1、,主 講：楊 虎 TelE-Mail:,第六章 蒸 餾,教學(xué)要求 6-0 概述 6-1 兩組分溶液的汽液平衡 6-2 平衡蒸餾與簡單蒸餾 6-3 精餾原理和流程 6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算 6-5 間歇精餾 6-6 特殊精餾 復(fù)習(xí),材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,2/93,教學(xué)要求,重 點：兩組分的相平衡關(guān)系；兩組分連續(xù)精餾的計算；影響精餾過程的主要因素。 覆蓋內(nèi)容：兩組分物系的汽液平衡關(guān)系，t-x-y圖, x-y圖，拉烏爾定律，泡點方程、露點方程、相對揮發(fā)度及其影響因素；精餾原理；雙組分連續(xù)精餾塔的物料衡算，恒摩爾流假設(shè)，理論板的概念，操作線方程

2、，進料熱狀況，q的意義及計算，最小回流比的概念及確定，回流比對精餾過程的影響，理論板數(shù)的確定（圖解法，逐板計算法及簡捷法）；點效率、板效率和塔效率的概念，實際塔板數(shù)的確定；精餾裝置的熱衡算；平衡蒸餾、簡單蒸餾的特點及計算，間歇精餾的特點及計算步驟；恒沸精餾、萃取精餾的概念；精餾塔全塔效率及點效率的測定方法。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,3/93,6-0 概述,蒸 餾 定義與術(shù)語,輕組分低沸點組分 重組分高沸點組分,特點：,直接獲得產(chǎn)品，蒸餾操作流 程較為簡單。,應(yīng)用廣泛，歷史悠久?？煞蛛x 液體混合物、氣體混合物。,蒸餾能量消耗大。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原

3、理 蒸餾,4/93,6-0 概述,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,5/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡,物質(zhì)遷移：高化學(xué)位低化學(xué)位。, 6-1-1 兩組分理想物系的汽液平衡,一、相律,強度性質(zhì)：t、P、yA、yB、xA、xB 濃度約束方程有： yA+ yB =1 xA + xB =1 1) P=constant: yA=f(t)、 xB=f(t);2) t= constant: yA=f(P)、 xB=f(P);,二、理想物系與拉烏爾定律,1.理想物系： 溶液理想溶液，氣體理想氣體 2.拉烏爾定律,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,6/93,6-1 兩組分溶

4、液的汽液平衡,拉烏爾定律示意圖,理想氣體：,對理想溶液，E=,3.泡點方程,純組分：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,7/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡,4.露點方程,描述了一定總壓下理想體系中汽液平衡時氣相組成與純組分飽和蒸汽壓(露點溫度)之間的關(guān)系，稱為露點方程,由相組成計算露點（泡點）溫度試差計算。,泡點方程,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,8/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡,5.相平衡常數(shù),6.相對揮發(fā)度,揮發(fā)度,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,9/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡,理想體系：,pA0=f(t)、pB0=f

5、(t) ，但隨t的變化較小，可視為常數(shù)，可取操作溫度范圍內(nèi)的平均值。,對于雙組分溶液，當(dāng)總壓不高時：,的意義：描述了該二元物系進行蒸餾分離的難易程度。,相平衡方程,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,10/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡,三.兩組分理想溶液的氣液平衡相圖,P=pA0 x+(1-x)pB0 y=pA0 x/(pA0 x+(1-x)pB0) 單相區(qū)：氣相區(qū)、液相區(qū) 兩相共存區(qū),1.Px(y)圖等溫圖,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,11/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡,t-x-y圖和x-y圖,2.等壓圖, t-x-y圖,杠桿規(guī)則 部分汽化：x

6、yF 分布分離,t-x-y圖可通過實驗測定。,對二元理想物系：,系統(tǒng)總壓影響氣液,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,12/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡, x-y圖,txy 圖中的數(shù)據(jù) xy 圖。,x-y線與對角線偏離越遠，表示越易分離。若x-y線與對角線重合，則不能用精餾方法分離。,精餾過程接近等壓。x-y圖常用于兩組分混合物精餾過程的計算。壓強對x-y曲線的影響不大，但壓強明顯改變時，必須考慮壓強的影響。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,13/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡, 6-1-2 兩組分非理想物系的汽液平衡,幾種情況：1）氣相為理想氣體，液

