制藥化工原理：第八章 蒸餾

1第八章蒸餾

（Chapter8Distillation）2內(nèi)容綱要（一）概述兩組分溶液的氣液平衡相率拉烏爾定律溫度-組成圖

y-x圖非理想溶液揮發(fā)度與相對揮發(fā)度蒸餾與精餾原理單級分離3精餾原理連續(xù)精餾間歇精餾雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算理論板與恒摩爾流假設(shè)全塔物料衡算精餾段操作線方程提餾段操作線方程進(jìn)料方程理論板數(shù)的計(jì)算內(nèi)容綱要（二）4回流比吉利蘭圖塔高和塔徑精餾塔塔設(shè)備板式塔作業(yè)參考答案內(nèi)容綱要（三）6第一節(jié)概述一、傳質(zhì)過程：物質(zhì)在相內(nèi)或相間轉(zhuǎn)移7第一節(jié)概述8第一節(jié)概述9二、蒸餾目的：分離液體混合物三、分離依據(jù)：各組分的揮發(fā)度不同A——揮發(fā)度大——沸點(diǎn)低——輕組分B——揮發(fā)度小——沸點(diǎn)高——重組分第一節(jié)概述10四、分類簡單蒸餾特殊精餾精餾按操作流程連續(xù)精餾間歇精餾平衡蒸餾(閃蒸)按操作壓強(qiáng)常壓精餾減壓精餾按組分?jǐn)?shù)目兩組分精餾多組分精餾加壓精餾第一節(jié)概述11第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡一、相率：常壓下：雙組分氣液平衡：12第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡1.飽和蒸汽壓2.道爾頓分壓定律:(理想氣體)二、拉烏爾定律：13第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡3.拉烏爾定律：①理想溶液：同溫度下純A的飽和蒸汽壓,Pa同樣：②若氣液均為理想14第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡(平衡時)15第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡例1.苯(A)和甲苯(B)的飽和蒸汽壓和溫度的關(guān)系數(shù)據(jù)如表。利用拉烏爾定律計(jì)算苯－甲苯混合液在P＝101.33kPa下氣液平衡數(shù)據(jù)?？梢暈槔硐肴芤?。溫度℃80.1859095100105110.6,kPa101.3116.9135.5155.7179.2204.2240,kPa40.046.054.063.374.386.0101.316第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡解：以t=85℃為例t℃80.1859095100105110.6x1.0000.7800.5810.4120.2580.1300y1.0000.9000.7770.6330.4560.262017第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡三、溫度-組成圖：飽和液體線飽和蒸氣線液相區(qū)氣液共存區(qū)過熱蒸氣區(qū)AB（泡點(diǎn)線）CE（露點(diǎn)線）D18說明：沸點(diǎn)(泡點(diǎn))不為定值沸點(diǎn)(泡點(diǎn))與露點(diǎn)不等區(qū)別于純液體第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡19四、圖：說明：平衡線多數(shù)在對角線的上方()；平衡線偏離對角線越遠(yuǎn)，越易精餾。第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡20五、非理想溶液：——不符合拉烏爾定律第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡正偏差1.正、負(fù)偏差溶液：負(fù)偏差21第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡222.恒沸液：第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡23恒沸液說明：恒沸液普通精餾時,產(chǎn)品濃度最高為恒沸組成。恒沸點(diǎn)處的氣、液組成一致;第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡24第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡酒精/％(重量)水/％(重量)苯/％(重量)共沸點(diǎn)/℃酒精與水95.574.4378.15苯與水8.8391.1769.25酒精與苯32.467.668.25酒精、苯與水18.57.474.164.853.特殊精餾：①共(恒)沸精餾——加入第三組分，形成新的更低沸點(diǎn)共沸物摩爾分率：0.2280.2330.539原料液+苯苯+乙醇+水0.539+0.228+0.223恒沸精餾塔全凝器苯+乙醇+水0.745+0.217+0.038苯相(20℃時)苯+乙醇+水0.043+0.35+0.607水相(20℃時)苯回收塔苯+乙醇+水(恒沸)乙醇+水(稀溶液)乙醇回收塔水(恒沸)乙醇+水(恒沸)全凝器無水酒精工業(yè)酒精分層器26第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡②萃取精餾無康醛存在時不同康醛濃度時的相對揮發(fā)度20％40％50％60％70％相對揮發(fā)度(苯/環(huán)己烷)0.951.381.862.072.362.70——加入第三組分，改變相對揮發(fā)度271.揮發(fā)度()：平衡時2.相對揮發(fā)度()：若為理想溶液,則第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡六、揮發(fā)度與相對揮發(fā)度：28氣液平衡方程說明：若越大于1,越易精餾；若(恒沸液)時，則不能采用普通精餾。理想溶液

