第六章蒸馏§6.1概述§6.2双组分溶液的汽液平衡§6.3平衡蒸馏与简单蒸馏§6.4精馏原理§6.5两组分连续精馏的计算§6.6间歇精馏§6.7恒沸精馏与萃取精馏教学要求：重点：两组分的相平衡关系；两组分联系精馏的计算；影响精馏过程的主要因素。覆盖内容：两组分物系的汽液平衡关系，t-x-y图,x-y图，拉乌尔定律，泡点方程、露点方程、相对挥发度及其影响因素；精馏原理；双组分连续精馏塔的物料衡算，恒摩尔流假设，理论板的概念，操作线方程，进料热状况，q的意义及计算，最小回流比的概念及确定，回流比对精馏过程的影响，理论板数的确定；（图解法，逐板计算法及简捷法）；点效率、板效率和塔效率的概念，实际塔板数的确定；精馏装置的热衡算；平衡蒸馏、简单蒸馏的特点及计算，间歇精馏的特点及计算步骤；恒沸精馏、萃取精馏的概念；精馏塔全塔效率及点效率的测定
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。6.1概述传质过程——物质以扩散的方式，从一相转移到另一相的相界面的转移过程，称为物质的传递过程，简称传质过程。6.1概述蒸馏——通过加热造成气液两相物系，利用物系中各组分的挥发度不同的特性以实现分离的目的。易挥发组分：沸点低的组分难挥发组分：沸点高的组分蒸馏分离的特点：6.1概述间歇蒸馏连续蒸馏按操作压强常压蒸馏减压蒸馏加压蒸馏按蒸馏方式简单蒸馏平衡蒸馏精馏特殊精馏按待分离混合物中组分的数目双组分精馏多组分精馏按操作
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本章重点讨论常压下双组分连续精馏的原理和计算返回6.2双组分溶液的汽液平衡溶液的气液平衡关是蒸馏过程的热力学基础，是它的依据，因此了解混合物的气液平衡关系是理解掌握过程的最基本条件。1.2.1两组分理想物系的气液平衡一、理想物系与拉乌尔定律所谓理想物系是指液相和气相应符合以下条件：（1）液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。（2）气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。二、相律 相律是研究相平衡的基本规律。相律
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示平衡物系中的自由度数、相数及独立组分数间的关系。式中 Ｆ－自由度数 Ｃ－独立组分数 φ－相数１、对于双组分系统，F＝２平衡物系涉及的参数有温度、压强与气、液两相的组成。对双组分物系，当一相中某一组分的浓度确定后，另一组分的浓度随之确定，故液相或气相的组成均可用单参数表示，因此，只要温度、压强和气、液两相组成这四个变量中任意规定两个，则平衡物系的状态将被唯一地确定，余下的参数不能任意选择。２、恒压操作：Ｐ恒定，则该平衡物系只剩一个自由度，因此，在恒压下的双组分气液平衡物系必存在如下关系：液相（或气相）组成与温度的一一对应关系；气液相间的一一对应关系。1.2.1两组分理想物系的气液平衡三、两组分理想物系的气液平衡函数关系1.液相组成与温度(泡点)的关系--泡点方程由于纯组分A、Ｂ的饱和蒸气压均是温度的函数混合物的沸腾条件是各组分的液面分压之和等于外压，即：饱和蒸汽压与温度的关系可用安托因（Antoine）方程表示A、B、C为安托因常数，可由相关的手册查到。一定总压下液相组成与纯组分饱和蒸汽压(泡点温度)关系，称为泡点方程1.2.1两组分理想物系的气液平衡三、两组分理想物系的气液平衡函数关系2.气相组成与温度(露点)的关系--露点方程当汽相为理想气体时，有：一定总压下气相组成与纯组分饱和蒸汽压(露点温度)之间的关系，称为露点方程1.2.1两组分理想物系的气液平衡三、两组分理想物系的气液平衡函数关系3.用相平衡常数表示1.2.1两组分理想物系的气液平衡若引入相平衡常数Ｋ，则三、两组分理想物系的气液平衡函数关系4.用相对挥发度表示1.2.1两组分理想物系的气液平衡溶液中各组分的挥发度ν可用它在蒸气中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比表示。