第10章-蒸餾-課件

Chap10蒸餾用普通蒸餾法蒸餾乙醇水溶液distillation1油田開(kāi)采出來(lái)的是原油，如何將原油加工成汽油、煤油、柴油、重油呢？釀酒廠釀制出了原酒，如何將粗酒加工成600的白酒呢？Chap10蒸餾2

利用各組分揮發(fā)度的差異將均相液體混合物加以分離的單元操作一、什么是蒸餾？

蒸發(fā)和冷凝合起來(lái)就是蒸餾Chap10蒸餾3例：乙醇水體系的蒸餾分離乙醇水加熱汽相:醇富集液相:水富集冷凝冷卻乙醇產(chǎn)品廢水Chap10蒸餾4二、什么是精餾？多次的蒸餾便叫精餾。Chap10蒸餾（Rectification）三、蒸餾過(guò)程的分類簡(jiǎn)單蒸餾按蒸餾方式：平衡蒸餾

精餾

按物系的組分?jǐn)?shù)雙組分蒸餾多組分蒸餾5常壓蒸餾按操作壓力：加壓蒸餾減壓（真空）蒸餾Chap10蒸餾間歇蒸餾連續(xù)蒸餾按操作方式：普通蒸餾特殊蒸餾按分離難易：四、蒸餾操作的費(fèi)用主要費(fèi)用：加熱和冷卻費(fèi)用，即能耗大。6§10.1

二元物系的汽液相平衡雙組分物系汽液相平衡時(shí)，所涉及的變量有：溫度t、壓力P、汽相組成y、液相組成x共4個(gè)。7一、理想物系的汽液相平衡

1.理想溶液

在全部濃度范圍內(nèi)都服從拉烏爾定律的溶液在組分A、B組成的理想溶液中，則有：

§10.1

二元物系的汽液相平衡8

只有物性和結(jié)構(gòu)相似，且分子大小也相近的物系才符合拉烏爾定律，如苯－甲苯、甲醇－乙醇、烴類同系物組成的溶液等等

純組分A純組分B§10.1

二元物系的汽液相平衡9——泡點(diǎn)方程

僅與溫度t有關(guān)，可采用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或用安托因（Antoine）方程進(jìn)行推算——露點(diǎn)方程§10.1

二元物系的汽液相平衡10在一定壓力下，t與x、y一一對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)溫度-組成圖兩線三區(qū)兩條線：飽和蒸汽線（氣相線、露點(diǎn)線、

yA~t

關(guān)系曲線）

飽和液體線（液相線、泡點(diǎn)線、

xA~t

關(guān)系曲線）三個(gè)區(qū)域：過(guò)冷液體區(qū)（液相區(qū)）

氣、液共存區(qū)（兩相區(qū)）

過(guò)熱蒸汽區(qū)（氣相區(qū)）§10.1

二元物系的汽液相平衡11●●●沸點(diǎn)（boilingpoint

）●●泡點(diǎn)（bubblepoint

）x越大，易揮發(fā)組分的含量越高，泡點(diǎn)溫度越低。

●●露點(diǎn)（dewpoint

）y越大，易揮發(fā)組分含量越高，露點(diǎn)溫度越低。

§10.1

二元物系的汽液相平衡12杠桿原理：

液相量L1=汽相量L2露點(diǎn)線一定在泡點(diǎn)線上方?！?0.1

二元物系的汽液相平衡一定組成下的露點(diǎn)溫度高于泡點(diǎn)溫度成平衡的汽液兩相的溫度相等，且y>x13y-x

相圖對(duì)角線y=x為輔助曲線相平衡曲線偏離對(duì)角線越遠(yuǎn)越容易分離

x~y曲線上各點(diǎn)具有不同的溫度

相平衡曲線必落在對(duì)角線的上方；因?yàn)閥x

§10.1

二元物系的汽液相平衡14----相對(duì)揮發(fā)度§10.1

二元物系的汽液相平衡通常定義易揮發(fā)組分揮發(fā)度與難揮發(fā)組分揮發(fā)度之比

15

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)。二、揮發(fā)度和相對(duì)揮發(fā)度（一）揮發(fā)度v對(duì)于純液體=p0對(duì)于混合液中的某一組分:§10.1