7、相為非理想溶液；2）液相為理想溶液，氣相為非理想氣體；3）液相為非理想溶液，氣相為非理想氣體。 相液平衡，任一組分在氣相中的化學(xué)等于液相中的化學(xué)位：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,14/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡,實際物系分為三類：具有一般正負(fù)偏差、具有最大正偏差、具有最大負(fù)偏差。,在Px(y)圖中，PB0PPA0、液相線不是直線。tx(y)圖、x-y圖與理想體系的的接近。,Px(y)圖，PmaxPA0，PB0max；tx(y)圖出現(xiàn)最低點，最底恒沸點；xy圖中，平衡曲線與對角線相交。,Px(y)圖，PminPA0，PB0min，tx(y)圖出現(xiàn)最高點，最高恒沸點，

8、xy圖，平衡曲線與對角線相交。,一、具有一般正負(fù)偏差的實際物系,二、具有最大正偏差的實際物系,三、具有最小正偏差的實際物系,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,15/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡,最大正偏差溶液：,t-x,t-y,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,16/93,6-1 兩組分溶液的汽液平衡,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,17/93,6-2 平衡蒸餾和簡單蒸餾,一、流程,6-2-1平衡蒸餾,特點：連續(xù)穩(wěn)定、分離程度不高。,計算內(nèi)容：通常給定F、xF和分離要求（xD、xW)或(W、xW)確定D、W或xD 確定 P 操作溫度te

9、換熱器熱負(fù)荷。 約束方程：物、熱衡算、平衡關(guān)系。,范圍 基準(zhǔn) 輕組分：FxF=DxD+WxW 總物料：F=D+W 液化率：q=W/F,二.物料衡算,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,18/93,6-2 平衡蒸餾和簡單蒸餾,對換熱器： Q：熱負(fù)荷，kJ/h or KW； F：原料液，kmol/h； Cp：原料液的平均比熱，KJ/mol. ； tf：原料液的溫度， ； T：通過加熱器后原料液的溫度， ,三.熱量衡算,三.汽液平衡關(guān)系,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,19/93,6-2 平衡蒸餾和簡單蒸餾,1.由P確定平衡曲線xy線及tex線； 2.由分離要求或物料

10、衡算計算q， 3.作q線，并xy線相交； 4.由交點的x坐標(biāo)確定te。,五.步驟,對閃蒸罐： r：汽化潛熱，KJ/mol； te：平衡溫度， 。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,20/93,6-2 平衡蒸餾和簡單蒸餾, 6-3-2 簡單蒸餾,一.流程與裝置,二.簡單蒸餾的原理,液相組成：,汽相組成：,釜液量：,釜液量全部汽化 最終釜液量W=0，無分離作用。只有部分汽化（冷凝），才可得到易揮發(fā)組分較高的餾出液。 當(dāng)料液組成為x1時，所得餾出液最高組成為y1。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,21/93,6-2 平衡蒸餾和簡單蒸餾,三.過程計算,總：dD+L+d

11、L+LdD = -dL,物料衡算：任一瞬間，yx滿足平相衡。范圍 基準(zhǔn)：dt,輕組分：,圖解積分或數(shù)值積分,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,22/93,6-2 平衡蒸餾和簡單蒸餾,輕組分的物料衡算：,總物料衡算：,比較：對相同的物系，在相同液化率時，簡單蒸餾的效果更好。,按一個操作周期的物料衡算：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,23/93,6-3 精餾原理和流程,6-4-1 精餾過程原理和條件,一次部分汽化（冷凝） 結(jié)果：部分分離 多次部分冷凝（汽化） 結(jié)果：較大程度的分離 缺點：中間產(chǎn)物多，能耗高，產(chǎn)量小，設(shè)備龐大。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化

12、工原理 蒸餾,24/93,6-3 精餾原理和流程,料液, xF Feed,塔頂產(chǎn)品, xD Overhead product,液相回流 Liquid reflux,汽相回流 Vapor reflux,精餾段 Rectifying section,提餾段 Stripping section,再沸器 Reboiler,冷凝器condenser,改進：回流使不處于平衡狀態(tài)的兩相接觸熱、質(zhì)傳遞部分冷凝和部分汽化同時發(fā)生。,精餾原理：在塔內(nèi)，對氣、液兩相同時進行多次部分冷凝和部分汽化。,精餾條件：塔頂?shù)囊后w回流和塔釜的產(chǎn)生的蒸汽回流。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,25/93,6-3

