化工原理蒸馏剖析
化工原理蒸馏培训课件
化工原理蒸馏培训课件一、蒸馏的基本原理蒸馏是一种常用的分离技术，广泛应用于化工领域。
其基本原理是利用液体的沸点差异，在加热的作用下将混合物中不同沸点的组分分别蒸发和凝结，以实现组分的分离。
在化工生产中，蒸馏通常用于从混合物中提取所需组分，去除杂质或回收溶剂等目的。
二、理想蒸馏和精馏1. 理想蒸馏理想蒸馏是指在无限理论塔板的情况下进行的蒸馏过程。
在理想蒸馏中，混合物在蒸发和凝结过程中可视为处于平衡状态，而且不发生任何物质的扩散和混合。
实际上，理想蒸馏是无法实现的，但它为我们理解蒸馏过程提供了一个很好的模型。
2. 精馏精馏是在实际工业生产中常用的一种蒸馏方法。
在精馏过程中，通过设计和优化塔板的结构和操作条件，以增加蒸发和凝结的效果，使得混合物能够在塔板之间进行多次蒸馏、凝结和液相循环，从而实现更好的分离效果。
三、蒸馏塔的结构和工作原理蒸馏塔是蒸馏过程中最常用的设备之一。
其基本结构包括进料管、塔板、塔板间隔板、冷凝管和顶部和底部的收集器。
蒸馏塔的工作原理是将混合物从塔底加热，将蒸发气体和液相分离，然后通过塔板和间隔板的作用，在各塔板之间进行多次蒸馏和凝结，最后从顶部收集纯净组分。
四、蒸发和凝结的影响因素蒸馏过程中，蒸发和凝结过程的效果直接影响着分离效果和产品纯度。
以下是影响蒸发和凝结的几个主要因素：1. 温度温度是影响蒸发和凝结的关键因素。
通过调节加热温度和冷却温度，可以控制蒸发和凝结的速率和效果，从而实现理想的分离效果。
2. 压力压力对蒸发和凝结的影响与温度相似。
通过调节系统的压力，可以改变组分的沸点和凝结点，从而影响蒸发和凝结的过程和效果。
3. 塔板结构塔板的结构和设计对蒸发和凝结过程有着重要影响。
合理设计的塔板可以提高传质效率，增加蒸发和凝结的表面积，进而提高分离效果。
4. 入料速度和塔底温度入料速度和塔底温度会影响塔内液相的循环和分布。
合理控制入料速度和塔底温度可以提高蒸发效果，减少不良组分的凝结。
化工原理第六章蒸馏
恒摩尔气流 恒摩尔液流
注意：V不一定等于V′，L不一定等于L′
溶液中两组分的摩尔汽化热相等，即rA rB； 因汽液两相温度不同而传递的热量可忽略； 假定 精馏塔保温良好，其热量损失可以忽略。
三、进料热状态参数q
1.进料热状况的定性分析：
A — — 过冷液体；
B — — 饱和液体；
加料板及其以下 ——提馏段
加料板以上 ——精馏段
间歇精馏：
——只有精馏段， 没有提馏段
第三节 双组分连续精馏的计算与分析
设计型计算： 操作型计算：
一、全塔物料衡算
F、D、W — kmol( A B) h
xF、xD、xW — kmolA kmol( A B) 总物料：F D W
Ln1 温度 易挥发汽化多
Vn yn
气相
液相
yn yn1 xn xn1
Ln1 x n1
Ln xn
n-1 n n+1
塔顶：纯A 塔釜：纯B
Vn1 y n 1
yn+1 tn+1 tn tn-1 xn
G O P
yn
t/℃
xn-1
0
x或y
1.0
加料位置 ——与原料液组成和温度相近的板上进料
240 101.33
pA
pB
0
,kPa ,kPa
101.33 116.9 135.5 155.7 179.2 204.2 40.0 46.0 54.0 63.3 74.3 86.0
0
温度℃
80.1
85
90
95
100
105
110.6 240
pA
0
,kPa
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(下)第1章蒸馏剖析
溶液上方的总压 p总 等于各组分的分压之和
p总 pA pB
p总 p*AxA pB* (1 xA )
整理，得
气液平衡时液 相组成与平衡 温度间的关系
xA
p总 pB* p*A pB*
泡点方程
p*A ( pB* ) f (t)
安托尼 方程
二、气液平衡关系式
2.以平衡常数表示的气液平衡方程
