化工原理-蒸馏
化工原理09--蒸馏
层 塔 板上 上层 升塔 蒸板 汽下 的降 组液 成体 间的 的组 关成 系和 下
操 作 线 方 程 的 物 理 意 义 ：
提馏段操作线方程
31
一精馏塔用于分离乙苯-苯乙烯混合物，进料量 3100kg/h，其中乙苯的质量分率为0.6，塔顶、底 产品中乙苯的质量分率分别要求为0.95、0.25。 求塔顶、底产品的质量流量、摩尔流量。
1、保持回馏比恒定 根据精馏段的操作线 方程，其斜率不变。
斜率 =R/R+1
xwe
xw1
xde
xd1
2、保持馏出液组成恒定
因回流比不断增大， 精馏段操作线的截 距不断减小。
63
xwe xw1
xd
第六节
特殊精馏
一、水蒸气蒸馏：
用于易分解而与水又 不互溶，或要求分离 压力不易达到的体系。 d 在分离的气相： P=pA+pw f
47
48
3、逐板计算法求理论塔板数：
平衡关系： y=x/（1+（ -1）x），x=y/（y+ （1-y））
精馏段操作线方程： y=Rx/（R+1）+xD/（R+1）
提馏段操作线方程： y=L’x/（L’-W）+L’xW/（L’-W）
反复使用平衡关系和操作线关系即可求得理论塔板数
y1=xD 平衡关系 精馏段操作线方程 y’1 提馏段操作线方程 y2 x1 x2
组成量的关系满足 杠杆定律。
17
简单蒸馏的计算： 蒸馏釜的生产能力，根据热负荷 和传热能力 计算。 馏出液、残液的浓度与馏出量（或残留量） 之间的关系。
物料衡算 相平衡关系
18
三、简单蒸馏的计算： 在釜内某一瞬时，液体量为W，经微分时间dt 后，残液量为（W-dW），液相组成由x降为 （x-dx），气相组成为y。 对dt时间作易挥发组分的物料衡算： Wx=（W-dW）（x-dx）+ydW dW = dx W y-x 积分限为W=W1，x=x1；W=W2，x=x2， 1、溶液为理想溶液，得： lnW1/W2 =[1/(-1)] ln[x1(1-x2)/x2(1-x1)]+ln[1-x2/1-x1] 由:x1=A1/W1, x2=A2/W2 得:A1/A2=(B1/B2) W1=A1+B1,W2=A2+B2
化工原理蒸馏
化工原理蒸馏
蒸馏是一种重要的化工分离方法，利用物质的不同挥发性使其分离纯化。
蒸馏过程中，液体组分根据其挥发性差异在加热的条件下先蒸发，然后再经过冷凝回收成液体。
在蒸馏过程中，会产生不同的馏分，从而实现物质的分离和纯化。
在蒸馏中，首先将混合物加热至使其中的较易挥发组分蒸发并进入冷凝器，然后通过冷却将其转化为液体并收集。
而不易挥发的组分则在蒸馏瓶中富集，进一步提高纯度。
这样通过连续蒸发和冷凝，直到从混合物中逐渐分离出所需的纯组分。
蒸馏技术在石油、化工、制药等领域具有广泛的应用。
例如在石油炼制过程中，原油经过初次蒸馏分离得到不同沸点范围的馏分，例如天然气、汽油、柴油、液化石油气等。
而在制药过程中，蒸馏被用来纯化药物原料以去除杂质。
蒸馏的效率取决于诸多因素，包括温度、压力、液体性质和设备设计等。
不同的物质对于温度和压力的要求也不同，因此需要根据实际情况进行调整。
同时，蒸馏设备的设计也会影响蒸馏效率，例如塔板和填料的选择。
总之，蒸馏是一种重要的化工分离技术，能够实现混合物中的组分分离和纯化。
它在石油、化工、制药等领域具有广泛应用，并且可以根据具体情况进行调整以达到最佳效果。
化工原理-6章蒸馏
y x 1 ( 1)x
——相平衡方程
当 α为已知时，可用相对挥发度表示了气液相平衡关系。
当 1 当 1
y=x, 即相平衡时气相的组成与液相的组成相同， 不能用蒸馏方法分离。
则y>x,α愈大，y比x大的愈多，组分A和B愈易分离。
三、双组分理想溶液的气液平衡相图
双组分理想溶液的汽液平衡关系用相图表示比较直观、 清晰，而且影响蒸馏的因素可在相图上直接反映出来。蒸馏 中常用的相图为恒压下的温度-组成（ t-x-y ）图和气相-液 相组成（ x-y ）图。
