(fā)能力的一種屬性。液體的揮發(fā)能力越大，其蒸氣壓就越大。液體的飽和蒸氣壓是表示液體揮發(fā)能力的一種屬性。6相對(duì)揮發(fā)度顯然對(duì)理想溶液，有：相對(duì)揮發(fā)度顯然對(duì)理想溶液，有：7液體混合物的蒸氣壓1、對(duì)于二組分混合液，由于B組分的存在，使得A組分在汽相中的蒸氣分壓比其在純態(tài)下的飽和蒸氣壓要小。2、理想溶液：在全部濃度范圍內(nèi)符合拉烏爾定律的溶液液體混合物的蒸氣壓1、對(duì)于二組分混合液，由于B組分的存在，使8四、理想溶液汽液相平衡

蒸餾一般在恒壓下操作，恒壓下不同組成混合液加熱汽化達(dá)到汽液兩相平衡時(shí)的平衡溫度與液相組成及汽相組成之間的關(guān)系。四、理想溶液汽液相平衡蒸餾一般在恒壓下操作9§6.2雙組分溶液的氣液相平衡二元物系汽液相平衡時(shí)，所涉及的變量有：溫度t、壓力P、汽相組成y、液相組成x等4個(gè)?！?.2雙組分溶液的氣液相平衡二元物系汽液相平衡時(shí)，所10杠桿原理：力力臂=常數(shù)即：液相量L1=汽相量L2量濃度差露點(diǎn)線(xiàn)一定在泡點(diǎn)線(xiàn)上方?！?.2二元物系的汽液相平衡11杠桿原理：即：液相量L1=汽相量L2量濃度差露點(diǎn)線(xiàn)一定在化工原理蒸餾課件121）對(duì)于理想溶液，曾得到這樣一條規(guī)則：

“相對(duì)較易揮發(fā)物質(zhì)，在平衡蒸氣相中的濃度要大于其在溶液相中的濃度?！?）數(shù)學(xué)表示式為：若PA0PB0，則yAxA3）上述規(guī)則對(duì)非理想溶液來(lái)說(shuō)，一般也是適用的。補(bǔ)充：經(jīng)驗(yàn)規(guī)則（

1881年，阿諾華洛夫）1）對(duì)于理想溶液，曾得到這樣一條規(guī)則：“相對(duì)較易揮發(fā)物質(zhì)13由于較易揮發(fā)的物質(zhì)其沸點(diǎn)較低，因此蒸氣壓—組成圖中，蒸氣壓較高的物質(zhì)A有較低的沸點(diǎn)；而具有較低沸點(diǎn)的組分在平衡氣相中的濃度要大于其在溶液中的濃度。所以氣相線(xiàn)在液相線(xiàn)

的右上方（如圖）由于較易揮發(fā)的物質(zhì)其沸點(diǎn)較低，因此蒸氣壓—組成圖中，蒸氣壓較14純組分A純組分B6.2.1雙組分理想物系的氣液相平衡1.利用飽和蒸氣壓計(jì)算氣液平衡關(guān)系下標(biāo)A表示易揮發(fā)組分（輕組分）；下標(biāo)B表示難揮發(fā)組分（重組分）純組分A純組分B6.2.1雙組分理想物系的氣液相平衡115理想物系理想物系拉烏爾定律1.利用飽和蒸氣壓計(jì)算氣液平衡關(guān)系理想物系理想物系拉烏爾定律1.利用飽和蒸氣壓計(jì)算氣液平衡關(guān)16相對(duì)揮發(fā)度2用相對(duì)揮發(fā)度表示的氣液平衡關(guān)系相對(duì)揮發(fā)度2用相對(duì)揮發(fā)度表示的氣液平衡關(guān)系17在一定溫度范圍內(nèi)，α近似為常數(shù)；對(duì)理想物系，相對(duì)揮發(fā)度與溫度關(guān)系不大，可近似認(rèn)為與溫度無(wú)關(guān)。α的大小反映了混合液分離的難易程度。

2用相對(duì)揮發(fā)度表示的氣液平衡關(guān)系…….雙組分理想溶液的氣液相平衡方程在一定溫度范圍內(nèi)，α近似為常數(shù)；對(duì)理想物系，相對(duì)揮發(fā)度與溫度18化工原理蒸餾課件19化工原理蒸餾課件20因?yàn)閥x

說(shuō)明：（1）相平衡曲線(xiàn)必落在對(duì)角線(xiàn)的上方；2）氣液平衡相圖（y-x圖）因?yàn)閥x說(shuō)明：（1）相平衡曲線(xiàn)必落在對(duì)角線(xiàn)的上方；2）氣21說(shuō)明：（2）越遠(yuǎn)離1，也就愈有利于蒸餾操作----------越大，相平衡曲線(xiàn)偏離對(duì)角線(xiàn)愈遠(yuǎn)，表示達(dá)到氣液相平衡時(shí)氣、液兩相組成的差異愈大，說(shuō)明：（2）越遠(yuǎn)離1，也就愈有利于蒸餾操作-------22非理想溶液的氣液相平衡6.2.2雙組分非理想物系的氣液相平衡非理想溶液的氣液相平衡6.2.2雙組分非理想23t-xt-y極大正偏差溶液：6.2.2雙組分非理想物系的氣液相平衡t-xt-y極大正偏差溶液：6.2.2雙組分非理想物系的242．負(fù)偏差溶液2．負(fù)偏差溶液25t-yt-x極大負(fù)偏差溶液：有最高恒沸物t-y6.2.2雙組分非理想物系的氣液相平衡t-yt-x極大負(fù)偏差溶液：有最高恒沸物t-y6.2.226非理想物系的相平衡關(guān)系方程仍可用式但通常不再是一個(gè)常數(shù)。6.2.2雙組分非理想物系的氣液相平衡非理想物系的相平衡關(guān)系方程仍可用式但通常不再是一個(gè)常數(shù)。6276.3蒸餾方式1、簡(jiǎn)單蒸餾6.3蒸餾方式1、簡(jiǎn)單蒸餾282、平衡蒸餾又稱(chēng)閃蒸1）．

