化工原理精馏(PPT93页)
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精馏原理与基本操作课件PPT
2021/3/10
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3 热量平衡
QB + QF = QC + QD + QW + QL QB——再沸器加热剂带入的热量 QF——进料带入热量 QC——冷凝器冷却剂带出的热量 QD——塔顶产品带出热量 QW——塔底产品带出热量 QL——散失于环境的热量 操作中要保持热量的平衡，再沸器、冷凝器的负荷要满足
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8
一、工艺原理
精馏是在塔设备中进行的，可用板式塔亦 可用填料塔。汽相和液相在塔板上或填料 表面上进行着传质传热。易挥发组分从液 相转移至汽相，难挥发组分从汽相转移至 液相
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F QF
QB
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2 物料平衡
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5
一、工艺原理
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6
一、工艺原理
平衡蒸馏：平衡蒸馏又称为闪蒸，是一连 续稳定过程。原料连续进入加热器中，加 热至一定温度经节流阀骤然减压到规定压 力，部分料液迅速汽化，汽液两相在分离 器中分开，得到易挥发组分浓度较高的顶 部产品与易挥发组分浓度甚低的底部产品。
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精馏操作知识简介
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1
目录
一、工艺原理
1 精馏原理 2 物料平衡 3 热量平衡 二、工艺控制
1 温度、压力、组成之间关系 2 工艺参数影响 3 产品控制
三、开停工及日常操作
2021/3/10
2
一、工艺原理
1.精馏原理
化工生产常需将液体混合物分离以达到提纯或 回收有用组分的目的。分离互溶液体混合物有 许多种方法，蒸馏是广泛应用的一种方法。
化工原理课件 9.4 精馏
q [rF cP (tb tF )] rF
b. 饱和液体进料(泡点进料) 饱和液体温度等于泡点
iF i
q 1
V V
0 q 1
L LF
c.汽液混合物进料 汽液混合物的温度介于泡点和露点之间
i iF I
V V
LL
q=x(液相分率) 已知进料中汽相与液相的摩尔数之比为2:1，轻组分的摩尔分 数为0.55,则q=_____. A. 1/3 B. 0.55 C.不能确定
传质单元高度
精 馏
实 际 塔 板 数
理论板数
反映分离任务的难易, 与设备型式无关
反映设备效能的高低
全塔效率
④塔板物料、热量衡算及传递速率的最终简化 引入理论板的概念及恒摩尔流假设使塔板过程的物料衡 算、热量衡算及传递速率最终简化为 物料衡算式
Vy n1 Lxn1 Vy n Lxn
相平衡方程
LL q F 以1kmol/h进料为基准，提馏段中的液体流量较精馏段的液 体流量增大的kmol/h数即为q值
L L qF
V V (1 q)F
I iF q I i
iF i I
q 1
L L qF
V V, L L
V V (1 q)F
a. 过冷液体进料 过冷液体温度低于泡点
I iF q I i
L L qF
V V (1 q)F
d.饱和蒸汽进料(露点进料) 饱和蒸汽的温度等于露点
iF I
q0
V V F
LL
e.过热蒸汽进料(过热蒸汽的温度高于露点)
iF I
q0
V V, L L
q cP (tF td ) rF
化工原理蒸馏培训课件(doc 83页)
化工原理蒸馏培训课件(doc 83页)第五章蒸馏化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是由若干组分所组成的混合物，而且其中大部分是均相物系。
生产中常需要将这些混合物分离成为较纯净或几乎纯态的物质(组分)。
对于均相物系，必须要造成一个两相物系，才能将均相混合物分离，并且是根据物系中不同组分间的某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分从一相向另一相转移以达到分离的目的。
通常将物质在相间的转移过程称为传质过程或分离操作。
化学工业中常见的传质过程有蒸馏、吸收、萃取及干燥等单元操作。
蒸馏就是藉液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一种操作。
