第5章精餾第3次備課

2/4/20231上次課重點(diǎn)4、回流的作用

回流為塔板上方氣、液兩相進(jìn)行部分冷凝和部分氣化提供了可能，沒有回流塔內(nèi)的部分氣化和部分冷凝不能穩(wěn)定連續(xù)進(jìn)行，精餾目的無從實(shí)現(xiàn)，回流是保證精餾操作的必要條件。

回流：

將塔頂引出的蒸氣冷凝，冷凝液的一部分從塔頂引回塔內(nèi)，使之與最上層塔板的蒸氣相接觸而進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的操作。2/4/20232上次課重點(diǎn)R=L/DV=L+DV=(R+1)D當(dāng)R最大時(shí)，即：D=0時(shí)，為全回流，無產(chǎn)品，這可以用來評(píng)價(jià)塔的效率。全凝器：蒸氣全部冷凝。否則，稱為分凝器。2/4/20233上次課重點(diǎn)

回流比越大，塔板上部分氣化和部分冷凝的效果越好，所需理論塔板數(shù)越少。但采用較小回流比時(shí)塔的生產(chǎn)能力和熱量利用率都有提高，同時(shí)可節(jié)約操作費(fèi)用和基建投資，故設(shè)計(jì)時(shí)寧可用略多的塔板數(shù)而采用較小的回流比。2/4/20234上次課重點(diǎn)理論塔板：蒸氣和液體在塔板上接觸時(shí)，如換熱傳質(zhì)能達(dá)到平衡狀態(tài)，這樣的塔板稱作理論塔板。板的氣液兩相呈平衡板上液相均勻

板上氣液接觸時(shí)間有限流動(dòng)阻力等因素，板上液相組成分布不均

理論板是一種理想板

理論板概念

“理論板”意義

衡量實(shí)際板的分離效率的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)

由理論板和板效率，確定實(shí)際板數(shù)2/4/20235上次課重點(diǎn)進(jìn)料板（給料板）：是指液體組成與進(jìn)料的組成相接近的那層塔板。精餾段：進(jìn)料板以上的各層塔板上，物系的易揮發(fā)組分的含量都比進(jìn)料中的含量高，達(dá)到了上升氣相的精致，這一區(qū)域稱為精餾段。塔頂產(chǎn)品稱為餾出液。提餾段：進(jìn)料板以下的區(qū)域，各層塔板上物系的難揮發(fā)組分含量都比進(jìn)料中的含量高，這一區(qū)域稱為提餾段。塔頂產(chǎn)品常稱釜?dú)堃?。F,xFD,yDW,xW123457n2/4/20236上次課重點(diǎn)F,xFD,yDW,xW123457nXn<xn-1，yn+1

<yn

Xn<x7<x6<x5<x4<x3<

x2<x1yn<y7<y6<y5<y4<y3<y2<y1塔頂蒸氣冷凝器可分為全凝器和分凝器。全凝器：把塔頂?shù)恼魵庹魵馊坷淠秊橐后w。否則，稱為分凝器。2/4/20237上次課重點(diǎn)5.5.1恒摩爾流假定1引入塔中的進(jìn)料液預(yù)熱至泡點(diǎn)，溫度與進(jìn)料板上的溫度相接近。2塔身是絕熱的，沒有熱損失，各層塔板上蒸發(fā)和冷凝物質(zhì)的量相等。3回流由塔頂全凝器供給，回流的組成與產(chǎn)品相同，回流的溫度為溶液的泡點(diǎn)，從塔底上升的蒸汽由再沸器供給熱量產(chǎn)生。4精餾段內(nèi)各層塔板的上升蒸汽和下降液體的摩爾流量恒定，提餾段也如此。這一假設(shè)稱為摩爾流假設(shè)。但兩段的上升蒸汽和下降液體的摩爾流量彼此并不一定相等。2/4/20238上次課重點(diǎn)恒摩爾假定恒摩爾氣流恒摩爾液流精餾段：V1＝V2＝….＝Vn提餾段：V1’=V2’=….=Vm’精餾段：L1＝L2＝….＝Ln提餾段：L1’=L2’=….=Lm恒摩爾假定成立條件板上情況是：1mol蒸氣冷凝——1mol液體汽化各組分的摩爾汽化熱相等交換的顯熱可忽略（接觸的兩相溫度不同）忽略熱損失“恒摩爾假定”意義簡化計(jì)算有些系統(tǒng)基本滿足條件2/4/20239上次課重點(diǎn)5.5.2物料衡算與操作線方程1.精餾過程物料衡算前提：塔內(nèi)各層塔板上升的蒸氣量都相等；精餾段各層的回流量都相等；提餾段各層的回流量也相等?？偽锪狭浚篎=D+W易揮發(fā)組分的物料量：FxF=Dxd+WxW