流程及特點(diǎn)2、平衡蒸餾又稱(chēng)閃蒸1）．

流程及特點(diǎn)293、平衡級(jí)和精餾原理使不平衡的氣液兩相（氣相溫度高、液相溫度低）經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間充分接觸，離開(kāi)時(shí)，氣液兩相達(dá)到了平衡，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為平衡級(jí)。1）平衡級(jí)定義

又稱(chēng)接觸級(jí)

接觸級(jí)

x0t0L飽和液相飽和氣相y0T0VT0>t0yVtxLttt-yt-xB

A3、平衡級(jí)和精餾原理使不平衡的氣液兩相（氣相30進(jìn)料釜液餾出液精餾段提餾段冷凝器再沸器精餾是利用混合物中各組分揮發(fā)能力的差異，通過(guò)液相和氣相的回流、經(jīng)過(guò)多次平衡級(jí)過(guò)程，使物系實(shí)現(xiàn)高純度分離的操作。2）．精餾原理及設(shè)備

平衡級(jí)平衡級(jí)平衡級(jí)進(jìn)料釜液餾出液精提冷凝器再沸器精餾是利用混合物中各組分31說(shuō)明1）在精餾過(guò)程中，傳熱、傳質(zhì)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，屬傳質(zhì)過(guò)程控制。2）工業(yè)上的精餾過(guò)程是在精餾塔內(nèi)將液相的多次部分汽化和氣相的多次部分冷凝過(guò)程有機(jī)結(jié)合而進(jìn)行的。3）氣、液相回流是精餾的重要特點(diǎn)。冷凝器從塔頂提供液相回流，再沸器從塔底提供氣相回流。4）由于在塔的進(jìn)料板以下（包括進(jìn)料板）的塔段中，上升氣相從下降液相中提出了易揮發(fā)組分，故稱(chēng)提餾段（strippingsection)；由于塔的上半段上升氣相中難揮發(fā)組分被除去，易揮發(fā)（輕）組分得到了精制，故稱(chēng)精餾段。說(shuō)明1）在精餾過(guò)程中，傳熱、傳質(zhì)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，屬傳質(zhì)過(guò)程控制32幻燈片2目錄§6.4雙組分連續(xù)精餾的分析與計(jì)算6.4.1全塔物料衡算

6.4.2理論板的概念和恒摩爾流假定

6.4.1操作線(xiàn)方程

6.4.4進(jìn)料熱狀況的影響及q線(xiàn)方程第六章蒸餾幻燈片2目錄§6.4雙組分連續(xù)精餾的分析與計(jì)算第六章33D,xDW,xWF,xF§6.4二元連續(xù)精餾塔的計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目：塔頂（或塔底）產(chǎn)量和濃度塔內(nèi)物流量回流量塔板數(shù)或填料層高度進(jìn)料位置塔徑D,xDW,xWF,xF§6.4二元連續(xù)精餾塔的34D,xDW,xWF,xF6.4.1全塔物料衡算F－原料流量，kmol/hD－塔頂產(chǎn)品（餾出液）流量，kmol/hW－塔底產(chǎn)品（釜液）流量，kmol/hxF–原料中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)xD–餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)xW–釜液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)D,xDW,xWF,xF6.4.1全塔物料衡算F35采出率采出率366.4.1全塔物料衡算參見(jiàn)：例題6-36.4.1全塔物料衡算參見(jiàn)：例題6-3371.理論板的概念

理論板指離開(kāi)該板的氣相組成與離開(kāi)該板的液相組成之間溫度相等，且平衡的理想化塔板。6.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定1.理論板的概念6.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定382.恒摩爾流假定

（1）恒摩爾氣流精餾段V1=V2=V3=V=常數(shù)提餾段V1′=V2′=V3′=V′=常數(shù)（2）恒摩爾液流精餾段L1=L2=L3=L=常數(shù)提餾段L1′=L2′=L3′=L′=常數(shù)6.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定下標(biāo)1,2,…表示塔板的序號(hào)。2.恒摩爾流假定6.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定下標(biāo)396.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定------若組分A、B的汽化潛熱接近，則NA=NB6.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定------若組分A406.4.3進(jìn)料熱狀況的影響及q線(xiàn)方程