蒸馏这种操作是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性来实现分离的目的。
这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现的。
通常，将沸点低的组分称为易挥发组分，沸点高的组分称为难挥发组分。
蒸馏过程可以按不同方法分类：按操作流程可分为间歇和连续蒸馏；按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏和特殊精馏等；按操作压强可分为常压、加压和减压精馏；按待分离混合物中组分的数目可分为两(双)组分和多组分精馏。
第一节双组分理想溶液的气液平衡蒸馏是气液两相间的传质过程，因此常用组分在两相中的浓度(组成)偏离平衡的程度来衡量传质推动力的大小。
传质过程是以两相达到相平衡为极限的。
由此可见，气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础。
5—1—1 拉乌尔定律和相律一、拉乌尔定律根据溶液中同分子间与异分子间的作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。
实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即：（5—1）（5—1a）式中p ——溶液上方组分的平衡分压，Pa；p0——同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa，x——溶液中组分的摩尔分率。
(下标A表示易挥发组分、B表示难挥发组分)为简单起见，常略去上式中的下标，习惯上以：x表示液相中易挥发组分的摩尔分率，以(1－x)表示难挥发组分的摩尔分率；y表示气相中易挥发组分的摩尔分率，以(1－y)表示难挥发组分的摩尔分率。
化工原理精馏英文PPT课件
component
15
第15页/共94页
• Heat balance(te—equilibrium temperature of separator)
ignoring the heat loss
• The equilibrium relationship(ideal system)
16
第16页/共94页
• 1.3.1 Principle of rectifying
Partial vaporizing and condensing several times Basic principle of the fraction distillation: the liquid mixture can separate completely through partially vaporizing and condensing several times.
• High-pressure, Atmospheric, Reduced distillation
3
第3页/共94页
1.1 The equilibrium relationship between gas a•n1.d1.1liTqhueiiddeal system
• (a) The liquid is ideal solution, following Raoult`s law （拉乌尔定律）.
When the total pressure is not high, the gas is the ideal gas, the equilibrium constitution of gas is
10
第10页/共94页
1.1.3 Volatility and relative volatility
15
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• Heat balance(te—equilibrium temperature of separator)
ignoring the heat loss
• The equilibrium relationship(ideal system)
16
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• 1.3.1 Principle of rectifying
Partial vaporizing and condensing several times Basic principle of the fraction distillation: the liquid mixture can separate completely through partially vaporizing and condensing several times.
• High-pressure, Atmospheric, Reduced distillation
3
第3页/共94页