所以：D/F=(xF-xw)/(xD-xw)

W/F=1-D/F

=(xD-xF)/(xD-xw)餾出液中易揮發(fā)組分的回收率為：DxD/FxF釜液中難揮發(fā)組分的回收率為：W(1-xW)/[F(1-xF)]F進(jìn)料、W餾殘液、D餾出液、V蒸氣、L液體。2/4/202310上次課重點(diǎn)2.操作線方程總物料衡算：V=L+D

蒸汽=回流+餾出液（摩爾數(shù)）任何兩層塔板n和n+1間，易揮發(fā)組分的物料衡算關(guān)系：∵R=L/D精餾段操作線方程聯(lián)立以上兩式并整理：精餾餾段操作線方程2/4/202311上次課重點(diǎn)意義：在精餾段任何兩層塔板間蒸氣和回流這兩物流的組成之間的關(guān)系。相圖中的關(guān)系：

在x-y相圖中，精餾段操作線是一條直線，斜率為R/（R+1），交y軸的截距為xD/（R+1）處，過點(diǎn)（xD,xD)、交對(duì)角線y=x于xD處。xD/(R+1)xD2/4/202312提餾段操作線方程總物料衡算：L’=V’+W任何兩層塔板m和m+1間，易揮發(fā)組分的物料衡算關(guān)系：L’xn=V’yn+1+Wxw斜率為L’/V’，過點(diǎn)（xW,xW)能看出？yn+1=(L＇/V＇)xn-(W/V＇)xW

yn+1=[L＇/(L＇-W)]xn-[W/(L＇-W)]xWyn+1=[(V＇+W)/V＇]xn-(W/V＇)xW

聯(lián)立可得：5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/202313測試掌握情況帶點(diǎn)名泡點(diǎn)進(jìn)料：提餾段的回流量=精餾段的回流量+進(jìn)液量露點(diǎn)進(jìn)料：精餾段蒸汽量=提餾段蒸汽量+進(jìn)料量5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/202314從雙組分混合物的氣液相平衡t-y-x圖上可以看出，當(dāng)進(jìn)料組成xF一定時(shí)，按進(jìn)料溫度從低到高，可有以下5種進(jìn)料熱狀態(tài)。（1）溫度低于泡點(diǎn)的冷液體。（2）泡點(diǎn)下的飽和液體。（3）溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的氣液混合物。（4）露點(diǎn)下的飽和蒸氣。（5）溫度高于露點(diǎn)的過熱蒸氣。5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算5.5.3.進(jìn)料熱狀態(tài)對(duì)精餾操作的影響abcdetx(y)