当生产任务要求将一定数量和组成的原料分离成指定组成 的产品时，精馏塔计算的内容有：出液和塔釜残液的流量、塔 板数、进料口位置、塔高、塔径等。
6.4.1 全塔物料衡算
1．全塔物料衡算
单位时间为基准
总物料衡算： qn,F=qn,D+qn,W 易挥发组分物料衡算：
qn,FxF=qn,DxD+qn,WxW qn,F、qn,D、qn,W——流量，kmol/h
二、蒸馏的分类
1、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏。 2、按操作压力：常压；减压；加压。 3、按原料液组分数：双组分蒸馏和多组分蒸馏 4、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。
三、蒸馏操作的特点
优点：* 适用面广，液体混合物和气体混合物均可 * 操作流程较简单，无需其他外加介质
缺点：* 能耗大
一、利用饱和蒸气压计算气液平衡关系
法国物理学家拉乌尔在1887年研究含有非挥发性溶质的 稀溶液的行为时发现的，可表述为：“在某一温度下，稀溶 液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数”。
PA PA0 xA ——拉乌尔定律
pA0——纯组分A在溶液温度下的饱和蒸气压，Pa； xA——溶液中组分A的摩尔分数；
化工原理蒸馏
第六章蒸馏蒸馏定义：蒸馏分类：易挥发组分难挥发组分有回流蒸馏（精馏）无回流蒸馏：简单蒸馏（间歇操作）平衡蒸馏（连续操作）特殊蒸馏：萃取蒸馏、恒沸蒸馏按操作压力可分为加压、常压和减压蒸馏两组分精馏和多组分精馏第一节双组分溶液的气液相平衡一、溶液的蒸汽压与拉乌尔定律纯组分的蒸汽压与温度的关系：拉乌尔定律：在一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分的分压等于纯组分在该温度下的饱和蒸气压与它在溶液中的摩尔分数的乘积。
p=p A0x AA（6-2）p=p B0x B=p B0(1－Bx) （6-3）A式中p A、p B——溶液上方A，B组分的平衡分压，Pa；p0——在溶液温度下纯组成的饱和蒸汽压，随温度而变，其值可用安托尼(Antoine)公式计算或由相关手册查得，Pa；x、x B——溶液中A，B组分的摩尔分数。
A二、理想溶液气液平衡（一）t-y-x图1．沸点－组成图（t－ x－ y图）（1）结构以常压下苯-甲苯混合液t－ x－ y图为例，纵坐标为温度t，横坐标为液相组成x A和汽相组成y A（x，y均指易挥发组分的摩尔分数）。
下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线，上曲线表示平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线。
两条曲线将整个t－ x－ y图分成三个区域，液相线以下称为液相区。
汽相线以上代表过热蒸汽区。
被两曲线包围的部分为汽液共存区。
t－ x－ y图数据通常由实验测得。
对于理想溶液，可用露点、泡点方程计算。
（2）应用在恒定总压下，组成为x，温度为t1（图中的点A）的混合液升温至t2(点J)时，溶液开始沸腾，产生第一个汽泡，相应的温度t2称为泡点，产生的第一个气泡组成为y1(点C)。
同样，组成为y、温度为t4（点B）的过热蒸汽冷却至温度t3（点H）时，混合气体开始冷凝产生第一滴液滴，相应的温度t3称为露点，凝结出第一个液滴的组成为x1(点Q)。
F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。
图苯－甲苯物系的t－ x－ y图图苯－甲苯物系的y－ x图应用t－ x－ y图，可以求取任一沸点的气液相平衡组成。
化工原理6蒸馏
化工原理6蒸馏1. 简介蒸馏是一种常用的分离技术，特别适用于液体混合物的分离。