对双组分物系（1）挥发度纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压对理想溶液（2）相对挥发度溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比称为相对挥发度，用表示1.2.1两组分理想物系的气液平衡当操作压强低，气相服从道尔顿分压定律时，上式可改写为：对理想溶液：由于pA0和pB0均随温度沿相同方向变化，因而两者的比值变化不大，故一般可将α视为常数，计算时可取操作温度范围内的平均值。对于双组分溶液，当总压不高时：由α>1，表示组分A较B易挥发；α值越大，两组分在两相中相对含量的差别越大，用蒸馏方法越容易将其分离。相平衡方程四、两组分理想溶液的气液平衡相图（1）等温图在温度一定的条件下，气、液两相平衡时，压力与组分的关系用压力-组成图（p-x图）表示。1.2.1两组分理想物系的气液平衡四、两组分理想溶液的气液平衡相图在一定外压条件下，沸点与汽液相组成的关系，绘在图上即是t-x-y图(2)等压图A、t-x-y图1.2.1两组分理想物系的气液平衡两线：t~x线为泡点线，泡点与组成有关；t~y线为露点线，露点与组成y有关。3区:t~x线以下为过冷液体区；t~y线以上为过热蒸汽区；在t~x与t~y线之间的区域为气液共存区，在此区域内气液组成y与x是成平衡关系，气液两相的量符合杠杆定律。只有设法使体系落在汽液共存区这才能实现一定程度的分离。例如将组成为的过冷溶液加热至C点，产生第1滴气泡，故C点所对应的温度称为泡点，气泡组成为y1，维持加热升温至G点，溶液部分汽化，气相组成为y(F点)，液相组成为x(E点)，y>xF，x
yF，故部分冷凝亦可实现一定程度的分离。要实现高纯度分离必须采用多次部分汽化和多次部分冷凝，这个过程在工业生产上是如何实现的呢？两端点A与B.端点A代表纯易挥发A组分(x=1)，端点B代表纯难挥发B组分（x=0）。对于一定组成的溶液加热到与相交的点，即出现第一个气泡，所以线亦称泡点线。对于组成为的蒸汽，冷却至与线相交，出现第一个露珠，所以称线为露点线。1.2.1两组分理想物系的气液平衡四、两组分理想溶液的气液平衡相图t-x-y图可通过实验测定。若为二元理想溶液，t-x-y图可利用计算方法求得：…………式说明，只要知道某温度下的（饱和蒸汽压数据），就可以计算得到x与y，就可以作出在指定外压下的图。上式还说明，总压对t-x-y图是有影响的。1.2.1两组分理想物系的气液平衡四、两组分理想溶液的气液平衡相图Bx-y图取图中的数据，以x为横坐标，y为纵坐标，绘成的图为图。x-y图对于易挥发组分，因为，所以x-y线均在对角线上方。X-y线与对角线偏离越远，表示越易分离。若x-y线与对角线重合，则不能用精馏方法分离。对于二元理想溶液，x-y图可由t-x-y图得到。1.2.1两组分理想物系的气液平衡通常，精馏过程是在接近等压的条件下进行，所以等压图是精馏过程中常用的，尤其是x-y图，常用它来说明两组分混合物精馏过程的计算。返回6.3.1平衡蒸馏一、平衡蒸馏过程将一定组成的液体加热至泡点以上使其部分汽化，或一定组成的蒸气冷却至露点以下使其部分冷凝，形成气、液两相，两相达到平衡，然后，将气、液两相分离，此过程的结果是易挥发组分在气相富集，难挥发组分在液相富集，这种过程称为平衡蒸馏。6.3.1平衡蒸馏二、过程的数学描述衡蒸馏过平程的主要关系式有：物料衡算式热量衡算式气液平衡关系物料衡算以两组分混合液的闪蒸为例进行说明以整个装置为系统进行衡算6.3.1平衡蒸馏对加热器作热量衡算，忽略热损失，则节流减压后，物料放出的显热即供自身的部分气化，故由此式可求得原料液离开加热器的温为2、热量衡算6.3.1平衡蒸馏平衡蒸馏中，气、液两相处于平衡状态，即两相温度相同，组成互为平衡。因此，y与x应满足相平衡方程式若为理想溶液应满足平衡温度te与组成x应满足泡点方程即3、气液平衡关系6.3.2简单蒸馏简单精馏装置图在实验室或工业生产中，采用如图所示的装置，实质也是一个汽化器，一个冷凝器。一、简单蒸馏的装置6.3.2简单蒸馏蒸馏原理示意图釜液量若全部汽化，又全部冷凝，即最终釜液量W=0，则达不到分离的目的。只有部分汽化，部分冷凝，才可得到易挥发组分较高的馏出液。由图看出，当料液组成为x1时，所得馏出液最高组成为y1。