精餾段的上升蒸氣的摩爾流量V與提餾段的V＇不一定相等，下降液體的摩爾流量L與L＇也不一定相等，視進(jìn)料的熱狀態(tài)而定。1.進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q2/4/202315溫度低于泡點(diǎn)的冷液體abcdetx(y)飽和液體氣液混合液飽和蒸氣過熱蒸氣5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/2023165.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算進(jìn)料板物料衡算進(jìn)料板熱量衡算2/4/2023175.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算進(jìn)料熱狀況參數(shù)q的意義q的意義:每千摩爾原料變成飽和蒸氣所需的熱量/原料的每千摩爾氣化熱。因此進(jìn)料熱狀態(tài)q又反映進(jìn)料的熱狀態(tài)情況。L=L＇+qFL＇=L-qF2/4/202318冷液體abcdetx(y)飽和液體氣液混合液飽和蒸氣過熱蒸氣5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/2023195.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算(1)q=1，泡點(diǎn)（飽和液體）進(jìn)料。此種情況下有如下關(guān)系，即L＇=L＋F及V＇=V(2)q=0，露點(diǎn)(飽和蒸氣）進(jìn)料。此種情況下有如下關(guān)系，即L＇=L及V=V＇＋F2/4/202320(3)0<q<1，氣液混合物進(jìn)料進(jìn)料中氣相部分與提餾段上升蒸氣合并進(jìn)入精餾段，液相部分作為提餾段下降液相的一部分。即：F=LF＋VFL＇=L＋LF，V=V＇＋VFL’=L＋LF與L’=L＋qF對(duì)比，則有：q=LF/F即對(duì)于飽和液體、氣液混合物及飽和蒸氣而言，q值等于進(jìn)料中的液相分率。因此，氣液混合物進(jìn)料時(shí)，q值范圍為0＜q＜1。此時(shí)：V=V’+（1-q）F或V’=V-（1-q）F5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/202321若進(jìn)料中的氣相組成為y，液相組成為x，由物料衡算FxF=LFx+VFyxF=(LF/F)x+[(F-LF)/F]yxF=qx+(1-q)y得q=(y-xF)/(y-x)因此，若已知進(jìn)料組成xF與溫度tF，從t-y-x相平衡圖上可得氣、液相組成y與x，用上式（杠桿定律）計(jì)算出q值。q=(y-xF)/(y-x)也可寫成后面要介紹的q線方程，即y=qx/(q-1)-xF/(q-1)5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/202322（4）q>1,冷液進(jìn)料。原料液的溫度低于泡點(diǎn)，入塔后由提餾段上升的蒸氣有部分冷凝，放出的潛熱將料液加熱至泡點(diǎn)。此種情況下，提餾段下降的液相由三部分組成，即精餾段下降液體L、料液F及加料板冷凝液。由于加料板蒸氣的部分冷凝，致使有如下關(guān)系，即L＇>L＋F及V＇>V5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/202323(5)q<0，過熱蒸氣進(jìn)料。過熱蒸氣進(jìn)塔后首先放出顯熱而變?yōu)轱柡驼魵猓孙@熱將使進(jìn)料板上液體部分氣化。此種情況下，進(jìn)入精餾段的氣相由V、F及部分氣化的氣體三部分組成，此種情況下有如下關(guān)系，即L＇>L及V>V＇＋F5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/202324從以上的分析可從另一個(gè)方面說明q值的意義，即：以1lmol/h進(jìn)料為基準(zhǔn)，q值即提餾段中液相流量較精餾段中流量的增大值。對(duì)于泡點(diǎn)，氣液混合進(jìn)料而言，q值即表示進(jìn)料中的液相分?jǐn)?shù)。5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/2023255.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2進(jìn)料狀態(tài)對(duì)操作線的影響精餾段操作線不受q的影響V’=L’-W例題書上P148q對(duì)提餾段操作線影響很大yn+1=(L＇/V＇)xn-(W/V＇)xW

yn+1=[L＇/(L＇-W)]xn-[W/(L＇-W)]xWyn+1=[(V＇+W)/V＇]xn-(W/V＇)xW

2/4/202326當(dāng)分離要求xD、xW及進(jìn)料參數(shù)xF、q等已知，并選定回流比R，則可在y-x圖上繪制操作線。1)精餾段操作線精餾段操作線方程為一直線，在y軸上的截距為xD/(R+1），以I點(diǎn)表示。當(dāng)x=xD時(shí)，由操作線方程可得y=xD，在對(duì)角線上以D點(diǎn)表示。D點(diǎn)與I點(diǎn)的連線即為精餾段操作線，其斜率為L/V=R/(R+1）。2)提餾段操作線提餾段操作曲線也是一直線方程，當(dāng)x=xW時(shí)由操作線方程可得y=xW，在對(duì)角線上以W點(diǎn)表示。以操作線的斜率L＇/V＇，從W點(diǎn)畫出Wf直線，即為提餾段操作線。

5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算3.操作線的繪制與q線方程2/4/202327求得：5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)與q線方程2/4/2023285.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算q線方程是兩操作線交點(diǎn)的軌跡方程。由q線方程可知，當(dāng)x=xF時(shí)，y=xF即q線為通過圖中F點(diǎn)的一條直線，稱為q線，其斜率為q/(q-1)。q線與精餾段操作線的交點(diǎn)即為提餾段操作線與精餾段操作線的交點(diǎn)。2/4/2023295.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算q線方程特點(diǎn)及作圖它是精餾段和提餾段交點(diǎn)的軌跡方程。進(jìn)料組成和熱狀態(tài)一定時(shí)為一直線。直線過點(diǎn)(xF,xF)，斜率q/(q-1)。進(jìn)料熱狀況對(duì)q線的影響xD/(R+1)xDxFxWabced斜率q/(q-1)q>1第一象限q=1垂直x軸0<q<1第二象限q=0平行x軸q<0第三象限2/4/2023305.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算工程上，有三種計(jì)算法：逐板計(jì)算法、圖解法和簡捷計(jì)算法。先介紹前兩種方法。1.逐板計(jì)算法塔頂為全凝器，所以，回流液和餾出液的組成均為離開第一塊理論板的氣相組成y1,即：y1=xD5.5.4理論塔層板數(shù)計(jì)算2/4/2023315.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算下落的第一塊板上的液體的組成為x1，y1與x1平衡，可求得x1Y2與x1屬于操作關(guān)系：（第二塊板上升蒸氣與第一塊板下降液體的關(guān)系）再利用求出x22/4/2023325.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算以此類推，直至xn≤