6.4.3進(jìn)料熱狀況的影響及q線(xiàn)方程416.4.3進(jìn)料熱狀況的影響及q線(xiàn)方程

6.4.3進(jìn)料熱狀況的影響及q線(xiàn)方程421.進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)1.進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)43化工原理蒸餾課件44對(duì)氣液混合物進(jìn)料：q表示了進(jìn)料中液體量占總進(jìn)料的分率，稱(chēng)為液體分率。------對(duì)氣液混合物進(jìn)料：q表示了進(jìn)料中液體量占總進(jìn)料的分率，稱(chēng)為液45操作線(xiàn)方程：表達(dá)由任意板下降液相組成xn與其下一層塔板上升的氣相組成yn+1之間關(guān)系的方程。在連續(xù)精餾塔中，因原料液不斷從塔的中部加入，使得精餾段和提餾段具有不同的操作關(guān)系。6.4.4操作線(xiàn)方程操作線(xiàn)方程：表達(dá)由任意板下降液相組成xn與其下一層塔板上升的46D,xDW,xWF,xF1、精餾段操作線(xiàn)方程n1D,xDW,xWF,xF1、精餾段操作線(xiàn)方程n1471、精餾段操作線(xiàn)方程nxn

yn+1

1、精餾段操作線(xiàn)方程nxnyn+148操作線(xiàn)斜率大，意味著經(jīng)過(guò)一塊理論板后，汽相的增濃程度變大，液相的減濃程度變大。故操作線(xiàn)斜率大對(duì)精餾段的分離是有利的。汽相增濃程度液相減濃濃程度思考：操作線(xiàn)斜率大，對(duì)精餾是否有利？操作線(xiàn)斜率大，意味著經(jīng)過(guò)一塊理論板后，汽相的增濃49

2．提餾段操作線(xiàn)方程2．提餾段操作線(xiàn)方程50定義：塔釜的汽相回流比（蒸出比）提餾段操作線(xiàn)方程為：定義：塔釜的汽相回流比（蒸出比）提餾段操作線(xiàn)方程為：51斜率小，提餾段內(nèi)塔板的分離能力高。

斜率小，提餾段內(nèi)塔板的分離能力高。523、塔釜汽相回流比R’與塔頂液相回流比R及進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q的關(guān)系式3、塔釜汽相回流比R’與塔頂液相回流比R及進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q的53例題

在一連續(xù)操作的精餾塔中，分離正戊烷-正己烷溶液。進(jìn)料溫度20℃，進(jìn)料組成為0.4，q值為1.22，餾出液組成為0.95，釜液組成為0.05，上述組成均為正戊烷的摩爾分?jǐn)?shù)。精餾段每層塔板下降液體的流量為餾出液流量的1.6倍（摩爾比），試寫(xiě)出本題條件下的提餾段操作線(xiàn)方程。例題在一連續(xù)操作的精餾塔中，分離正戊烷-正己烷54根據(jù)題意，R=1.6，q=1.22根據(jù)題意，R=1.6，q=1.22554.q線(xiàn)方程4.q線(xiàn)方程566.4.5理論塔板數(shù)N的計(jì)算理論板數(shù)的求取方法：6.4.5理論塔板數(shù)N的計(jì)算理論板數(shù)的求取方法：57

1．

逐板法1．逐板法58

(1)

作出精、提操作線(xiàn)、q線(xiàn)；(2)

從點(diǎn)a開(kāi)始在平衡線(xiàn)和精餾段操作線(xiàn)之間畫(huà)階梯，當(dāng)梯級(jí)跨過(guò)點(diǎn)d時(shí)，就改在平衡線(xiàn)和提餾段操作線(xiàn)之間畫(huà)階梯，直至梯級(jí)跨過(guò)點(diǎn)b為止；2．圖解法麥卡勃-蒂列（Mccabe-Thiele）法，簡(jiǎn)稱(chēng)M-T法(1)

作出精、提操作線(xiàn)、q線(xiàn)；2．圖解法麥卡勃-蒂59

(3)

所畫(huà)的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論塔板數(shù)（包含再沸器），跨過(guò)點(diǎn)d的那塊板就是加料板，其上的階梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。理論板12.8塊（包括再沸器），其中精餾段5.7塊，提餾段板數(shù)=11.8-5.7=6.1塊，加料板在第6塊。(3)

所畫(huà)的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論塔板數(shù)（包含60說(shuō)明：1）點(diǎn)1表示氣相濃度y1與液相濃度x1成平衡，相當(dāng)于逐板計(jì)算中使用一次平衡關(guān)系，由y1求x1，因此代表一塊理論板。2）每一梯級(jí)的水平線(xiàn)代表液相向下流經(jīng)每一理論板，其組成由xn降至xn+1；每一梯級(jí)的垂直線(xiàn)代表氣相向上流經(jīng)每一理論板，其組成由yn升至yn-1。3）平衡曲線(xiàn)上各點(diǎn)代表離開(kāi)該理論板的上升蒸氣組成yn與下降液體組成xn的平衡關(guān)系。4）操作線(xiàn)上各點(diǎn)代表相鄰兩層理論板之間的上升蒸氣組成yn+1與下降液體組成xn的操作線(xiàn)關(guān)系。說(shuō)明：1）點(diǎn)1表示氣相濃度y1與液相濃度x1成平衡，相當(dāng)于逐61幻燈片3目錄§6.4二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算

6.4.6回流比的影響及選擇6.4.7理論板數(shù)的捷算法6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù) 習(xí)題課

第六章蒸餾幻燈片3目錄§6.4二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算第六章626.4.6

回流比的影響及選用D,xDW,xWF,xF6.4.6回流比的影響及選用D,xDW,xWF,x631．最小回流比Rmin為完成某一分離要求，所需的理論塔板數(shù)為無(wú)窮多時(shí)的回流比稱(chēng)為最小回流比。6.4.6