13、 精餾原理和流程,第n-1板溢流：Ln-1，xn-1 ，tn-1； 第n+1板上升：Vn+1，yn+1，tn+1； 第n板溢流：Ln，xn，tn； 第n板上升：Vn，yn，tn。,進入第n板的汽液兩相是不平衡的。組成為x n-1的液體及組成為y n+1的蒸汽同時進入第n板，存在溫度差和濃度差，汽液兩相在第n板上密切接觸進行傳質(zhì)和傳熱，使離開該板的汽液兩相趨近相平衡（理論板：離開的汽液兩相達到相平衡）， 結(jié)果：（從宏觀看）重組分：汽液；輕組分：液汽。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,26/93,6-3 精餾原理和流程, 6-3-2精餾流程,連續(xù)精餾流程,間歇精餾流程,精餾段上升

14、蒸汽中輕組分的精制 提餾段下降液相中重組分的提濃 回流實現(xiàn)精餾操作的必要條件,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,27/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,兩組分連續(xù)精餾的工藝設(shè)計及計算主要內(nèi)容:,1）確定產(chǎn)品的流量和組成； 2）確定精餾塔的類型，根據(jù)塔型，計算理論板層數(shù)或填料層高度； 3）確定塔高和塔徑； 4）對板式塔，進行塔板結(jié)構(gòu)尺寸的計算和塔板的流體力學(xué)驗算； 5）對填料塔，確定填料的類型和尺寸，并計算填料塔的流動阻力； 6）計算冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷，并確定兩者的類型和尺寸，以及冷卻劑和加熱劑的用量。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,28/93,6-4

15、兩組分連續(xù)精餾的計算, 6-4-1 理論板與恒摩爾流假設(shè),理論板衡量實際板分離效率的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。,一、理論板,二、恒摩爾流假設(shè),熱量衡算：,物料衡算：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,29/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,精餾段：,提餾段：,服從恒摩爾流假定的精餾過程，塔板上汽液兩相接觸時，有多少摩爾的蒸汽冷凝，相應(yīng)就有多少摩爾的液體汽化。因此該精餾過程屬等摩爾反向擴散傳質(zhì)過程。,范圍 基準(zhǔn) xF、xD、xW：進料、餾出液、釜殘液的組成（摩爾分率）； F、D、W：進料、餾出液、釜殘液的流量（kmol/h）。, 6-4-2 物料衡算與操作線,一、全塔物料衡算,材料與化學(xué)工程

16、系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,30/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,總物料：,輕組分：,塔頂輕組分回收率：,塔底重組分回收率：,注意：,規(guī)定分離要求：應(yīng)滿足DxDFxf 或(D/F)(Xd/Xw)。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,31/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,二、精餾段操作線方程,回流比,滿足恒摩爾流，則V=(R+1)L。,精餾段操作線,特點：直線；過點（xD,xD)和點（0，xD/(R+1),材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,32/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,三.提餾段操作線方程,范圍 基準(zhǔn),提餾段操作線方程,特點：直線， 過

17、(xW, xW）點。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,33/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,提餾操作線： c點：y =x= xW 斜率：L/V 截距：-WxW /V,精餾操作線： a點：y =x= xD 斜率：R/(R+1) 截距：xD /(R+1),x,y,0,1.0,1.0,xD,a,b,xW,c,d,e,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,34/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,6-4-3 進料熱狀況的影響,第 m 塊板加料板 范圍 基準(zhǔn),總物料衡算：,輕組分物料衡算：,熱量衡算：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,35/93,6-4

18、 兩組分連續(xù)精餾的計算,飽和蒸汽間的顯熱可不計 飽和液體間的顯熱可不計,加料熱狀態(tài)參數(shù),精餾段與提餾段的兩相流量關(guān)系：,提餾段操作線方程：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,36/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,（1）溫度低于泡點的冷液體 tF1;,（2）泡點下的飽和液體tF=tB ， IF=IL； q=1 ;,（3）汽液混合物tBtFtD，ILIFIV ；0q1; q=汽液混合中液相分率,（4）露點下的飽和蒸汽tF=tD， IF=IV ；q=0;,（5）過熱蒸汽tFtD，IFIV ; q1。,實際生產(chǎn)中，精餾塔的進料可能有五種不同的熱狀態(tài), 對于兩段之間的物料平衡會有不同

