《化工传质与分离过程》第三章 蒸馏
化工基础第三章(精馏过程的物料衡算与操作线方程)
则：
F＝180＋W 0.24F＝180×0.95＋0.03W
解得： F＝788.6kmol/h（进料量） W＝608.6kmol/h（釜液量）
（2）据 R＝L/D
故回流比为：
R L 670 3.72 D 180
2020/12/10
（3）据：
y n 1
R R 1
xn
1 R 1 xD
故精馏段操作线方程为：
y n 1
3.72 3.72 1
xn
0.95 3.72 1
0.788xn
0.201
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（4）由于进料为饱和液体，故 q＝1
则： R' xF xW (R q) q 0.24 0.03 (3.72 1) 1 2.4
xD xF
0.95 0.24
据：
y m 1
R' R'
一层塔板（n+1板）上升的蒸汽组成yn+1之间的关系称之为操作 关系，描述它们之间关系的方程称为操作线方程。
操作线方程可通过塔板间的物料衡算求得。
在连续精馏塔中，因原料液不断从塔的中部加入，致使精 馏段和提馏段具有不同的操作关系，现分别予以讨论。
2020/12/10
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1、 精馏段操作线方程
例：将含24%（摩尔分数，下同）易挥发组分的某 液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含95% 易挥发组分，釜液含3%易挥发组分。送入冷凝器的 蒸气量为850kmol/h，流入精馏塔的回流液为 670kmol/h，试求：
1、每小时能获得多少kmol/h的馏出液？多少 kmol/h的釜液？
2、回流比R为多少？ 3、写出精馏段操作线方程； 4、若进料为饱和液体，写出提馏操作线方程。
第三章 多组分精馏和特殊精馏(化工分离过程)
3.1.3 最少理论板数（Nm）和组分分配
全回流对应最少理论板数，但全回流下无产品采出， 因此正常生产中不会采用全回流。 什么时候采用全回流呢？
1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。 2、在实验室设备中，研究传质影响因素。 3、工程设计中，必须知道最少板数。
最少理论板数的计算
Fenske（芬斯克）方程推导前提： 1、塔顶采用全凝器，（若采用分凝器，则分凝器为第1块塔板） 2、所有板都是理论板。
一、关键组分（Key Components）
Na=串级数(2)＋分配器(1)＋侧线采出
F
(0)＋传热单元(2) = 5
已被指定的可调变量： （1）进料位置；（2）回流比； （3）全凝器饱和液体回流或冷凝 器的传热面积或馏出液温度。
余下的2个可调设 计变量往往用来指 定组分在馏出液和 釜液中的浓度。
两组分精馏 指定馏出液中一个组分的浓度，就确定了馏 出液的全部组成；指定釜液中一个组分的浓 度，也就确定了釜液的全部组成。
下面通过实例分别对二组分精馏和多组分精馏过 程分析进行比较。
二组分精馏实例：苯－甲苯
图3-1 二组分精馏流率、温度、浓度分布
三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯
图3-2 三组分精馏流量分布 图3-3 三组分精馏温度分布
四组分精馏实例：苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙苯
图3-6 四组分精馏液相组成分布
⎜⎜⎝⎛
yA yB
⎟⎟⎠⎞ 2
= ⎜⎜⎝⎛
xA xB
⎟⎟⎠⎞1
代入（3-2）式：
⎜⎜⎝⎛
yA yB
⎟⎟⎠⎞1
= α1 ⎜⎜⎝⎛
xA xB
⎟⎟⎠⎞1
=
⎜⎜⎝⎛
《化工原理蒸馏》课件
蒸馏的原理与流程
蒸馏原理
基于不同组分在汽化、冷凝过程中的物理性质差异，通过控制温度和压力，使 不同组分得以分离。
蒸馏流程
包括加热、汽化、冷凝、收集等步骤，通过优化流程参数，提高分离效果和效 率。
蒸馏在化工中的应用
01
02
03
石油化工