在化工工业中，蒸馏被广泛应用于石油炼制、化学品生产、药品制造等领域。
本文将介绍蒸馏的原理、工艺和常见设备。
2. 蒸馏的原理蒸馏的原理基于不同物质的沸点不同。
蒸馏过程中，液体混合物被加热至其中物质的沸点，使其蒸发，并在蒸馏塔内上升。
然后，蒸汽与冷凝器中的冷却介质接触，将蒸汽重新变为液体，实现分离。
较挥发性的物质将优先蒸发，而较不挥发性的物质较晚蒸发。
3. 蒸馏的工艺蒸馏的工艺包括以下几个步骤：3.1 加热液体混合物首先，将液体混合物加热至其中物质的沸点。
加热可以使用多种方式，如蒸汽加热、火焰加热或电加热。
3.2 蒸发当液体混合物被加热至其中物质的沸点时，液体开始蒸发，生成蒸汽。
蒸汽随后在蒸馏塔内上升。
3.3 冷凝蒸汽在蒸馏塔顶部进入冷凝器，与冷凝介质接触，冷凝成液体。
冷凝过程中，将产生副产物和所需产品。
3.4 分离通过不同组分的沸点差异，液体混合物在冷凝过程中实现分离。
较挥发性的物质先冷凝，较不挥发性的物质则较晚冷凝。
3.5 收集产品经过分离后，所需产品被收集。
副产物通常会单独收集和处理。
4. 蒸馏设备蒸馏设备是实现蒸馏过程的关键。
常见的蒸馏设备包括以下几种：4.1 蒸馏塔蒸馏塔是蒸馏过程中最重要的设备之一。
它通常由一个筒体和多个板或填料组成。
液体混合物从塔底部进入，通过逐个板或填料的交替进行蒸发和冷凝。
这种连续的蒸发和冷凝过程最终实现了分离。
4.2 冷凝器冷凝器用于将蒸汽冷凝为液体。
它通常由管道和冷却介质组成，如水或空气。
冷凝器可以采用不同的结构，如冷却管、换热器或冷凝室。
4.3 加热器加热器用于加热液体混合物，将其加热至其中物质的沸点。
加热器可以采用不同的形式，如蒸汽加热器、电加热器或火焰加热器。
4.4 分离精馏塔分离精馏塔是一种特殊的蒸馏设备，用于实现高效的分离。
它通常由多个塔板或填料层组成，可以通过不同的蒸馏段和冷凝器段实现精馏。
化工原理-蒸馏
第六章 蒸 馏1、质量分数与摩尔分数的相互换算：（1） 甲醇-水溶液中，甲醇（CH 3OH ）的摩尔分数为0.45，试求其质量分数。
（2） 苯-甲苯混合液中，苯的质量分数为0.21，试求其摩尔分数。
解：（1）因为 x A =0.45所以（2）因为 w A =0.21所以2、在压强为101.3kPa 下，正己烷-正庚烷物系的平衡数据如下：t,℃ 30 36 40 46 50 56 58 x 1.0 0.715 0.524 0.374 0.214 0.091 0 y1.00.8560.7700.6250.4490.228试求：（1）正己烷组成为0.5（摩尔分数）的溶液的泡点温度及其平衡蒸汽的组成；（2）将该溶液加热到45℃时，溶液处于什么状态？各相的组成是多少？（3）将溶液加热到什么温度才能全部气化为饱和蒸汽？这时蒸汽的组成是多少？解：由所给平衡数据做t-x-y 图（见本题附图）。
（1）当x A =0.5时，由图中读得泡点温度t s =41℃，其平衡瞬间蒸汽组成y A =0.75；（2）当t =45℃时，溶液处于气液共存状态，此时x A ‘=0.38 ，y A ’=0.64 ； （3）由图知，将溶液加热到49℃时，才能全部汽化为饱和蒸汽，蒸汽组成为0.5 。
3、在常压下将某原料液组成为0.6（易挥发组分的摩尔分数）的两组分溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为1/3，试求两种情况下的釜液和馏出液组成。
假设在操作范围内气液平衡关系可表示为y =0.46x +0.549 。