设平衡的气相遵循道尔顿分压定律，即
闪蒸 平衡蒸馏的原理
平衡蒸馏 装置简图
1.加热器； 2.减压阀； 3.分离器。
二、平衡蒸馏过程的计算
1.物料衡算
总物料衡算
F DW
易挥发组分物料衡算
FxF Dy Wx
气相产品的流量为
D
F
xF y
x x
二、平衡蒸馏过程的计算
设 q W/F
液化率
则 1 q D / F 汽化率
整理得
直线 方程
yA
pA p总
yA
p*A p总
xA
令
kA
p*A p总
平衡 常数
以平衡常数表示
yA kAxA
的气液平衡方程
二、气液平衡关系式
由
yA
p*A p总
xA
代入泡点方程，得
yA
p*A p总
p总 pB* p*A pB*
露点方程
气液平衡时气 相组成与平衡 温度间的关系
二、气液平衡关系式
3.以相对挥发度表示的气液平衡方程 (1)挥发度
y1
x1
苯－甲苯混合液的 x- y 图
平衡线
对角线
yx
平衡线与对 角线之间的 距离越大
分离越容易
二、气液平衡关系式
《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
化工原理蒸馏总结
化工原理蒸馏总结蒸馏是一种重要的化工分离技术，常常用于分离和纯化液体混合物中的组分。
在蒸馏过程中，混合物被加热，其中的组分以不同的速率蒸发并被收集。
本文将介绍蒸馏原理、种类、装置和操作技术。
一、蒸馏原理蒸馏原理是利用混合物中各组分的沸点差异进行分离。
具体而言，将混合物加热至其中一个或多个组分沸点时，该组分开始蒸发并进入凝集器，在凝集器内冷却后形成液体，蒸发过程通常在分馏塔中进行。
分馏塔通常采用返流方式，即收集在凝集器中的液体会回流至塔底，从而使组分蒸发和凝结的过程反复进行，提高分离效率和纯度。
二、蒸馏种类1.简单蒸馏：只有一次加热和凝结，适用于沸点差异较大的混合物。
简单蒸馏最常用于实验室中的小规模分离。
2.分批蒸馏：混合物被分成若干批加热，每一次仅收集沸点范围为数度的组分，适用于沸点接近或相同的混合物分离。
3.连续蒸馏：在分馏塔中设置多个板，将原液缓慢注入至塔顶，组分随着升降器在板面上不断地蒸发和凝结，最后被分离收集。
三、蒸馏装置1.简单蒸馏装置：包括加热器、蒸发瓶、冷却器和收集瓶。
3.连续蒸馏装置：包括塔体、加热炉、进料装置、平衡器、返流器、凝结器和收集器。
四、蒸馏操作技术1.操作前应根据混合物的性质和成分选择合适的分离方式、设备和操作条件，并检查设备的密封性能和安全装置。
2.加热速度应适宜，避免组分的猝发和塔内液面过高。
3.控制返流比，根据需要和塔板数调整返流量。
4.操作中应保持塔内压力稳定，以免影响组分蒸发和凝结速率。
5.根据需要调整塔的加热区温度，以提高蒸发速率和分馏效率。
总之，蒸馏是一种基本的化工分离技术，可以有效地分离有机混合物、水和溶剂等液体混合物中的组分，并可用于大规模产业生产和实验室小试。
因此，蒸馏技术的掌握是化工工作者必备的专业技能之一。
化工原理下平衡蒸馏
环保要求的不断提高将推动平衡蒸馏技术向更加绿色、环保的方向 发展，如采用更环保的溶剂、优化能源利用等。
多元化发展
随着市场需求的多样化，平衡蒸馏技术将不断拓展应用领域，如生物 医药、新能源等领域。
面临挑战及解决策略
能源消耗大
传统平衡蒸馏技术能源消耗较大，不符合绿色发展趋势。
设备投资高
高性能的蒸馏设备投资成本较高，增加了企业经济压力。
面临挑战及解决策略
• 操作技术要求高：平衡蒸馏操作技术要求较高，需要专业 的技术人员进行操作和维护。
面临挑战及解决策略
加强技术创新
通过研发新的节能技术和设备，降低能源消耗和 物耗。
优化设备设计
通过优化蒸馏塔结构和设备设计，降低设备投资 成本和提高生产效率。
加强人才培养
加强专业技术人才的培养和引进，提高操作技术 水平和管理水平。
资源回收
平衡蒸馏技术还可以应用于资源回收领域。例如，从废旧 塑料、橡胶等材料中回收有价值的化学品或燃料等。
06
