蒸餾課件講義

蒸餾課件講義第1頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

任務一了解蒸餾過程及其應用

在化工生產(chǎn)過程中，多數(shù)原料和半成品都是混合液，要想得到較高純度的物質(zhì)，就需要進行分離和精制。例如將石油分離為汽油、煤油、柴油及重油等；又如從糧食、薯類的發(fā)酵液中制酒精。石油、乙醇水溶液等很多混合液有一個共同物征——互溶、均質(zhì)。人們將具有互溶、均質(zhì)的液體混合物稱為均相溶液。蒸餾、萃取等操作均可將均相溶液分離為較純組分的單元操作。但蒸餾操作是工業(yè)生產(chǎn)中應用最為廣泛的一種單元操作。實際生產(chǎn)中的蒸餾操作過程可根據(jù)溶液性質(zhì)、生產(chǎn)目的與要求而采用不同的方法。當物質(zhì)比較容易分離或分離要求不高時，可采用簡單蒸餾或閃蒸，較難分離的物質(zhì)可采用精餾，很難分離的物質(zhì)或用普通精餾方法不能分離的則可采用特殊精餾。其中應用最為廣泛的是精餾。第2頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二按操作方式：間歇蒸餾、連續(xù)蒸餾按蒸餾方法：簡單蒸餾、精餾、特殊精餾按操作壓力：常壓蒸餾、加壓蒸餾、負壓蒸餾按分離組分數(shù)目：兩組分精餾、多組分精餾蒸餾操作的分類第3頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二簡單蒸餾

簡單蒸餾又稱微分蒸餾，也是一種單級蒸餾操作，常以間歇方式進行。簡單蒸餾裝置如圖8－9所示。混合液在蒸餾釜中受熱后部分氣化，產(chǎn)生的蒸氣隨即進入冷凝器中冷凝，冷凝液不斷流入接受器中，作為餾出液產(chǎn)品。由于氣相組成y大于液相組成x，因此隨著過程的進行，釜中液相組成不斷下降，使得與之平衡的氣相組成（餾出液組成）亦隨時降低，而釜內(nèi)液體的沸點逐漸升高。通常當餾出液平均組成或釜殘液組成降至某規(guī)定值后，即停止蒸餾操作。在一批操作中，餾出液可分批收集，以分別得到不同組成的餾出液。簡單蒸餾多用于混合液的初步分離。第4頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二平衡蒸餾

平衡蒸餾（或閃蒸）是一種單級蒸餾操作。在單級釜內(nèi)進行平衡蒸餾時，釜內(nèi)液體混合物被部分氣化，并使氣相與液相處于平衡狀態(tài)，然后將氣液兩相分開。這種操作既可以間歇方式又可以連續(xù)方式進行?；どa(chǎn)中多采用如圖8－8所示的連續(xù)操作的平衡蒸餾裝置。混合液先經(jīng)加熱器加熱，使液體溫度高于分離器壓強下液體的沸點，然后通過減壓閥使其降壓后進入分離器中，此時過熱的液體混合物即被部分氣化，平衡的氣液兩相在分離器中得到分離。通常分離器又稱為閃蒸罐（塔）。第5頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

原料液溶液由塔中部加入，液體在塔內(nèi)處于沸騰狀態(tài)，產(chǎn)生的蒸汽沿塔上升，從塔頂引出進入冷凝器冷凝，冷凝液一部分作為塔頂產(chǎn)品，一部分回流至塔內(nèi)液相回流，液相沿塔下降至塔底引出，進入再沸器被間接加熱沸騰汽化，所產(chǎn)生的蒸汽由再沸器引入塔內(nèi)汽相回流，沿塔上升，沒汽化的液相作為塔底產(chǎn)品。由此可知，塔內(nèi)所進行的精餾過程可視為一股上升的汽流與一股下降液流在塔內(nèi)逆流流動，直接接觸，在兩股流體間實現(xiàn)了熱量、質(zhì)量的傳遞。一、精餾流程第6頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二二、精餾操作

