液體精餾操作（化工單元操作技術(shù)課件）

液體精餾操作工業(yè)精餾過程認(rèn)知引入：生產(chǎn)和實驗中，常遇到兩種或兩種以上組分組成的均相液體混合物，例：乙醇與水混合液，苯和甲苯混合液等，常需要將組分進(jìn)行分離，選擇什么方法？蒸餾是廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)中的分離方法。案例：德州實華化工乙醇生產(chǎn)車間排放的廢水不達(dá)標(biāo)，其中含有10%的乙醇，按照生產(chǎn)要求需要將廢水進(jìn)行處理并回收乙醇，要求回收乙醇的濃度達(dá)到95%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）以上。

問題1：圖中三位師傅在做什么？問題2：釀酒利用了哪種分離技術(shù)？通過查閱資料，選擇分離技術(shù)，明確解決方案普通蒸餾一、蒸餾分離技術(shù)1、蒸餾基礎(chǔ)知識（1）依據(jù)：利用各種物質(zhì)沸點（揮發(fā)性）的不同，將一個多組分溶液分離的過程。

實例分析：分離乙醇和水形成的二元混合液。揮發(fā)性大：沸點低揮發(fā)性?。悍悬c高各組分沸點相差越大，揮發(fā)性相差越大，蒸餾越容易分離。（2）實質(zhì)：伴隨有熱量傳遞的氣液兩相之間的傳質(zhì)。聯(lián)系：吸收過程的實質(zhì)輸入能量——部分汽化——氣液兩相——產(chǎn)品

（需要消耗大量能量）目的：均相液體混合物的分離一、蒸餾分離技術(shù)（3）組分：1、蒸餾基礎(chǔ)知識①輕組分：揮發(fā)性高，易揮發(fā)的組分——易揮發(fā)組分用A表示②重組分：揮發(fā)性低，難揮發(fā)的組分——難揮發(fā)組分用B表示實例分析：乙醇和水的混合溶液一、蒸餾分離技術(shù)2、蒸餾技術(shù)的應(yīng)用①石油煉制工業(yè)(原油汽油、煤油、柴油等）；②石油化工工業(yè)（基本有機(jī)原料、石油裂解氣等分離）；③食品加工及醫(yī)藥生產(chǎn)。⑤世界六大蒸餾酒的制備白蘭地(Brandy)、威士忌(Whisky)、伏特加(Vodka)、金酒（Gin）、

朗姆酒(Rum)、中國白酒(Spirit)。⑥蒸餾水的制備⑦粗苯精制⑧粗甲醇的精餾

粗甲醇的三塔精餾現(xiàn)場3、蒸餾過程必要條件一、蒸餾分離技術(shù)①通過加熱或冷卻使混合物形成氣、液兩相共存體系，為相際傳質(zhì)提

供必要的條件；②各組分間揮發(fā)能力差異足夠大，以保證蒸餾過程的傳質(zhì)推動力。蒸餾操作的分類

分類特點及應(yīng)用按蒸餾方式分類平衡蒸餾平衡蒸餾和簡單蒸餾，只能達(dá)到有限程度的提濃而不可能滿足高純度的分離要求。常用于混合物中各組分的揮發(fā)度相差較大，對分離要求又不高的場合。簡單蒸餾精餾精餾是借助回流技術(shù)來實現(xiàn)高純度和高回收率的分離操作。特殊精餾特殊精餾適用于普通精餾難以分離或無法分離的物系。按操作壓力分類加壓精餾常壓精餾真空精餾常壓下為氣態(tài)（如空氣）或常壓下沸點為室溫的混合物，常采用加壓蒸餾；對于常壓下沸點較高（一般高于150℃）或高溫下易發(fā)生分解，聚合等變質(zhì)現(xiàn)象的熱敏性物料宜采用真空蒸餾，以降低操作溫度。按被分離混合物中組分的數(shù)目分類兩組分精餾多組分精餾工業(yè)生產(chǎn)中，絕大多數(shù)為多組分精餾，多組分精餾過程更復(fù)雜按操作流程分類間歇精餾連續(xù)精餾間歇操作是不穩(wěn)定操作，主要應(yīng)用于小規(guī)模、多品種或某些有特殊要求的場合，工業(yè)中以連續(xù)精餾為主。二、蒸餾操作的分類1.按原料組分?jǐn)?shù)分：雙組份：僅有兩個組分——基礎(chǔ)多組份：兩個以上組分——工業(yè)生產(chǎn)2.按蒸餾操作方式分：（1）簡單蒸餾

將溶液加熱使其部分汽化，將蒸汽引出冷凝，得到產(chǎn)品。（2）精餾

將混合溶液加熱進(jìn)行多次部分汽化和多次部分冷凝，使溶液分離成較純組分的操作。二、蒸餾操作的分類（3）特殊精餾

在混合液中加入第三種組分，以擴(kuò)大原料液中不同組分沸點的差異，實現(xiàn)有效分離的目的。（水蒸氣精餾、恒沸精餾、萃取精餾）任務(wù)：分析蒸餾和精餾的區(qū)別？蒸餾：分離程度要求不高——混合物的粗分離精餾：分離程度要求較高）——實現(xiàn)混合物的高純度分離特殊精餾：能形成恒沸物二、蒸餾操作的分類3.按蒸餾操作流程分：（1）間歇蒸餾（簡單蒸餾）

物料一次加入——易揮發(fā)組分濃度降低——符合生產(chǎn)要求——加物料——蒸餾操作（小規(guī)模生產(chǎn)）（2）連續(xù)蒸餾（精餾）

將混合溶液加熱進(jìn)行多次部分汽化和多次部分冷凝，使溶液分離成較純組分的操作。（處理大批量物料）二、蒸餾操作的分類4.按蒸餾操作壓強(qiáng)分：（1）常壓蒸餾：大氣壓下操作——工業(yè)常用（2）加壓蒸餾：塔頂壓強(qiáng)高于大氣壓——常壓為氣體，通過加壓將其液化（3）減壓蒸餾：低于大氣壓操作——常壓高沸點/高溫易分解液體實例分析：能否用蒸餾操作完成分離苯-甲苯混合物的分離？查閱資料，想一想？本項目以雙組份連續(xù)精餾為重點對比分析蒸餾操作與吸收操作蒸餾操作吸收操作依據(jù)目的實質(zhì)

1-精餾塔；2-再沸器；3-冷凝器原料餾出液釜殘液連續(xù)精餾裝置

三、精餾塔設(shè)備精餾裝置示意圖三、精餾塔設(shè)備精餾操作流程液體精餾操作精餾塔結(jié)構(gòu)認(rèn)知

1-精餾塔；2-再沸器；3-冷凝器原料餾出液釜殘液連續(xù)精餾裝置

一、精餾塔設(shè)備精餾裝置示意圖一、精餾塔設(shè)備想一想：對比分析精餾操作流程注意：回流操作一、精餾塔設(shè)備完成精餾操作的設(shè)備，稱為精餾塔。根據(jù)塔內(nèi)氣液兩相接觸部件的結(jié)構(gòu)形式，精餾塔可分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作可采用板式塔，也可采用填料塔。通常板式塔用于生產(chǎn)能力較大或需要較大塔徑的場合。板式塔中，蒸汽與液體接觸比較充分，傳質(zhì)良好，單位容積的生產(chǎn)強(qiáng)度比填料塔大。作用：（1）為氣液兩相提供充分接觸