二元物系的汽液相平衡16對(duì)于理想溶液（二）相對(duì)揮發(fā)度α（通常x、y指易揮發(fā)組分）對(duì)理想溶液：§10.1

二元物系的汽液相平衡17§10.1

二元物系的汽液相平衡181.影響相對(duì)揮發(fā)度的因素：溫度升高，α略有減小，但變化不大。加壓，溫度升高，α略有減小，可利用較低品味的冷卻劑使蒸汽冷凝，或便于利用蒸汽冷凝時(shí)熱量減壓，溫度降低，α略有增大，但利用減壓蒸餾主要是降低溫度后可減少熱敏物料降解或聚合的損失?！?0.1

二元物系的汽液相平衡（加壓蒸餾的原因）。平均相對(duì)揮發(fā)度αm19

2.α的物理意義

氣相中兩組分組成之比是液相中兩組分組成之比的倍數(shù)

α標(biāo)志著分離的難易程度:

§10.1

二元物系的汽液相平衡時(shí)，

組分A較B易揮發(fā)，可以用蒸餾方法分離時(shí)，揮發(fā)度差異愈大，平衡線愈遠(yuǎn)離對(duì)角線，愈有利于蒸餾操作。

時(shí)，不能用普通蒸餾的方法分離混合液。

α可作為混合液能否用蒸餾方法分離以及分離難易程度的判據(jù)。20三、非理想溶液的汽液相平衡§10.1

二元物系的汽液相平衡21t-xt-y極大正偏差溶液：正偏差溶液：x=0.894，最低恒沸點(diǎn)，78.15℃§10.1

二元物系的汽液相平衡22

2．負(fù)偏差溶液§10.1

二元物系的汽液相平衡極大負(fù)偏差溶液：有最高恒沸物t-xt-y負(fù)偏差溶液：x=0.383，最高恒沸點(diǎn)，121.9℃23§10.1

二元物系的汽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)。24§10.2

蒸餾方式一、簡(jiǎn)單蒸餾1.流程2.特點(diǎn)①間歇、不穩(wěn)定；②分離程度不高蒸餾方式25y>x，x由xF

降至xE，釜內(nèi)溶液的沸點(diǎn)溫度不斷升高，y隨之不斷降低。t/Cx(y)01.0露點(diǎn)線泡點(diǎn)線xAyAxF簡(jiǎn)單蒸餾是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，并不簡(jiǎn)單！又名微分蒸餾(differentialdistillation)3.原理xE§10.2

蒸餾方式263個(gè)未知數(shù)3．物料衡算(1)宏觀物料衡算：

（2）微分物料衡算式：§10.2

蒸餾方式2個(gè)方程27Wx=(W-dW)(x-dx)+ydW1個(gè)方程又§10.2

蒸餾方式28若操作范圍內(nèi)平衡線可近似地看作直線

若平衡線為過(guò)原點(diǎn)的直線，若平衡關(guān)系不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)式表示，可以應(yīng)用圖解積分或數(shù)值積分。§10.2

蒸餾方式292.流程二、平衡蒸餾1.定義液體一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝，形成汽液兩相，并達(dá)到平衡，然后將兩相分開(kāi)的蒸餾操作。閃蒸是平衡蒸餾的典型應(yīng)用。

3.特點(diǎn)①連續(xù)、穩(wěn)定；②分離程度不高§10.2

蒸餾方式304.§10.2

蒸餾方式原理313個(gè)未知數(shù)2個(gè)方程5．平衡蒸餾的計(jì)算§10.2

蒸餾方式定義：液相分率32§10.2

蒸餾方式又——汽液相平衡組成的關(guān)系

在x-y圖上，代表通過(guò)點(diǎn)（xF，

xF）且斜率為

的直線。

兩式聯(lián)立求yD、xW33思考：在操作壓力、原料相同的條件下(x1=xF)，若平衡蒸餾的操作溫度與簡(jiǎn)單蒸餾的最終溫度相同，則簡(jiǎn)單蒸餾與平衡蒸餾相比：分離效果如何？產(chǎn)品量孰大？答：簡(jiǎn)單蒸餾分離效果好，但產(chǎn)量小。簡(jiǎn)：平：§10.2

蒸餾方式34討論：1.平衡蒸餾及簡(jiǎn)單蒸餾產(chǎn)生的汽液相組成服從§10.2

蒸餾方式2.蒸餾時(shí)各股物料和各組分還應(yīng)滿足汽液相平衡關(guān)系，這是蒸餾計(jì)算的基礎(chǔ)。故蒸餾計(jì)算最基本的兩個(gè)關(guān)系就是汽液相平衡關(guān)系和物料衡算。