回流比的影響及選用1．最小回流比Rmin為完成某一分離要求，所需的理論塔板數(shù)為64圖解法解析法6.4.6

回流比的影響及選用圖解法解析法6.4.6回流比的影響及選用65L=V2．

全回流和最少理論板數(shù)Nmin6.4.6

回流比的影響及選用L=V2．全回流和最少理論板數(shù)Nmin6.4.666Nmin的求取方法：逐板法、圖解法Nmin的求取方法：逐板法、圖解法67（N、Nmin均包括再沸器在內(nèi)）4.6.7理論板數(shù)的捷算法（N、Nmin均包括再沸器在內(nèi)）4.6.7理論板數(shù)的捷算法68nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)1．單板效率EmV、EmL

nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)69nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)1．單板效率EmV、EmL

nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)702．全塔效率E0

又稱(chēng)總板效率，其定義為：其值一定小于1，多數(shù)在0.5～0.7之間。D,xDW,xWF,xF2．全塔效率E0又稱(chēng)總板效率，其定義為：其值一定小于1，多716.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)ET與Em數(shù)值上不一定相等；ET大，則表明Em一定大。但反過(guò)來(lái)，Em大，則ET不一定大，這是因?yàn)?，板和板之間傳質(zhì)會(huì)相互影響，可能存在著各種不利的操作現(xiàn)象，如漏液、霧沫夾帶、液泛等。思考：?jiǎn)伟逍蔈m與全塔效率ET有何關(guān)系？6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)ET與Em數(shù)值上不一定相等；72習(xí)題課D,xDW,xWF,xF公式：習(xí)題課D,xDW,xWF,xF公式：73例1苯和甲苯構(gòu)成的理想混合物中，含苯0.4，流量1000kmol/h，在一常壓精餾塔內(nèi)進(jìn)行分離，要求塔頂餾出液中含苯0.9（以上均為摩爾分率），苯的回收率不低于90％，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流，取回流比為最小回流比的1.5倍。已知α＝2.5。試求：(1)塔底殘液量W及組成；(2)精餾段操作線(xiàn)方程；(3)提餾段操作線(xiàn)方程。習(xí)題課例1苯和甲苯構(gòu)成的理想混合物中，含苯0.4，流量100074化工原理蒸餾課件75化工原理蒸餾課件76化工原理蒸餾課件77例2

欲用連續(xù)精餾塔分離苯－甲苯溶液。已知xF=0.5，xW=0.1，xD=0.9（均為摩爾分率）。采用回流比R＝2Rmin，系統(tǒng)相對(duì)揮發(fā)度α=2。飽和液體由塔中部加入，泡點(diǎn)回流，塔釜間接蒸汽加熱。試求：(1)采出率D/F；(2)精餾段及提餾段操作線(xiàn)方程。

例2欲用連續(xù)精餾塔分離苯－甲苯溶液。已知xF=0.5，78化工原理蒸餾課件79化工原理蒸餾課件80例3設(shè)計(jì)型問(wèn)題組成為xF=0.45的原料以汽液混合狀態(tài)進(jìn)入精餾塔，其中汽液摩爾比為1:2，塔頂xD=0.95（以上均為摩爾分率），塔頂易揮發(fā)組分回收率為95%，回流比R=1.5Rmin，塔釜間接蒸汽加熱，相對(duì)揮發(fā)度=2.5。試求：（1）原料中汽相和液相組成；（2）列出提餾段操作線(xiàn)方程。DxD=0.95W,xWFxF=0.45R=1.5Rmin=2.5例3設(shè)計(jì)型問(wèn)題DW,xWFR=1.5Rmin=2.81設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例汽液摩爾比為1:2DxD=0.95W,xWFxF=0.45R=1.5Rmin=2.5解：（1）原料中汽相和液相組成設(shè)原料中汽相組成為ye，液相組成為xe，則設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例汽液摩爾比為1:2DW,xWFR=1.5Rm82設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例（2）列出提餾段操作線(xiàn)方程DxD=0.95W,xWFxF=0.45R=1.5Rmin=2.5設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例（2）列出提餾段操作線(xiàn)方程DW,xWFR=183設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例846.5恒沸精餾和萃取精餾

一些具有恒沸點(diǎn)的非理想溶液，因該點(diǎn)的相對(duì)揮發(fā)度等于1，不能采用常規(guī)精餾方法將完全分離。有些相對(duì)揮發(fā)度接近1的體系，采用常規(guī)精餾，則需要理論板數(shù)多，回流比大，很不經(jīng)濟(jì)。對(duì)于上述兩種情況，可采用恒沸精餾和萃取精餾。6.5恒沸精餾和萃取精餾一些具有856.5.1恒沸精餾

在雙組分的混合液中加入第三組分（稱(chēng)為夾帶劑），該組分能與溶液中的一個(gè)或兩個(gè)組分形成一新的最低恒沸物，恒沸物從塔頂蒸出，塔底引出較純產(chǎn)品，此即恒沸精餾。eg：乙醇－水恒沸精餾中，加入夾帶劑苯6.5.2萃取精餾

和恒沸精餾相似，也是向原料液中加入第三組分（稱(chēng)為萃取劑或溶劑），以改變?cè)M分間的相對(duì)揮發(fā)度而達(dá)到分離要求的特殊精餾方法。eg：常壓下環(huán)己烷－苯中，加入糠醛作為萃取劑。6.5.1恒沸精餾86復(fù)習(xí)題1、精餾過(guò)程是利用

和

的原理進(jìn)行完成的。2、最小回流比是指

。3、當(dāng)分離要求和回流比一定時(shí)，

進(jìn)料的q值最小，此時(shí)分離所需的理論板數(shù)

。4、

精餾操作的依據(jù)是______。

復(fù)習(xí)題1、精餾過(guò)程是利用和875、若精餾塔塔頂某理論板上氣相露點(diǎn)溫度為t1，液相泡點(diǎn)溫度為t2；塔底某理論板上氣相露點(diǎn)溫度為t3，液相露點(diǎn)溫度為t4。請(qǐng)將4個(gè)溫度間關(guān)系用>、=、<符號(hào)順序排列如下_____。