的機(jī)會，使傳熱和傳質(zhì)過程有

效地進(jìn)行；（2）使接觸后的氣液兩相及時分

開，互不夾帶。逐級接觸式板式塔直接接觸式填料塔板式塔的工作原理

操作時，塔內(nèi)液體依靠重力作用，自上而下流經(jīng)各層塔板，并在每層塔板上保持一定的液層，最后由塔底排出。氣體則在壓力差的推動下，自下而上穿過各層塔板上的液層，在液層中氣液兩相密切而充分的接觸，進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，最后由塔頂排出。在塔中，使兩相呈逆流流動，以提供最大的傳質(zhì)推動力。、液兩相接觸方式

兩相流動的推動力

全塔：逆流接觸塔板上：錯流接觸液體：重力氣體：壓力差板式塔的工作原理

板式塔結(jié)構(gòu)簡圖1-塔殼；2-塔板；3-出口溢流堰；4-受液盤；5-降液管三、板式塔的基本結(jié)構(gòu)

板式塔一般由一個呈圓柱形的殼體及沿塔高按一定的間距水平設(shè)置的若干層塔板所組成。主要由塔體、溢流裝置和塔板構(gòu)件等組成。

塔內(nèi)氣、液兩相在塔板上互相接觸，進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，屬于逐級接觸式塔設(shè)備。1.塔體:通常為圓柱形，一般用鋼板焊接而成，全塔分成若干節(jié)，塔節(jié)間用法蘭盤連接。裙座結(jié)構(gòu)二、板式塔的基本結(jié)構(gòu)2.溢流裝置包括出口堰、降液管、進(jìn)口堰、受液盤等部件。（1）出口堰為使塔板上維持一定高度的液層，保證氣液兩相在塔板上充分接觸，在塔板的出口端設(shè)有溢流堰，稱為“出口堰”。

板式塔結(jié)構(gòu)簡圖1-塔殼；2-塔板；3-出口溢流堰；4-受液盤；5-降液管塔板上的液層厚度或持液量由堰高決定，生產(chǎn)中常用的是弓形堰，小塔中也有用圓形降液管升出板面一定高度作為出口堰。二、板式塔的基本結(jié)構(gòu)2.溢流裝置（2）降液管塔板間液流通道，也是溢流液中所夾帶氣體分離的場所。正常工作時，液體從上層塔板的降液管流出，橫向流過塔板，翻越溢流堰，進(jìn)入該層塔板的降液管，流向下層塔板。降液管有圓形和弓形兩種，弓形降液管具有較大的降液面積，氣液分離效果較好，降液能力大，因此應(yīng)用廣泛。

板式塔結(jié)構(gòu)簡圖1-塔殼；2-塔板；3-出口溢流堰；4-受液盤；5-降液管為保證液流能順暢地流入下層塔板，并防止沉淀物堆積和堵塞液流通道，降液管與下層塔板間應(yīng)用一定的距離。為保證降液管的液封，防止氣體由下層塔板進(jìn)入降液管，此間距要小于出口堰高度。降液管：液體通道二、板式塔的基本結(jié)構(gòu)2.溢流裝置（3）受液盤

板式塔結(jié)構(gòu)簡圖1-塔殼；2-塔板；3-出口溢流堰；4-受液盤；5-降液管降液管下方部分的塔板通常稱為受液盤，有凹形和平形兩種，一般較大的塔采用凹形受液盤，平形則是塔板面本身。（4）進(jìn)口堰

在塔徑較大的塔中，為了減少液體自降液管下方流出的水平?jīng)_擊，常設(shè)置進(jìn)口堰為保證液流通暢，進(jìn)口堰與降液管間的水平距離不應(yīng)小于降液管與塔板之間的間距。保證液體在塔板上均勻分布塔板上接受液體的部分二、板式塔的基本結(jié)構(gòu)3.塔板及其構(gòu)件

塔板是板式塔內(nèi)氣液接觸的場所，操作時氣液在塔板上接觸的好壞，對傳熱、傳質(zhì)效率影響很大。目前使用廣泛的塔板類型有泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板。為改善塔板上的氣液接觸狀況，提高板式塔的效率，出現(xiàn)了一些新型塔板。塔板：氣體通道三、板式塔的類型及特點板式塔的特點分類結(jié)構(gòu)特點應(yīng)用錯流塔板塔板間設(shè)有降液管。液體橫向流過塔板，氣體經(jīng)過塔板上的孔道上升，在塔板上氣、液兩相呈錯流接觸，如圖（a）所示。適當(dāng)安排降液管位置和溢流堰高度，可以控制板上液層厚度，從而獲得較高的傳質(zhì)效率。但是降液管約占塔板面積的20％，影響了塔的生產(chǎn)能力，而且，液體橫過塔板時要克服各種阻力，引起液面落差，液面落差大時，能引起板上氣體分布不均勻，降低分離效率。應(yīng)用廣泛。逆流塔板塔板間無降液管，氣、液同時由板上孔道逆向穿流而過，如圖（b）所示結(jié)構(gòu)簡單、板面利用充分，無液面落差，氣體分布均勻，但需要較高的氣速才能維持板上液層，操作彈性小，效率低，應(yīng)用不及錯流塔板廣泛。1.泡罩塔塔板是氣液兩相接觸傳質(zhì)的場所，為提高塔板性能，采用各種形式塔板。四、典型的板式塔

泡罩塔是工業(yè)應(yīng)用最早的氣液傳質(zhì)設(shè)備，由裝有泡罩的塔板和一些附屬設(shè)備構(gòu)成。每層塔板上有蒸汽通道、泡罩和溢流管等基本部件。組成：升氣管+泡罩溢流管：液體通道，維持塔板上一定量的液體。泡罩塔

每層塔板上開有圓形孔，孔上焊有若干短管作為升氣管。升氣管高出液面，故板上液體不會從中漏下。升氣管上蓋有泡罩，其下部周邊開有許多齒縫。四、典型的板式塔優(yōu)點：塔板操作彈性大，塔效率也比較高，不易堵。缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，塔板阻力大但生產(chǎn)能力不大。四、典型的板式塔泡罩塔

如圖所示，上升的蒸汽通過通道3為一短管，它是氣體從塔板下的空間進(jìn)入塔板上空間的通道，短管的上緣高出板上的液面，塔板上的液體不能沿管向下流動。短管上覆以泡罩2，泡罩周圍下端開有許多齒縫浸沒在塔板上的液層中。操作時，從短管上升的蒸汽經(jīng)泡罩齒縫變成氣泡噴出，氣泡通過板上的液層，使氣液接觸面積增大，兩相間的傳熱和傳質(zhì)過程可以有效進(jìn)行。泡罩結(jié)構(gòu)圓形泡罩條形泡罩泡罩塔2.篩板塔四、典型的板式塔篩板塔是應(yīng)用較早的一種板式塔。篩板塔的塔板由開有大量呈正三角形均勻排列篩孔的塔板和溢流管構(gòu)成。塔板上開圓孔，篩孔孔徑：3-8mm，常用孔徑：4-5mm，大孔徑篩板：12-25mm。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價低、塔板阻力小目前，廣泛應(yīng)用的一種塔型。正常操作時，上升氣流通過篩孔分散成細(xì)小的氣流，與塔板上液體接觸，進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，上升氣流阻止液體從篩孔向下滲漏，全部液體通過降液管逐板下流。

篩板2.篩板塔四、典型的板式塔3.浮閥塔四、典型的板式塔浮閥塔是在泡罩塔和篩板塔基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種板式塔，效率高，是比較重要的塔設(shè)備。板上開有若干閥孔，每個孔上裝有可以上下浮動的閥片。浮閥塔盤方形浮閥圓形浮閥條形浮閥典型的溢流塔板