物料衡算關(guān)系。3.平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾均不能實(shí)現(xiàn)高純度的分離，因?yàn)槠胶庹麴s只經(jīng)過(guò)一次部分汽化，簡(jiǎn)單蒸餾為間歇過(guò)程，頂部蒸汽組成隨釜液組成的降低而降低，得不到高純度的頂部產(chǎn)品，雖然可得到高純度的底部產(chǎn)品，但其量很小。

35三、平衡級(jí)和精餾原理

使不平衡的汽液兩相（汽相溫度高、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)，汽液兩相在傳熱、傳質(zhì)方面均達(dá)到了平衡1．平衡級(jí)定義

又稱接觸級(jí)

x0t0L飽和液相飽和汽相y0T0VT0>t0yVtxLtB

A(理論板）§10.2

蒸餾方式即汽、液兩相的溫度相同、組成互呈平衡362．精餾原理及設(shè)備

（1）精餾原理液體混合物經(jīng)過(guò)多次部分汽化后可變?yōu)楦呒兌鹊碾y揮發(fā)組分

§10.2

蒸餾方式A37

B§10.2

蒸餾方式汽體混和物經(jīng)過(guò)多次部分泠凝后可變?yōu)楦呒兌鹊囊讚]發(fā)組分

38多次部分汽化和多次部分冷凝（1）收率低；（2）設(shè)備龐雜，能量消耗大。

精餾是多次部分汽化與多次部分冷凝的聯(lián)合操作§10.2

蒸餾方式39平衡級(jí)平衡級(jí)平衡級(jí)

精餾是經(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。利用回流手段，

進(jìn)料釜液餾出液精餾段提餾段冷凝器再沸器§10.2

蒸餾方式401）塔頂液相回流和塔釜上升蒸汽流是保證精餾過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定操作的必要條件。2）塔板——中間再沸器和中間部分冷凝器

易揮發(fā)組分由液相向汽相傳遞，難揮發(fā)組分由汽相向液相傳遞

§10.2

蒸餾方式41每板溫度:∴

Ex:精餾塔精餾段內(nèi)相鄰兩理論板，離開(kāi)上板汽相的露點(diǎn)溫度為t1，液相的泡點(diǎn)溫度為t2，離開(kāi)下板汽相的露點(diǎn)溫度為t3，液相的泡點(diǎn)溫度為t4，按從大到小的順序?qū)?個(gè)溫度排列。t4t3t2t1=>=§10.2

蒸餾方式423）加料板的確定：當(dāng)某板的濃度與原料液的濃度相同或相近時(shí)，原料液就由該板進(jìn)入。

4）精餾：將由揮發(fā)度不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中同時(shí)多次進(jìn)行部分氣化和部分冷凝，使其分離成幾乎純態(tài)組分的過(guò)程。5）精餾是傳質(zhì)和傳熱的過(guò)程。其結(jié)果:A氣相部分冷凝,使其中難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入到液相中；B氣相冷凝放出潛熱傳給液相,使其部分氣化,其中的部分易揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入到氣相,結(jié)果:xn<xn-1,yn>yn+1?！?0.2

蒸餾方式

6）理論板:yn與xn服從氣-液平衡關(guān)系：yn=f(xn)437）塔頂冷凝器的作用:獲得塔頂產(chǎn)品及保證有適宜的液相回流。

塔底再沸器的作用:提供一定量的上升蒸氣流。在相同條件下，理論板具有最大的分離能力，是塔分離的極限。§10.2

蒸餾方式8）精餾段:加料板以上的塔段。完成上升蒸氣輕組分精制。提餾段：加料板及其以下的塔段。完成下降液體重組分提濃。443.精制塔與提餾塔沒(méi)有提餾段的精餾塔若為間歇加料，操作不穩(wěn)定，但可以從塔頂和塔底得到兩種純組分;若為連續(xù)加料，操作穩(wěn)定，卻只能從塔頂獲得一種純產(chǎn)品。（1）

精制塔§10.2

蒸餾方式45（2）

提餾塔（回收塔）塔頂蒸氣冷凝后往往不回流，全部作為產(chǎn)品送出。應(yīng)用：

a回收稀溶液中有價(jià)值或有害于環(huán)境的輕組分；b

物系在低濃度下的相對(duì)揮發(fā)度較大，不用精餾段亦可達(dá)到必要的餾出液濃度時(shí)§10.2

蒸餾方式46D,xDW,xWF,xF§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目：塔頂（或塔底）產(chǎn)量和組成塔內(nèi)物流量回流量塔板數(shù)或填料層高度進(jìn)料位置塔徑冷凝器、再沸器熱負(fù)荷47塔頂采出率塔底采出率F,xFD,xDW,xWF、D、W——kmol/hxF、xD、xW——摩爾分率塔頂易揮發(fā)組分回收率塔底難揮發(fā)組分回收率一、全塔物料衡算§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算48F，xF