蒸馏是石油化工中常用的 分离方法，用于生产汽油 、柴油、煤油等。
02
数学模型通过建立数学方程来描述蒸馏塔内各相之间的传递和
反应过程，以便对蒸馏过程进行模拟和优化。
常见的蒸馏过程数学模型包括质量传递、动量传递和热量传递
03
模型，以及涉及化学反应的模型。
蒸馏过程的模拟软件介绍
01
蒸馏过程的模拟软件是用于模 拟和优化蒸馏过程的计算机程 序。
02
这些软件基于数学模型，通过 数值方法求解描述蒸馏过程的 偏微分方程，以预测蒸馏塔的 操作性能和优化设计。
蒸馏压力也影响蒸馏效率和产品质量。在 高压下，液体沸点升高，可分离沸点更接 近的组分。
蒸馏速率
回流比
蒸馏速率决定了蒸馏过程的效率。过快的 蒸馏速率可能导致产品质量下降，而慢速 蒸馏则可以提高产品质量和分离效果。
回流比是影响蒸馏效率和产品纯度的关键 参数。增大回流比可以提高产品纯度，但 也会增加能耗和操作成本。
新型塔板和填料的应用
采用新型塔板和填料可以提高蒸馏效率和分离效果，降低能耗和 操作成本。
强化传热传质技术
采用强化传热传质技术可以提高蒸馏效率，减小设备体积和操作成 本。
过程集成与优化
通过过程集成与优化，实现蒸馏过程的节能减排和资源高效利用。
04
蒸馏过程的模拟与计算
蒸馏过程的数学模型
01
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。
化工传质与分离过程
化工传质与分离过程
一、化工传质与分离过程
1. 定义
化工传质与分离过程指的是通过物理、化学或其他方式将原料中的物
质从一种物料中分离出来的过程，而另一种物料就是传质该物质的媒介。
2. 目标
将原料通过不同方式分离，将其形成符合工艺要求的单一物质料或多
种物质料。
3. 方法
（1）蒸馏：即利用不同沸点液体的差别，用蒸汽来将高沸点液体蒸发，得到更高沸点或低沸点液体；
（2）萃取：即利用萃取剂把溶解物从溶液中萃取出来分离；
（3）透析：即利用分子过滤的原理，将分子的大小作为界限，把分子
大的物质离开分子小的物质，得到分离的结果；
（4）聚类：即利用物料聚合的方法，将多种物料按照一定的聚类规则，聚合成一定形态一致的多种物料，进行分离；
（5）沉淀：即利用水溶液的pH值或溶质的活性，把有溶解或悬浮的
物质分离为比较纯净的物质。
4. 作用
（1）物料的分解：将原料中的物质按照一定的分离过程，分解成多种
物质；
（2）物料的提纯：将原料中的物质通过分离过程，可以提纯成单种物料，使之更加纯净；
（3）物料的精制：将原料中中的物质通过传质分离，可以使溶液中的物质增添成分，以达到高精度处理；
（4）物料的控制：通过传质分离，可以控制几种物料中比例、浓度和均匀性，以达到高效率工艺。
5. 应用
化工传质分离过程用于各种化工行业中，如原油加工，把原油分成石油气体、石油液体和各类残渣，并可获得更多的油产品；在电解废水处理中，能有效分离废水中的铁离子和阴离子，使铁离子含量尽可能降低；在食品饮料行业中，能有效把原料中的活性成分分离出来，以符合食品饮料行业的要求。
化工原理习题第三部分蒸馏答案（1）
化⼯原理习题第三部分蒸馏答案（1）第三部分蒸馏⼀、填空题1、蒸馏是⽤来分离均相液体混合物的单元操作。
2、含⼄醇12%（质量百分数）的⽔溶液，其⼄醇的摩尔分率为5.07%。
3、蒸馏操作是借助于液体混合物中各组分挥发度的差异⽽达到分离的⽬的。
4、进料板将精馏塔分为精馏段和提馏段。
5、理想溶液的⽓液相平衡关系遵循拉乌尔定律。
6、当⼀定组成的液体混合物在恒这⼀总压下，加热到某⼀温度，液体出现第⼀个⽓泡，此温度称为该液体在指定总压下的泡点温度，简称泡点。
7、在⼀定总压下准却⽓体混合物，当冷却到某⼀温度，产⽣第⼀个液滴，则此温度称为混合物在指定总压下的露点温度，简称露点。
8、理想溶液中各组分的挥发度等于其饱和蒸⽓压。
9、相对挥发度的⼤⼩反映了溶液⽤蒸馏分离的难易程度。
10、在精馏操作中，回流⽐的操作上限是全回流。
11、在精馏操作中，回流⽐的操作下限是最⼩回流⽐。
12、表⽰进料热状况对理论板数的影响的物理量为进料热状况参数。
13、q值越⼤，达到分离要求所需的理论板数越少。