閥片可隨氣速變化而升降。閥片上裝有限位的三條腿，插入閥孔后將閥腿底腳旋轉(zhuǎn)90°，限制操作時閥片在板上升起的最大高度，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。浮閥的類型很多，常用的有F1型、V-4型及T型等。F1型V-4型T型3.浮閥塔四、典型的板式塔3.浮閥塔四、典型的板式塔3.浮閥塔四、典型的板式塔優(yōu)點：浮閥根據(jù)氣體流量，自動調(diào)節(jié)開度，提高了塔板的操作彈性、降低塔板的壓降，同時具有較高塔板效率，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。缺點：浮閥易脫落或損壞。方形浮閥F1型浮閥3.浮閥塔四、典型的板式塔4.噴射塔四、典型的板式塔針對于以上三種塔板不足進(jìn)行改進(jìn)而成的新型塔板。泡罩塔、篩板塔和浮閥塔在氣液相接觸過程中，氣相和液相的流動方向不一致，操作氣速較高時，霧沫夾帶現(xiàn)象嚴(yán)重，塔板效率下降，其生產(chǎn)能力也受限制。噴射塔由于氣相噴出的方向與液體的流動方向相同，利用氣體的動能來強(qiáng)化氣液兩相的接觸和攪動，減小了塔板的壓強(qiáng)降和霧沫夾帶量，提高了塔板效率。ⅠⅡⅢ20°α=R2550Ⅰ三面切口舌片;Ⅱ拱形舌片;Ⅲ50×50mm定向舌片的尺寸和傾角舌形塔板：氣流方向：垂直→小角度傾斜，改善液沫夾帶、液面落差。形式：舌形塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直篩板等。氣液接觸狀態(tài)：噴射狀態(tài)連續(xù)相：氣相；分散相：液相促進(jìn)兩相傳質(zhì)。缺點：氣泡夾帶現(xiàn)象比較嚴(yán)重。舌型塔板浮動舌型塔板固定舌型塔板4.噴射塔四、典型的板式塔四、典型的板式塔4.噴射塔

優(yōu)點：提高允許液體流量5.多降液管（MD)塔板四、典型的板式塔液體精餾操作雙組份溶液的氣液相平衡關(guān)系及應(yīng)用一、理想二元溶液的氣液平衡關(guān)系1、氣液平衡關(guān)系：

一定條件下，溶液與其上方蒸氣達(dá)平衡時氣液相組成之間的關(guān)系。2、理想溶液（A-B）溶液中不同分子之間的吸引力和純組分分子之間的吸引力完全相同的溶液稱為理想溶液。

一般把性質(zhì)極其相似的物質(zhì)所組成的溶液認(rèn)為是理想溶液，如苯和甲苯、甲醇和乙醇。理想溶液各組分混合時，既沒有體積的變化，也沒有熱效應(yīng)。真正的理想溶液并不存在一、理想二元溶液的氣液平衡關(guān)系3、拉烏爾定律摩爾分?jǐn)?shù)：混合液中一種物質(zhì)的物質(zhì)的量與各組分總的物質(zhì)的量之比。（1）內(nèi)容：

一定溫度下，氣液相達(dá)平衡時，溶液上方氣相中組分的分壓等于組分在該溫度下的飽和蒸氣壓與其在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)的乘積。（1）氣液相平衡：混合物在液相或氣相中各組分濃度恒定不變達(dá)氣液兩相平衡。（2）飽和蒸汽壓：液體與表面上的蒸氣達(dá)平衡狀態(tài)時，蒸氣產(chǎn)生的壓力，用pV表示（2）表達(dá)式：PA=PA°?xAPB=PB°?xB=PB°?（1-xA）一、理想二元溶液的氣液平衡關(guān)系3、拉烏爾定律（3）物理意義：氣液兩相達(dá)平衡時，氣相分壓與液相組成的關(guān)系。4、理想二元溶液的平衡關(guān)系式理想溶液的蒸氣是理想氣體，服從道爾頓分壓定律：即總壓等于各組分的分壓之和。P=PA+PBP---氣相的總壓，Pa；PA、PB---A、B組分的分壓，PaP=PA+PB=PA°?xA+PB°?xB=PA°?xA+PB°?（1-xA）

xA=一、理想二元溶液的氣液平衡關(guān)系4、理想二元溶液的平衡關(guān)系式若氣相組成用摩爾分?jǐn)?shù)表示：

理想二元溶液的氣液相平衡關(guān)系式應(yīng)用：計算一定溫度和壓力下，氣液兩相達(dá)平衡時，各組分在液相和氣相的平衡組成例：試計算壓力為101.3kPa，溫度為110℃時正庚烷（A）-正辛烷（B）物系平衡時，正庚烷與正辛烷在液相和氣相中的組成，已知t=110℃時，PA°=140.3kPa，PB°=64.5kPa。二、t-x(y)圖和y-x圖用相圖來表達(dá)氣液相平衡關(guān)系比較直觀、清晰，而且影響精餾的因素可在相圖上直接反映出來，對于雙組分精餾過程的分析和計算非常方便。精餾中常用的相圖有以下兩種。1.沸點-組成圖——t-x(y)圖t－x－y圖數(shù)據(jù)通常由實驗測得。以苯-甲苯混合液為例，在常壓下，其t－x－y圖如圖所示，以溫度t為縱坐標(biāo)，液相組成xA和汽相組成yA為橫坐標(biāo)（x，y均指易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)）。圖中有兩條曲線，下曲線表示平衡時液相組成與溫度的關(guān)系，稱為液相線，上曲線表示平衡時汽相組成與溫度的關(guān)系，稱為氣相線。兩條曲線將整個t－x－y圖分成三個區(qū)域，液相線以下代表尚未沸騰的液體，稱為液相區(qū)。汽相線以上代表過熱蒸汽區(qū)。被兩曲線包圍的部分為氣液共存區(qū)。1．沸點－組成圖常壓下苯－甲苯物系的t－x－y圖結(jié)構(gòu)：坐標(biāo)縱坐標(biāo)t橫坐標(biāo)xA、yA兩條線液相線汽相線三個區(qū)液相區(qū)過熱蒸汽區(qū)汽液共存區(qū)雙組分氣液相平衡圖a.泡點、露點的確定b.易揮發(fā)和難揮發(fā)組分沸點的確定c.混合溶液氣液平衡組成的確定溶液開始沸騰產(chǎn)生第一個汽泡的溫度稱為泡點；混合氣體開始冷凝產(chǎn)生第一滴液滴的溫度稱為露點。如圖F、E兩點為純苯和純甲苯的沸點。當(dāng)混合液的狀態(tài)點為點K時，物系被分成互成平衡的氣液兩相，其氣、液相組成y、x可用G、L兩點橫坐標(biāo)表示。沸點-組成圖的應(yīng)用二、t-x(y)圖和y-x圖1.沸點-組成圖——t-x(y)圖（1）兩線：

液相線：平衡時液相組成x與溫度T的關(guān)系

氣相線：平衡時氣相組成y與溫度T的關(guān)系（2）三區(qū)域：

液相區(qū)：又稱過冷液相區(qū)，處于液相線以下，溶液呈未沸騰狀態(tài)；

氣液共存區(qū)：處于氣相線與液相線之間，氣液兩相同時存在；

氣相區(qū)：稱為過熱蒸汽區(qū)，處于氣相線以上，溶液全部汽化。二、t-x(y)圖和y-x圖1.沸點-組成圖——t-x(y)圖組成為X1，溫度為T0（A點）的溶液為過冷液體，將此溶液加熱升溫至T1（J點）時，溶液開始沸騰，產(chǎn)生第一個氣泡，相應(yīng)的溫度稱為泡點；組成為y3（y3=x3）、溫度為T4（B點）的過熱蒸汽冷卻，降溫至T3（H點）時，混合氣體開始冷凝，產(chǎn)生出第一個液滴，相應(yīng)的溫度稱為露點。（3）兩點：