，xW

一定，xD值越大，D值就越小。提高產(chǎn)品品質(zhì)是以降低產(chǎn)品產(chǎn)率為代價(jià)的。例1.某二元物系，原料液濃度xF=0.42，連續(xù)精餾分離得塔頂產(chǎn)品濃度xD=0.95。已知塔頂產(chǎn)品中易揮發(fā)組分回收率η=0.92，求塔底產(chǎn)品濃度xw。以上濃度皆指易揮發(fā)組分的摩爾分率。解：η＝DxD/FxFD/FW/F=1-D/F可求§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算49D,xDW,xWF,xF二、精、提餾段物料衡算計(jì)算前提：兩個(gè)簡(jiǎn)化假定理論板假定恒摩爾流假定§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算50對(duì)整個(gè)精餾塔,每層板上升蒸汽摩爾流率相等，每層板下降液體摩爾流率相等。恒摩爾流假設(shè)V1=V2=……=Vn=VV1’=V2’=……Vm’=V’L1’=L2’=……Lm’=L’恒摩爾流假設(shè)成立的條件（1）各組分的摩爾氣化潛熱近似相等，即rA≈rB

；（2）氣相和液相因溫度不同而交換的顯熱可忽略不計(jì)

；（3）塔設(shè)備保溫良好，熱損失可忽略。精餾過(guò)程屬等摩爾反向擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程。L0=L1=L2=……Ln=L§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算51氣體通過(guò)全凝器時(shí)組成保持不變，只是相態(tài)發(fā)生變化§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算52nxn

yn+1

精餾段操作線方程的物理意義:在一定的操作條件下，精餾段內(nèi)自任意第n層塔板下降的液相組成xn與其相鄰的下一層塔板上升的蒸汽組成yn+1之間的關(guān)系。為直線，過(guò)對(duì)角線上點(diǎn)(xD，xD)斜率：R/(R+1)=L/V截距：xD/(R+1)§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算53

操作線斜率大，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。故操作線斜率大對(duì)精餾段的分離有利。汽相增濃程度液相減濃程度操作線斜率對(duì)精餾的影響§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算54

2．提餾段操作線方程§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算55斜率小，提餾段內(nèi)塔板的分離能力高。

提餾段操作線方程的物理意義: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xm與其相鄰的下一層塔板上升的蒸汽組成ym+1之間的關(guān)系.§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算563.進(jìn)料熱狀況的影響及q

線方程(1)過(guò)冷液體(2)飽和液體（泡點(diǎn)進(jìn)料）(3)氣液混合(4)飽和蒸汽（露點(diǎn)進(jìn)料）(5)過(guò)熱蒸汽液相分率§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算57FLV’L’V冷液進(jìn)料泡點(diǎn)進(jìn)料VFLV’L’FqF(1-q)FLV’L’V汽液混合進(jìn)料§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算58FLV’L’V過(guò)熱蒸汽進(jìn)料FLV’L’V飽和蒸汽進(jìn)料§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算59對(duì)加料板作總物料衡算和熱量衡算：§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算60五種進(jìn)料狀況q線方程兩操作線交點(diǎn)的軌跡方程（進(jìn)料方程）§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算61由精餾段和提餾段操作線方程直線、過(guò)點(diǎn)（xF、xF）、斜率§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算62f1f2f3f4f5兩操作線的交點(diǎn)一定位于q線上精餾段操作線與q線的交點(diǎn)必為提餾段操作線上一點(diǎn)由該點(diǎn)和點(diǎn)（xW、xW）可得提餾段操作線§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算63過(guò)冷液體：

q>1,

，ef1（）飽和液體：

q=1,

，ef2（↑）汽液混合物

：0<q<1,

，ef3（）飽和蒸汽：q=0,，ef4

（←）過(guò)熱蒸汽：q<0,，ef5（）進(jìn)料狀況的影響：影響到提餾段傳質(zhì)推動(dòng)力，影響到再沸器的熱負(fù)荷，

§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算q↑，提餾段推動(dòng)力↑q↑，V’↑，再沸器熱負(fù)荷↑64三、理論塔板數(shù)N