1.1 The equilibrium relationship between gas a•n1.d1.1liTqhueiiddeal system
• (a) The liquid is ideal solution, following Raoult`s law （拉乌尔定律）.
When the total pressure is not high, the gas is the ideal gas, the equilibrium constitution of gas is
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1.1.3 Volatility and relative volatility
精馏优秀课件
25
1. 连续精馏操作流程
2. 间歇精馏操作流程
26
3. 精馏塔旳操作情况
tn-1
塔板上: yn+1<xn-1, tn+1>tn-1 两者互不平衡
即:存在温度差和浓度差
tn+1
成果:传质和传热
yn >xn
理论(理想)板
若： ① 气液两相接触时间足够长
② 板上混合足够均匀
即:
则：离开第n块板时旳汽-液二相 构成构成平衡关系
3. 塔釜产品屡次部分汽化
t1
t1
t1’
t1'
t2’
t
' 2
操作流程
操作在相图上旳反应
成果:对初级混合液部分汽化后得到旳液相在塔底经屡次部分汽化 20 最终可得液相浓度为x2`（较低）旳塔底产品构成。
4. 过程进行旳必要条件及存在问题讨论 ① 由2、3可知：欲使混合液得到有效分离，必须同步分别对 塔顶汽相和塔釜液相进行屡次部分泠凝和屡次部分汽化。
双组分 —— 要点讨论 多组分 —— 简要简介
蒸馏操作实例：石油炼制中使用旳 250 万吨常减压装置幻灯片 5 5
§6.1 双组分溶液旳汽-液相平衡
汽液相平衡是分析精馏原理和进行设备计算旳理论基础，过程 以两相到达平衡为极限。
§6.1.1 溶液旳蒸汽压和拉乌尔定律（Raoult’s law）
一. 纯组分饱和蒸汽压 在密闭容器内，在一定温度下，纯组分液体旳汽液两相到达平 衡状态，称为饱和状态，其蒸汽为饱和蒸汽，其压力为饱和蒸 汽压。
16
泡点线
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
§ 6.3.2 精馏原理和流程
精馏流程(熟悉有关旳概念)
1. 连续精馏操作流程
2. 间歇精馏操作流程
26
3. 精馏塔旳操作情况
tn-1
塔板上: yn+1<xn-1, tn+1>tn-1 两者互不平衡
即:存在温度差和浓度差
tn+1
成果:传质和传热
yn >xn
理论(理想)板
若： ① 气液两相接触时间足够长
② 板上混合足够均匀
即:
则：离开第n块板时旳汽-液二相 构成构成平衡关系
3. 塔釜产品屡次部分汽化
t1
t1
t1’
t1'
t2’
t
' 2
操作流程
操作在相图上旳反应
成果:对初级混合液部分汽化后得到旳液相在塔底经屡次部分汽化 20 最终可得液相浓度为x2`（较低）旳塔底产品构成。
4. 过程进行旳必要条件及存在问题讨论 ① 由2、3可知：欲使混合液得到有效分离，必须同步分别对 塔顶汽相和塔釜液相进行屡次部分泠凝和屡次部分汽化。
双组分 —— 要点讨论 多组分 —— 简要简介
蒸馏操作实例：石油炼制中使用旳 250 万吨常减压装置幻灯片 5 5
§6.1 双组分溶液旳汽-液相平衡
汽液相平衡是分析精馏原理和进行设备计算旳理论基础，过程 以两相到达平衡为极限。
§6.1.1 溶液旳蒸汽压和拉乌尔定律（Raoult’s law）
一. 纯组分饱和蒸汽压 在密闭容器内，在一定温度下，纯组分液体旳汽液两相到达平 衡状态，称为饱和状态，其蒸汽为饱和蒸汽，其压力为饱和蒸 汽压。
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泡点线
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
§ 6.3.2 精馏原理和流程
精馏流程(熟悉有关旳概念)
化工原理精馏PPT课件
D,xD
•
(xD,xD)
3
(二) 提馏段操作线方程
总物料衡算：L=V+W
m Lxm V ym+1
m+1
易挥发组分衡算 :Lxm= Vym+1+ WxW
yN
ym 1LL Wxm LW WxW 或 ym 1V Lxm V WxW
N xN
V
LxN
W,xw
提馏段操作 线方程
•(xW,xW)
4
【例1】在连续精馏塔中分离某理想二元混合物。已知原料液流量 为100kmol/h，组成为0.5（易挥发组分的摩尔分率，下同），提馏 段下降液体量与精馏段相等，馏出液组成为0.98，回流比为2.6。若 要求易挥发组分回收率为96%，试计算： (1) 釜残液的摩尔流量； (2) 提馏段操作线方程。
IV IL
(1)饱和液体进料——泡点进料
LV F
此时，IF=IL
q=1
原料液全部与精馏段下降液体汇合进入 提馏段。