所以用简单蒸馏的方法，得不到纯度高的产品。在简单蒸馏的过程中：液相组成由汽相组成（馏出液组成）由釜液量由二、简单蒸馏的原理6.3.2简单蒸馏描述简单蒸馏过程的物料衡算、热量衡算方程与平衡蒸馏并无本质区别，但简单蒸馏是个时变过程，而平衡蒸馏为定态过程。因此，对简单蒸馏必须选取一个时间微元dt，对该时间微元的始末作物料衡算。L——某瞬间釜中的液体量，它随时而变，由初态W1变至终态W2；x——某瞬间釜中液体的组成，它由初态x1降至终态x2；y——瞬间由釜中蒸出的气相组成，随时间而变。三、简单蒸馏过程的计算：忽略高阶无穷小：6.3.2简单蒸馏6.3.2简单蒸馏原料量F及原料组成x1一般已知，当给定x2即可联立上式求出残液量W。由于釜液组成x随时变化，每一瞬间的气相组成y也相应变化。若将全过程的气相产物冷凝后汇集一起，则馏出液的平均组成及数量可对全过程的始末作物料衡算而求出。易挥发组分的物料衡算：总物料衡算：返回6.4精馏原理和流程6-4-1精馏过程原理和条件简单蒸馏及平衡蒸馏只能使液体混合物得到有限的的分离，远远不能满足工业的要求。如何利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度的分离，是我们在本节要讨论的基本内容。6.4精馏原理和流程现取第n板为例来
分析
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精馏过程和原理：塔板的形式有多种，最简单的一种是板上有许多小孔（称筛板塔），每层板上都装有溢流管，由下一层（n+1层）的蒸汽通过板上的小孔上升，而上一层（n-1层）来的液体通过溢流管流到第n板上，在第n板上汽液两相密切接触，进行热和质的交换。进、出第n板的物流有四种：a．由第n-1板溢流下来的液体量为Ln-1，其组成为xn-1，温度为tn-1；b．由第n板上升的蒸汽量为Vn，组成为yn，温度为tn；c．从第n板溢流下去的液体量为Ln，组成为xn，温度为tn；d．由第n+1板上升的蒸汽量为Vn+1，组成为yn+1，温度为tn+1。 开始时进入第n板的汽液两相是不平衡的。因此，当组成为xn-1的液体及组成为yn+1的蒸汽同时进入第n板，由于存在温度差tn=1>tn-1和浓度差xn-1>xn+1*，汽液两相在第n板上密切接触进行传质和传热，即组成为yn+1的蒸汽部分冷凝,使其中部分难挥发组分转入液相中；冷凝放出的潜热传给液相，组成为xn-1的液体部分气化，其中易挥发组分转入气相中。因而离开第n板的气相组成yn＞yn+1，液相组成xn＜xn-1，若汽液两相在板上的接触时间足够长，接触比较充分，那么离开该板的汽液两相相互平衡，通常称这种板为理论板（xn，yn成平衡）。精馏塔中每层板上都进行着与上述相似的过程，其结果是上升蒸汽中易挥发组分浓度逐渐增高，而下降的液体中难挥发组分越来越浓，只要塔内有足够多的塔板数，就可使混合物达到所要求的分离纯度。6.4精馏原理和流程加料板把精馏塔分为二段，加料板以上的塔，即塔上半部完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的难挥发组分，因而称为精馏段。加料板以下（包括加料板）的塔的下半部完成了下降液体中难挥发组分的提浓，即除去了易挥发组分，因而称为提馏段。一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段。6-4-2精馏操作流程6.4精馏原理和流程从上面所讨论的精馏操作不难看出，精馏之所以区别于蒸馏就在于精馏有“回流”，而蒸馏没有“回流”。回流包括塔顶的液相回流与塔釜部分汽化造成的气相回流。回流是构成汽、液两相接触传质使精馏过程得以连续进行的必要条件。若塔顶没有液相回流，或是塔底没有再沸器产生蒸汽回流，则塔板上的气液传质就缺少了相互作用的一方，也就失去了塔板的分离作用。因此，回流液的逐板下降和蒸汽的逐板上升是实现精馏的必要条件。返回第五节两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的工艺
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
