化工原理蒸馏精馏知识要点

三、操作线方程



1. 精馏段操作线方程
对如图划定范围作物料衡算 V=L+D 对易挥发组分衡算 Vyn+1=Lxn + DxD V, yn+1
D,xD
第n板
L, xn

Dx D L y n 1 x V V 令回流比 R=L/D xD R y n1 xn R1 R1


2. 恒摩尔溢流
精馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等。 提馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等




L1=L2=…=Ln=定值 （精馏段） L 1=L2=…=Ln=另一定值 （提馏段） 一定注意： 精馏段和提馏段下降的溢流分别不相等。 精馏段和提馏段上升的蒸汽分别不相等。 因为加料板加入原料液后使两段汽液两相流量发 生变化。 当各组分摩尔汽化焓相等，汽液接触良好且可忽 略显热(与汽化热比较)，保温良好且塔的热损失 可忽略时，恒摩尔流假定基本上成立。
露点

泡点
x或 y
0 P p A pB p 0 x p A A B (1 x A )
xA
0 P pB 0 p0 p A B
y A p0 A xA / P


对某一温度和总压，由这几式可求出xA，yA。 得出一系列的值后便可作出如前图所示的图来。 对于非理想溶液，计算很复杂。一般由实验得 出平衡数据。实验得出的平衡数据也是计算的 基础。


2. 相对挥发度(relative volatility)
溶液中两组分挥发度之比称相对挥发度,。通 常用易挥发组分挥发度作分子。
vA pA / x A vB pB / x B

若汽相服从理想气体规律，则
Py A / x A y A / x A PyB / x B yB / xB
二、精馏原理

1. 多次部分汽化部分冷凝
L4 G4
L3 L2
t/ C L1
G3
G2 G1
xA(yA)
冷却
冷却
加热
加热
加热
多次部分冷凝部分汽化操作示意图


多次部分冷凝和汽化的改进：后一级冷凝 液相加入前一级汽相中(对前级汽相起冷 凝作用)；后一级汽化汽相加入前一级液 相中(对前级液相起加热作用)。可使操作 连续、稳定。但设备仍然太多，操作不便， 控制也困难。 将每一个分离装置设置成一块塔板，形成 精馏塔。每一塔板代替部分冷凝汽化的分 离设备，使操作更方便灵活，控制更容易。

整理并略去下标得
x y 1 ( 1) x

若已知相对挥发度，则可由x计算y或由y计算x。 一般不是常数，变化不大时可用平均值代替而 取为常数以简化计算。 越大，两组分越容易分 离。当 1时，很难分离， =1时不能用普通方 法分离。
第三节 蒸馏与精馏原理 Principles of distillation and rectification 去冷凝
xA yA yB x B

对理想溶液
0 p0 / p A B

当溶液与理想溶液相差不大时，可近似认为相 对挥发度为常数，取其平均值代替。


3. 汽液相平衡方程
对二元溶液，
xA yA yA yB 1 y A 1 x A
(6-22)




操作线方程表示某层塔板与其相邻塔板汽相组成 与液相组成之间的关系。精馏段操作线方程是一 直线，斜率R/(R+1)，截距 xD/(R+1)。 通常塔顶的蒸汽在冷凝器中全部冷凝为液相，称 为全凝器，冷凝液在泡点温度下部分回流，称泡 点回流。 全凝器的物料衡算： V=L+D=(R+1)D 例 6-4 氯仿和四氯化碳混合液在一连续精馏塔 中进行分离。要求馏出液中氯仿的组成为 0.95 (摩尔分率) ，馏出液流量50kg/h，塔顶为全凝器， 全塔平均相对挥发度=1.6, 回流比R=2。 求：(1)第一块塔板下降的液体组成； (2)精馏段各板上升蒸汽V及下降液体L。


解: (1)进全凝器的汽相组成与出全凝器的液相组 成相同，y1=0.95。 第一板的平衡关系 1.6 x1 0.95 1 (1.6 1) x1


解得 x1=0.92 (2) 将已知质量流量换算为摩尔流量

50 0.95 50 0.05 D 0.414 kmol/h 119.35 153.8 V=(R+1)D=30.414=1.242 kmol/h L=V-D=1.242-0.414=0.828 kmol/h
化工过程与设备
Principles of chemical engineering
晨光化工技校
第六章 蒸馏 Chap. 6 Distillation



第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
概述 双组分溶液的汽液相平衡 蒸馏与精馏原理 双组分连续精馏塔的计算 间歇精馏 恒沸精馏与萃取精馏 板式塔
五、挥发度及相对挥发度