答案：t1=t2<t3=t46、某二元理想物系的相對(duì)揮發(fā)度為2.5，全回流操作時(shí)，已知塔內(nèi)某塊理論板的氣相組成為0.625，則下層塔板的氣相組成為

。答案：0.45、若精餾塔塔頂某理論板上氣相露點(diǎn)溫度為t1，液相泡點(diǎn)溫度為887、連續(xù)精餾操作時(shí)，操作壓力越大，對(duì)分離越

，若進(jìn)料氣液比為1：4（摩爾）時(shí)，則進(jìn)料熱狀況參數(shù)q為

。

答案：不利；0.28、精餾操作時(shí)，若進(jìn)料的組成、流量和氣化率不變，增大回流比，則精餾段操作線(xiàn)方程的斜率

，提餾段操作線(xiàn)方程的斜率_______,塔頂組成_______,塔底組成

_______.

答案：增加；減??；增加；降低7、連續(xù)精餾操作時(shí)，操作壓力越大，對(duì)分離越，89參考文獻(xiàn)1、浙江大學(xué)化工原理本科教學(xué)課程組2、天津大學(xué)化工原理本科教學(xué)課程組3、楊雪峰，化工原理課件4、王志魁主編，化工原理5、李鳳華主編，化工原理參考文獻(xiàn)1、浙江大學(xué)化工原理本科教學(xué)課程組90§6.1概述§6.2

雙組分溶液的汽液相平衡§6.3蒸餾與精餾原理§6.4雙組分連續(xù)精餾的分析與計(jì)算§6.5恒沸精餾與萃取精餾習(xí)題課第六章蒸餾§6.1概述第六章蒸餾91幻燈片1目錄§6.1概述§6.2二元物系的汽液相平衡§6.3蒸餾方式與精餾原理

1、簡(jiǎn)單蒸餾2、平衡蒸餾3、平衡級(jí)和精餾原理第六章蒸餾幻燈片1目錄§6.1概述第六章蒸餾92§6.1概述獲得高純度產(chǎn)品；獲得粗餾分。例如：在釀酒業(yè)中飲料酒；

利用各組分揮發(fā)度的差異將液體混合物加以分離的單元操作稱(chēng)為蒸餾。一、什么是蒸餾？

二、蒸餾在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

§6.1概述獲得高純度產(chǎn)品；利用各組分揮發(fā)93蒸餾的分類(lèi)

§6.1概述蒸餾的分類(lèi)§6.1概述94三、基本概念1、易揮發(fā)組分（輕組分）：在一定的外界壓力下，混合物中沸點(diǎn)低的組分容易揮發(fā)2、難揮發(fā)組分（重組分）：混合物中沸點(diǎn)高的組分3、飽和蒸氣壓：在密閉容器內(nèi)，在一定溫度下，純組分液體的汽液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，稱(chēng)為飽和狀態(tài)，其蒸氣稱(chēng)為飽和蒸氣，其壓力就是飽和蒸氣壓。在一定溫度下，混合液中飽和蒸氣壓高的組分容易揮發(fā)，低的組分難揮發(fā)。三、基本概念1、易揮發(fā)組分（輕組分）：在一定的外界壓力下，混95液體的飽和蒸氣壓是表示液體揮發(fā)能力的一種屬性。液體的揮發(fā)能力越大，其蒸氣壓就越大。液體的飽和蒸氣壓是表示液體揮發(fā)能力的一種屬性。96相對(duì)揮發(fā)度顯然對(duì)理想溶液，有：相對(duì)揮發(fā)度顯然對(duì)理想溶液，有：97液體混合物的蒸氣壓1、對(duì)于二組分混合液，由于B組分的存在，使得A組分在汽相中的蒸氣分壓比其在純態(tài)下的飽和蒸氣壓要小。2、理想溶液：在全部濃度范圍內(nèi)符合拉烏爾定律的溶液液體混合物的蒸氣壓1、對(duì)于二組分混合液，由于B組分的存在，使98四、理想溶液汽液相平衡

蒸餾一般在恒壓下操作，恒壓下不同組成混合液加熱汽化達(dá)到汽液兩相平衡時(shí)的平衡溫度與液相組成及汽相組成之間的關(guān)系。四、理想溶液汽液相平衡蒸餾一般在恒壓下操作99§6.2雙組分溶液的氣液相平衡二元物系汽液相平衡時(shí)，所涉及的變量有：溫度t、壓力P、汽相組成y、液相組成x等4個(gè)?！?.2雙組分溶液的氣液相平衡二元物系汽液相平衡時(shí)，所100杠桿原理：力力臂=常數(shù)即：液相量L1=汽相量L2量濃度差露點(diǎn)線(xiàn)一定在泡點(diǎn)線(xiàn)上方。§6.2二元物系的汽液相平衡101杠桿原理：即：液相量L1=汽相量L2量濃度差露點(diǎn)線(xiàn)一定在化工原理蒸餾課件1021）對(duì)于理想溶液，曾得到這樣一條規(guī)則：

“相對(duì)較易揮發(fā)物質(zhì)，在平衡蒸氣相中的濃度要大于其在溶液相中的濃度。”2）數(shù)學(xué)表示式為：若PA0PB0，則yAxA3）上述規(guī)則對(duì)非理想溶液來(lái)說(shuō)，一般也是適用的。補(bǔ)充：經(jīng)驗(yàn)規(guī)則（