的計(jì)算理論板數(shù)的求取方法逐板計(jì)算法圖解法（繪梯級(jí)法）捷算法§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算65F,xFD,xDW,xWyWm-112nx1x2xnxm-1y2y1ym-1

1.逐板法xn~yn符合平衡關(guān)系：塔頂設(shè)全凝器，泡點(diǎn)回流。yn+1~xn符合操作關(guān)系：精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：

（實(shí)質(zhì)為交替使用平衡方程和操作線方程）§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算66塔頂全凝器精餾段：(xd兩操作線交點(diǎn)的橫坐標(biāo),僅當(dāng)飽和液體進(jìn)料時(shí)為xF,其它情況下需聯(lián)立兩操作線方程求解）§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算67精餾段（n-1）塊板，第n塊為加料板（加料板包括在提餾段內(nèi)）。全塔理論板數(shù)：N-1提餾段理論板數(shù)：N-1-（n-1）=N-n（再沸器相當(dāng)于一塊理論板）提餾段：

§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算68

[例]

常壓下用連續(xù)精餾塔分離含苯44%的苯一甲苯混合物.進(jìn)料為泡點(diǎn)液體，進(jìn)料流率取100kmol/h為計(jì)算基準(zhǔn)。要求餾出液中含苯不小于94%.釜液中含苯不大于8%(以上均為摩爾百分率).設(shè)該物系為理想溶液．相對(duì)揮發(fā)度為2.47.塔頂設(shè)全凝器，泡點(diǎn)回流，選用的回流比為3.試計(jì)算精餾塔兩端產(chǎn)品的流率及所需的理論塔板數(shù)。

分析：求D、W、N§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算69D＝41.86kmol/h;W=58.14kmol/h精餾段操作方程：

提餾段操作方程：

相平衡方程:§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算70y1=xD=0.94由塔頂開(kāi)始計(jì)算，∴第5板為進(jìn)料板精餾段有4塊理論塔板§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算71所求的總塔板數(shù)為9塊（包括再沸器）

∴Note:也可從塔底算起，特別是求從塔底算起某塊板的汽液組成時(shí)計(jì)算機(jī)求解§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算72

(1)作出精、提操作線、q線；

(2)從(xD,xD)開(kāi)始在平衡線和精餾段操作線之間畫(huà)階梯，當(dāng)梯級(jí)跨過(guò)點(diǎn)d時(shí)，就改在平衡線和提餾段操作線之間畫(huà)階梯，直至梯級(jí)跨過(guò)點(diǎn)(xW,xW)為止；2.圖解法麥卡勃-蒂列（Mccabe-Thiele）法，簡(jiǎn)稱M-T法§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算73

(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?！?0.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算74一個(gè)梯級(jí)代表一塊理論板§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算75D,xDW,xWF,xF最佳位置進(jìn)料若加料過(guò)早或過(guò)晚，所需理論板數(shù)均增加進(jìn)料熱狀況對(duì)理論板數(shù)的影響q增大則理論板數(shù)減少§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算76四、回流比的影響及選用（1）回流比R對(duì)理論板數(shù)NT的影響（2）回流比對(duì)設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)的影響1.回流比R對(duì)精餾操作的影響§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算77§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算782．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)的回流比圖解法、解析法通常為加料板上下區(qū)域§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算79當(dāng)為泡點(diǎn)液體進(jìn)料時(shí)，xe=xF若為飽和蒸汽進(jìn)料，ye=xF

解析法Rmin與相平衡關(guān)系、進(jìn)料狀況、分離要求有關(guān)若為汽液混合物進(jìn)料§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算(xe

，ye)為q線與平衡線的交點(diǎn)。80不同平衡線形狀的最小回流比恒濃區(qū)在精餾段

恒濃區(qū)在提餾段

（注意利用切線的斜率）§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算81

當(dāng)操作中選用的回流比小于最小回流比時(shí)，塔仍能操作D,xDW,xWF,xF

但xD減小，xW增加3.