粗甲醇的精餾第7頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二蒸餾的概念定義：將液體均相混合物加熱，使之沸騰汽化，利用各組分沸點（揮發(fā)度）不同的特性進行分離的一種單元操作。實質(zhì)：傳熱和傳質(zhì)過程處理對象：液體均相混合物過程特征：

1）全部汽化、全部冷凝——不能分離

2）部分汽化、部分冷凝——能夠分離目的：分離液體混合物專有名詞：塔頂產(chǎn)品、塔底產(chǎn)品第8頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二三蒸餾分離的特點可直接獲得產(chǎn)品操作簡單適用范圍廣泛可以將氣態(tài)物先液化再分離，如空分；可將固態(tài)物先熔化再分離，如分離脂肪酸混合物。需要消耗大量的能量，對于加壓或減壓將消耗額外的能量。第9頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二五板式塔

一、板式塔的主要結(jié)構(gòu)：塔體；塔板；氣體及液體進口裝置第10頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二塔板結(jié)構(gòu)塔板可分為有降液管式塔板和無降液管式塔板兩類。

有降液管式塔板上：氣液兩相呈錯流方式接觸，這種塔板效率較高，具有較大操作彈性，使用廣泛。

無降液管式塔板上：氣液兩相呈逆流接觸，塔板板面利用率較高，生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡單，但效率較低，操作彈性較小，工業(yè)使用較少。

第11頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第12頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第13頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二泡罩塔：主要元件為升氣管用泡罩。泡罩的下部周邊有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。篩孔塔：篩孔塔板簡稱篩板，塔板上開有許多均勻的小孔，篩孔在塔板上按一定的規(guī)律排列，塔板上設(shè)置溢流堰，使板上保證一定厚度的液層。

塔板類型第14頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二浮閥塔：在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可以上下浮動的閥片。閥片連有幾個閥腿，而使閥片不被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個略向下彎的定距片，當氣流很小時，保持閥片與塔板間有一定的間距。噴射塔：在噴射型塔板上，氣體沿水平方向噴出，不再通過較厚的液層而鼓泡，因而塔板壓降降低，可采用較大的操作氣速，提高了生產(chǎn)能力。

噴射塔有：舌型塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直篩板第15頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二塔板的面積分四個區(qū)域：鼓泡區(qū)；為氣液傳質(zhì)的有效區(qū)域溢流區(qū)：溢流管及受液盤所占的區(qū)域安定區(qū)：在鼓泡區(qū)和溢流區(qū)之間的面積邊緣區(qū)：在靠近塔壁的部分，需留出一圈用于支持塔板邊梁使用的邊緣區(qū)域第16頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第17頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第18頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第19頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二塔板上的氣液接觸狀態(tài)（增大接觸面積）鼓泡接觸狀態(tài)：當氣速較低時，氣體以鼓泡形式通過液層。由于氣泡的數(shù)量不多，形成的氣液混合物基本上以液體為主，此時塔板上存在著大量的清液。因氣泡占的比例較小，氣液兩相接觸的表面積不大，傳質(zhì)效率很低。第20頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二泡沫接觸狀態(tài)：當氣速增加，缺泡數(shù)量集聚增加，氣泡不斷的發(fā)生碰撞和破裂，此時板上液體大部分以液膜的形式存在于氣泡之間，形成一些直徑較小、擾動十分劇烈的動態(tài)泡沫，由于泡沫接觸的表面積大，并不斷的更新，為兩相傳質(zhì)傳熱提供了良好的條件。噴射接觸狀態(tài)：當氣速繼續(xù)增加，由于氣體動能很大，把板上液體向上噴成大小不等的液滴，直徑較大的液滴受重力作用又落回到板上，直徑較小的液滴被氣體帶走，形成液沫夾帶。第21頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二氣體通過塔板的壓降上升氣流通過塔板時需要克服一定的阻力,該阻力形成塔板的壓降.它包括：塔板本身的干板阻力；板上氣液層的靜壓力；液體的表面張力液面落差。當液體橫向流過塔板時，為克服板上的摩擦阻力和板上部件（泡罩、浮閥等）的局部阻力需要一定的液位差。第22頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二霧（液）沫夾帶