1881年，阿諾華洛夫）1）對(duì)于理想溶液，曾得到這樣一條規(guī)則：“相對(duì)較易揮發(fā)物質(zhì)103由于較易揮發(fā)的物質(zhì)其沸點(diǎn)較低，因此蒸氣壓—組成圖中，蒸氣壓較高的物質(zhì)A有較低的沸點(diǎn)；而具有較低沸點(diǎn)的組分在平衡氣相中的濃度要大于其在溶液中的濃度。所以氣相線(xiàn)在液相線(xiàn)

的右上方（如圖）由于較易揮發(fā)的物質(zhì)其沸點(diǎn)較低，因此蒸氣壓—組成圖中，蒸氣壓較104純組分A純組分B6.2.1雙組分理想物系的氣液相平衡1.利用飽和蒸氣壓計(jì)算氣液平衡關(guān)系下標(biāo)A表示易揮發(fā)組分（輕組分）；下標(biāo)B表示難揮發(fā)組分（重組分）純組分A純組分B6.2.1雙組分理想物系的氣液相平衡1105理想物系理想物系拉烏爾定律1.利用飽和蒸氣壓計(jì)算氣液平衡關(guān)系理想物系理想物系拉烏爾定律1.利用飽和蒸氣壓計(jì)算氣液平衡關(guān)106相對(duì)揮發(fā)度2用相對(duì)揮發(fā)度表示的氣液平衡關(guān)系相對(duì)揮發(fā)度2用相對(duì)揮發(fā)度表示的氣液平衡關(guān)系107在一定溫度范圍內(nèi)，α近似為常數(shù)；對(duì)理想物系，相對(duì)揮發(fā)度與溫度關(guān)系不大，可近似認(rèn)為與溫度無(wú)關(guān)。α的大小反映了混合液分離的難易程度。

2用相對(duì)揮發(fā)度表示的氣液平衡關(guān)系…….雙組分理想溶液的氣液相平衡方程在一定溫度范圍內(nèi)，α近似為常數(shù)；對(duì)理想物系，相對(duì)揮發(fā)度與溫度108化工原理蒸餾課件109化工原理蒸餾課件110因?yàn)閥x

說(shuō)明：（1）相平衡曲線(xiàn)必落在對(duì)角線(xiàn)的上方；2）氣液平衡相圖（y-x圖）因?yàn)閥x說(shuō)明：（1）相平衡曲線(xiàn)必落在對(duì)角線(xiàn)的上方；2）氣111說(shuō)明：（2）越遠(yuǎn)離1，也就愈有利于蒸餾操作----------越大，相平衡曲線(xiàn)偏離對(duì)角線(xiàn)愈遠(yuǎn)，表示達(dá)到氣液相平衡時(shí)氣、液兩相組成的差異愈大，說(shuō)明：（2）越遠(yuǎn)離1，也就愈有利于蒸餾操作-------112非理想溶液的氣液相平衡6.2.2雙組分非理想物系的氣液相平衡非理想溶液的氣液相平衡6.2.2雙組分非理想113t-xt-y極大正偏差溶液：6.2.2雙組分非理想物系的氣液相平衡t-xt-y極大正偏差溶液：6.2.2雙組分非理想物系的1142．負(fù)偏差溶液2．負(fù)偏差溶液115t-yt-x極大負(fù)偏差溶液：有最高恒沸物t-y6.2.2雙組分非理想物系的氣液相平衡t-yt-x極大負(fù)偏差溶液：有最高恒沸物t-y6.2.2116非理想物系的相平衡關(guān)系方程仍可用式但通常不再是一個(gè)常數(shù)。6.2.2雙組分非理想物系的氣液相平衡非理想物系的相平衡關(guān)系方程仍可用式但通常不再是一個(gè)常數(shù)。61176.3蒸餾方式1、簡(jiǎn)單蒸餾6.3蒸餾方式1、簡(jiǎn)單蒸餾1182、平衡蒸餾又稱(chēng)閃蒸1）．

流程及特點(diǎn)2、平衡蒸餾又稱(chēng)閃蒸1）．

流程及特點(diǎn)1193、平衡級(jí)和精餾原理使不平衡的氣液兩相（氣相溫度高、液相溫度低）經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)時(shí)間充分接觸，離開(kāi)時(shí)，氣液兩相達(dá)到了平衡，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為平衡級(jí)。1）平衡級(jí)定義

又稱(chēng)接觸級(jí)

接觸級(jí)

x0t0L飽和液相飽和氣相y0T0VT0>t0yVtxLttt-yt-xB

A3、平衡級(jí)和精餾原理使不平衡的氣液兩相（氣相120進(jìn)料釜液餾出液精餾段提餾段冷凝器再沸器精餾是利用混合物中各組分揮發(fā)能力的差異，通過(guò)液相和氣相的回流、經(jīng)過(guò)多次平衡級(jí)過(guò)程，使物系實(shí)現(xiàn)高純度分離的操作。2）．精餾原理及設(shè)備