解：（1）简单蒸馏时 因为 D /F =1/3 所以 W /F =2/3 将y =0.46x +0.549直接代入式（6-20）593.018)45.01(3245.03245.0=⨯-+⨯⨯=+=B B A A AA A Mx Mx M x w 239.092/)21.01(78/21.078/21.0///=-+=+=B B A A A A A M w M w M wx解之x w =0.498由式（6-22）其中所以 （2）平衡蒸馏时 由Fx F =Dy +Wx得与y =0.46x +0.549 联立求解，得到x =0.509 ，y =0.7834、在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。
化工原理 第六章 蒸馏(传质过程)
t
121.9℃
X=0.383
负偏差
x y
x y
y
y
x
x
19
挥发度与相对挥发度
挥发度：表示某种溶液易挥发的程度。 若为纯组分液体时，通常用其当时温度下饱和蒸 气压PA°来表示。 若为混合溶液时，各组分的挥发度，则用它在一 定温度下蒸气中的分压和与之平衡的液相中该组 分的 摩尔分数之比来表示， vA = pA / xA vB = pB / xB
演示
37
xn
xn 1 yn 1 yn
第四节 双组分连续精馏计算
38
物料衡算
F—原料(液)摩尔流量，kmol/h； D—馏出液摩尔流量，kmol/h； W—釜残液摩尔流量，kmol/h； 总物料衡算 易挥发组分的物料衡算
D xD F xF
F D W
D F ( xF xW ) xD xW
xn 1
n 1
yn xn yn 1
n
n 1
T-x(y) 图
t 假设蒸汽和液体充分接触，并在离 n 1 开第 n 层板时达到相平衡，则 yn 与 xn t n t n 1 平衡，且yn>yn+1，xn<xn-1。
这说明塔板主要起到了传质作用， 使蒸汽中易挥发组分的浓度增加， 同时也使液体中易挥发组分的浓度 减少。
t5 t4 t3 t2 t1
E D
C
B A
x（y）
温度-组成图（ t-x-y 图）
12
上述的两条曲线将tx-y图分成三个区域。
液相线以下的区域 代表未沸腾的液体, 称为液相区 气相线上方的区域 代表过热蒸气,称为 过热蒸气区； 二曲线包围的区域 表示气液同时存在, 称为气液共存区。
化工原理 第九章 蒸馏
电
歇精馏、恒沸精馏、萃取精馏、反应精馏等等。
子
课
件
2
返回
西 9.2二元物系的气液相平衡
安 交 根据相律，用于描述相平衡物系的自由度数 应N f该满足一下关系式：
大
Nf C2
一、理想物系的气液平衡
化
工 原
对较易挥发组分A与较难挥发组分B形成的A、B溶液来说，它们之
返回
9.4 二元连续精馏的分析和计算
西 9.4.1全塔物料恒算
安 从整体来看，无论塔内的操作状况如何，连续精馏过程的加料、馏出 交 液、釜液的流率和组成受到全塔物料恒算关系的约束。
大 对图９－９所示的二元连续精馏塔作物料恒算，有
化 总物料恒算
F DW
工 易挥发组分物料恒算 原 馏出液产率 理 电 挥发组分：
西
安
交 9.3.1简单蒸馏
大
简单蒸馏的基本流程如
2
图所示。一定量的原料液投
化 入蒸馏釜中，在恒定压力下
工 加热气化，陆续产生的蒸汽
1
原
进入冷凝器，经冷凝后的液 体（又称馏出液）根据不同
理 电
要求放入不同的产品罐中。 因上述流程很简单，故称其 加 热 蒸 汽 为简单蒸馏，它是较早的一
3A
3B
3C
子 种蒸馏方式。
子
课
p。A p。B
件
yA / xA yB / xB
4
返回
西 三、非理想物系的气液平衡
安 根据溶液的蒸汽压偏离拉乌尔定律的方向，一般可将非理想溶液分 交 成两大类：
大 １、正偏差溶液
化 当异分子间吸引力 fAB 小于同分子间吸引力 fAA 和 fBB 时，溶液中组分的
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回收率 1）塔顶易挥发组分
2）塔底难挥发组分
NT的图解法
•与间接加热提馏段操作线 的斜率相同，所以，两操 作线重合。
•当ym+1 =0时，xm=x*w
x*w xw
6.3.6 最小回流比及回流比的选择
a）全回流 特点：全回流时塔顶产品D=0，不向塔内进料，F=0，也不