xq,(xq為精餾段和提餾段操作線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，當(dāng)q=1時(shí)，xq=XF)為止。則第n塊板為進(jìn)料板，精餾段理論板數(shù)為n-1塊。（每用一次平衡方程即為一塊理論塔板）。到了進(jìn)料板后換用提餾段操作線方程與平衡線方程交替計(jì)算，直至x≤xw為止(用了m次平衡方程)?！唠x開塔底再沸器的氣液兩相已達(dá)平衡，∴再沸器也相當(dāng)于一塊理論板，∴提餾段理論板數(shù)為m-1∴全塔理論板數(shù)為：NT=n+m-2優(yōu)點(diǎn):準(zhǔn)確缺點(diǎn)：繁瑣書P150例題5-52/4/2023332圖解法步驟（***教案與板書）A在x-y坐標(biāo)上作出平衡線和對(duì)角線。B作精餾段、提餾段操作線方程。C圖解求理論板數(shù)。D確定進(jìn)料位置。5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/202334值得注意的是：1)平衡曲線上各點(diǎn)代表離開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。2)操作線上各點(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的操作關(guān)系。3)每一梯級(jí)的水平線代表液體向下流經(jīng)每一理論板，其組成由xn降至xn+1。4)每一梯級(jí)的垂直線代表蒸氣向上流經(jīng)每一理論板，其組成由yn升到y(tǒng)n-1。5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/2023355)進(jìn)料板位置在前面的理論板數(shù)計(jì)算中，當(dāng)某梯級(jí)跨過兩操作線交點(diǎn)f時(shí)，便由精餾段操作線改為提餾段操作線，跨過交點(diǎn)的這一梯級(jí)為進(jìn)料板，這樣繪制的梯級(jí)數(shù)最少。這個(gè)進(jìn)料板位置稱為最佳進(jìn)料板位置。此時(shí)進(jìn)料組成與進(jìn)料板的氣液相成接近。如果提前改用精餾操作線或過了交點(diǎn)仍沿精餾段操作線繪制若干梯級(jí)后，改用提餾階操作線，梯級(jí)數(shù)增多。此時(shí)，改用提餾段操作線的梯級(jí)為進(jìn)料板，屬滯后進(jìn)料。

5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/202336前已述及5.4精餾5.5.5回流比的選擇

回流為塔板上方氣、液兩相進(jìn)行部分冷凝和部分氣化提供了可能，沒有回流塔內(nèi)的部分氣化和部分冷凝不能穩(wěn)定連續(xù)進(jìn)行，精餾目的無從實(shí)現(xiàn)，回流是保證精餾操作的必要條件。

回流：(前已述及)

將塔頂引出的蒸氣冷凝，冷凝液的一部分從塔頂引回塔內(nèi)，使之與最上層塔板的蒸氣相接觸而進(jìn)行傳熱傳質(zhì)的操作。2/4/202337前已述及5.4精餾塔頂生成的蒸氣冷凝后一部分作為回流L流回精餾塔，一部分作為最終產(chǎn)品D引出，此兩部分?jǐn)?shù)量之比，稱為回流比。R=L/DV=L+DV=(R+1)D回流比的大小對(duì)精餾的效果影響較大，回流比越大，氣化生成的蒸氣含易揮發(fā)組分的含量提高，相應(yīng)的可采用較少的塔板數(shù)達(dá)到要求的分離純度。但相應(yīng)的，得到的餾出液少。當(dāng)R最大時(shí)，即：D=0時(shí)，為全回流，無產(chǎn)品，這可以用來評(píng)價(jià)塔的效率。全凝器：蒸氣全部冷凝。否則，稱為分凝器。2/4/2023385.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算回流比越大，塔板上部分氣化和部分冷凝的效果越好，所需理論塔板數(shù)越少。但采用較小回流比時(shí)塔的生產(chǎn)能力和熱量利用率都有提高，同時(shí)可節(jié)約操作費(fèi)用和基建投資，故設(shè)計(jì)時(shí)寧可用略多的塔板數(shù)而采用較小的回流比。2/4/202339全回流：上升至塔頂?shù)臍庀嗬淠笕炕氐剿?nèi)的操作方式稱為全回流。