液沫夾帶塔板上的部分液體產(chǎn)生與液體主體流動方向相反的流動，即大、小液滴被上升的氣體帶到上層塔板上。

氣泡夾帶塔板上部分氣體產(chǎn)生與主體流動方向相反的流動，即氣泡被下降的液體卷入下層塔板上。液沫夾帶和氣泡夾帶均屬“返混現(xiàn)象”，其結(jié)果均使傳質(zhì)推動力減小，故對傳質(zhì)不利。

要裝除沫器，降液管的工效。第23頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二液泛（淹塔）

一種是降液管液泛，它是由于塔內(nèi)氣氣速過大使降液管內(nèi)液面升高至上層塔板的溢流堰頂，或塔內(nèi)液體流量過大，使降液管不能及時將液體排出而使降液管內(nèi)液面升高導致液泛。另一種情況是過量液沫夾帶液泛，即由于氣速過大使液沫夾帶量過大而使降液管無法及時將板上液體排至下一層塔板上所致。總之，液泛是塔操作的上限。為防止液泛產(chǎn)生，應選擇適宜的操作氣速，以保證塔的正常操作。

第24頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

漏液：

是液體不經(jīng)正常的降液管通道流到下一層塔板。產(chǎn)生漏液的原因是因為氣速過小或氣體分布不均勻所致。嚴重漏液是塔板上不能積累液層，使板上氣液兩相不能良好接觸，致使塔板不能正常操作。第25頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

操作參數(shù)和負荷性能圖當物系性質(zhì)及塔板結(jié)構(gòu)已定時，塔的操作參數(shù)即指氣、液負荷。負荷性能圖即是將維持塔的正常操作所允許的氣、液負荷范圍的圖示。第26頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二負荷性能圖是由五條線圍成，即漏液線、液體流量下限線、液體流量上限線、液泛線和過量液沫夾帶線。由五條線所包圍的區(qū)域為塔板的正常操作區(qū)。塔的實際操作液氣比應在此區(qū)域內(nèi)。對一定的物系，負荷性能圖依塔板的類型、結(jié)構(gòu)尺寸不同而異。對同一類型塔板，塔板開孔率、板間距不同，負荷性能圖亦不同。上、下操極限的氣體負荷之比稱塔板的操作彈性。第27頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二任務三獲取蒸餾知識一、雙組分理想溶液的汽液相平衡

雙組分組成表示：x表示液相組成，

y表示氣相組成。質(zhì)量分數(shù)：A、B的質(zhì)量分數(shù)分別用mA,mB摩爾分數(shù)：xA、xB常用A、B分別表示易揮發(fā)組分和難揮發(fā)組分。為了方便常以x、y分別表示揮發(fā)組分A的液、氣相組成。第28頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二1、什么是理想物系？液相—--是理想溶液—---遵循拉烏爾定律汽相—--是理想氣體—---遵循理想氣體狀態(tài)方程

第29頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2、什么是理想溶液?

對于雙組分溶液,當兩組分（A+B）的性質(zhì)相近、液相內(nèi)相同分子間的作用力（αAA、αBB）與不同分子間的作用力（αAB）相近、各組分分子體積大小相近。

宏觀上表現(xiàn)為：兩組分混合時既無熱效應又無體積效應，這種溶液稱為理相溶液。第30頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

在一定溫度下，溶液上方某組分的蒸汽壓等于同溫度下該純組分的飽和蒸汽壓乘它在溶液中的摩爾分數(shù)。

即：PA=PoAxAPB=PoBxB=PoB（1—xA）3、氣液相平衡關(guān)系：第31頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

混合物的總壓等于分壓之和.