取出塔底产品，W=0。因而无精馏段和提馏段之分。
全回流的意义：实验开始或生产开车时通过全回流操作使塔达稳态
6.3.4 进料热状况的影响
图6-17 加料板上的物流示意图
五种可能的进料热状况： (a) 过冷液体（温度低于泡点） (b) 饱和液体 (c) 饱和液、汽的混合物（相平衡温度介于泡点和露点之间） (d) 饱和蒸汽 (e) 过热蒸汽（温度高于露点）
分析第3种情况： 令进料中液相所占的分数为q，气相所占的比例为1-q。
c）适宜回流比
适宜回流比的确定 R=（1.1～2.0)Rmin
1- 总运行费 2- 能源费 3- 设备折旧费
6.3.7 实际塔板数和塔板效率
①全塔效率：
E0
理论塔板数N 实际塔板数Ne
yn-1
②单板效率（默费里效率）：
n-1 yn
气相单板效率:
n
yn+1
xn
n+1
液相单板效率:
6.4 精馏装置的热量衡算
①各组分的摩尔汽化潜热相等； ②气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略； ③塔设备保温良好，热损失可也忽略。
6.3.3 分段物料衡算及其图解
1. 精馏段的分析 V L D
Vy2
Lx1
DxD
y2
L
L D
x1
DxD LD
R=L/D 称为回流比
y3
R R
1
x2
xD R 1
（芬斯克方程） Nmin----全回流时所需的最少理论板数（不包括再沸器） 将xW换成xF可算的加料板位置及精馏段所需Nmin
b) 最小回流比Rmin
作图法求最小回流比
e ye
Rmin xD ye Rmin 1 xD xe
Rmin
xD ye
ye xe
xe
图6-23 在x-y图中分析最小回流比
y2
R R
1
x1
xD R 1
图6-13 精馏段的分析
yn1
R R
1
xn
xD R 1
精馏段的操作线方程: y R x xD R 1 R 1
(6-17d)
精馏段的操作线方程:
y R x xD R 1 R 1
(6-17d)
操作线是一条斜率为R/(R+1)，截距为xD/(R+1)的直线
(V ' V ) y (L' L)x (DxD WxW )
(V ' V ) y (L' L)x (DxD WxW )
L L qF
V V 1 qF
(q 1)Fy qFx FxF
FxF DxD WxW
q线方程或进料线方程：y q x xF q 1 q 1
L’>L+F
V’>V
L’=L+F
V’=V
L’>L L’=L L’<L
V’<V V’=V+F V’<V-F
作业
教材第249页 第8、9题 补充题
6.3.5 求理论塔板数小结
1. 逐板计算法 •塔顶为全凝器，第一板上升蒸气组成y1=塔顶产品组 成xD，自第一板下降的液体组成x1与y1成平衡，由相 平衡关系可求得x1； •自第二板上升的蒸气组成y2与x1满足精馏段操作关系， 由此求得y2，然后由x2和y2的平衡关系求得x2； •再利用x2求y3，如此反复，直至计算到xN1≤xd（两操 作线交点的液相组成）为止，第N1理论塔板即为加料 板，精馏段所需的理论塔板数为N-1。
分别对进料板进行液相和气相物聊衡算
L L qF
(1-q)F
qF
V V 1 qF
q
iV iV
iF iL
每千摩尔进料转化为饱和蒸气所需的热量 进料的千摩尔汽化潜热
求两操作线的交点d： 可联立求解提馏段和精馏段的易挥发组分的衡算式
V ' y Lx Wxw Vy Lx DxD
（6-23）
1
0.8
y 0.6
q线是两操作线交点的轨迹，即 三线交于一点
0.4
c
•d为q线与精馏段操作线ac的 0.2
交点，联结d与b(xw, xw) 即 得提馏段操作线bd。
0
•q线通过点f(xwxw)，斜率为 q/（q-1）
d
b 0.2
0.4 0.6
x
a 0.8 xD1
1
进料状况对进料线
q=1 q>1
加热蒸汽用量： GB QB /(IB iB )