及计算主要内容:确定产品的流量和组成确定精馏塔的类型，根据塔型，求理论板层数或填料层高度确定塔高和塔径对板式塔，进行塔板结构尺寸的计算及塔板流体力学验算对填料塔，确定填料的类型及尺寸，并计算填料塔的流动阻力计算冷凝器和再沸器的热负荷，并确定两者的类型和尺寸6.5.1理论板的概念与恒摩尔流假定一、理论板所谓理论板是指离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。理论板示意图理论板是一个理想化的塔板，即不论进入塔板的汽液组成如何，在塔板上充分混合和接触的最终结果表现为离开该板的汽液两相在传热、传质两方面都达到平衡状态，两相的温度相等，组成互成平衡。理论板在实际上是不存在的，这是由于要想使板上的汽液两相达到平衡，汽液两相的接触时间必须为无限长，这显然是不可能的。但理论板的概念之所以重要，是由于它可以作为衡量实际塔板分离效果的一个重要依据和标准。在设计计算时，先求出理论板数以后，然后用塔板效率予以校正就可以得出实际塔板数。6.5.1理论板的概念与恒摩尔流假定二、恒摩尔流假设（1）恒摩尔汽化：精馏段内每层塔板上升蒸汽的摩尔流量相等，即V1=V2=…=Vn=V；同理，在提馏段内，V1´=V2´=…=Vm´=V´。一般情况下，V‡V´。（2）恒摩尔溢流：精馏段内每层塔板下降液体的摩尔流量相等，即L1=L2=…=Ln=L；同理，在提馏段内，L1´=L2´=…=Lm´=L´。一般情况下，L‡L´。假设：各组分的摩尔汽化潜热近似相等汽、液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略塔设备保温良好，热损失可以忽略6.5.2物料衡算和操作线方程一、全塔物料衡算精馏塔的物料衡算6.5.2物料衡算和操作线方程二、精馏段操作线方程以单位时间为衡算基准：总物料易挥发组分在一定的操作条件下，该式在x-y直角坐标图上为直线，其斜率为R/（R+1），截距为xD/(1+R)。精馏段操作线方程回流比设塔顶采用全凝器，泡点回流：6.5.2物料衡算和操作线方程三、提馏段操作线方程以单位时间为衡算基准：总物料易挥发组分在提馏段内,V’=L’–W,代入上式提馏段操作线方程在一定的操作条件下，该式在x-y直角坐标图上为直线，过(XW,XW）点。6.5.3进料热状况的影响由于不同进料热状况的影响，使从进料板上升蒸气量及下降液体量发生变化，对于冷液进料的情况，提馏段内回流液体流量包括三部分：精馏段的回流液体量L原料液流量F为将原料液加热到板上温度，一部分上升蒸气冷凝而成的液体总物料衡算热量衡算假设：精馏塔中液体和蒸汽均呈饱和状态。加料板与相邻的上、下板的温度及汽、液相组成均相差不大则焓值有：热量衡算式可近似写成：6.5.3进料热状况的影响加料热状态参数q的定义：q的物理意义可以是进料液与饱和液的汽化热之比，也可以是每摩尔进料为提馏段带入液体的千摩尔数。则提馏段操作线方程可写为：6.5.3进料热状况的影响实际生产中，精馏塔的进料可能有五种不同的热状态,对于两段之间的物料平衡会有不同影响：Ａ状况——低于泡点的过冷液进料Ｂ状况——泡点液体进料Ｃ状况——汽-液混合物进料Ｄ状况——露点蒸汽进料Ｅ状况——高于露点的过热蒸汽进料（1）低于泡点的冷液体，IF1,L’>L+F,VL,V>V’（4）露点下的饱和蒸汽，IF=IV；q=0,L’=L,V=V’+F（5）过热蒸汽，IF>IV;q<1,L’V’+F6.5.3进料热状况的影响进料线方程——精馏段操作线与提馏段操作线的交点轨迹方程。*不同的q值对应着不同的q线，进料组成一定时各加料热状态下的q线如图所示。*q线的作法：由q线方程，当x=xF时,y=xF，可得图中对角线上的e点；过e点作以q/(q-1)为斜率的直线即得q线。6.5.4理论板层数的求法常用方法:逐板计算法,适合机算,准确,费时图解法,适合手算,快速,粗略简捷(吉利兰图)法,用于估算理论依据:操作线方程相平衡关系(平衡线方程)6.5.4理论板层数的求法一、逐板计算法步骤：若塔顶为全凝器,y1=xDx1y2x2……xn≤xF（仅指饱和液体进料）第n层理论板是进料板，精馏段所需理论板层数为（n-1）此后，可改用提段操作线方程进行类似计算，直至x´m
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