平衡級(jí)平衡級(jí)平衡級(jí)進(jìn)料釜液餾出液精提冷凝器再沸器精餾是利用混合物中各組分121說(shuō)明1）在精餾過(guò)程中，傳熱、傳質(zhì)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，屬傳質(zhì)過(guò)程控制。2）工業(yè)上的精餾過(guò)程是在精餾塔內(nèi)將液相的多次部分汽化和氣相的多次部分冷凝過(guò)程有機(jī)結(jié)合而進(jìn)行的。3）氣、液相回流是精餾的重要特點(diǎn)。冷凝器從塔頂提供液相回流，再沸器從塔底提供氣相回流。4）由于在塔的進(jìn)料板以下（包括進(jìn)料板）的塔段中，上升氣相從下降液相中提出了易揮發(fā)組分，故稱(chēng)提餾段（strippingsection)；由于塔的上半段上升氣相中難揮發(fā)組分被除去，易揮發(fā)（輕）組分得到了精制，故稱(chēng)精餾段。說(shuō)明1）在精餾過(guò)程中，傳熱、傳質(zhì)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，屬傳質(zhì)過(guò)程控制122幻燈片2目錄§6.4雙組分連續(xù)精餾的分析與計(jì)算6.4.1全塔物料衡算

6.4.2理論板的概念和恒摩爾流假定

6.4.1操作線(xiàn)方程

6.4.4進(jìn)料熱狀況的影響及q線(xiàn)方程第六章蒸餾幻燈片2目錄§6.4雙組分連續(xù)精餾的分析與計(jì)算第六章123D,xDW,xWF,xF§6.4二元連續(xù)精餾塔的計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目：塔頂（或塔底）產(chǎn)量和濃度塔內(nèi)物流量回流量塔板數(shù)或填料層高度進(jìn)料位置塔徑D,xDW,xWF,xF§6.4二元連續(xù)精餾塔的124D,xDW,xWF,xF6.4.1全塔物料衡算F－原料流量，kmol/hD－塔頂產(chǎn)品（餾出液）流量，kmol/hW－塔底產(chǎn)品（釜液）流量，kmol/hxF–原料中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)xD–餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)xW–釜液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)D,xDW,xWF,xF6.4.1全塔物料衡算F125采出率采出率1266.4.1全塔物料衡算參見(jiàn)：例題6-36.4.1全塔物料衡算參見(jiàn)：例題6-31271.理論板的概念

理論板指離開(kāi)該板的氣相組成與離開(kāi)該板的液相組成之間溫度相等，且平衡的理想化塔板。6.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定1.理論板的概念6.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定1282.恒摩爾流假定

（1）恒摩爾氣流精餾段V1=V2=V3=V=常數(shù)提餾段V1′=V2′=V3′=V′=常數(shù)（2）恒摩爾液流精餾段L1=L2=L3=L=常數(shù)提餾段L1′=L2′=L3′=L′=常數(shù)6.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定下標(biāo)1,2,…表示塔板的序號(hào)。2.恒摩爾流假定6.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定下標(biāo)1296.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定------若組分A、B的汽化潛熱接近，則NA=NB6.4.2理論板的概念及恒摩爾流假定------若組分A1306.4.3進(jìn)料熱狀況的影響及q線(xiàn)方程

6.4.3進(jìn)料熱狀況的影響及q線(xiàn)方程1316.4.3進(jìn)料熱狀況的影響及q線(xiàn)方程

6.4.3進(jìn)料熱狀況的影響及q線(xiàn)方程1321.進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)1.進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)133化工原理蒸餾課件134對(duì)氣液混合物進(jìn)料：q表示了進(jìn)料中液體量占總進(jìn)料的分率，稱(chēng)為液體分率。------對(duì)氣液混合物進(jìn)料：q表示了進(jìn)料中液體量占總進(jìn)料的分率，稱(chēng)為液135操作線(xiàn)方程：表達(dá)由任意板下降液相組成xn與其下一層塔板上升的氣相組成yn+1之間關(guān)系的方程。在連續(xù)精餾塔中，因原料液不斷從塔的中部加入，使得精餾段和提餾段具有不同的操作關(guān)系。6.4.4操作線(xiàn)方程操作線(xiàn)方程：表達(dá)由任意板下降液相組成xn與其下一層塔板上升的136D,xDW,xWF,xF1、精餾段操作線(xiàn)方程n1D,xDW,xWF,xF1、精餾段操作線(xiàn)方程n11371、精餾段操作線(xiàn)方程nxn

yn+1

1、精餾段操作線(xiàn)方程nxnyn+1138操作線(xiàn)斜率大，意味著經(jīng)過(guò)一塊理論板后，汽相的增濃程度變大，液相的減濃程度變大。故操作線(xiàn)斜率大對(duì)精餾段的分離是有利的。汽相增濃程度液相減濃濃程度思考：操作線(xiàn)斜率大，對(duì)精餾是否有利？操作線(xiàn)斜率大，意味著經(jīng)過(guò)一塊理論板后，汽相的增濃139

2．提餾段操作線(xiàn)方程2．提餾段操作線(xiàn)方程140定義：塔釜的汽相回流比（蒸出比）提餾段操作線(xiàn)方程為：定義：塔釜的汽相回流比（蒸出比）提餾段操作線(xiàn)方程為：141斜率小，提餾段內(nèi)塔板的分離能力高。

斜率小，提餾段內(nèi)塔板的分離能力高。1423、塔釜汽相回流比R’與塔頂液相回流比R及進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q的關(guān)系式3、塔釜汽相回流比R’與塔頂液相回流比R及進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q的143例題

在一連續(xù)操作的精餾塔中，分離正戊烷-正己烷溶液。進(jìn)料溫度20℃，進(jìn)料組成為0.4，q值為1.22，餾出液組成為0.95，釜液組成為0.05，上述組成均為正戊烷的摩爾分?jǐn)?shù)。精餾段每層塔板下降液體的流量為餾出液流量的1.6倍（摩爾比），試寫(xiě)出本題條件下的提餾段操作線(xiàn)方程。例題在一連續(xù)操作的精餾塔中，分離正戊烷-正己烷144根據(jù)題意，R=1.6，q=1.22根據(jù)題意，R=1.6，q=1.221454.q線(xiàn)方程4.q線(xiàn)方程1466.4.5理論塔板數(shù)N的計(jì)算理論板數(shù)的求取方法：6.4.5理論塔板數(shù)N的計(jì)算理論板數(shù)的求取方法：147