泡點：溶液沸騰，產(chǎn)生第一個氣泡的點對應(yīng)的溫度

露點：蒸汽冷凝，產(chǎn)生第一滴液滴的點對應(yīng)的溫度液相線：泡點線氣相線：露點線383K353K二、t-x(y)圖和y-x圖1.沸點-組成圖——t-x(y)圖應(yīng)用：（1）借助t-x（y）圖可以解釋精餾的原理（2）求得任一沸點下氣液相的平衡組成。

例：沸點為T3時的液相組成即為C點所對應(yīng)的值（x=0.27），而氣相組成即為H點所對應(yīng)的值（y=0.5）。（3）可看出混合物中兩組分的純組分沸點及液體混合物的沸點范圍。

例：純苯的沸點是353K，純甲苯的沸點是383K，混合物的沸點則介于353K和383K之間，并且隨著組成的不同而變化。（一般液體混合物沒有固定的沸點，只能有一個沸點范圍）383K353K二、t-x(y)圖和y-x圖1.沸點-組成圖——t-x(y)圖例：利用苯-甲苯溶液的t-x（y）圖，對357K含苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.5的苯-甲苯混合液進(jìn)行分析，在101.3kPa下恒壓加熱，試求（1）此溶液的泡點溫度T泡；（2）第一個氣泡的組成；（3）露點溫度T露；（4）最后一滴液體的組成；（5）當(dāng)溶液加熱到369K時混合液的狀態(tài)和組成。2．氣液相平衡圖苯－甲苯物系的y－x圖結(jié)構(gòu):坐標(biāo)縱坐標(biāo)y橫坐標(biāo)x兩條線氣液相平衡線參考線y＝x

雙組分氣液相平衡圖二、t-x(y)圖和y-x圖二、t-x(y)圖和y-x圖2.氣液平衡曲線（y-x圖）苯-甲苯混合液的x-y圖y-x圖表示氣相組成y和液相組成x的平衡關(guān)系，稱為平衡線。(1)圖中任意點A表示組成為x1的液相與組成為y1的氣相互相平衡。(2)圖中對角線y＝x，為參考線。(3)兩相達(dá)到平衡時，氣相中易揮發(fā)組分的濃度大于液相中易揮發(fā)組分的濃度，即y＞x，故平衡線位于對角線的上方。平衡線離對角線越遠(yuǎn)，說明互成平衡的氣液兩相濃度差別越大，溶液就越容易分離。a.圖中任意點D表示組成為x1的液相與組成為y1的氣相互相平衡b.兩相達(dá)到平衡時，氣相中易揮發(fā)組分的濃度大于液相中易揮發(fā)組分的濃度，即y＞

x，故平衡線位于對角線的上方。c.平衡線離對角線越遠(yuǎn)，說明互成平衡的氣液兩相濃度差別越大，溶液就越容易分離。氣液相平衡圖的應(yīng)用三、揮發(fā)度和相對揮發(fā)度1.揮發(fā)度利用t-x-y圖和y-x圖可以判斷溶液中兩組分是否能分離和分離的難易程度，但必須要有溶液各組分的平衡數(shù)據(jù)，還要做圖，用相對揮發(fā)度來判別分離的難易程度就相對簡單。（1）定義：

混合液中某組分在氣相中的分壓與該組份在液相中摩爾分?jǐn)?shù)之比。用υi表示。（2）物理意義：

表示物質(zhì)揮發(fā)的難易程度。（3）表達(dá)式：（A-B兩種組分混合物）

精餾分離的依據(jù)是什么？物質(zhì)揮發(fā)性的大小用揮發(fā)度表示。

組分的揮發(fā)度是組分揮發(fā)性大小的標(biāo)志三、揮發(fā)度和相對揮發(fā)度1.揮發(fā)度（3）表達(dá)式：（A-B兩種組分混合物）

拓展：理想溶液PA=PA°?xAPB=PB°?xB

結(jié)論：理想溶液中各組分的揮發(fā)度等于各組分的飽和蒸汽壓。三、揮發(fā)度和相對揮發(fā)度2.相對揮發(fā)度（1）定義：

溶液中兩種組分的揮發(fā)度之比，用α表示。（2）表達(dá)式：（A-B兩種組分混合物）

拓展：理想溶液

結(jié)論：理想溶液中各組分的相對揮發(fā)度等于各組分的飽和蒸汽壓之比。溶液中組分A對組分B的相對揮發(fā)度，用

AB表示。三、揮發(fā)度和相對揮發(fā)度3.用相對揮發(fā)度表示相平衡關(guān)系

因為：PA=P?yA,PB=P?yB

道爾頓分壓定律

因為：xB=1-xA，yB=1-yA

相對揮發(fā)度表示的氣液平衡關(guān)系略去下標(biāo)則可得相平衡方程：相平衡方程分析當(dāng)＞1時，兩組分的沸點相差較大。越大，兩組分沸點相差越多，組分A和B越易分離。當(dāng)＝1時，y＝

x，氣液相組成相同，兩組分沸點相同，二元體系不能用普通精餾法分離；因此由值的大小可以判斷溶液是否能用普通精餾方法分離及分離的難易程度。討論：分析：

α>1、α<1或α=1時，混合物的分離情況？揮發(fā)度應(yīng)用實例：例:

今有正庚烷和正辛烷的混合液，已知在總壓為101.33KPa、溫度為110°C條件下，正庚烷的飽和蒸汽壓為140.3Kpa，正辛烷的飽和蒸汽壓為64.5Kpa，試求該溶液的相對揮發(fā)度、正庚烷與正辛烷在液相和氣相中的組成。液體精餾操作精餾的基本原理及流程認(rèn)知1.簡單蒸餾裝置和操作方法nF,zFnD3,xD3nD1,xD1nD2,xD2nW2,x2一、簡單蒸餾的原理2.特點

①間歇操作過程是一動態(tài)過程；②易揮發(fā)組分更多地傳遞到氣相中去，釜液溫度不斷升高；③產(chǎn)品與釜液組成隨時間而改變(降低）；④瞬時蒸氣與釜中液體處于平衡狀態(tài)。

一、簡單蒸餾的原理一、簡單蒸餾的原理3.一次部分汽化和一次部分冷凝一次部分汽化和一次部分冷凝可使混合液或混合蒸汽得到部分分離。一、簡單蒸餾的原理

使混合液在蒸餾釜中逐漸部分汽化，并不斷將蒸汽導(dǎo)出并冷凝為液體，按不同餾分收集起來，從而使液體混合物實現(xiàn)初步分離的過程。4.原理分析將組成為xF的混合液加熱，在溫度Tb時部分汽化，在A點產(chǎn)生互相平衡的組成為氣相y1和液相x1,這時把蒸汽引入冷冷凝器中冷凝，就得到易揮發(fā)組分含量較高的餾出液，與之平衡的液相中所含易揮發(fā)組分相應(yīng)減少，難揮發(fā)組分較高。一、簡單蒸餾的原理隨著操作過程的進(jìn)行，釜中液相的濃度不能始終保持xF不變，而是逐漸降低，餾出液的濃度也逐漸減小，因此，通常用幾個容器把不同范圍的餾出液收集起來。