全回流和最少理論板數(shù)Nmin§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算82全回流時(shí)D=0，W=0，F(xiàn)=0，全塔無(wú)精餾段與提餾段之分，操作線方程式為yn+1=xn所需的理論板層數(shù)為最小，以Nmin

表示?！?0.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算83Nmin的求取方法：逐板法、圖解法逐板法:操作線：平衡線：第1塊板：全凝器或則§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算84第2塊板：NT塊板后§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算85α相差不大時(shí)：（包括再沸器）從而可確定進(jìn)料板位置§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算86全回流意義：全回流時(shí)無(wú)產(chǎn)品，故其生產(chǎn)能力為零，可見(jiàn)它對(duì)精餾塔的正常操作無(wú)實(shí)際意義，但全回流對(duì)精餾塔的開(kāi)工階段，或調(diào)試及實(shí)驗(yàn)研究具有實(shí)際意義。圖解法求Nmin§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算87五、塔板效率與實(shí)際塔板數(shù)1．單板效率EmV、EmL

默弗里（Murphree）板效率

nxn-1yn+1ynxn§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算88說(shuō)明：（2）EmV(n)和EmL(n)一般不相等

（1）全回流時(shí)，

（3）一般情況單板效率小于1，特殊情況它們會(huì)大于1，通常出現(xiàn)在塔徑較大的精餾塔中?！?0.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算892.全塔效率E0

（總板效率）其值一定小于1，多數(shù)在0.5～0.7之間。3.單板效率Em與全塔效率E0的關(guān)系

E0與Em數(shù)值上不一定相等；

E0大，則表明Em一定大?！?0.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算N、Ne不包括再沸器90

Em大，E0不一定大，因?yàn)榘搴桶逯g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。（1）物性參數(shù)：主要為汽液兩相的物性如密度、粘度、表面張力、相對(duì)揮發(fā)度、擴(kuò)散系數(shù)等；（2）塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)：主要為塔板的結(jié)構(gòu)如塔板型式、板間距、板上開(kāi)孔和排列情況等；（3）操作參數(shù)：汽、液相的流速、溫度、壓力等。4.影響塔板效率的因素§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算91N、Nmin均包括再沸器在內(nèi)其中該式的適用范圍為X=0.1～0.5注意：六、理論板數(shù)的捷算法§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算92進(jìn)料釜液餾出液全凝器再沸器七、關(guān)于二元連續(xù)精餾的其它流程1．塔頂設(shè)有分凝器2．冷液回流3．直接蒸汽加熱流程4．多股加料和側(cè)線出料流程

5．

精制塔或回收塔流程§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算93汽相液相1．塔頂設(shè)有分凝器yD與xL滿足相平衡關(guān)系，故分凝器相當(dāng)于一塊理論板?！韵屡c全凝器相同§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算分凝器全凝器94§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算952．冷液回流§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算96

冷回流使塔內(nèi)回流量增大，對(duì)精餾過(guò)程有利；冷回流操作使塔頂移取的熱量多，相應(yīng)地需要再沸器提供的熱量多，能耗增加。

說(shuō)明：3.直接蒸汽加熱流程適用范圍：水溶液，且水是難揮發(fā)組分F

xFWDV0L’V’§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算全塔物料衡算：F+V0=D+W

97操作線：精餾段：提餾段：與普通精餾塔相同物料衡算（恒摩爾流動(dòng)）總物料

易揮發(fā)組分：

—直接加熱時(shí)提餾段操作線方程§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算98

過(guò)橫軸上的點(diǎn)（xw,0）,而非（xw,xw）§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算99討論：

當(dāng)

相同時(shí)，兩種加熱方式比較間接蒸汽加熱

直接蒸汽加熱

W

W

NTNT

==<

><

直接蒸汽加熱所需理論板數(shù)比間接蒸汽加熱的多，因?yàn)橹苯诱羝南♂屪饔茫市柙龆嗬碚摪鍞?shù)來(lái)回收易揮發(fā)組分。§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算100優(yōu)點(diǎn)：可以用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的塔釜鼓泡器代替造價(jià)昂貴的再沸器，且需要的加熱蒸汽壓力較低；缺點(diǎn)：需要的理論板數(shù)略有增多、

塔釜排出更多的廢液。F1q1xF1F2q2xF2DxD?ПШWxW4.多股加料和側(cè)線出料流程（1）多股加料§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算101兩股進(jìn)料將塔分成三段，得三個(gè)操作線方程第一段：第二段：第三段：§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算102011ⅠⅢⅡRmin：夾緊點(diǎn)對(duì)理想溶液可能出現(xiàn)在q1或q2線與平衡線的交點(diǎn)上（各段操作線斜率：Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ），對(duì)高度非理想溶液可能出現(xiàn)在其他位置。（2）側(cè)線出料全塔物料衡算：F=D1+D2+W

易揮發(fā)組分衡算：

F

xF=D1xD1+D2xD2

+WxW§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算103ⅠⅢⅡF,xF,qD1,xD1D2,xD2W,xW操作線：Ⅰ段：Ⅱ段：泡點(diǎn)采出：

Ⅲ段：

§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算104011ⅠⅢⅡ

Rmin：夾緊點(diǎn)對(duì)理想溶液可能出現(xiàn)在q線與平衡線的交點(diǎn)上（第一段斜率大于第二段斜率），對(duì)高度非理想溶液可能出現(xiàn)在其他位置。特點(diǎn)：1.