14、精馏塔中温度由下⽽上沿塔⾼的变化趋势为逐渐降低。
15、当分离要求⼀定，回流⽐⼀定时，在五种进料状况中，冷液进料的q值最⼤，此时，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远，分离所需的总理论板数最少。
16、精馏过程是利⽤部分冷凝和部分汽化的原理⽽进⾏的。
精馏设计中，回流⽐越⼤，所需理论板越少，操作能耗增加，随着回流⽐的逐渐增⼤，操作费和设备费的总和将呈现先降后升的变化过程。
17、精馏设计中，当回流⽐增⼤时所需理论板数减⼩（增⼤、减⼩），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增⼤（增⼤、减⼩），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减⼩（增⼤、减⼩），所需塔径增⼤（增⼤、减⼩）。
18、分离任务要求⼀定，当回流⽐⼀定时，在5种进料状况中,冷液体进料的q 值最⼤，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远,分离所需的总理论板数最少。
19、相对挥发度α=1，表⽰不能⽤普通精馏分离分离，但能⽤萃取精馏或恒沸精馏分离。
化工原理之蒸馏培训课件
化工原理之蒸馏培训课件1. 蒸馏的基本原理蒸馏是一种通过控制液体的汽化和冷凝来分离混合物的常用技术。
在蒸馏过程中，通过对混合物加热，使其蒸发，然后将蒸汽通过冷凝器冷凝，生成纯净的组分。
1.1 蒸馏的基本过程蒸馏可以分为以下几个基本过程： - 加热：将混合物加热到使其中的易挥发组分蒸发的温度。
-蒸发：易挥发组分随着蒸汽脱离混合物。
- 冷凝：将蒸汽通过冷凝器冷凝成液体。
- 收集：将冷凝后的液体收集。
1.2 蒸馏的作用蒸馏技术可以用于以下几个方面： - 分离纯净组分：通过蒸馏，可以将混合物中的组分分离出来，得到纯净的单一组分。
- 浓缩液体：通过蒸馏，可以将溶液蒸发浓缩，得到更浓的溶液或者固体。
- 去除杂质：通过蒸馏，可以将混合物中的杂质分离出去，得到纯净的物质。
2. 蒸馏的分类根据不同的实际应用和具体工艺条件，蒸馏可以分为以下几种分类：2.1 常压蒸馏常压蒸馏是一种在大气压下进行的蒸馏过程，常用于液体分离和某些化学反应的应用中。
常压蒸馏的特点是操作简单，但分离效果较差。
2.2 精馏精馏是一种利用物料在不同温度下汽化和冷凝的特性进行分离的技术。
精馏相对于常压蒸馏来说，可以得到更高纯度的产品。
精馏过程中，通常会采用多个分馏塔，每个分馏塔的操作压力和温度都不同。
2.3 水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏是一种利用水蒸气的汽化和冷凝过程进行分离的技术。
水蒸气蒸馏广泛应用于精制石油产品、生物制药、食品加工等领域。
水蒸气蒸馏可以提高分离效果，得到更高纯度的产品。
3. 蒸馏的设备和操作在蒸馏过程中，涉及到一些常用的设备和操作方法。
3.1 蒸馏塔蒸馏塔是进行精馏蒸馏的主要设备，常用于分离液体混合物。
蒸馏塔通常由填料层和塔板组成，通过塔板和填料的结构，可以增加液体和气体之间的接触面积，提高分离效果。
3.2 冷凝器冷凝器是将蒸汽冷凝成液体的设备，常用于蒸馏过程中收集纯净组分。
冷凝器通常采用冷却水循环或冷却剂来降低蒸汽的温度并冷却。
化工原理蒸馏
化工原理蒸馏
蒸馏是一种常用的分离技术，在化工工艺中广泛应用。
它通过利用液体混合物的不同沸点差异，将液体混合物分离成组成相对纯净的组分。
蒸馏过程中，液体混合物首先被加热至使得其中组分开始蒸发。
蒸气进入蒸馏塔，通过与冷凝在塔顶的冷却介质接触，发生冷凝，而后与塔内回流液体混合物进行质量和热量的交换。
这种热量和质量的交换使得高沸点组分向下方下降，而低沸点组分则向上升腾。
在蒸馏塔的上部，收集到的冷凝液体称为顶产物，中间的蒸馏液称为塔底产物。
通过逐步加热混合物，我们可以连续地收集不同沸点组分，并达到分离的目的。
在进行蒸馏操作时，需要考虑几个重要因素。
首先是选择适当的塔设计。
蒸馏塔的设计取决于混合物的性质和所需分离的组分。