19、影響：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,37/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,(1) 冷液體 q1, LL+F, VV,(2) 飽和液體 q=1, L=L+F, V=V,(3) 汽液混合物 0L, VV,(4) 飽和蒸汽 q=0, L=L, V=F+V,(5) 過熱蒸汽 qF+V,上述各進料熱狀態(tài)下的 q 值，以及受此影響的汽、液摩爾流率分別為,進料線方程精餾段操作線與提餾段操作線的交點軌跡方程，也被稱為q線方程。,精餾段操作線方程：,提餾段操作線方程：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,38/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,進料方程或q線方程,特點：

20、加料熱狀態(tài)一定時，q 線方程式為一直線方程；且必定會過點（xF,xF)。 不同加料熱狀態(tài)對應(yīng)不同的 q 值，也就對應(yīng)著不同的 q 線。 當(dāng)飽和液體進料，q=1,q 線方程為x=xF； 當(dāng)飽和蒸汽進料，q=0，q 線方程為y=xF 。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,39/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,q 線的作法： e點(xF,xF)，斜率=q/(q-1),進料焓值(溫度)增加，q 值減小， 則 q 線與精餾操作線的交點(相應(yīng)加料熱狀態(tài)下兩操作線的交點)沿著精餾操作線向 x、y 減小的方向移動。從塔設(shè)備的角度，這意味著加料板位置下移。,q 線與精餾段操作線的交點即為兩操

21、作線的交點，僅需將此點與對角線上的 x=xW，y=xW 點聯(lián)結(jié)，即得提餾段操作線。 實際應(yīng)用中，常用此法作提餾段操作線。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,40/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,6-4-4 理論板層數(shù)的求法,對符合恒摩爾流假設(shè)的雙組分精餾過程，NT 操作線方程和相平衡關(guān)系。,一.逐板計算法,依據(jù)：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,41/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,步 驟：,x1,y2,x2,第n層理論板是進料板，精餾段所需理論板層數(shù)為（n-1）,此后，可改用提段操作線方程進行類似計算，直至xm xW，m為提餾段理論板數(shù)（含再沸器）。

22、,若塔頂為全凝器, y1=xD,y3,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,42/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,例.二元混合液中輕組分的摩爾分率xF=0.25，采用精餾操作進行分離，要求xD不小于0.98、xW不大于0.0885。操作條件下的相對揮發(fā)度為2.47，操作條件為回流比為5、泡點回流、泡點進料，求所需理論板層數(shù)。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,43/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,泡點回流，則y1=xD=0.98平衡方程x1 操作線y2 ,第八塊板為進料板，共需要10塊理論板（含塔釜再沸器）,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,

23、44/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,二、圖解法,梯級圖解法以平衡關(guān)系與操作關(guān)系為依據(jù)，將兩者繪在圖上，便可圖解得出達到指定分離任務(wù)所須的理論塔板數(shù)及加料板位置。,依據(jù)：R、q，進料及產(chǎn)品組成。 步 驟： 1. 作平衡線及對角線； 2. 作精餾段操作線； 3. 作q線； 4. 點(xq，yq)和(xW，xW)作提餾段操作線； 5.從a點平衡線與精餾段操作線之間作直角梯級； 6. 恰好跨越交點（d點）時，則在平衡線與提餾操作線之間作梯級，直至某梯級的垂直線達到小于xW為止；,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,45/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,7 .每個梯級代表一塊理論

24、板。梯級總數(shù)即為所需理論板數(shù)。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,46/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,進料位置對理論板數(shù)的影響：,圖a最佳進料位置所需的理論板數(shù)為最少。 圖b，c：加料板位置偏離進料組成，兩種安排所需的理論板數(shù)均有所增加。原因是操作線在局部與平衡線距離很近，傳質(zhì)推動力?。ㄔ鰸獬潭刃。?材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,47/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算, 6-4-5 幾種特殊情況時理論板層數(shù)的求法,一.直接蒸氣加熱,適用：重組分為水的體系。,易揮發(fā)組分衡算：,總物料衡算:,若恒摩爾流假設(shè)仍成立，則:,精餾段操作線：,提餾段操作線,如