塔段數(shù)（或操作線數(shù)）=塔的進(jìn)出料數(shù)-12.各段內(nèi)上升蒸汽摩爾流量及下降液體摩爾流量分別各自相同3.精、提操作線方程不變§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算1055.最小回流比為不同位置處求得的最小回流比的較大者4.兩股進(jìn)料之間的操作線方程可通過(guò)虛線范圍內(nèi)的物料衡算得到§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算106分凝器流程舉例例1苯、甲苯兩組分混合物用如圖所示的釜進(jìn)行常壓連續(xù)蒸餾加以分離（無(wú)塔板），原料直接加入釜中，進(jìn)料量為100kmol/h，其組成x苯=0.7，要求得到組成為0.8的塔頂產(chǎn)品（以上均為摩爾分率）。塔頂用一分凝器，其中50%的蒸汽冷凝并返回塔內(nèi)。出分凝器的蒸汽與冷凝液體保持相平衡。問(wèn)塔頂、塔釜產(chǎn)量為多少？已知＝2.46107解分凝器流程舉例108直接蒸汽加熱的回收塔流程舉例例2如圖所示，用有兩塊理論板（包括塔釜）的精餾塔提取水溶液中易揮發(fā)組分，飽和水蒸汽S=50kmol/h由塔底進(jìn)入，加料組成xF=0.2（摩爾分率，下同），溫度為20℃，F(xiàn)=100kmol/h，料液由塔頂加入，無(wú)回流，試求塔頂產(chǎn)品濃度xD及易揮發(fā)組分的回收率。在本題范圍內(nèi)平衡關(guān)系可表示為y=3x，液相組成為x=0.2時(shí)，泡點(diǎn)為80℃，比熱為100kJ/kmol℃，汽化潛熱40000kJ/kmol。S=50kmol/hxF=0.2F=100kmol/h12y=3x20℃109解直接蒸汽加熱的回收塔流程舉例110直接蒸汽加熱的回收塔流程舉例111例3泡點(diǎn)回流，塔釜間接加熱，理想液體第一股加料：F1=10kmol/h,XF1=0.6q1=1第二股加料：F2=5kmol/h,XF2=0.4,q2=0要求：XD=0.99,Xw=0.02求：1)D,W2)R=1時(shí)求第二段操作線3)若α=3Rmin=?解：1)D=7.94kmol/hW=7.06kmol/h多股進(jìn)料舉例1122)在第二段任取一截面，由該截面向上包括全凝器作為衡算范圍：=17.94kmol/h=15.88kmol/h多股進(jìn)料舉例1133)當(dāng)q1線與平衡線相交時(shí)，當(dāng)q2線與平衡線相交時(shí)，多股進(jìn)料舉例114八、精餾塔的熱量衡算1.再沸器的熱負(fù)荷對(duì)再沸器作熱量衡算：

目的：加熱劑與冷卻劑的用量加熱介質(zhì)的消耗量

§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算115對(duì)冷凝器作熱量衡算：冷卻介質(zhì)用量

2.冷凝器的熱負(fù)荷

若用飽和蒸汽加熱，且冷凝液在飽和溫度下排出，則加熱蒸汽消耗量

§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算116

通常QF、QD、QW數(shù)值較小，可忽略不計(jì)

3.全塔熱量衡算§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算117塔板序號(hào)溫度九、精餾塔內(nèi)的溫度分布和靈敏板靈敏板：當(dāng)正在操作中的精餾塔受到某一外界干擾，如回流比、進(jìn)料組成波動(dòng)等，全塔各板的組成和溫度將發(fā)生變化。變化最靈敏的一塊板或相鄰的幾塊板稱為靈敏板。