簡單蒸餾如果不把蒸汽引出，繼續(xù)升溫，到C點時則全部汽化，氣相組成y2與原始組成xF相同，這說明全部汽化不可能達(dá)到分離混合物的目的，故必須及時將蒸汽引出，實現(xiàn)部分汽化。如果d點混合氣在密閉系統(tǒng)中降溫至a點則全部冷凝，組成和原來并沒有改變。全部汽化和全部冷凝都不能實現(xiàn)混合物的分離，而部分汽化和部分冷凝是實現(xiàn)精餾操作的手段。只適用于沸點相差較大，分離程度不高的雙組份混合溶液二、精餾的原理1.氣液平衡相圖分析將組成為xF的混合液分離：液相組成為xF，溫度為t（A點）的苯-甲苯混合液加熱汽化，達(dá)到泡點以上到氣液共存區(qū)B點，兩相達(dá)平衡，平衡溫度為t1，氣相組成為y1，液相組成為x1。①部分冷凝

組成為y1的氣相降溫，部分冷凝到C點，氣液兩相達(dá)平衡，氣相組成為y2，y2>y1組成為y2的氣相降溫，部分冷凝到D點，氣液兩相達(dá)平衡，氣相組成為y3，y3>y2結(jié)論：氣相混合物經(jīng)過多次部分冷凝，所得氣相中易揮發(fā)組分的含量越高，氣相中可獲得高純度的易揮發(fā)組分。②部分汽化組成為x1的氣相升溫，部分冷凝到E點，氣液兩相達(dá)平衡，液相組成為x2，x2

>x1

組成為x2'的氣相升溫，部分冷凝到D點，氣液兩相達(dá)平衡，液相組成為x3

，x3>x2

x3

>x2>x1

二、精餾的原理1.氣液平衡相圖分析結(jié)論：液相混合物經(jīng)過多次部分汽化，液相中易揮發(fā)組分的含量越低，可獲得高純度的難揮發(fā)組分。二、精餾的原理2.精餾原理液體混合物經(jīng)過多次部分汽化和多次部分冷凝，最終在精餾塔的塔頂?shù)玫郊兌容^高的輕組分，在塔底得到純度較高的重組分，實現(xiàn)輕重組分的分離。工業(yè)上采用精餾塔，同時進(jìn)行多次部分汽化和多次部分冷凝。原料餾出液釜殘液

多次部分氣化、多次部分冷凝三、精餾的流程1.認(rèn)識精餾設(shè)備精餾裝置：精餾塔、塔頂冷凝器、塔底再沸器，還有原料罐、原料預(yù)熱器、回流泵、采出泵、產(chǎn)品罐等

三、精餾的流程1.認(rèn)識精餾設(shè)備（1）燒瓶、冷凝管、酒精燈及接收瓶的作用是什么？（2）普通蒸餾裝置進(jìn)行對比分析，在精餾裝置中，哪個設(shè)備扮演了“燒瓶”、“冷凝管”及“酒精燈”的角色？三、精餾的流程1.認(rèn)識精餾設(shè)備冷凝器產(chǎn)品儲槽再沸器精餾塔精餾塔是精餾裝置的核心

板式塔---逐級接觸式

填料塔---直接接觸式

①

精餾塔提供氣液兩相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的場所（3）傳質(zhì)設(shè)備

板式塔—逐級接觸式設(shè)備；填料塔—微分接觸式設(shè)備。板式塔填料塔三、精餾的流程冷凝器

②

用途：（1）塔頂產(chǎn)品通過冷凝器后產(chǎn)出；（2）保證必要的回流液體。再沸器③

小結(jié)：由冷凝器提供的回流液與由再沸器提供的上升蒸汽在精餾塔內(nèi)逆流接觸；精餾過程連續(xù)進(jìn)行的必要條件?、邰邰邰圪A罐類

④

原料罐產(chǎn)品儲槽輸送設(shè)備

⑤

真空泵離心泵空分精餾塔圖片塔（T）蒸餾塔板式塔圖例塔（T）換熱器（E）換熱器（簡圖）離心泵

臥式容器

用直線代表管路用箭頭代表流向完成流程圖繪制任務(wù)

識讀并繪制連續(xù)精餾流程圖連續(xù)精餾流程圖

進(jìn)料板以上稱為精餾段

——精制汽相中的易揮發(fā)組分。進(jìn)料板以下（包括進(jìn)料板）稱為提餾段

——提純液相中難揮發(fā)組分。塔頂產(chǎn)品稱為餾出液

——富含易揮發(fā)組分。塔底產(chǎn)品稱為釜液

——富含難揮發(fā)組分。

板式塔釜液餾出液進(jìn)料三、精餾的流程進(jìn)料板：原料加入的那層塔板三、精餾的流程2.連續(xù)精餾流程

原料液預(yù)熱至指定的溫度后，從進(jìn)料板位置（塔的中下段）加入精餾塔，與塔上部下降的液體匯合，然后逐板下流，最后流入塔底再沸器。

部分液體作為塔底產(chǎn)品，其主要成分為難揮發(fā)組分，另一部分液體在再沸器中被加熱，產(chǎn)生蒸氣，蒸氣逐板上升，與塔頂下降的液體在逐級塔板上直接接觸，實現(xiàn)多次部分汽化和多次部分冷凝。塔頂蒸汽進(jìn)入塔頂冷凝器中冷凝為液體，進(jìn)入回流罐，一部分回流作為塔中的下降液體，另一部分液體作為塔頂產(chǎn)品，其主要成分為易揮發(fā)組分。連續(xù)精餾過程中，原料也不斷加入到塔內(nèi)進(jìn)行精餾，塔頂和塔底也連續(xù)不斷采出產(chǎn)品。連續(xù)精餾塔流程的典型圖1－精餾塔2－再沸器3－冷凝器4－觀察罩

5－餾出液貯罐6－高位槽7－預(yù)熱器8－殘液貯罐

塔頂液相回流和塔底氣相回流，為偏離平衡的氣液相在塔內(nèi)各板上提供了接觸條件，實現(xiàn)了氣液相間的質(zhì)量傳遞。L0V2

V2與L0是偏離平衡的氣液相，在塔板上接觸，進(jìn)行質(zhì)量傳遞，濃度變化趨向于平衡組成。三、精餾的流程3.回流（1）保證足夠下降的液流和上升的氣流；（2）維持精餾操作連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行的必要條件。①傳質(zhì)推動力：③熱量傳遞過程液體汽化所需熱量由蒸汽冷凝提供。易揮發(fā)組分：液相→汽相；難揮發(fā)組分：汽相→液相。②傳質(zhì)方向:易揮發(fā)組分沿塔高方向增加，而溫度沿塔高方向降低。三、精餾的流程討論：液體精餾操作雙組份連續(xù)精餾塔的計算一、全塔物料衡算引入：二元連續(xù)精餾過程的計算主要包括物料衡算和操作線方程、進(jìn)料狀況的影響、理論塔板數(shù)和實際塔板數(shù)的計算，回流比的影響和選擇及熱量衡算等。應(yīng)用全塔物料衡算可以找出精餾塔塔頂、塔底產(chǎn)品與進(jìn)料量及各組成之間的關(guān)系。

式中F、D、W——分別為原料、塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品的流量，Kmol/h；

xF、xD、xW——分別為原料、塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。

應(yīng)用全塔物料衡算式可確定產(chǎn)品流量及組成。任務(wù)：全塔物料衡算式中各量的物理意義全塔物料衡算式

餾出液的采出率注意：物料衡算時單位統(tǒng)一例1：一連續(xù)操作的精餾塔，將85.8kmol/h含苯44%和甲苯56%的混合液分離為含苯97.4%的餾出液和含苯不高于2.3%的殘液（以上均為摩爾分?jǐn)?shù)），操作壓力為101.3kPa，試計算餾出液和殘液的流量（kmol/h）。例3：某精餾塔在壓強(qiáng)101.3kPa下分離甲醇和水的混合液，處理的混合液流量為1000kg/h，原料液中含甲醇75%，要求餾出液的組成不小于98%，殘液組成不大于5%（均以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計），試求每小時餾出液和殘液量。例2：一連續(xù)操作的精餾塔，將15000kg/h含苯40%和甲苯60%的混合液分離為含苯97%的餾出液和含苯不高于2%的殘液（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)），操作壓力為101.3kPa，試計算餾出液和殘液的流量（kg/h）。二、理論板假設(shè)和恒摩爾流假設(shè)引入：操作型計算—設(shè)備已經(jīng)確定條件下指定操作條件，預(yù)計各層塔板上氣液組成；或要求一定操作結(jié)果，確定操作條件（如回流比R、加料位置），為計算方便，采用兩種假設(shè)。1、理論板假設(shè)精餾過程中影響因素較多，計算復(fù)雜，為簡化計算，引入“理論板”概念。（1）定義：塔板上氣液兩相接觸時間長，離開塔板的氣液兩相達(dá)平衡，稱為“理論板”。