是回流比增大的極限，此時(shí)塔頂冷凝液全部作為回流。

此時(shí)，精餾段和提餾段操作線都簡化為y=x，精餾所需的理論塔板數(shù)最少。但得不到產(chǎn)品，故工業(yè)上不采用。由于全回流時(shí)可得到理想的換熱傳質(zhì)，因而主要在實(shí)驗(yàn)室采用，作為評(píng)價(jià)精餾塔或填料的效率。5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算1全回流和最小理論塔板數(shù)2/4/2023405.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算對(duì)理想或近理想體系，蒸餾時(shí)有(公式來源見下張PPT)：對(duì)第一塊板：對(duì)第二塊板：全回流時(shí)，氣液組成服從操作線方程y=x，所以yA2=xA1，yB2=xB1，得：2/4/2023411.2：相對(duì)揮發(fā)度：若氣體服從道爾頓分壓定律，則有：

平衡時(shí)，氣相中兩組分之比是液相中兩組分之比的α倍。又因在同溫時(shí)，pA0

>pB0，即α>1,則：表明α越大，相應(yīng)地蒸氣中y越高,蒸餾分離越容易。適用條件：理想或近似理想溶液的蒸氣-液體平衡。前已述及5-2雙組份溶液的氣、液平衡2/4/2023425.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算以此類推，包括在沸器在內(nèi)，精餾必要的理論塔板數(shù)為N，已知：當(dāng)xF代替xW時(shí)，可求精餾段最小理論塔板數(shù)N’min：若α隨溫度變化，則取平均值。書上P154例題Fenske方程2/4/2023435.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2最小回流比：當(dāng)回流比逐漸減小時(shí)，精餾操作線的斜率逐漸減小，而提餾段操作線的斜率逐漸增大，二者皆向平衡線靠近，達(dá)到某一極限時(shí)，兩操作線與平衡線相交于一點(diǎn)（xP，yP），此時(shí)精餾需要的傳質(zhì)推動(dòng)力為0，達(dá)到一定分離要求的理論塔板數(shù)為無窮多，回流比是精餾操作過程可能采取的回流比最低限度，將此回流比稱為最小回流比，記作RM或Rmin。例題5-8(飽和液體進(jìn)料q=1)2/4/2023443適宜回流比的選擇適宜回流比:使操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用之和最低時(shí)的回流比。精餾過程的操作費(fèi)用主要取決于再沸器中加熱介質(zhì)消耗量、冷凝器中冷卻介質(zhì)消耗量及動(dòng)力消耗等費(fèi)用。當(dāng)進(jìn)料流量F、熱狀態(tài)參數(shù)q、塔頂餾出液D一定時(shí)，這些消耗隨回流比而變。顯然，R加大時(shí)，加熱介質(zhì)及冷卻介質(zhì)的用量均隨之增加，即操作費(fèi)用增加。5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/2023455.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算

設(shè)備費(fèi)用主要指精餾塔、再沸器、冷凝器及其他輔助設(shè)備的購置費(fèi)用。當(dāng)設(shè)備類型及材質(zhì)選定后此項(xiàng)費(fèi)用主要取決于設(shè)備尺寸。當(dāng)R=Rmin時(shí)，對(duì)應(yīng)的塔板數(shù)無窮多，故設(shè)備費(fèi)用為無窮大；加大回流比，起初顯著降低所需的塔板層數(shù)，設(shè)備費(fèi)用明顯下降；再增大回流比，塔板層數(shù)下降得非常緩慢；與此同時(shí)，塔內(nèi)上升氣量加大，致使塔徑、塔板面積、再沸器、冷凝器等的尺寸相應(yīng)加大，設(shè)備費(fèi)用隨之增加。

一般，R=(1.1~2.0)Rmin2/4/2023462/4/202347

芬斯克—吉利蘭特（Frenske—Gilliland）估算法。適用范圍：估算理想體系在泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)的理論塔板數(shù)。運(yùn)算步驟：1）求全回流下的最小理論塔板數(shù)；2）求出最小回流比和確定實(shí)用的回流比；3）由以上兩個(gè)運(yùn)算結(jié)果求的理論板數(shù)。5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算5.5.6理論塔板數(shù)的簡捷計(jì)算法2/4/2023485.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算

關(guān)聯(lián)（N-NM）/（N+1）與（R-RM）/（R+1）的關(guān)系，選定回流比R，作吉利蘭特圖，可求出所需的理論塔板數(shù)。2/4/2023495.5.7實(shí)際塔板數(shù)和塔板效率