常用測(cè)量和控制靈敏板溫度保證產(chǎn)品質(zhì)量

靈敏板通?？拷M(jìn)料口§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算118十、填料精餾塔的填料層高度影響HETP的因素：流動(dòng)狀況，物性參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù).等板高度愈小，說(shuō)明填料層的傳質(zhì)分離效果愈好等板高度采用實(shí)驗(yàn)測(cè)定，可用經(jīng)驗(yàn)式估算。式10-38§10.3二元連續(xù)精餾的分析與計(jì)算119習(xí)題課公式：D,xDW,xWF,xF120習(xí)題課例1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）列出提餾段操作線方程。DxD=0.95W,xWFxF=0.45R=1.5Rmin=2.5121設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例解：（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

，則為q線與平衡線的交點(diǎn)122設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例（2）123設(shè)計(jì)型問(wèn)題舉例124例2

一操作中的常壓連續(xù)精餾塔分離某混合液?，F(xiàn)保持回流液量和進(jìn)料狀況（F、xF、q）不變，而減小塔釜加熱蒸汽量，試分析xD、xW如何變化？操作型定性分析舉例解法一：快速分析xD變大xW變大精餾段操作線斜率變大對(duì)分離有利，提餾段操作線斜率變小對(duì)分離有利。125N，與N不變這個(gè)前提相矛盾。故假設(shè)不成立。操作型定性分析舉例解法二：作圖+排除法假設(shè)xD不變、假設(shè)xD變小126至于xW，也用排除法推知，只能變大。操作型定性分析舉例127練習(xí)

一操作中的常壓連續(xù)精餾塔分離某混合液。現(xiàn)保持塔頂餾出液量D、回流比R、進(jìn)料狀況（F、xF、q）不變，而減小操作壓力，試分析xD、xW如何變化？解：128129①精餾段操作線斜率↑，精餾段分離能力↑，餾出液組成xD↑；提餾段操作線斜率↑，提餾段分離能力↓，殘液組成xW↑；若操作線斜率不變，進(jìn)料狀態(tài)不變，并不能說(shuō)明組成不變，此時(shí)應(yīng)綜合全塔情況進(jìn)行判斷；②對(duì)各種情況可觸類旁通；對(duì)流量L、L’、V、V’、D、W可用物料衡算分析其變化趨勢(shì)，而組成xD、xW通常無(wú)法利用物料衡算式判斷，可結(jié)合相圖、操作線斜率的變化情況及塔板數(shù)不變條件進(jìn)行判斷；③在判斷出xD、xW的變化趨勢(shì)后，可用全塔物料衡算進(jìn)行檢驗(yàn)是否正確。130例3操作型計(jì)算如圖所示的精餾塔由一只蒸餾釜及一層實(shí)際板組成。料液由塔頂加入，進(jìn)料熱狀況參數(shù)q=1，xF=0.20（摩爾分率，下同）。今測(cè)得塔頂易揮發(fā)組分的回收率為80%，且xD=0.30，系統(tǒng)相對(duì)揮發(fā)度為3.0。試求：（1）殘液組成xw；（2）該層塔板的液相默弗里板效EmL。

設(shè)蒸餾釜可視為一個(gè)理論板。操作型問(wèn)題舉例q=1，xF=0.20xD=0.30＝80％=3.0131操作型問(wèn)題舉例解：（1）殘液組成xw132y1xFx1yw操作型問(wèn)題舉例（2）該層塔板的液相默弗里板效EmL133操作型問(wèn)題舉例134例4

某連續(xù)操作精餾塔如圖所示，已知料液摩爾組成xF=0.2，料液以飽和液體狀態(tài)直接加入塔釜，塔頂設(shè)全凝器，全塔共兩塊理論板（包括塔釜），塔頂摩爾采出率D/F=1/3，回流比R=1，泡點(diǎn)回流，此條件下物系的相平衡關(guān)系可表示為y=4x，試計(jì)算xW=?操作型問(wèn)題舉例xF=0.2D/F=1/3R=1飽和液體135操作型問(wèn)題舉例136說(shuō)明：對(duì)這種xD、xW均未知的操作型問(wèn)題，通常需聯(lián)立

全塔物料衡算式和逐板計(jì)算法求解；2.

若x-y平衡關(guān)系不為直線，逐板計(jì)算法得到的

xD、xW

較復(fù)雜，假設(shè)xD，由全塔物料衡算求出xW，并由逐板計(jì)算法求出xW’，若xW’>xW，則重新假設(shè)較小xD，直至xW’≈

xW。P102：例10-15這時(shí)可