隨溫度變化不大。第二節(jié)雙組分溶液的氣液平衡作業(yè)：P236中習(xí)題(2)。29第三節(jié)蒸餾與精餾原理一、單級分離：301.簡單(微分)蒸餾：——?dú)庖浩胶饨M成不斷變化(非穩(wěn)態(tài)過程)第三節(jié)蒸餾與精餾原理31第三節(jié)蒸餾與精餾原理32第三節(jié)蒸餾與精餾原理2.平衡蒸餾(閃蒸)：——?dú)庖喊l(fā)生一次平衡33第三節(jié)蒸餾與精餾原理閃蒸罐塔頂產(chǎn)品yAxA加熱器原料液

塔底產(chǎn)品

Q減壓閥34第三節(jié)蒸餾與精餾原理35二、精餾原理：缺點(diǎn)：收率低、能耗高第三節(jié)蒸餾與精餾原理36必要條件：塔頂液體回流;塔釜液體部分氣化。第三節(jié)蒸餾與精餾原理溫度依次降低濃度依次升高37第三節(jié)蒸餾與精餾原理38第三節(jié)蒸餾與精餾原理39第三節(jié)蒸餾與精餾原理40第三節(jié)蒸餾與精餾原理41第三節(jié)蒸餾與精餾原理42第三節(jié)蒸餾與精餾原理43三、連續(xù)精餾：加料板以上——精餾段加料板及其以下——提餾段第三節(jié)蒸餾與精餾原理加料位置——與原料液組成相近的板上進(jìn)料44第三節(jié)蒸餾與精餾原理45第三節(jié)蒸餾與精餾原理46四、間歇精餾：——只有精餾段，沒有提餾段第三節(jié)蒸餾與精餾原理47第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算一、理論板與恒摩爾流假設(shè)：理論板——1.理論板：48離開理論板時,氣相的露點(diǎn)等于液相的泡點(diǎn)第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算49第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算502.恒摩爾流假設(shè)：①

②

第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算注：V不一定等于V′，L不一定等于L′

51二、全塔物料衡算：總物料：輕組分：回收率(重)：回收率(輕)：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算52第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算濃度表示法

摩爾分率質(zhì)量分率

摩爾濃度質(zhì)量濃度

摩爾比質(zhì)量比53第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算算例：

以1kgB為基準(zhǔn)：

以1kmol(A+B)為基準(zhǔn)：54例:將15000kg/h含苯40%（質(zhì)量分率）和甲苯60%的溶液，在連續(xù)精餾塔中進(jìn)行分離，要求釜?dú)堃褐泻讲桓哂?%，塔頂餾出液中苯的回收率為97.1%。試求餾出液和釜?dú)堃旱牧髁考敖M成，以摩爾流量和摩爾分率表示。解：進(jìn)料組成：釜?dú)堃航M成：平均分子量：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算55原料液流量：已知：全塔物衡：即：作業(yè)：P237中習(xí)題3和補(bǔ)充習(xí)題。第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算56補(bǔ)充習(xí)題：一精餾塔用于分離乙苯(C8H10)-苯乙烯(C8H8)-混合物，進(jìn)料量為，其中乙苯的質(zhì)量分率為0.6，塔頂乙苯的回收率為79.2%，塔底苯乙烯的回收率為93.7%。試求塔頂、底產(chǎn)品的摩爾流量。()第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算57三、精餾段操作線方程：總物料：輕組分：令：——回流比第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算58第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算59第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算例：在一兩組份連續(xù)精餾塔中，進(jìn)入精餾塔中第n層理論板的氣相組成為0.75，從該板流出的液相組成為0.65(均為摩爾分?jǐn)?shù))，塔內(nèi)氣液比V/L＝2，物系的相對揮發(fā)度為α＝2.5，求(1)從該板上升的蒸汽組成；(2)流入該板的液相組成；(3)回流比R。解:(1)已知和成平衡60第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算(2)求：和滿足精餾段操作線關(guān)系?！叩蜐M足精餾段操作線關(guān)系。61第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算方法二：由第n板的物料衡算可得：(3)∵62四、提餾段操作線方程：總物料：輕組分：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算63第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算64五、進(jìn)料方程：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算1.五種熱狀況：65第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算①