1. 挥发度(Volatility)
挥发度：表示纯物质在一定温度下蒸汽压的大小。 在溶液中，用某组分在汽相中的分压与其平衡液 相的摩尔分数之比来表示挥发度的大小。

v A pA / x A 理想溶液服从拉乌尔定律
pA p0 0 A xA vA pA xA xA
2. 提馏段操作线方程

第m+1 围作物料衡算 L=V + W Lxm=V ym+1 + WxW WxW L y m 1 xm V V WxW L xm (5-27) L W L W 提馏段操作线方程是一直线， 斜率L/(L -W)， 截距 -WxW/(L -W)。
yn

在稳定蒸馏过程中，每块塔板上冷凝的蒸汽量 恰好等于被汽化的液体量。


3. 精馏塔的分离过程
精馏塔内设多块塔板。汽相沿塔板逐级上升， 在塔顶再冷凝得到产品并将部分产品回流到塔 内，以维持稳定操作。 液相沿塔板降液管逐级下降，到塔底得到难挥 发组分较多的残液。 原料液从塔中某层塔板处加入，该板称加料板。 加料板以上称为精馏段(rectifying section)， 加料板及以下称提馏段(stripping section)。
第四节 双组分连续精馏塔的计算 Calculation of continue rectification tower of two components

工业蒸馏过程一般为连续精馏。 精馏塔的计算内容包括：物料衡算、 塔板数、进料口位置等。
一、全塔物料衡算

对全塔作物料衡算 F = D＋W 再对其中易挥发组分衡算 FxF = DxD +WxW 易挥发组分回收率
第一节 概述 Introduction



蒸馏是分离液体混合物的一种方法。 利用液体混合物中各组分的挥发度不同来进行 分离的操作称蒸馏。 在一定温度压力下，挥发性高的组分(也称低 沸点、易挥发、轻组分)在汽相中的浓度比在 液相中浓度高。反之，挥发性低的组分(也称 高沸点、难挥发、重组分)在汽相中的浓度比 在液相中浓度低。从而可以在塔顶得到轻组分， 而在塔底得到较重组分。


一、溶液的蒸汽压及拉乌尔定律
在一定条件下，液体与其上方的蒸汽达到动态 平衡，即液相中的分子向汽相转移的个数与同 时从汽相向液相转移的分子数相等时，称达到 了汽液相平衡。此时液体上方的蒸汽压叫该物 质的饱和蒸汽压。 混合溶液达汽液相平衡时，溶液中某组分的蒸 汽压比纯组分的饱和蒸汽压低。




理想溶液：两组分的分子相互作用完全相等， 所形成的溶液无容积效应、无热效应。 非理想溶液：两组分的分子相互作用不等，所 形成的溶液称非理想溶液。 理想溶液的汽液相平衡服从拉乌尔(Raoult)定 律。 pA p0 A xA
三、汽液相平衡图(y-x图)



除了t-x-y相图之外， 还有p-x(y)相图、 yA y-x相图，蒸馏操作 中常用y-x相图。只 要重新作出座标,就 可用同样数据绘出 y-x相图来。 易挥发组分汽相 浓度大于液相浓度。
yA＞xA
xA
四、双组分非理想溶液


若溶液中两组分间的相互作用比纯组分的作用 小，则溶液组分容易汽化，溶液上方组分的蒸 汽分压比理想溶液大。称对拉乌尔定律呈现正 偏差。如乙醇－水、正丙醇－水体系。 反之，若溶液中两组分间的相互作用比纯组分 的作用大，则溶液组分不容易汽化，溶液上方 组分的蒸汽分压比理想溶液小。称对拉乌尔定 律呈现负偏差。如硝酸－水、氯仿－丙酮体系。
Dx D Fx F
D
F

难挥发组分回收率
W (1 xW ) F (1 x F )
W
二、理论板的概念与恒摩尔流的假定


1. 理论板(Theoretical plate)的概念
设塔内任一塔板上，离开该板的汽相与液相达 汽液平衡。 实际塔板不可能达汽液平衡，但理论上用平衡 板来处理较方便，这样可以应用相平衡规律计 算离开塔板的汽液相浓度。 计算得出理论塔板数后，再经实际经验加上校 正系数就可得出实际需要的塔板数。
在一个塔内进行多次部分汽化和部分冷凝，轻、 重组分分离的操作叫精馏（Rectification）。 简单蒸馏 平衡蒸馏 按蒸馏性质分类 蒸 精馏 特殊精馏 馏 连续精馏 按操作性质分类 分 间歇精馏 双组分精馏 类 按分离物料性质分类 多组分精馏
第二节 双组分溶液的汽液相平衡 Vapor liquid phase equilibrium of two components