25、何求解NT？,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,48/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,二.多側(cè)線塔,多股股進料 特點多q線,原因：1）多股進料，2）多股采出 特點：多塔段、各塔段的兩相流量改變。,第1段：,第2段：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,49/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,第3段,(xD,xD)、(0,xD/(R+1) ， (xq1,yq1)和第2塔段操作線的截距作； (xq2,yq2)和(xW,xW) 。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,50/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,側(cè)線出料：飽和液體出料、飽和蒸汽出料分成多

26、段,三.提餾塔,特點：無精餾段,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,51/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,以原料液作液相流時：,提餾段操作線方程為 ：,q 線方程聯(lián)立求解可得提餾段操作線與 q 線交點坐標(biāo),理論板數(shù)圖解： y=xD 與 q 線的交點即為提餾段操作線的起點，聯(lián)結(jié)點 d 與點 b（xW , xW）得提餾段操作線，由點 d 開始在兩線間作梯級至 b 點得所需理論板數(shù)。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,52/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,當(dāng)泡點進料時 q=1，交點為 xq= xF , yq=xD,提餾段操作線方程為 ：,欲提高餾出液組成，必須減

27、少蒸發(fā)量，增大操作線斜率F/D，所需理論板數(shù)將增加。 當(dāng)操作線上端移至 e 點，與成平衡的汽相組成為xD,max,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,53/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,四.塔頂設(shè)分凝器的精餾,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,54/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,精餾塔采用冷液回流，回流液溫度為T ，控制回流比R=L0/D，第一塊下降液體量L，實際回流比R=L/D。（IVIV) 1）試證明：R=R(1+cp(TB-T)/r)； 2）精餾段操作線。,五.塔頂設(shè)分凝器的精餾,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,55/93,6-

28、4 兩組分連續(xù)精餾的計算,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,56/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算, 6-4-6 回流比的影響及其選擇,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,57/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,58/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,三.最小回流比,R NT R=Rmin NT= RRmin 無法完成分離任務(wù) 最小回流比xD、xW、xF、q、 NT= Rmin,最小回流比的求法,理想物系、具有一般正負(fù)偏差的實際體系:,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,59/93,6-4 兩組

29、分連續(xù)精餾的計算,以表示平衡關(guān)系：,飽和液體進料，q=1,xq=xF：,飽和蒸汽進料，q=0,yq=xF：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,60/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,特殊的平衡曲線下的Rmin,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,61/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,RRmin，R操作費用和設(shè)備費用。,四.適宜回流比的選擇,操作費用：加熱介質(zhì)的量、冷冷卻介質(zhì)的量。,F、q、D 一定時，R 增大，操作費用相應(yīng)增加。,設(shè)備費用：塔高、塔徑,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,62/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,操作費,最適宜的

30、回流比總費用最低時的回流比。,根據(jù)實驗和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計:,例.xF=0.5、q=1、=2、D/F=0.6、NT=。 求：1)R=0.8，xD=? xW=? 2)R=1.5，xD=? xW=?,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,63/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,解：,1） NT=，R=Rmin=(xD-yq) / (yq-xq) q=1xq=xF=0.5 夾緊為x=xF與平衡曲線的交點。,代入最小回流比計算式,xD=0.8,物料衡算,2)設(shè)仍存在夾緊點，且位于q線與平衡曲線的交點，則：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,64/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計

31、算,物料衡算：,說明達到了最大分離程度。取F=1mol/h基準(zhǔn)，D=0.6mol/hFxF，表明塔釜殘液為純態(tài)的重組分。因此：,精餾段操作線：,提餾段操作線：,用8個物系，由逐板計算得出的結(jié)果繪制而成。,吉利蘭 (Gilliland) 關(guān)聯(lián)圖, 6-4-7簡捷法求理論板層數(shù),材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,65/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,應(yīng)用條件：組分?jǐn)?shù)目=211；進料熱狀態(tài)包括冷液至過熱蒸汽的五種情況； Rmin =0.537.0；=1.264.05；理論板數(shù)=2.443.1。,注意：使用該圖計算時，條件應(yīng)盡量與上述條件相近。,步驟： (1) 求 Rmin，并選擇

32、R；(2) 求Nmin；(3) (R-Rmin)/(R+1)，查 (NT-Nmin)/(NT+1) ，得所需 NT；(4) 確定加料位置。,注意：上述計算中，與實際回流比 R 對應(yīng)的 NT 和與全回流對應(yīng)的 Nmin，均指包括再沸器的全塔理論板數(shù)。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,66/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算, 6-4-8 塔高和塔徑的計算,一、板效率與塔高,理論板 實際板 校正,1.單板效率,物理意義: 分子代 表汽相或液相經(jīng)過一塊板后實際的組成變化，分母則為理論板的組成變化。整塊板的平均效率點效率,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,67/93,