L V
饱和液体
L =L+F
V =V
11
(2)饱和蒸汽进料
IF=IV
q=0
q IV IF IV IL
原料全部与提馏段上升气体汇合进入 精馏段。
L =L V=V +F
(3)冷液进料
内容回顾
一、精馏原理
（1）无中间加热及冷凝器的多次部分气化和多次部分冷凝 （2）顶部回流及底部气化是保证精馏过程稳定操作的必不可 缺少的条件。 （3）精馏操作流程 （4）相邻塔板温度及浓度的关系
tn1tntn1 xn1xnxn1 yn1ynyn1
1
二、理论塔板
三、恒摩尔流假定 四、全塔物料衡算
化工原理精馏.pptx
p
0 A
pB0
上式为一定总压下汽相组成与温度的关系式。该温度又称为露点 （dew-point），上式又称为露点方程。
严格地说没有完全理想的物系。对那些性质相近、结构相似的组分 所组成的溶液，如苯-甲苯，甲醇-乙醇等，可视为理想溶液；若汽相 压力不太高(<10Mpa)，可视为理想气体，则物系可视为理想物系。
1.3 汽液平衡关系式的表示方法 汽液两相平衡组成常用相平衡常数 K 或相对挥发 的关系式来表达。
1.3.1相平衡常数
Ki 表示 i 组分的相平衡常数，其定义为
Ki
yi xi
=f（物系 , T，P ）
式中： yi 和 xi 分别表示 i 组分在互为平衡的汽、液两相中的摩尔分数。 对于易挥发组分，Ki >1，即 yi > xi。
溶液沸腾时，溶液上方的总压应等于各组分分压之和，即
P
pA
pB
p
0 A
xA
pB0 1
xA
xA
P pB0
p
0 A
pB0
泡点方程（bubble-point equation）
poA、poB 取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总压下液相组成与溶液泡
点温度关系。已知溶液的泡点可由上式计算液相组成；反之，已知溶液
多组分精馏：例如原油的分离。 双组分精馏：如正异构丁醛,苯-甲苯体系等。
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。 特殊精馏：混合物中各组分挥发性相差很小，难以用普通精馏分离，
借助某些特殊手段进行的精馏。
1 双组分溶液的气液相平衡关系
蒸馏分离的物系由加热至沸腾的液相和产生的蒸汽相构成。相平衡 关系是蒸馏过程分析的重要理论基础。
化工原理-9章液体精馏-课件PPT
27
两相区特点：当两相温度相同时 y > x 当组成相同，t露点>t泡点
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
2
9.1 概 述
工业乙醇的蒸馏（有机化学实验）
3
思考：混合物的分类？ 均相混物：物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的
混合物。 化工生产过程中所遇到的物料有许多是两个或两个以上 组分的均相混合物。
如：石油、空气、粗甲醇
4
蒸馏操作在工业生产中的应用
5
世界六大蒸馏酒的制备 白兰地(Brandy)、威士忌(Whisky)、伏特加(Vodka)、
N ——组分数 φ ——相数
一定压力下: 组成xA(yA)与温度t存在一一对应关系； 气液组成之间xA~yA存在一一对应关系。
21
二、 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
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”。
填料塔
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
19
9.2 双组分溶液的气液相平衡
9.2.1 双组分理想物系的气液相平衡
理想物系：液相为理想溶液，气相为理想气体且服从 道尔顿分压定律的物系。
理想液体：没有黏性、不可压缩的液体。 理想气体：严格遵从气体状态方程的气体 。 道尔顿分压定律：理想气体混合物的总压力为各组元
原料液 加热器 减压阀 Q
塔顶产品
yA
闪 蒸 罐 xA
特点：闪蒸是连续、稳定的单级蒸 馏程，生产能力大，不能得 到高纯产物，常用于只需粗 略分离的物料。
两相区特点：当两相温度相同时 y > x 当组成相同，t露点>t泡点
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
2
9.1 概 述
工业乙醇的蒸馏（有机化学实验）
3
思考：混合物的分类？ 均相混物：物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的
混合物。 化工生产过程中所遇到的物料有许多是两个或两个以上 组分的均相混合物。
如：石油、空气、粗甲醇
4
蒸馏操作在工业生产中的应用
5
世界六大蒸馏酒的制备 白兰地(Brandy)、威士忌(Whisky)、伏特加(Vodka)、
N ——组分数 φ ——相数