6.4.2 冷凝器的热负荷
• 全凝器：用于移走全部塔顶 蒸气的冷凝热QＣ
QV QR
QC GD R 1 IV cpRtR
QF
• 分凝器:用于移走塔顶蒸气中作 为回流部分的潜热，冷凝液在 饱和温度下排出。
Ql QW
Qc RGD rR
《化工原理》
Principles of Chemical Engineering
第六章
蒸馏
Distillation
《化工原理》
Principles of Chemical Engineering
第六章
蒸馏
Distillation
第六章 蒸 馏
6.1 二元物系的汽液相平衡 6.2 蒸馏方式 6.3 二元连续精馏的分析与计算 6.4 精馏装置的热量衡算 6.5 多元精馏的概念 6.6 特殊蒸馏 6.7 蒸馏设备
以0oC的液体为计算基准
QB QF QR QV QW QL
QV QR
其中：QB GB (IB iB ) QF GF IF QR RGDcpRtR QV GD (R 1)IV QW GW cpW tW
QF
Ql
QW
图6-26 精馏塔和再沸器的热量衡算
所以有：QB GD R 1 IV GW cpWtW GF IF GDRcpRtR QL
７）数梯级数目，可以分别得出精馏段和提馏段的理论塔板数， 同时决定了加料板的位置。
x-y图解法求理论塔板数
1
y1=xD
a
0.8
y2 q
y 0.6
d
0.4
f
c
0.2
b 0 0 0.2
0.4 0.6 x1 0.8 xD1 x
直接蒸汽加热(例6-8)：
•加料板以上部分与间接蒸汽加热相同， 所以精馏段操作线不变；
6.3.1 理论板概念和恒摩尔流假设
1)理论板： 指离开这块板的气液两相达到平衡
yn-1
即
yn
1
n xn ( n 1)xn
n-1 yn
n
xn-1Biblioteka yn+1xn
tn f (xn )orf ( yn ) n+1
xn+1
恒摩尔流假设的具体内容
2)恒摩尔流假设 •恒摩尔气流：精馏操作时，在精馏塔的精馏段内，每 层板的上升蒸气摩尔流量都是相等的，在提馏段内也是 如此，但两段的上升蒸气摩尔流量却不一定相等，即： 精馏段: V1=V2=...=Vn=V, 提馏段: V1'=V2'=...=Vn'=V‘
2. 提馏段操作线方程 加料板上有进料物流，所以提馏段的液、气流量与精馏段有所不同
图6-15 提馏段的分析
L' V ' W L' xm V ' ym1 Wxw
ym1
L V
xm
WxW V
提馏段操作线：
ym1
L L W
xm
WxW L W
该直线通过以下两点: 对角线上的点b(xw, xw)
图6-26 精馏塔和再沸器的热量衡算
作业
教材第249页 第11、12、16题
《化工原理》
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第六章
蒸馏
Distillation
第六章 蒸 馏
6.1 二元物系的汽液相平衡 6.2 蒸馏方式 6.3 二元连续精馏的分析与计算 6.4 精馏装置的热量衡算 6.5 多元精馏的概念 6.6 特殊蒸馏 6.7 蒸馏设备
•此后，采用提馏段操作线方程与相平衡方程，继续进 行与上述过程类似的计算，直至计算到xN2≤xw为止， 不包括再沸器的全塔所需理论塔板数为N2-1
2. x-y图解法
图解步骤
1）在x-y图中作出相平衡曲线和对角线。 2）在x轴上定出x=xd、xF、xW的点，并通过这三点依次按垂线定 出对角线上的a、f、b点。 3）在y轴上定出yc=xD/(R+1)的点c，连a、c作出精馏段操作线。 4）由进料状况求出q线的斜率q/（q-1），并通过f点作q线。 5）将q线、精溜段操作线ac的交点d与点b连成提馏段的操作线bd。 6）从点a开始，在平衡曲线与操作线ac之间作梯级，当梯级跨过 点d时，这个梯级相当于加料板。然后改在平衡曲线与提馏段操 作线bd之间作梯级，直到再跨过b点为止。