（實際：塔板上氣液間接觸面積、接觸時間有限，很難達(dá)氣液兩相平衡）——理論板不存在。應(yīng)用：衡量實際板分離效率的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。——先求得理論板層數(shù)，再根據(jù)塔板效率決定實際板層數(shù)。二、理論板假設(shè)和恒摩爾流假設(shè)2、恒摩爾流假設(shè)（1）內(nèi)容：精餾段每塊塔板上升蒸汽的摩爾流量相等，下降液體的摩爾流量也相等。

提餾段每塊塔板上升蒸汽的摩爾流量相等，下降液體的摩爾流量也相等。注意：精餾段≠提餾段精餾段：V1=V2=V3=……=V=常數(shù)L1=L2=L3=……=L=常數(shù)提餾段：V1′=V2′=V3′=……=V′=常數(shù)L1′=L2′=L3′=……=L′=常數(shù)實質(zhì)：塔板上氣液兩相接觸，若有1kmol蒸汽冷凝，即有1lmol液體（1）恒摩爾汽化精餾操作時，在精餾塔的精餾段內(nèi)，每層板的上升蒸汽摩爾流量都是相等的，在提餾段內(nèi)也是如此：精餾段V1=V2=V3=…＝V=常數(shù)提餾段V=V=V=…＝V=常數(shù)但兩段的上升蒸汽摩爾流量卻不一定相等。二、理論板假設(shè)和恒摩爾流假設(shè)2、恒摩爾流假設(shè)精餾操作時，在精餾塔的精餾段內(nèi)，每層板下降的液體摩爾流量都是相等的，在提餾段內(nèi)也是如此：精餾段L1=L2=L3=…＝L=常數(shù)提餾段L=L=L=…＝L=常數(shù)但兩段的下降液體摩爾流量不一定相等。（2）恒摩爾液流二、理論板假設(shè)和恒摩爾流假設(shè)2、恒摩爾流假設(shè)

若在精餾塔塔板上氣、液兩相接觸時有nkmol的蒸汽冷凝，相應(yīng)就有nkmol的液體汽化。①各組分的摩爾汽化潛熱相等；②氣液接觸時因溫度不同而交換的顯熱可以忽略；③塔設(shè)備保溫良好，熱損失可也忽略。恒摩爾流假定成立條件

精餾塔內(nèi)任意板下降液相組成xn及由其下一層板上升的蒸汽組成yn＋1之間的關(guān)系稱為操作關(guān)系。描述精餾塔內(nèi)操作關(guān)系的方程稱為操作線方程。三、操作線方程對精餾段的第n十1層板以上塔段及冷凝器作物料衡算，以單位時間為基準(zhǔn):操作線方程1．精餾段操作線方程總物料衡算：

V=L+D易揮發(fā)組分衡算：Vyn+1=Lxn+DxD

式中:V——精餾段上升蒸汽的摩爾流量，kmol/h；

L——精餾段下降液體的摩爾流量，kmol/h；

yn+1——精餾段第n十1層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；

xn——精餾段第n層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。yn+1和xn的物理意義整理得令R＝L／D，R稱為回流比，是精餾操作中重要的參數(shù)，則精餾段操作線方程為：精餾段操作線方程任務(wù)：分析xn=xD時，yn+1=？在y-x圖中作精餾段的操作線任務(wù)：在y-x圖中作精餾段的操作線

精餾段操作線方程反映了一定操作條件下精餾段內(nèi)的操作關(guān)系，即精餾段內(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（第n+1層板）上升汽相組成yn+1之間的關(guān)系。精餾段操作線方程

在穩(wěn)定操作條件下，精餾段操作線方程為一直線，斜率為，截距為。2．提餾段操作線方程對提餾段第m層板以下塔板及再沸器作物料衡算，以單位時間為基準(zhǔn)：式中L’——提餾段下降液體的摩爾流量，kmol/h；

V’——提餾段上升蒸汽的摩爾流量，kmol/h；

x’m——提餾段第m層板下降液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；

y’m+1——提餾段第m+1層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。操作線方程總物料衡算：

L’=V’+W易揮發(fā)組分衡算：L’x’m=V’y’m+1+WxW

y'm+1和x‘m的物理意義提餾段操作線方程反映了一定操作條件下，提餾段內(nèi)的操作關(guān)系。在穩(wěn)定操作條件下，提餾段操作線方程為一直線。斜率為，截距為。提餾段操作線方程為：提餾段操作線方程任務(wù)：分析xm′=xw時，ym+1=？在y-x圖中作提餾段的操作線1.五種進(jìn)料熱狀況①低于泡點溫度的冷液體——冷進(jìn)料②泡點溫度下的飽和液體——泡點進(jìn)料③溫度介于泡點溫度和露點溫度之間的氣、液混合物——氣液混合進(jìn)料④露點溫度下的飽和蒸氣——露點進(jìn)料⑤高于露點溫度的過熱蒸氣——過熱蒸汽進(jìn)料四、精餾塔的進(jìn)料熱狀況

聯(lián)系：氣液平衡相圖（T-x-y圖）若總進(jìn)料量為F，則引入加料板的液體量為qF，提餾段的回流量比精餾段增加qF，同時進(jìn)入精餾段的上升蒸汽量比提餾段增加F（1-q）。

L'=L+qFV=V'+（1-q）F四、精餾塔的進(jìn)料熱狀況2.進(jìn)料熱狀況參數(shù)

進(jìn)料熱狀態(tài)對精餾操作的影響精餾段的操作線過D點和Q點提餾段的操作線過Q點和W點聯(lián)立求解兩方程，得到操作線交點的軌跡方程為：——q

線方程q

一定時，過點（xF，xF）斜率為q/（q-1）的直線。

q

線方程與圖示意義：一定的進(jìn)料狀態(tài)下，操作回流比改變時，兩操作線交點的軌跡方程?？梢姡簈

的值不影響精餾段操作線，q值變化，Q點的位置變化，影響提餾段的操作線。

精餾段操作線方程和提餾段操作線方程聯(lián)立回流比改變影響精餾段的操作線L'=L+qFV=V'+（1-q）F聯(lián)系思考：xq=xF時，yq=？不同進(jìn)料熱狀態(tài)時的q線和對提餾段操作線的影響說明：①q↓，提餾段操作線斜率增大。②提餾段操作線與進(jìn)料量F無關(guān)。提餾段操作線方程經(jīng)變換，與xD，xW，xF，q，R有關(guān)。注意q的兩個特殊值：飽和液體進(jìn)料：q=1飽和蒸汽進(jìn)料：q=0q=1q>10<q<1q=0q<0xFxDxW由精餾段操作線和q值決定液體精餾操作精餾塔塔板數(shù)的確定一、理論塔板1、定義：

自該塔板上升的蒸汽與下降的液體經(jīng)過充分接觸，氣液兩相離開塔板時達(dá)平衡狀態(tài)的塔板，稱為理論塔板，又稱平衡塔板。有利于精餾過程的分析計算2、應(yīng)用：

用作衡量實際塔板分離效率的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。

（先求出理論板數(shù)，用塔板效率進(jìn)行糾正，求得實際塔板層數(shù)。）已知:確定完成分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)。計算方法：（1）逐板計算法；（2）圖解法。(1)逐板計算法條件：①塔頂蒸氣在冷凝器中全部冷凝；②泡點回流?！?.