33、6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,2.全塔板效率,反映塔中各層塔板的平均效率,3.塔高,二.塔徑計算,選擇操作流速u,操作狀態(tài)下上升蒸汽的體積流量Vs,按塔設(shè)備的的標(biāo)準(zhǔn)圓整,校核操作流速,分別計算精餾段和提餾段塔徑，若相差較大，應(yīng)采用異徑塔。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,68/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算, 6-4-9 連續(xù)精餾裝置的熱量衡算,冷凝器：塔頂冷凝得到回流液和產(chǎn)品； 再沸器：塔底供熱產(chǎn)生回流蒸汽。,一.冷凝器的熱量衡算,對全凝器作熱量衡算，若忽略熱損失,冷卻介質(zhì)消耗量則為,Qc：熱負(fù)荷，kJ/s；IV, IL ：塔頂上升蒸汽和餾出液的焓，kJ/kmol；Wc

34、 ：冷卻介質(zhì)消耗量，kg/s； Cpc：冷卻介質(zhì)的比熱，kJ/(kg)；t1、t2 ：冷卻介質(zhì)在冷凝器進、出口處的溫度。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,69/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,二.再沸器,加熱介質(zhì)消耗量：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,70/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,一.靈敏板,溫度分布 原因,溫度反映各板組成,靈敏板：溫度改變最顯著的塔板。, 6-4-10 精餾塔的操作和調(diào)節(jié),材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,71/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,二.精餾塔的操作與調(diào)節(jié),xF的影響：可 R 或 D/F 的

35、調(diào)節(jié)方法。,(1) R，L/V ；L/V，兩操作線與平衡線距離，塔板分離能力 。若 xF 下降不大，可在 D/F 不變的情況下維持 xD 不變，但塔頂冷凝器和塔釜再沸器的負(fù)荷增加，能耗增加。 (2) V 不變，減少 D/F，精餾段L/V ，精餾段塔板的分離能力變大，故 xF 下降不大時，適當(dāng)減少采出量 D/F 也可維持 xD 不變。 注意：R ，使xD 提高，受塔板數(shù)限制，提高程度有限。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,72/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算, q的影響：R 相同，q，進料帶入熱量，相同分離程度(xD-xW)所需理論板數(shù)。1) R 相同:為保持冷凝負(fù)荷 V

36、不變，進料熱，塔底供熱，塔釜上升蒸汽量，提操線斜率并向平衡線移動，提餾段每一塔板的分離能力 ；2)若V不變，進料帶入的熱量(q)，精餾段上升汽量 V ，冷凝負(fù)荷，R。 注意： q 變化時，應(yīng)根據(jù)冷凝器和再沸器的負(fù)荷能力來調(diào)節(jié)塔頂?shù)幕亓饕毫颗c塔釜的汽化量，以滿足分離的要求。,若 xF 變化較大而要維持 xD 不變，應(yīng)適當(dāng)下調(diào)進料位置，并同時加大 R 或減少 D/F 的調(diào)節(jié)。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,73/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算, R的影響：回流比是精餾塔分離效果的主要因素，生產(chǎn)中常用改變回流比來調(diào)節(jié)、控制產(chǎn)品質(zhì)量。 在D/F一定時，通過增大R提高xD會受到下

37、列因素的限制： 1.再沸器和冷凝器的傳熱能力； 2.精餾塔所具有的理論板數(shù)，即使R增大到無窮大，（全回流），xD有一最大值極限； 3.全塔物料平衡的極限，即：,塔體散熱：當(dāng)塔體的熱量損失QL=0，1） QL0，熱量從塔環(huán)境，從上到下的L或L依次增大，與增大R的效果相同；2） QL0,與減小R的效果相同。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,74/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算, 6-5-11精餾塔的計算類型,一.設(shè)計型計算,設(shè)計條件：混合物系、組成、處理量,任務(wù)：1）選擇操作條件；2）選擇塔型；3）計算塔的工藝尺寸（塔徑、塔高、板間距、塔板布置、流體力學(xué)性能驗算等）；4）選擇