1．

逐板法1．逐板法148

(1)

作出精、提操作線(xiàn)、q線(xiàn)；(2)

從點(diǎn)a開(kāi)始在平衡線(xiàn)和精餾段操作線(xiàn)之間畫(huà)階梯，當(dāng)梯級(jí)跨過(guò)點(diǎn)d時(shí)，就改在平衡線(xiàn)和提餾段操作線(xiàn)之間畫(huà)階梯，直至梯級(jí)跨過(guò)點(diǎn)b為止；2．圖解法麥卡勃-蒂列（Mccabe-Thiele）法，簡(jiǎn)稱(chēng)M-T法(1)

作出精、提操作線(xiàn)、q線(xiàn)；2．圖解法麥卡勃-蒂149

(3)

所畫(huà)的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論塔板數(shù)（包含再沸器），跨過(guò)點(diǎn)d的那塊板就是加料板，其上的階梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。理論板12.8塊（包括再沸器），其中精餾段5.7塊，提餾段板數(shù)=11.8-5.7=6.1塊，加料板在第6塊。(3)

所畫(huà)的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論塔板數(shù)（包含150說(shuō)明：1）點(diǎn)1表示氣相濃度y1與液相濃度x1成平衡，相當(dāng)于逐板計(jì)算中使用一次平衡關(guān)系，由y1求x1，因此代表一塊理論板。2）每一梯級(jí)的水平線(xiàn)代表液相向下流經(jīng)每一理論板，其組成由xn降至xn+1；每一梯級(jí)的垂直線(xiàn)代表氣相向上流經(jīng)每一理論板，其組成由yn升至yn-1。3）平衡曲線(xiàn)上各點(diǎn)代表離開(kāi)該理論板的上升蒸氣組成yn與下降液體組成xn的平衡關(guān)系。4）操作線(xiàn)上各點(diǎn)代表相鄰兩層理論板之間的上升蒸氣組成yn+1與下降液體組成xn的操作線(xiàn)關(guān)系。說(shuō)明：1）點(diǎn)1表示氣相濃度y1與液相濃度x1成平衡，相當(dāng)于逐151幻燈片3目錄§6.4二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算

6.4.6回流比的影響及選擇6.4.7理論板數(shù)的捷算法6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù) 習(xí)題課

第六章蒸餾幻燈片3目錄§6.4二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算第六章1526.4.6

回流比的影響及選用D,xDW,xWF,xF6.4.6回流比的影響及選用D,xDW,xWF,x1531．最小回流比Rmin為完成某一分離要求，所需的理論塔板數(shù)為無(wú)窮多時(shí)的回流比稱(chēng)為最小回流比。6.4.6

回流比的影響及選用1．最小回流比Rmin為完成某一分離要求，所需的理論塔板數(shù)為154圖解法解析法6.4.6

回流比的影響及選用圖解法解析法6.4.6回流比的影響及選用155L=V2．

全回流和最少理論板數(shù)Nmin6.4.6

回流比的影響及選用L=V2．全回流和最少理論板數(shù)Nmin6.4.6156Nmin的求取方法：逐板法、圖解法Nmin的求取方法：逐板法、圖解法157（N、Nmin均包括再沸器在內(nèi)）4.6.7理論板數(shù)的捷算法（N、Nmin均包括再沸器在內(nèi)）4.6.7理論板數(shù)的捷算法158nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)1．單板效率EmV、EmL

nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)159nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)1．單板效率EmV、EmL

nxn-1yn+1ynxn6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)1602．全塔效率E0

又稱(chēng)總板效率，其定義為：其值一定小于1，多數(shù)在0.5～0.7之間。D,xDW,xWF,xF2．全塔效率E0又稱(chēng)總板效率，其定義為：其值一定小于1，多1616.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)ET與Em數(shù)值上不一定相等；ET大，則表明Em一定大。但反過(guò)來(lái)，Em大，則ET不一定大，這是因?yàn)?，板和板之間傳質(zhì)會(huì)相互影響，可能存在著各種不利的操作現(xiàn)象，如漏液、霧沫夾帶、液泛等。思考：?jiǎn)伟逍蔈m與全塔效率ET有何關(guān)系？6.4.8塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)ET與Em數(shù)值上不一定相等；162習(xí)題課D,xDW,xWF,xF公式：習(xí)題課D,xDW,xWF,xF公式：163例1苯和甲苯構(gòu)成的理想混合物中，含苯0.4，流量1000kmol/h，在一常壓精餾塔內(nèi)進(jìn)行分離，要求塔頂餾出液中含苯0.9（以上均為摩爾分率），苯的回收率不低于90％，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流，取回流比為最小回流比的1.5倍。已知α＝2.5。試求：(1)塔底殘液量W及組成；(2)精餾段操作線(xiàn)方程；(3)提餾段操作線(xiàn)方程。習(xí)題課例1苯和甲苯構(gòu)成的理想混合物中，含苯0.4，流量1000164化工原理蒸餾課件165化工原理蒸餾課件166化工原理蒸餾課件167例2

欲用連續(xù)精餾塔分離苯－甲苯溶液。已知xF=0.5，xW=0.1，xD=0.9（均為摩爾分率）。