平衡蒸馏技术发展趋势与挑战
技术创新点及优势分析
高效分离技术
通过优化蒸馏塔结构和操作条件，提 高组分分离效率。
节能降耗技术
采用先进的节能设备和工艺，降低蒸 馏过程能耗和物耗。
技术创新点及优势分析
轻组分被蒸汽带至塔顶，经冷 凝器冷凝后部分回流，部分作
为产品采出。
重组分在塔底富集，经再沸器 加热后提供上升蒸汽，维持塔 内气液平衡。
通过调节回流比、加热量等操 作参数，实现不同组分的分离 。
设备性能评价指标
分离效率
衡量设备对原料液中不同组分 的分离程度。
产品纯度
反映设备生产出的产品的纯净 度。
热效率
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。
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2 平衡蒸馏与简单蒸馏
露点线
t/C
泡点线
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
任一时刻，易挥发组分在蒸汽中的含量 y 始终大于剩余在
釜内的液相中的含量 x，釜内易挥发组分含量 x 由原料的
初始组成 xF 沿泡点线不断下降直至终止蒸馏时组成 xE， 釜内溶液的沸点温度不断升高，蒸汽相组成 y 也随之沿露
点线不断降低。
是与温度相关的.
yA
1
xA
1
xA
(2)实际的平衡曲线可以由不同温度下的饱和蒸汽压数据 绘出.
1. 定义
§3 简单蒸馏及其计算 8-5 简单蒸馏的装置
简单蒸馏也称微分蒸馏，间歇非稳态操作，在蒸馏 过程中系统的温度和汽液相组成均随时间改变。
原料液 蒸气
冷凝器
y
x
xD1 xD2 xD3
分批加入蒸馏釜的原料液持续加热沸腾汽化，产生的蒸汽 由釜顶连续引入冷凝器得馏出液产品。釜内任一时刻的汽 液两相组成互成平衡。
温的情况 加压蒸馏：常压下为气体的物系精馏分离，加压提高混合
物的沸点. 多组分精馏：例如原油的分离。 双组分精馏：如乙醇-水体系,苯-甲苯体系等。
本章着重讨论常压下双组分连续精馏。
§2 理想溶液的汽-液平衡
8-1 由制酒作坊引出相平衡
古老的烧酒作坊，主要分三步： （1） 粬的制作——发酵过程（获得菌种） （2） 粗酒的制作——将酒粬与蒸熟的米饭， 按一定比例混合发酵，制成酒、水、酒糟的糊状 混和物（生物降解）。 （3）酒的提纯——蒸馏操作过程。
露点线：对于一定组成的蒸汽，冷却至与线相交， 出现第一个露珠，所以称此线为露点线。
若t-x线与t-y线重合，则表示该溶液不能分离。若 两线相距愈远，则表示愈易分离。
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：
pA
p
o A
x
A
pB
p
o B
x
B
p
o B
1 xA
pA
蒸馏操作实例：石油炼制中使用的 250 万吨常减压装置
3. 蒸馏的分类
简单蒸馏或平衡蒸馏：用在分离要求不高的情况下。 精馏：分离纯度要求很高时采用。
间歇精馏：多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。 连续精馏：多用于大批量工业生产中。 常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。 减压蒸馏：常压下物系沸点较高或热敏性物质不能承受高
理想溶液：其中各个组分都在
pB
pB0 xB
p
0 B
1
x
A
全部浓度范围内服从拉乌尔定
律。
8－3 汽液平衡图
1. T-x(y) 图
T-x(y) 图代表的是在总压 P 一
定的条件下，相平衡时汽（液
气相区
）相组成与温度的关系。
t/C
在总压一定的条件下，将组成
为 xf 的溶液加热至该溶液的泡
点 tA，产生第一个气泡的组成
pB
P
p
o A
x
A
p
o B
1
xA
xA
P pBo pAo pBo
yA
pA P
pAo xA P
pA
p
o A