38、加熱劑、冷凝劑、再沸器、冷凝器、泵；5）主體設(shè)備和附屬部件選擇，包括塔體壁厚與公稱直徑、接管尺寸、接管閥欄、群坐、人孔、手孔、等。,二、操作型,設(shè)備一定，且忽略操作條件變化對ET的影響。 1.通過改變操作條件，定量計算分離效果的變化，或定性分析xD、xW的變化趨勢。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,75/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,2.校核：對一定的設(shè)備在指定操作條件下操作，判斷能否達到分離要求。,二元精餾的基本方程,分離結(jié)果的變化受物料衡算和各板分離能力的約束。,方法：試差法或反證法。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,76/93,6-4 兩組分連續(xù)

39、精餾的計算,例.某精餾塔具有5塊理論板（含塔釜再沸器），含苯50%（摩爾分率）的苯甲苯混合掖預(yù)熱至泡點后在塔的第三塊理論板（從上往下）上進入塔內(nèi)，泡點回流，回流比為3，塔頂?shù)酿s出率為0.44，體系的相對揮發(fā)度為2.47。試計算餾出液和釜殘液的組成。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,77/93,6-4 兩組分連續(xù)精餾的計算,y1= 0.8890、 x1= 0.7642；y2= 0.7955 、x2= 0.6117 ；y3= 0.6810 、 x3= 0.4637 ；y4= 0.5494 、x4= 0.3305； y5= 0.3739 、 x5= 0.1946假設(shè)值。,所以：xD

40、=0.8890；xW=0.1946。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,78/93,6-5 間歇精餾,特點：非穩(wěn)態(tài)過程；只有精餾段。,操作方式：餾出液組成恒定；回流比恒定,流程：,6-5-1 回流比恒定的間歇精餾塔計算,已知F、xF、要求的最終xWe 和餾出液平均組成，確定適宜的回流比和所需的理論板數(shù)。,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,79/93,6-5 間歇精餾,R 恒定的間歇精餾，xD 與 xW 均隨過程的進行而變。 N 一定，任意時刻的 xD 與 xW 相互制約。 操作線隨過程平行下移，即操作 線的起點和截距均在變。,假設(shè)xD始 xD始 xF Rmin,

41、一.特征,二.確定回流比和理論板數(shù),Rmin R NT,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,80/93,6-5 間歇精餾,任取 xD xW,三.殘液量, ： W，xW，xD +d ：W+dW，xW+dxW,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,81/93,6-5 間歇精餾,得出的 與任務(wù)給定的 比較，若相等或稍大即為所求，否則應(yīng)另設(shè) xD始，重新進行上述各步計算。,總汽化量：,根據(jù)總汽化量和操作所需時間可確定單位時間的汽化量，并由此確定精餾塔的塔徑與蒸餾釜的傳熱面積。,F、xF 和 xWe 由分離任務(wù)給定,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,82/93,

42、6-5 間歇精餾,-5-餾出液組成保持恒定的間歇精餾,已知F、xF、xD、xW 或 ，確定回流比的變化范圍和所需的理論板數(shù)。,一.餾出液量和釜殘液量的確定,二.理論板數(shù)的確定,xD 恒定，過程終了時 xW 最低， 則(xD-xW) 最高，NT 最大。 設(shè)終了時刻釜液組成為 xWe，可用圖解法求理論板數(shù)。,D, xD,W, xW,Q,V,L,F,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,83/93,6-5 間歇精餾,最小回流比,R終=(1.12)Rmin NT,R終 為 xD 恒定的間歇操作終了時的最大回流比，初期可采用較小的 R。 xW 與 R 有對應(yīng)關(guān)系：R 的 xW 瞬間對應(yīng)值圖解,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,84/93,6-5 間歇精餾,汽化量=f( 蒸汽用量, 傳熱面積 ),設(shè)： d 內(nèi)，汽化量： dV ，餾出液量： dD,對開始至任一時刻作物料衡算,汽化量：,回流比：,汽化量：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,85/93,6-5 間歇精餾,若已知蒸餾釜的汽化能力 (kmol/s)，則精餾一釜料液所需時間為：,材料與化學(xué)工程系 化學(xué)工程教研室,化工原理 蒸餾,86/93,6-6 特殊精餾,恒沸物或接近于1的物系,普通精餾,特殊精餾 萃取 吸附 膜分離,萃取精餾 恒沸精餾 加鹽精餾 反應(yīng)精餾