②

③

66第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算④

⑤

672.定量描述：由于：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算68令：和泡點(diǎn)進(jìn)料露點(diǎn)進(jìn)料第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算例題69第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算例：20℃的苯-甲苯原料液,x苯=0.44,求q.已知苯的汽化潛熱為389kJ/kg,甲苯的汽化潛熱為360kJ/kg.解：原料液20℃93℃飽和蒸汽液體93℃顯熱潛熱(1)

潛熱rm:由苯-甲苯的t-x-y圖查得，該條件下tD=93℃70第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算(2)

顯熱r′:在平均溫度

下：返回71例：在常壓操作的連續(xù)精餾塔中分離含甲醇0.4與水0.6（摩爾分率）的溶液，進(jìn)料的熱狀況參數(shù)為1.1，原料液流量為100kmol/h，要求塔頂易揮發(fā)組分的回收率不低于0.94，釜液組成為0.04（以上均為易揮發(fā)組分的摩爾分率），回流比為2.5，試求產(chǎn)品的流量、精餾段和提餾段的操作線方程及提餾段上升的蒸汽流量。假設(shè)氣液相均為恒摩流動。解:(1)第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算72(2)精餾段操作線方程:

(3)提餾段操作線方程:

第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算73(4)另第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算743.q線方程：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算75第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算764.q線對操作線的影響：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算77第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算78作業(yè)：P237中習(xí)題5(改q線方程為y=0.5x+0.15)。例:某連續(xù)精餾操作中，已知操作線方程為：精餾段y=0.723x+0.263；提餾段y=1.25x－0.0187；若原料液于露點(diǎn)溫度下進(jìn)入精餾塔中，試求原料液、餾出液和釜液的組成及回流比。解:①②③第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算79六、理論板數(shù)的計(jì)算：①精餾段：若塔頂為全凝器第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算1.逐板計(jì)算法：已知80第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算81第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算*當(dāng)時則第n層為加料板，即*若非泡點(diǎn)進(jìn)料,則?。ㄅ蔹c(diǎn)進(jìn)料）操作線交點(diǎn)處的液相組成加料板算在提餾段82第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算

若塔頂為分凝器，則分凝器也相當(dāng)于一塊理論板。平衡關(guān)系操作關(guān)系83第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算②提餾段：已知84③總板數(shù)：當(dāng)時，結(jié)束，則(包括加料板)(再沸器)第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算作業(yè)：P237中習(xí)題6。852.梯級圖解法86第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算①步驟：當(dāng)時，在平衡線與精餾段操線間作梯級;當(dāng)時，在平衡線與提餾段操線間作梯級;當(dāng)時，停止作圖。②

873.進(jìn)料位置確定：①原則：使所需的理論板層數(shù)最少

選擇與進(jìn)料組成與溫度相近的塔板作為加料板②方法：平衡線與操作線間的垂直(水平)距離越大，說明該塔板的增濃能力越大。③說明：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算884.分析：①當(dāng)時，——只有精餾段操作線；②當(dāng)時，存在兩條操作線；③當(dāng)時，——只有提餾段操作線；*當(dāng)時，平衡線與精餾段操作線間距離大*當(dāng)時，平衡線與提餾段操作線間距離大第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算89第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算90第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算例：某苯與甲苯的混合原料，苯的摩爾分率為0.4。擬采用精餾塔分離，原料液處理量為100kmol/h。要求塔頂產(chǎn)品含量為0.9，苯的回收率不低于90％，原料預(yù)熱至泡點(diǎn)加入塔內(nèi)。塔頂采用全凝器冷凝，回流比為1.875。已知在操作條件下，物系的相對揮發(fā)度為2.47。求為完成分離任務(wù)所需要的理論板數(shù)及加料位置。解:(1)求D，W