P=PA+PB

P=PoAxA+PoBxB

道爾頓分壓定律第32頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二理想溶液的汽-液平衡方程：

該式稱理想溶液的汽、液相平衡方程，又稱為泡點方程，表示平衡物系的溫度和液相組成的關(guān)系。在一定壓強下，液體混合物開始沸騰產(chǎn)生第一個汽泡的溫度，稱為泡點溫度（簡稱泡點）。第33頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

該式稱理想溶液的汽、液相平衡方程，又稱為露點方程。該式表示平衡物系的溫度與氣相組成的關(guān)系。在一定的壓強下，混合蒸汽冷凝時開始出現(xiàn)第一個液滴時的溫度，稱為露點溫度（簡稱露點）。氣液平衡時，露點溫度等于泡點溫度。第34頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二例題：某苯-甲苯混合液在45℃時沸騰，外界壓力為20.3kPa。此時PoA=22.7kPa；PoB=7.6,kPa試求其液相組成。習題：某庚烷–辛烷混合液在40℃時沸騰，外界壓力為101.3kPa。此時PoA=122.7kPa；PoB=70.6,kPa試求其液相組成。第35頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二三、相對揮發(fā)度：揮發(fā)度——物質(zhì)揮發(fā)的難易程度。用“ν”表示?！は鄬]發(fā)度——混合液中兩組分揮發(fā)度之比稱為該兩組分的相對揮發(fā)度，用α表示。

·用相對揮發(fā)度表示的相平衡關(guān)系：

第36頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二當α=1時，兩組分在汽、液相中濃度相同，用普通精餾是不能分離的；當α＞1時，汽相濃度大于液相濃度，α愈大，愈易分離；當α＜1時，液相濃度大于汽相濃度，可分離。

第37頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二二、汽液平衡相圖t-x圖、t-y圖有二個共同點：縱坐標都是溶液的沸點；橫坐標是溶液的濃度x、y，單位是摩爾分數(shù)，都是從0-1。1、t-x、t-y圖：第38頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2、t-x-y圖：

·作圖：以ｔ為縱軸，以ｘ（ｙ）為橫軸作圖第39頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二·識圖：有二個點：A點：x=1純A組分t=353.2kB點：x=0純B組分t=383.2k有兩條曲線：

t-x關(guān)系曲線：液相組成與泡點間的關(guān)系,液相線，飽和液相線；

t-y關(guān)系曲線：汽相組成與露點間的關(guān)系,汽相線，飽和汽相線。

第40頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二三個區(qū)域t-x線下方：液相區(qū)，末飽和液相區(qū)；

t-y線上方：汽相區(qū)，過熱蒸汽區(qū)；

t-x,t-y線之間：溶液已沸騰汽化，但并沒有全部汽化，汽液共存飽和蒸汽區(qū)。

第41頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二·討論討論:在恒定的壓力下，若將溫度為t1

、組成為x1（圖中點A）的混合液加熱，當溫度升高到t2（點B）時，溶液開始沸騰，此時產(chǎn)生第一個汽泡，該溫度即為泡點溫度。繼續(xù)升溫到t3（點C）時，汽液兩相共存，其汽相組成為y、液相組成為x，兩相互成平衡。同樣，若將溫度為t5

、組成為y1（點E）的過熱蒸汽冷卻，當溫度降到t4（點D）時，過熱蒸汽開始冷凝，此時產(chǎn)生第一個液滴，該溫度即為露點溫度。繼續(xù)降溫到t3（點C）時，汽液兩相共存。第42頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)論：通過以上t-x-y圖討論，在液相區(qū)，泡點、露點、過熱蒸汽區(qū)組成都沒有改變，只有在汽液共存區(qū)，組成發(fā)生了變化。汽相中易揮發(fā)組成濃度提高了y1＞y0；

液相中難揮發(fā)組分濃度提高了x1＜x0第43頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二·t-x-y圖的作用：了解t與x，t與y之間的關(guān)系；汽相量、液相量、汽發(fā)率、液化率計算方法；蒸餾操作原理：部分汽化、部分冷凝。第44頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二3、x-y圖：作圖：以x為橫坐標，y為縱坐標

在對角線上一點:x=y在平衡線上一點:

氣、液互成平衡第45頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二·討論：x-y圖表示在一定P下，汽、液相間組成關(guān)系平衡曲線偏離對角線愈遠，表示y愈大于x.該溶液愈易分離。總壓對x-y圖的影響不大x-y圖可用實驗方法或露點方程求取第46頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二雙組分精餾的工藝計算恒摩爾流假定①恒摩爾氣流：在精餾塔內(nèi)，各層塔板上升蒸氣摩爾流量相等，即：精餾段：V1=V2=V3=…=V=常數(shù)提餾段：V’1=V’2=V’3=…=V’=常數(shù)但兩段上升的蒸氣摩爾流量不一定相等。第47頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二②恒摩爾液流在精餾塔內(nèi)，各層塔板下降的液體摩爾流量相等，即：精餾段：L1=L2=L3=…=L=常數(shù)提餾段：L’1=L’2=L’3=…=L’=常數(shù)