塔板效率分為總塔板效率和單塔板效率（莫弗里效率）。全塔板效率

全塔效率E0=N理/N實(shí)5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/2023505.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/2023515.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算塔板效率降低的主要原因：塔板上濃度不均，氣液接觸面積和接觸時(shí)間不足而使傳質(zhì)未能達(dá)到平衡，以及霧沫夾帶、塔板的漏夜以及物料的返混等。霧沫夾帶：塔板上液體被上升氣體帶入上一層塔板的現(xiàn)象稱為霧沫夾帶返混：凡是有降液管的塔板上，液體物料橫過塔板與上升氣體呈T字形錯(cuò)流狀態(tài)。物料中易揮發(fā)組分的濃度將沿著流動(dòng)的方向逐漸下降。但如果因液體流動(dòng)情況、流道長度、以及停留時(shí)間、塔板的水平度和水力梯度等原因，會(huì)使上升的氣體在工作面上使液體形成渦流狀態(tài)，即濃度高低不一的液體攪混在一起，從而破壞了已經(jīng)形成的液體沿正常流動(dòng)方向的濃度變化，這種現(xiàn)象就是返混現(xiàn)象，在塔內(nèi)時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致分離效果降低

2/4/2023522.單板效率單板效率通常用莫弗里（Murphree）提出的板效率表示方法表示，稱為莫弗里板效率。可以用氣相組成表示，也可以用液相組成表示。以氣相組成表示的第n板單板效率為

式中yn、yn+1為離開第n板的氣相組成、離開第n+1板的氣相組成（摩爾分?jǐn)?shù)）；yn*為與離開第n板的液體組成xn平衡的氣相組成（摩爾分?jǐn)?shù)）。以液相組成表示的第n板單板效率為式中xn-1、xn為離開第n-1板的液相組成、離開第n板的液相組成（摩爾分?jǐn)?shù)）；xn*為與離開第n板的氣相組成yn平衡的液相組成（摩爾分?jǐn)?shù)）。單板效率通常由實(shí)驗(yàn)測定。5.5雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2/4/202353

間歇精餾又稱分批精餾，是將被處理的物料一次加入精餾釜中，然后加熱氣化，自塔頂引出的蒸氣經(jīng)冷凝后，一部分作為餾出液產(chǎn)品，另一部分作為回流液送回塔內(nèi)，待釜?dú)堃航M成降到規(guī)定之后，停止精餾操作，將釜液一次排出，再進(jìn)行下一批的操作。5.6間歇精餾2/4/202354常用的間歇精餾方式有兩種：一是保持回流比恒定，讓餾出液組成xD隨釜液組成xw下降而下降二是為保證餾出液組成恒定，隨釜液組成xw下降不斷加大回流比。

生產(chǎn)上常將兩種操作方式聯(lián)合應(yīng)用，即在操作初期逐步增大回流比維持流出液組成基本穩(wěn)定得到合格的塔頂產(chǎn)品。當(dāng)回流比增大到一定程度，為避免能耗過大，保持回流比不變，此時(shí)得到的是低于xD的次級(jí)產(chǎn)品。可將此部分產(chǎn)物并入下一批原料再次精餾。5.6間歇精餾2/4/202355間歇精餾過程的特點(diǎn)

當(dāng)混合液的分離要求較高而料液品種或組成經(jīng)常變化時(shí)，采用間歇精餾的操作方式比較靈活機(jī)動(dòng)。從精餾裝置看，間歇精餾與連續(xù)精餾大致相同。作間歇精餾時(shí)，料液成批投入精餾釜，逐步加熱氣化，待釜液組成降至規(guī)定值后將其一次排出。由此不難理解，間歇精餾過程具有如下特點(diǎn)。①間歇精餾為非定態(tài)過程。在精餾過程中，釜液組成不斷降低。若在操作時(shí)保持回流比不變，則餾出液組成將隨之下降；反之，為使餾出液組成保持不變，則在精餾過程中應(yīng)不斷加大回流比。為達(dá)到預(yù)定的要求，實(shí)際操作可以靈活多樣。

5.6間歇精餾2/4/202356例如，在操作初期可逐步加大回流比以維持餾出液組成大致恒定；但回流比過大，在經(jīng)濟(jì)上并不合理。故在操作后期可保持回流比不變，若所得的餾出液不符合要求，可將此部分產(chǎn)物并入下一批原料再次精餾。②間歇精餾時(shí)全塔均為精餾段，沒有提餾段。因此，獲得同樣的塔頂、塔底組成的產(chǎn)品，間歇精餾的能耗必大于連續(xù)精餾。