其次是控制好供热的方式和力度，以确保达到适当的沸点差，使得分离过程更为高效。
此外，在实际操作过程中，还需要对蒸馏塔进行不断的操作和参数调整，以达到最佳的分离效果。
蒸馏作为一种常用的分离技术，在石油、化工等行业得到广泛应用。
通过蒸馏可以分离出石油中的汽油、柴油等燃料，也可以分离出化学反应中产生的不同组分。
不仅如此，蒸馏还可用于酒精的提取、水的纯化等领域。
总之，蒸馏是一种重要的分离技术，通过利用液体混合物的沸点差异，实现组分的有效分离。
在化工工艺中的广泛应用使得蒸馏具有重要的实际意义和理论价值。
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精馏段的物料衡算
二、操作线方程
总物料衡算
V LD
Vyn1 Lxn Dx D
L D 精馏段操 y n 1 x n x D 作线方程 V V L 回流比 R D 精馏段操 R 1 y n 1 xn x D 作线方程 R 1 R 1
易挥发组分衡算
整理得 令 则
二、操作线方程
理论板提出的意义 用作衡量实际板分离效率的依据和标准。通 常，在工程设计中，先求得理论板层数，再用塔 板效率予以校正，即可求得实际塔板层数。
二、恒摩尔流假定
1.恒摩尔汽流 精馏段
精馏段中上 升 蒸汽摩尔流 量
V1 V2 Vn V 常数
提馏段
V V1 V2 Vm
n
t n 1
x
n 1
塔板操作分析
第三章 蒸 馏
3.1 3.2 3.3 3.4 蒸馏过程概述 两组分溶液的汽液平衡 平衡蒸馏与简单蒸馏 精馏的原理与流程
3.4.1 精馏的原理 3.4.2 精馏操作流程
一、连续精馏操作流程
化工生产以连续精馏为主。操作时，原料液 连续地加入精馏塔内，连续地从再沸器取出部分 液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被 汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶 蒸汽进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵 （或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余 部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。
二、恒摩尔流假定
恒摩尔流动的假定成立的条件
混合物中各组分的摩尔汽化潜热相等； 塔设备保温良好，热损失可以忽略。
恒摩尔流动虽是一项简化假设，但某些物系 能基本上符合上述条件，因此，可将这些系统在 精馏塔内的汽液两相视为恒摩尔流动。后面介绍 的精馏计算均是以恒摩尔流为前提的。
第三章 蒸 馏
3.5 两组分连续精馏的计算 3.5.1 计算的基本假定 3.5.2 物料衡算与操作线方程
第三章 蒸 馏
3.1 蒸馏过程概述 3.2 两组分溶液的汽液平衡 3.3 平衡蒸馏与简单蒸馏 3.3.1 平衡蒸馏 3.3.2 简单蒸馏 一、简单蒸馏装置 二、简单蒸馏的特点及其应用
三、简单蒸馏过程的计算
简单蒸馏为非稳态过程。因此，简单蒸馏的计 算应该进行微分衡算。 设在某瞬间τ 釜液量为L，kmol 釜液组成为 x 釜液量为L - dL，kmol 釜液组成为 x - dx 馏出量 dD ，kmol 馏出组成为 y
一、全塔物料衡算
精馏塔各 股物料(包括进 料、塔顶产品 和塔底产品)的 流量、组成之 间的关系可通 过全塔物料衡 算来确定。
原料 液
VL
V L
馏出 液 釜残 液
精馏塔的物料衡算
一、全塔物料衡算
总物料衡算
F D W
易挥发组分衡算
馏出液采出率 易挥发组分回收率 难挥发组分回收率
Fx F Dx D Wx W
1－精馏塔
2－再沸器
3－冷凝器
4－观察罩
5－储 槽
间歇精馏装 置示意图
第三章 蒸 馏
3.1 3.2 3.3 3.4 蒸馏过程概述 两组分溶液的汽液平衡 平衡蒸馏与简单蒸馏 精馏的原理与流程
3.5 两组分连续精馏的计算 3.5.1 计算的基本假定
一、理论板的假定
理论板的概念
离开该板的汽液两相互成平衡； 塔板上各处的液相组成均匀一致。