但兩段下降的液體摩爾流量不一定相等。第48頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二恒摩爾流動假定成立的條件混合物中各組分的摩爾氣化熱相等。各板上液體顯熱的差異可忽略。塔設(shè)備保溫良好，熱損失可忽略。第49頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第50頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二一、物料衡算

式中：

F、D、W——分別表示原料、塔頂產(chǎn)品、塔底產(chǎn)品流量，kmol/h；

xF、xD、xW——分別表示原料中、塔頂產(chǎn)品、塔底產(chǎn)品易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)。1、全塔物料衡算

衡算范圍：虛線框

衡算基準：單位時間

總物料衡算：F=D+W

易揮發(fā)組分：FXF=DXD+WXW

第51頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第52頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第53頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第54頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2、操作線方程

①精餾段操作線方程對虛線范圍（包括精餾段第n+1板和冷凝器在內(nèi)）作物料衡算，以單位時間為基準，即：

總物料衡算：V=L+D易揮發(fā)組分的物料衡算：Vyn+1=Lxn+1+DxD

式中：V、L——分別表示精餾段內(nèi)每塊塔板上升蒸氣的摩爾流量和下降液體的摩爾流量，kmol/h；

yn+1——精餾段中任意第n+1層板上升的蒸氣組成，摩爾分數(shù)；

xn——精餾段中任意第n層板下降的液體組成，摩爾分數(shù)。

第55頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二上式稱為精餾段操作線方程式此式表示在一定操作條件下，精餾段內(nèi)自任意第n層板下降的液相組成xn與其相鄰的下一層板上升蒸氣相組成yn+1之間的關(guān)系。第56頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二②提餾段操作線方程對虛線范圍作物料衡算，即：

總物料:L’=V’+W易揮發(fā)組分:L’x’m=V’y’m+1+Wxw式中：y’m+1------提餾段第m層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分率；x’m-----提餾段第m+1層板上升蒸氣中易揮發(fā)組分的摩爾分率。第57頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二該式為提餾段操作線方程。該方程的物理意義是表達在一定的操作條件下，提餾段內(nèi)自任意第m板下降的液相組成與其相鄰的下一層塔板第m+1板上升的蒸汽組成之間的關(guān)系。應該指出，提餾段內(nèi)液體摩爾流量，除回流液外還受進料量及進料熱狀況的影響。第58頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二第59頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二3、進料熱狀況的影響①、精餾塔的進料熱狀況在實際生產(chǎn)中，加入精餾塔中的原料液可能有以下五種不同的熱狀況：(1)溫度低于泡點的冷液體。(2)泡點下的飽和液體。(3)溫度介于泡點和露點之間的氣液混合物。(4)露點下的飽和蒸氣。(5)溫度高于露點的過熱蒸氣。第60頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二②進料熱狀況對進料板上、下各流股的影響

冷液進料，提餾段內(nèi)回流液流量包括以下三部分：精餾段的回流液流量；原料液流量；為將原料液加熱到板上溫度，必然會有一部分自提餾段上升的蒸氣被冷凝下來，冷凝液也成為的一部分。由于這部分蒸氣的冷凝，故上升到精餾段的蒸氣量比提餾段的要少，其差額即為冷凝的蒸氣量。L`>L+FV`>V第61頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二進料熱狀況對進料板上、下各流股的影響對于泡點進料。由于原料液的溫度與板上液體的溫度相近，因此原料液全部進入提餾段，作為提餾段的回流液，而兩段上升蒸氣流量則相等。L`=L+FV`=V第62頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二進料熱狀況對進料板上、下各流股的影響氣液混合物進料，則進料中液相部分成為L‘的一部分，而蒸氣部分則成為V的一部分。L<L’<L+FV’<V第63頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二進料熱狀況對進料板上、下各流股的影響飽和蒸氣進料。整個進料變?yōu)閂的一部分，而兩段的液體流量則相等，L=L‘V=V’+F第64頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二進料熱狀況對進料板上、下各流股的影響過熱蒸氣進料，此種情況與冷液體進料的恰好相反，精餾段上升蒸氣流量包括以下三部分：提餾段上升蒸氣流量；原料液流量；為將進料溫度降到板上溫度，必然會有一部分來自精餾段的回流液體被氣化，氣化的蒸氣量也成為中的一部分。由于這部分液體的氣化，故下降到提餾段中的液體量將比精餾段的少，其差額即為氣化的那部分液體量。