x
A
此式说明：（1）已知某温度下的PAO 和PBO（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t-x-y图。（2）总压P对t-x-y
图有影响。
2、x-y图 取t-x-y图中的x-y数据，以x为横坐标，y为纵坐标， 绘成的图为x-y图。
对于易挥发组分，因为y x，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。
8－4 汽-液平衡解析表达式
挥发度——达到相平衡时，某组分在蒸汽中
的分压和它在平衡液相中的摩尔分率之比。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
vA
pA xA
， vB
pB xB
相对挥发度——各组分的挥发度之比
为 yA。
0
继续加热，随温度升高，物系变为
两相区
露点
露点线
泡点
泡点线 液相区
xA xf x(y)
yA 1.0
互成平衡的汽液两相，两相温度相
同组成分别为 yA 和 xA 。
当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的气相，最后一滴液相的组成为 xA。
泡点线：对于一定组成的溶液加热到与之相交的 点，即出现第一个气泡，所以此线称为泡点线。
第八章 蒸馏 §1概述
某酒精厂里，酒精的增浓与提纯。 即利用乙醇与水的沸点不同，或 挥发度不同，使乙醇与水分离的 过程是一种蒸馏操作，多次蒸馏
操作就是精馏。如图所示。 精馏操作—利用液体混合物各组 分沸点（或挥发度）的不同，将 物质多次部分汽化与部分冷凝， 从而使液体混合物分离与提纯的
过程。
蒸馏传质示意图
AB
vA vB
,
AB
pA pB
xA xB
pAo xA pBo xB
xA xB
pAo pBo
通常定义易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之 比为相对挥发度（1）。
对于二元理想溶液
yA
pA pA pB
pAo xA pAo xA pBo 1 xA
pAo pBo
xA
pAo pBo
xA
1 xA
xA
xA 1 xA
yA
1
xA
1
xA
汽－液平衡的解析表达式
相平衡计算举例 【例8-1】正庚烷和正辛烷的饱和蒸汽压和温度的关系数 据如下表所示。(1)试求出该体系的平均相对挥发度。 (2)绘出t-x-y图; (3)绘出x-y图.
说明:
(1)实际状况下相对挥发度并不是一个固定不变的值,是一个 与温度相关的量,所以汽－液平衡的解析表达式
8-6 简单蒸馏的原理
在简单精馏的过程中：液相组成由x1－x2－x3－•••－xn 汽相组成（馏出液组成）由y1－y2－y3－•••－yn 釜液量由F－F-dn－•••－W
1.工作原理: 利用液体混合物中各组分挥发性差 异，以热能为媒介使其部分汽化从而在汽相富集 轻组分液相富集重组分而分离的方法。
塔顶产品
原料液 加热器 减压阀 Q
yA
闪 蒸 罐 xA
yA xA 或
yA xA yB xB
塔底产品
2. 蒸馏操作的用途
许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制 品的切割，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处 理等等。分离的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。
8-2 理想溶液及拉乌尔定律
如图所示溶液，在一定的温度下，溶
液上方任意组分的蒸汽分压，等于该
纯组分在同温度下的蒸汽压与该组分
在溶液中的摩尔分率之乘积。——拉 乌尔定律。PA0(PB0)是xA=1 (xB=1)时
的蒸汽分压。
道尔顿分压定律的表达式为：
pA
p
0 A
x
A
PA = P . yA , PB = P . yB