5.6間歇精餾2/4/2023575.6.1回流比恒定的間歇精餾隨蒸餾進(jìn)行，釜液組成不斷降低，若回流比不變，則餾出液組成將隨之下降，因此為得到合格產(chǎn)品，開始時(shí)餾出液組成必須高于產(chǎn)品的組成。當(dāng)釜?dú)堃航M成達(dá)到一定值后，停止精餾操作。所得到的產(chǎn)品為各瞬間組成的平均值。

5.6間歇精餾2/4/2023585.6.2餾出液組成恒定的間歇精餾由于間歇精餾的釜?dú)堃涸诰s過程中逐漸減小，若回流比恒定，餾出液組成必逐漸減小。為使餾出液組成恒定，必須增大回流比。比較：回流比恒定操作方便但餾出液組成為平均值；餾出液組成恒定餾出液組成雖大，但操作困難，成本加大。5.6間歇精餾2/4/202359所以，將兩種操作結(jié)合起來，先在回流比恒定時(shí)操作一定時(shí)間，當(dāng)餾出液組成減小到一定程度后，使回流比增大，再操作一定時(shí)間，如此逐漸增大回流比，以保持餾出液的組成基本不變。在后期，釜液組成很低，餾出液量很小，回流比又大，經(jīng)濟(jì)上不合算，因此要適時(shí)停止操作。5.6間歇精餾2/4/202360特殊精餾主要有恒沸精餾、萃取精餾、膜蒸餾、催化精餾、反應(yīng)精餾、鹽效應(yīng)精餾等。5.7特殊精餾2/4/202361

前述普通精餾方式是以溶液中各個(gè)組分的揮發(fā)度不同作為分離的依據(jù)，若各組分的揮發(fā)度差異越大（即相對(duì)揮發(fā)度越大），越易分離。但工業(yè)生產(chǎn)中需要分離的溶液，也有不少其揮發(fā)度很接近或具有恒沸點(diǎn)（最高或最低恒沸點(diǎn)），對(duì)于這類溶液的分離，用普通精餾方式就難以實(shí)現(xiàn)。例如：乙醇—水溶液在總壓時(shí)有最低恒沸點(diǎn)℃，恒沸物組成摩爾分率（重量百分率為95.6%），用前述普通精餾方法，最多只能分離得到接近恒沸組成的酒精，這就是工業(yè)酒精中含乙醇只能達(dá)到95%（重量百分率）的原因。5.7特殊精餾2/4/202362若兩組分的沸點(diǎn)很接近相對(duì)揮發(fā)度很小，如苯—環(huán)己烷的沸點(diǎn)分別為80.1℃和80.8℃，也很難用普通精餾方法將其分離。用普通精餾難以分離的物系必須采用特殊精餾的方法分離。特殊精餾的基本原理是：在雙組分溶液中加入第三組分，以改變?cè)p組分物系的非理想性或提高其相對(duì)揮發(fā)度而實(shí)現(xiàn)分離。根據(jù)第三組分所起作用的不同，又可分為恒沸蒸餾和萃取精餾。

5.7特殊精餾2/4/2023635.7特殊精餾5.7.1恒沸精餾在A、B雙組分恒沸溶液或相對(duì)揮發(fā)度很小的雙組分溶液中加入稱為夾帶劑的第三組分C，此夾帶劑C與原溶液中一個(gè)或兩個(gè)組分形成新的恒沸物（AC或ABC），新的恒沸物的沸點(diǎn)比純組分B（或A）或原恒沸物（AB）的沸點(diǎn)低得多，使溶液變成“恒沸物—純組分”的精餾，其相對(duì)揮發(fā)度大而易于分離。2/4/2023645.7特殊精餾恒沸精餾夾帶劑的選擇①夾帶劑應(yīng)能與被分離組分形成新的恒沸液，其恒沸點(diǎn)要比純組分的沸點(diǎn)低；②夾帶劑應(yīng)與原料液中含量較少的組分形成恒沸物，從塔頂蒸出；③夾帶劑的量愈少愈好；④新恒沸物揮發(fā)度盡量大，使精餾容易，釜?dú)堃褐袏A帶劑少；⑤夾帶劑回收容易、無毒、無腐蝕性，熱穩(wěn)定性好，來源容易，價(jià)格低廉。

2/4/2023655.7特殊精餾5.7.2萃取精餾萃取精餾和恒沸精餾相似，也是向原料液中加入第三組分（稱為萃取劑或溶劑），以改變?cè)薪M分間的相對(duì)揮發(fā)度而得到分離。但不同的是要求萃取劑的沸點(diǎn)較原料液中各組分的沸點(diǎn)高得多，且不與組分形成恒沸液。萃取精餾常用于分離各組分沸點(diǎn)（揮發(fā)度）差別很小的溶液。