二、理論塔板數(shù)求算方法操作線方程改為提餾段操作線方程。直到則n為所需的理論板數(shù)。xD=y1x1y2→x2y3→x3

平衡操作………..注意：

塔底再沸器相當(dāng)于一塊理論板，故塔內(nèi)理論板數(shù)為N－1。

應(yīng)注明N＝？（包括或不包括釜）；（2）圖解法①作平衡線；

③由D(xD,xD)和b=xD/(R+1)作精餾段操作線；④由F(zF,zF)點和K=q/(q-1)作q線；②由xD、zF、xW作垂線與對角線交于D、F、W點;⑤由交點Q(xq,yq)和W(xW,xW)作提餾段操作線；⑥由D點開始,在平衡線與操作線之間畫梯級求N。圖解法

圖解法（4）畫提餾段的操作線

從x=xW處引垂線與對角線交于W點（xw，xw），連接QW，即得提餾段的操作線。（5）畫直角梯級

從D點開始，在精餾段操作線與平衡線之間畫直角梯級。當(dāng)梯級越過兩操作線交點Q時，改在提餾段操作線與平衡線之間畫直角梯級，直到梯級跨過W點為止。

所畫的每一個直角梯級代表一塊理論塔板，如圖所示，梯級總數(shù)為7，表示共需7塊理論板。

第4梯級跨過兩操作線的交點Q，即第4塊板為進(jìn)料板，精餾段理論塔板數(shù)為3，提餾段的理論塔板數(shù)為3。（再沸器相當(dāng)于最后一塊理論板）二、理論塔板數(shù)求算方法圖解法例：苯和甲苯的y-x相圖如圖所示，若將含苯為0.4的飽和液體分離為含苯為0.95的餾出液，含苯為0.1（均為摩爾分?jǐn)?shù)）的殘液，回流比為2，求所需的理論塔板數(shù)和理論進(jìn)料板的位置。例：在某一液體混合物的分離系統(tǒng)中，已知有關(guān)的數(shù)值如下所示：xF=0.24，xD=0.95，xw=0.05，q=1，R=3，試畫出其操作線。三、全塔效率實際塔板的分離效率比理論塔板差，所需要的實際板數(shù)比理論板多。1.塔板效率（1）單板效率

氣液相經(jīng)一層實際塔板前后組成變化與經(jīng)一層理論板前后組成變化值的比值。

物理意義：反映該層塔板的傳質(zhì)效果（各層塔板不同）（2）全塔效率

反映塔中各層塔板的平均效率，用ET表示，ET<1。三、全塔效率2.實際塔板數(shù)（NP）理論板層數(shù)→塔板效率糾正→實際塔板數(shù)

（1）

圖解方法的優(yōu)點

避免了繁瑣的計算，形象直觀，便于理解和分析實際問題。（2）進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q的影響

q

↑

，Q點右移，提餾段操作線與平衡線距離↑，提餾段各塔板分離能力↑，N

↓。⑤影響N的因素分析N決定于操作線：xD，xW，R，zF，q，實際生產(chǎn)中的進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)由前一工序決定。平衡線：物系，T，P→（α）xD↑，xW↓分離要求提高，則N↑

進(jìn)料位置和回流比的選擇（1）進(jìn)料位置的討論（a）進(jìn)料位置確定原則：兩操作線交點Q所在梯級。（b）Q點為最優(yōu)進(jìn)料位置的分析上移或下移均對分離不利，導(dǎo)致N

增加。提前進(jìn)料:滯后進(jìn)料:（d）進(jìn)料位置對分離的影響另一方面：→操作費↑同時，再沸器和冷凝器設(shè)備費↑，且因塔徑↑塔設(shè)備費↑。故研究R是一個保證技術(shù)要求和保證經(jīng)濟(jì)效益的問題。應(yīng)確定一適宜的回流比。①全回流與最少理論板數(shù)概念：R=∞，qnD=0稱為全回流。此時qnW=qnD=qnF=0特征：①

操作線與對角線重合，yn+1=xn；②塔板分離能力最大；③完成分離任務(wù)所需N稱為最少理論塔板數(shù)，Nmin；應(yīng)用:

開工、科研、設(shè)計。

最小理論板數(shù)的確定:圖解法、逐板計算法。a）圖解法在平衡線與對角線之間畫梯級，直至xn≤xw為止。②最小回流比a）定義

回流比減小，兩操作線同時向平衡線靠近，所需理論板數(shù)增加；

繼續(xù)減小至交點Q移至平衡線上時（點Ｅ），則所需的理論板數(shù)無窮多；

對應(yīng)的回流比稱為最小回流比

Rmin。b）計算：設(shè)Ｅ（xe,ye)則也可由精餾段操作線在y軸上的截距yC確定。③適宜回流比（4）塔頂設(shè)部分冷凝器

①目的節(jié)省高品位冷劑。②分凝器相當(dāng)于一塊理論板塔內(nèi)總理論板數(shù)則等于（N－2）塊理論板。實際塔板數(shù)及塔板效率

(1)實際塔板數(shù)注意：N為塔內(nèi)理論塔板數(shù)（不包括塔釜），

實際板數(shù)要取整。(2)塔板效率①總板效率ET意義：反映了整個塔分離的綜合性能，即為達(dá)到某一分離要求，理論上所需塔板數(shù)和實際需要塔板數(shù)之間的關(guān)系。影響ET的因素：a）汽、液兩相流體的物理性質(zhì)；b）操作參數(shù)，如溫度、壓力等；c）塔結(jié)構(gòu)、湍動程度、相際接觸面積等。ET的來源：a）經(jīng)驗公式；b）實測數(shù)據(jù)——來源生產(chǎn)塔或中間試驗塔?？紤]塔板效率時，則完成規(guī)定分離要求所需的實際塔板數(shù)為：液體精餾操作精餾操作中回流比的選擇一、全回流定義：

精餾塔塔頂上升的蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝后，冷凝液全部回流至塔內(nèi)的操作稱為全回流。2.特點：

塔頂冷凝液只回流到精餾塔，不作為餾出液收集（既不向塔內(nèi)進(jìn)料，也不從塔內(nèi)取產(chǎn)品，精餾塔的生產(chǎn)能力為0）。引入：

回流比是保證精餾塔連續(xù)穩(wěn)定操作的基本條件。從精餾段操作線方程中可以看出，對于一定的分離任務(wù)，在確定xD、xW和xF及進(jìn)料狀態(tài)條件下，q線一定，則回流比的大小直接影響操作線的位置，影響分離效果，是精餾操作中非常重要的參數(shù)。一、全回流3.分析：

塔頂D=0，R=L/D=∞，精餾段操作線的斜率R/R+1=1，在y軸上的截距為0，操作線方程為y=x，精餾段的操作線和提餾段的操作線與y-x相圖的對角線重合。4.最小理論塔板數(shù)

全回流時操作線方程為y=x，操作線離平衡線的距離最遠(yuǎn)，平衡線與操作線之間作直角梯級的跨度最大，完成一定任務(wù)所需要的理論塔板數(shù)最少，稱為“最小理論塔板數(shù)”，用Nmin表示。5.全回流的應(yīng)用：（1）在精餾裝置開車、調(diào)試階段，使體系處于穩(wěn)定狀態(tài)；（2）當(dāng)操作出現(xiàn)異常時，進(jìn)行全回流操作使體系盡快恢復(fù)正常。