①逐板計(jì)算法：91第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算(2)求精餾段操作線方程92第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算(3)求提餾段操作線方程(4)求相平衡方程由得：93第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算(5)計(jì)算精餾段理論板數(shù)由故第5塊板為加料板94第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算(6)求提餾段理論板數(shù)95②梯級圖解法96

七、回流比：若D=0(通常也有F=0,W=0)操作線：

(即L=V)1.全回流：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算任一塔截面上升蒸汽和下降液體的流量和組成均相等97①求平衡方程：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算98操作線方程：若塔頂為全凝器，則故第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算99氣液平衡方程操作線方程第1板第2板第3板第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算100第板第板(再沸器)第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算101若令第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算102——芬斯克方程——全塔平均相對揮發(fā)度——當(dāng)變化不大時，②全回流說明：為回流比的上限；

對應(yīng)著最少理論板數(shù)。

第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算1032.最小回流比：①分析:(平衡線與操作線越近)當(dāng)四條線交于一點(diǎn)時交點(diǎn)附近板上無增濃作用即恒濃區(qū)(挾緊區(qū))挾緊點(diǎn)第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算104②

的求?。浩渲校旱谒墓?jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算105第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算106③非正常平衡曲線的：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算1073.回流比的選擇：②設(shè)計(jì)時R的選擇：①選擇依據(jù)：總費(fèi)用=操作費(fèi)用+設(shè)備折舊費(fèi)費(fèi)用最低第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算108分析：難分離物系：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算109第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算110③操作時R的調(diào)節(jié)：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算111例：某混合物在一常壓連續(xù)精餾塔進(jìn)行分離。進(jìn)料中輕組分A含量為0.4(摩爾分率),流量為。要求塔頂餾出液中含A為0.9,A的回收率不低于0.9。泡點(diǎn)進(jìn)料，取回流比為最小回流比的1.5倍,塔釜間接蒸汽加熱.且知系統(tǒng)的相對揮發(fā)度為α=2.5。試求(1)塔頂產(chǎn)品流量D,塔底產(chǎn)品流量W及組成;(2)最小回流比;(3)精餾段和提餾段操作線方程;(4)從塔底數(shù)起的第二塊理論板上(塔底可視為第一塊理論板)流下的液體組成;(5)操作時,若第一塊板下降的液體中含苯0.8,求該板的氣相默弗里板效率。第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算112解：（1）第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算113（2）∵泡點(diǎn)進(jìn)料第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算114（3）精操線：提操線：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算115或第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算116（4）又第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算117（5）作業(yè)：P237中習(xí)題8。第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算118補(bǔ)充習(xí)題：在常壓連續(xù)精餾塔中,分離某理想溶液。原料液組成為0.4,塔頂餾出液組成0.95(以易揮發(fā)組分的摩爾分率計(jì))?；亓鞅葹樽钚』亓鞅鹊?.5倍。每kmol原料液變成飽和蒸汽所需的熱量等于原料液的kmol汽化潛熱的1.2倍。操作條件下溶液的平均相對揮發(fā)度為2.0,塔頂采用全凝器。試計(jì)算由第二塊理論板上升的氣相組成(序號自塔頂往下編寫)。第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算119第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算八、吉利蘭圖：生產(chǎn)任務(wù)確定原料確定（不含再沸器）1201.塔板效率：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算九、塔高和塔徑：①*AIChE估算法；

*奧康乃爾關(guān)聯(lián)法:121第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算122第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算123②單板效率EM：第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算（莫弗里效率）氣相：液相：124第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算③說明：*不同板的通常不相等；

*同一板的且。？？*總板效率，但；

圖示125第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算返回126理論板當(dāng)量高度（等板高度）含義:一個等板高度的填料層，它的傳質(zhì)作用相當(dāng)于一層理論塔板的傳質(zhì)作用。

第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算2.塔高計(jì)算：①板式塔：②填料塔：HETP:1273.塔徑計(jì)算：——空塔氣速，——塔內(nèi)上升蒸汽的體積流量，第四節(jié)雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算128第五節(jié)精餾塔一、塔設(shè)備：逐級接觸式微分接觸式(連續(xù))——板式塔——填料塔1.分類2.性能評價：*生產(chǎn)能力；*分離效率；*操作彈性；*氣流阻力。塔器129第五節(jié)精餾塔返回130二、板式塔：第五節(jié)精餾塔131第五節(jié)精餾塔①錯流式：②逆流