提馏段中上 升 蒸汽摩尔流 量 常数
注意：两段上升的汽相摩尔流量不一定相等 。
二、恒摩尔流假定
2.恒摩尔液流 精馏段
精馏段中下 降 液体摩尔流 量
L1 L2 Ln L 常数
提馏段
L2 Lm L L1
提馏段中下 降 液体摩尔流 量 常数
注意：两段下降的液相摩尔流量不一定相等 。
精馏段
1－精馏塔 2－再沸器
提馏段
3－冷凝器
连续精馏装 置示意图
二、间歇精馏操作流程
与连续精馏不同之处是：原料液一次加入精 馏釜中，因而间歇精馏塔只有精馏段而无提馏段。 在精馏过程中，精馏釜的釜液组成不断变化，在 塔底上升蒸汽量和塔顶回流液量恒定的条件下， 馏出液的组成也逐渐降低。当釜液达到规定组成 后，精馏操作即被停止。
馏出液的平均组成可通过一批操作的物料衡算 求得
D F W
Dy FxF WxW
联立得
FxF WxW y F W
馏出液的 平均组成
第三章 蒸 馏
3.1 3.2 3.3 3.4 蒸馏过程概述 两组分溶液的汽液平衡 平衡蒸馏与简单蒸馏 精馏的原理与流程
3.4.1 精馏的原理
一、多次部分汽化和冷凝
D x F xW F x D xW
Dx D D 100 % Fx F W (1 xW ) W 100 % F (1 xF )
二、操作线方程
1.精馏段操作线方程
在精馏段中，任意 塔板（ n 板）下降的液 相组成 xn 与由其下一层 塔板（ n+1 板）上升的 蒸汽组成 yn＋1 之间的关 系称之为操作关系，描 述该关系的方程称为精 馏段操作线方程。
二、精馏塔模型
上述的多次部分汽化和冷凝过程是在精馏塔 内进行的。 板式塔 √ 塔内装有若干层塔板 精馏塔 填料塔 塔内装有一定高度的填料层
塔板上的操作情况
精馏塔模型
y
n 1
t n 1
x
n 1
tn-1< tn< tn+1
y
n
tn
y
n 1
yn-1> yn> yn+1
x
xn+1< xn< xn-1
F
xF xW
dx yx
简单蒸馏过程 物料衡算关系
得
x F dx F ln xW y x W
三、简单蒸馏过程的计算
设汽液平衡关系为
x y 1 ( 1) x
积分，可得
1 xW F 1 xF ln [ln ln ] W 1 xW 1 xF
三、简单蒸馏过程的计算
提馏段的物料衡算
二、操作线方程
总物料衡算 W
V ym 1 Wx W L x m
1 ym
1 ym
L W xm xW V V
L W xm xW L W L W
提馏段操 作线方程
二、操作线方程
经时间 d
三、简单蒸馏过程的计算
总物料衡算
dL dD
易挥发组分衡算
Lx ( L dL)( x dx) ydD
联立以上两式，并略去二阶无穷小量得
dL dx L yx
三、简单蒸馏过程的计算
设 初始时，釜液量为F， 组成为xF 。 结束时，釜液量为W，组成为xW。
dL 积分 W L
根据恒摩尔流假定，L为定值，且在稳态操作 时，D及 xD为定值，故R 也是常量。精馏段操作 线方程为一直线方程。 斜率 直线方程
R R 1
截距
xD R 1
二、操作线方程
2.提馏段操作线方程
在提馏段中，任意塔 板（m 板）下降的液相组 与由其下一层塔板 成 xm （m+1 板）上升的蒸汽组 1 之间的关系称之为 成 ym 操作关系，描述它们之间 关系的方程称为提馏段操 作线方程。
比较 平衡蒸馏 简单蒸馏 精馏 单级过程
液体混合物 的初步分离
进行一次部分汽化
多级过程
进行多次部分汽化和冷凝
实现液体混合 物的完全分离
y3
y 2
B
x x x 3 2 1
tF
x x3 2
y3
A
x1 x2
y 1 y
2
y2
y1
x3
y3
xF
多次部分汽化和冷凝的 t- x- y 图
根据恒摩尔流假定， 作时，W及 xW为定值。提馏段操作线方程为一直 线方程。 斜率 直线方程
L L W
为定值，且在稳态操 L
截距
WxW L W
练 习 题 目
思考题 1. 精馏原理是什么，精馏与简单蒸馏有何不同？ 2. 塔顶液体回流和塔底上升蒸汽流的作用如何？ 3 . 为什么说理论板是一种假定，理论板的引入 在精馏计算中有何重要意义？ 4. 恒摩尔流假定的内容如何？ 5. 操作线表示何种关系，它是如何获得的？ 作业题: 4、5