全回流時，全塔無精餾段和提餾段之分無實際生產(chǎn)意義二、最小回流比分析：

對于一定的分離任務(wù)，F(xiàn)、xF、xD、xW值一定

回流比R增大，精餾段操作線的斜率增大，截距減小，精餾段的操作線靠近對角線，提餾段的操作線也靠近對角線，平衡線與操作線距離增大，作直角梯級時，直角梯級水平及垂直距離增大，每塊板的分離程度增大，產(chǎn)品濃度提高。但總梯級數(shù)減少，所需理論塔板數(shù)減小，精餾塔塔設(shè)備費用減小。

回流比增大，操作費用增大，所以應(yīng)選擇適宜的回流比。二、最小回流比當(dāng)回流比R逐漸減小時，精餾段操作線的斜率減小，在y軸上的截距增大，精餾段和提餾段操作線的位置將逐漸向平衡線靠近，氣液傳質(zhì)推動力減小，所需的理論塔板數(shù)逐漸增多。當(dāng)回流比減小到某一數(shù)值時，精餾段操作線和提餾段操作線的交點落在平衡線上，氣液相處于平衡狀態(tài)，傳質(zhì)推動力為0，不論畫多少梯級都不能越過交點d，即所需理論塔板數(shù)為無窮多，此時的回流比為最小回流比，用Rmin表示。上限：全回流時的回流比下限：最小回流比回流比二、最小回流比1.定義:

回流比減小，兩操作線同時向平衡線靠近，所需理論板數(shù)增加；

繼續(xù)減小至交點Q移至平衡線上時（點Ｅ），則所需的理論板數(shù)無窮多；

對應(yīng)的回流比稱為最小回流比

Rmin。2.計算：設(shè)Ｅ（xq,yq)則注：xe，ye為q線與平衡線交點E點的坐標(biāo)值精餾段操作線的斜率

解出最小回流比為：

三、實際操作回流比實際回流比應(yīng)在全回流和最小回流比之間，通過經(jīng)濟(jì)核算確定。適宜回流比：操作費用和設(shè)備費用的總和為最小時的回流比。（1）精餾過程的操作費主要包括塔底加熱蒸汽的消耗量和塔頂冷凝水的消耗量。這兩項都決定于塔內(nèi)上升蒸汽量。當(dāng)回流比R增大，加熱和冷卻介質(zhì)用量增大，操作費用增大。（2）精餾裝置的設(shè)備包括精餾塔、再沸器和冷凝器。當(dāng)設(shè)備類型和材料確定后，設(shè)備費用決定于設(shè)備尺寸。當(dāng)回流比為最小回流比時，需無窮多塊理論板，精餾塔無限高，故設(shè)備費用無限大。總費用為設(shè)備費和操作費之和適宜回流比例：在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合液，原料組成為0.4（苯的摩爾分?jǐn)?shù)），餾出液組成為0.95

釜殘液組成為0.05，操作條件下物系的平均相對揮發(fā)度為2.47，求最小回流比。

（1）飽和液體進(jìn)料（泡點）

（2）飽和蒸汽進(jìn)料（露點）最小回流比應(yīng)用實例：液體精餾操作精餾塔的操作回憶：精餾操作的流程一、板式塔的操作特性一、影響精餾操作的因素對于特定的一、精餾過程中的氣液相接觸狀態(tài)

板式塔中氣液兩相在塔板上充分接觸，發(fā)生劇烈的攪拌，以實現(xiàn)傳熱和傳質(zhì)。氣液接觸狀態(tài)有鼓泡接觸、泡沫接觸、噴射接觸幾種。1.鼓泡接觸狀態(tài)氣速低，氣流斷裂成氣泡在液層中自由浮升，塔板上清液多，氣泡數(shù)量少，兩相呈鼓泡接觸狀態(tài)，接觸面積為氣泡表面——氣泡表面湍動程度不大，傳質(zhì)阻力大。一、精餾過程中的氣液相接觸狀態(tài)2.泡沫接觸狀態(tài)隨氣速量的增大，氣泡數(shù)量增多，氣泡不斷發(fā)生合并和斷裂，液體以液膜的形式存在于氣泡之間，兩相間傳質(zhì)面為面積很大的液膜，此液膜在高度湍動中——較好的塔板工作狀態(tài)。一、精餾過程中的氣液相接觸狀態(tài)3.噴射接觸狀態(tài)隨著氣速的繼續(xù)增大，動能很大的氣體以射流形式穿過液層，將板上的液體破碎成許多大小不等的液滴而拋向塔板上方空間，直徑較小的液滴被氣體帶走形成液沫夾帶。——較好的塔板工作狀態(tài)。

泡沫接觸狀態(tài)和噴射狀態(tài)均是較好的精餾塔塔板工作狀態(tài)，但噴射狀態(tài)是塔板操作的極限，液沫夾帶較多，所以多數(shù)塔板操作均控制在泡沫接觸狀態(tài)。二、精餾操作過程中的典型異常現(xiàn)象1.液泛

精餾操作過程中，下層塔板上的液體涌至上層塔板，上下塔板液相連在一起，這種現(xiàn)象稱為“液泛”產(chǎn)生原因：（1）塔內(nèi)上升蒸汽速度過大；（2）液體負(fù)荷大，溢流管內(nèi)液面逐漸升高。二、精餾操作過程中的典型異?，F(xiàn)象2.霧沫夾帶

精餾操作過程中，氣流自下而上通過塔板上的液層，鼓泡上升，離開液面時將許多液滴帶至上一層塔板，這種現(xiàn)象稱為“霧沫夾帶”。產(chǎn)生原因：氣流上升速度超過了允許速度。

大量霧沫夾帶會將不應(yīng)升至塔頂?shù)闹亟M分帶到塔頂產(chǎn)品中，影響產(chǎn)品質(zhì)量；同時降低了傳質(zhì)過程的濃度差。過量霧沫夾帶液泛原因：①氣相在液層中鼓泡，氣泡破裂，將霧沫彈濺至上一層塔板；②氣相運動是噴射狀，將液體分散并可攜帶一部分液沫流動。

說明：開始發(fā)生液泛時的氣速稱之為液泛氣速。降液管液泛

說明：兩種液泛互相影響和關(guān)聯(lián)，其最終現(xiàn)象相同。當(dāng)塔內(nèi)氣、液兩相流量較大，導(dǎo)致降液管內(nèi)阻力及塔板阻力增大時，均會引起降液管液層升高，當(dāng)降液管內(nèi)液層高度難以維持塔板上液相暢通時，降液管內(nèi)液層迅速上升，以致達(dá)到上一層塔板，逐漸充滿塔板空間，即發(fā)生液泛。并稱之為降液管內(nèi)液泛。二、精餾操作過程中的典型異?，F(xiàn)象3.氣泡夾帶塔板上的液體經(jīng)過溢流堰流入降液管時含有大量的氣泡，氣泡內(nèi)的這部分氣體本應(yīng)分離出來返回原來板面上，由于液體在降液管內(nèi)停留時間不夠，所含氣泡來不及解脫就被帶入下一層塔板。。二、精餾操作過程中的典型異?，F(xiàn)象4.漏液塔板上的液體從氣流通道流入下一層。如果上升氣體能量不足以穿過液層，托不住液層，就會導(dǎo)致漏液，嚴(yán)重的會使液體全部漏完，出現(xiàn)“干板”。產(chǎn)生原因:上升氣體氣流速度過小——保持適宜的氣流上