L‘<LV>V’第65頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二總物料衡算式為:F+L+V’=V+L’總熱量衡算式為：

FiF+Li+V’I’=VI+L’I’+熱損失對進料板分別作總物料衡算及熱量衡算第66頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二忽略設(shè)備的熱損失及相鄰兩塔板間汽、液流各自的的變化和組成變化，則：i≈i‘、I≈I‘，熱損為零

FiF+Li+V’I=VI+L’I

F（I–iF）=（L’-L）（I–i）

第67頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

L’=L+q?F

V’=V-（1-q）Fq值的大小反映了進料的熱狀況，稱為進料的熱狀況參數(shù)。進料的熱狀況不同，q值不同，對塔內(nèi)物料變化的影響不同。第68頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二不同熱狀況下的q線第69頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二五種不同進料狀況總結(jié)第70頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二三、理論板層數(shù)的求法1、理論板的概念所謂理論板是指離開這種板的氣液兩相互成平衡，而且塔板上的液相組成也可視為均勻一致的。例如，對任意層理論板n而言，離開該板的液相組成yn與氣相組成xn符合平衡關(guān)系。第71頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2、逐板計算法計算依據(jù)氣液平衡關(guān)系操作關(guān)系－－精餾段操作線方程、提餾段操作線方程計算條件塔頂采用全凝器；塔頂回流液體在泡點溫度下回流入塔；塔釜（再沸器）采用間接蒸汽加熱，再沸器相當于一層理論板。第72頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二計算步驟塔頂餾出液ｘＤ與上升蒸氣ｙ１相同，即：ｙ１=ｘＤ＝已知值離開理論板的氣液兩相組成是互成平衡的，故可由y1用氣液平衡方程求得x1。第二層塔板的上升蒸汽組成y2與第一層塔板下降液體組成x1符合精餾段操作線關(guān)系，故利用精餾段操作線方程可由x1求得y2，即如此重復計算，直至計算到xn≤xF（僅指泡點進料的情況）時。第n層理論板是進料板，精餾段所需理論板數(shù)為（n-1）。第73頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二此后，使用提餾段操作線方程和平衡方程，繼續(xù)采用上述方法進行逐板計算，直至計算到≤xW為止。因再沸器相當一塊理論板，故提餾段所需理論板數(shù)（m-1）。第74頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二3、圖解法：在x-y坐標圖上畫出平衡曲線和對角線。畫精餾段操作線。畫ｑ線。畫提餾段操作線。畫直角梯級。從a點開始，在精餾段操作線與平衡線之間作直角梯級，當梯級跨過兩操作線交點d點時，則改在提餾段操作線與平衡線之間作直角梯級，直至梯級的垂線達到或跨過c點為止。應該指出：當梯級跨過兩操作線交點d時，此梯級為進料板，即為適當?shù)倪M料位置。此時對一定的分離任務而言，如此作圖所需理論板數(shù)為最少。第75頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二五、實際塔板數(shù)和板效率由于氣、液兩相在塔板上的接觸時間有限，使得離開塔板的氣相與液相，一般不能達到平衡狀態(tài)，即每一層塔板實際上起不到一層理論板的作用。因此，在指定條件下在指定條件下進行精餾操作所需要的實際板數(shù)N較理論板數(shù)NT為多。NT與N之比稱為塔板效率ET，即：