在精餾過程中，萃取劑基本上不被氣化，也不與原料液形成恒沸液，這些都是有異于恒沸精餾的。2/4/202366選擇萃取劑時(shí)，主要應(yīng)考慮：（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；（2）萃取劑的揮發(fā)性應(yīng)足夠小，即其沸點(diǎn)應(yīng)較純組分的為高，且不與原組分形成恒沸液，易于回收；（3）萃取劑應(yīng)與原料中各組分互溶，充分發(fā)揮萃取劑的作用；（4）來源方便，價(jià)格低廉，無毒性、無腐蝕性，熱穩(wěn)定性好。

5.7特殊精餾2/4/2023675.7特殊精餾萃取精餾與恒沸精餾的特點(diǎn)比較（1）萃取劑比挾帶劑易于選擇；（2）萃取劑在精餾過程中基本上不氣化，故萃取精餾的耗能量較恒沸精餾的為少；（3）萃取精餾中，萃取劑加入量的變動(dòng)范圍較大，而在恒沸精餾中，適宜的夾帶劑量多為一定，故萃取精餾的操作較靈活，易控制；（4）萃取精餾不宜采用間歇操作，而恒沸精餾則可采用間歇操作方式；（5）恒沸精餾操作溫度較萃取精餾的為低，故恒沸精餾較適用于分離熱敏性溶液。

2/4/202368特殊精餾主要有恒沸精餾、萃取精餾、膜蒸餾、催化精餾、反應(yīng)精餾、鹽效應(yīng)精餾等。5.7特殊精餾2/4/202369§5-8、板式塔

有降液管分類

有降液管

無降液管：穿流塔

鼓泡塔：袍罩塔，浮閥塔，篩板塔

噴射塔：舌形塔，浮舌塔，浮動(dòng)噴射塔5.8.1塔板的類型及性能評(píng)價(jià)1.塔板類型按照塔內(nèi)氣液流動(dòng)的方式，可將塔板分為錯(cuò)流式與逆流式。錯(cuò)流式塔板上帶有降液管，在每層塔板上保持一定的液層厚度，氣體垂直穿過液層，但對(duì)整個(gè)塔來說，兩相為逆流流動(dòng)。錯(cuò)流式塔板廣泛應(yīng)用于精餾、吸收等傳質(zhì)操作中。逆流塔板亦稱穿流板，板上不設(shè)降液管，氣、液兩相同時(shí)由板上孔道逆向穿流而過。柵板、淋降篩板等都屬于逆流塔板。這種塔板的結(jié)構(gòu)雖簡單，板面利用率也高，但需要較高的氣速才能維持板上液層，操作范圍較小，分離效率也低，工業(yè)上應(yīng)用較少。2/4/202370§5-8、板式塔優(yōu)點(diǎn)：操作性能穩(wěn)定，操作彈性大，塔板效率高，能處理含少量污垢的物料，應(yīng)用較廣泛。1）泡罩塔板操作彈性：是指同樣使塔效率降低15%時(shí)物料（常指氣體或蒸氣）最大負(fù)荷與最小負(fù)荷之比。2/4/202371§5-8、板式塔2）篩孔塔板

篩孔塔板簡稱篩板，塔板上開有許多均勻分布的小孔。根據(jù)孔徑大小，分別為小孔徑（孔徑為3~8mm）篩板和大孔徑（孔徑為10~25mm）篩板兩類。篩孔在塔板上通常作正三角形排列。在正常的操作氣速下，通過篩孔上升的氣流，應(yīng)能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄露。 篩孔塔板的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，氣體壓降小，板上液面落差也較小，生產(chǎn)能力及板效率均較泡罩塔高。其主要缺點(diǎn)是：操作彈性小，篩孔小時(shí)容易堵塞。采用大孔徑篩板可避免堵塞，而且由于氣速的提高，生產(chǎn)能力增大。2/4/2023723）浮閥塔板浮閥塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在塔板上開有若干大孔（標(biāo)準(zhǔn)孔徑為39mm），每個(gè)孔上裝有一個(gè)可以上下浮動(dòng)的閥片。浮閥的型式很多，目前國內(nèi)已采用的浮閥有五種，但最常用的浮閥型式為F1型、V-4型和T型。 與泡罩塔板與篩選板相比較，浮閥塔板的綜合性能優(yōu)越，其具有如下特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大（比泡罩塔大20%，與篩板相當(dāng)），操作彈性大，塔板效率高，氣體壓降及液面落差小，構(gòu)造簡單，易于制造，塔的造價(jià)低（比泡罩塔低20%~40%）。