單板效率第76頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二回流比回流的作用

1、向塔內(nèi)提供一定數(shù)量的液流；

2、向塔內(nèi)提供了易揮發(fā)組分，維持塔內(nèi)的穩(wěn)定操作。

精餾操作中，回流是構(gòu)成氣液兩相接觸傳質(zhì)、使原料液中各組分進行高純度分離的必要條件，而回流皆大小則是影響精餾塔設(shè)備費和操作費的重要因素。

回流包括：塔頂液相回流和塔底氣相回流。第77頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二回流比對精餾操作的影響一、回流比R與理論塔板數(shù)NT的關(guān)系

R增大，L增大，D下降，對生產(chǎn)不利，但R增大，操作線的斜率減小，操作線往對角線上靠，每塊板的提濃能力提高，完成相同的分離要求，所需的NT減少，對生產(chǎn)有利?；亓鞅扔袃蓚€極限值，一是全回流，二是最小回流比。第78頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二二、全回流與最少理論塔板數(shù)Nmin全回流的特點是：F=0，D=0，W=0，R=∞，在(x-y)圖上兩條操作線合二為一，且與對角線重合。

全回流的操作線方程為

yn+1=xn

對于完成同樣的分離任務而言，全回流時所需的理論塔板數(shù)為最少。

全回流操作主要用于精餾塔的開工階段、調(diào)試或?qū)嶒炑芯康确矫妗?/p>

全回流即回流比R=∞，是所取回流比的上限。第79頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二

三、最小回流比Rmin

1、最小回流比Rmin的概念當回流比R減至某一數(shù)值時，兩條操作線的交點d落在平衡曲線上，這時所需的理論板數(shù)為無窮多，故稱此時的回流比為最小回流比.

又因此時d點前后各板上氣液兩相組成無變化，即無增濃作用，所以也稱此區(qū)為恒濃區(qū)(或稱挾緊區(qū))，d點稱為挾緊點，顯然，最小回流比是回流比的下限。

第80頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二2、最小回流比Rmin的求?、僮鲌D法：

*正常平衡曲線：

*不正常平衡曲線：當回流比減少至某一值時，操作線與平衡線先相切一點，故操作線的斜率：第81頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二②計算法：正常平衡曲線

精餾段操作線與q線交點落在平衡線上，故：

對于不同的進料狀態(tài)，q、xq不同，可進一步簡化。

不正常平衡曲線

最小回流比的計算只能通過求操作線的斜率第82頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二適宜回流比的選擇

Rm＜R宜＜全回流可通過經(jīng)濟核算來選擇

*操作費用操作費用由全凝器冷卻水用量和再沸器加熱蒸汽消耗量二項組成。此二項費用取決于上升蒸汽量，D一定，V增加，回流比R增加，操作費用增加。

*設(shè)備折舊費用設(shè)備折舊費包括精餾塔、冷凝器、再沸器等設(shè)備投資乘折舊率估算R宜=（1.2~2）Rm第83頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二連續(xù)精餾裝置的熱量衡算

本節(jié)計算內(nèi)容：冷卻水和加熱蒸汽的消耗量全塔熱量衡算加熱蒸汽帶入的熱量QB

進料帶入的熱量QF回流液帶入的熱量QR

塔頂蒸汽帶出的熱量QV

塔底產(chǎn)品帶出的熱量QW熱損失QL

對于穩(wěn)定過程，輸入的熱量＝輸出的熱量

QB+QF+QR=QV+QW+QL第84頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二塔頂冷卻水消耗量的計算塔頂蒸汽帶入的熱QV

；冷卻水帶入的熱Ql；冷凝液帶出的熱QL+D；冷卻水帶出的熱Q2；熱損Q損；

Qv+Ql=QL+D+Q2+Q損

VIV+GCP水t1=（L+D）IL+GCp水t2V=L+D=D（R+1）IV-IL=rQ損=0第85頁，共92頁，2023年，2月20日，星期二塔底加熱蒸汽消耗量的計算塔底液流帶入的熱QD；加熱蒸汽帶入的熱Q1；回流汽帶出的熱QV；加熱蒸汽帶出的熱Q2；殘液帶出的熱QW；熱損Q損。

QD+Q1=QV+Q2+Q