一定压力下: 组成xA(yA)与温度t存在一一对应关系； 气液组成之间xA~yA存在一一对应关系。
21
二、 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
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”。
填料塔
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
19
9.2 双组分溶液的气液相平衡
9.2.1 双组分理想物系的气液相平衡
理想物系：液相为理想溶液，气相为理想气体且服从 道尔顿分压定律的物系。
理想液体：没有黏性、不可压缩的液体。 理想气体：严格遵从气体状态方程的气体 。 道尔顿分压定律：理想气体混合物的总压力为各组元
原料液 加热器 减压阀 Q
塔顶产品
yA
闪 蒸 罐 xA
特点：闪蒸是连续、稳定的单级蒸 馏程，生产能力大，不能得 到高纯产物，常用于只需粗 略分离的物料。
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r cp
1.3.2 简单蒸馏（微分蒸馏） 特 点： ① 得不到大量高纯度的产品 ②釜液与蒸气的组成都是随时间而变化的，是
一种非稳态过程 ③只能进行初步分离，而且生产能力低，适合
于当组分挥发度相差较大的情况。
蒸馏与精馏的区别
※平衡、简单蒸馏是单级分离过程→一次部分汽化→ 混合物部分分离 ※精馏是多级分离过程→多次部分汽化和部分冷凝→ 混合物几乎完全分离
解 (1)利用拉乌尔定律计算气液平衡数据
xA
p
p
o B
p
o A
p
o B
yA
p
o A
x
A
p
t/℃ x y
80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.8 1.000 0.822 0.639 0.508 0.376 0.256 0.155 0.058 0.000 1.000 0.922 0.819 0.720 0.595 0.453 0.305 0.127 0.000
§1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏
1.3.1 平衡蒸馏（闪蒸）
操作过程：混合液 经加热器升温，使 温度高于分离器压 强下液体的沸点， 通过减压阀降压进 入分离器，此时过 热的液体混合物被 部分汽化得到分离
1．物料衡算
总物料： FDW
F，D，W---原料液、气相、液相产品摩尔流量,kmol/s
易挥发组分： FxFDyWx
※蒸馏---当生产上对产品的纯度要求不高，只需要初 步分离时采用的分离方法； ※精馏---当产品的纯度要求高，特别是在混合物挥发 度比较接近时采用的分离方法。
的摩尔分率之比
挥发度意义
vi
pi xi
某组分由液相挥发到气相中的趋势，是该组分 挥发性大小的标志
双组分理想溶液
vA
pA xA
pAoxA xA
pAo
vB
pB xB
pBoxB xB
pBo
☆相对挥发度定义
溶液中易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之比
vA pA / xA
vB pB / xB
压强不高，气相遵循道尔顿分压定律
pBoxB pyB
yB
p
o B
x
B
p
yA
p
o A
x
A
p
xA
p
p
o B
p
o A
p
o B
yA
pAo p
p pBo pAo pBo
xAppA o ppB oB o, yAppA o ppA o ppB oB o
用饱和蒸气压表示的气液平衡关系
2）用相对挥发度表示 ☆挥发度定义
某组分在气相中的平衡分压与该组分在液相中
pyA/ xA yAxB
pyB / xB yBxA
理想溶液
vA vB
p
o A
p
o B
vA yA / yB
vB xA / xB
yB1yA ； xB1xA
vA yA/(1yA)
vB xA/(1xA)
yA
xA 1( 1)xA
x
y
1 ( 1)x 气液平衡方程
对相对挥发度的理解 ①α>1，表明A比B容易挥发，α越大，挥发度 差别越大，越容易分离。
§1.2 两组分溶液的气液平衡
vapor-liquid phase equilibrium 1.2.1 双组分理想物系的气液平衡 理想物系：溶液中不同组分的分子间作用力和 相同组分的分子间作用力完全相等。液相为理 想溶液、气相为理想气体的混合物系
液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律 气相为理想气体，遵循道尔顿定律
y:气相中易挥发组分的摩尔分数； 1-y:难挥发组分的摩尔分数
溶液沸腾时，总压等于各组分的蒸气压之和
p pA pB
pA pAo xA
xA
p pBo pAo pBo
pBpB oxBpB o(1xA)
理想气体混合物服从道尔顿分压定律：
pA pyA
pAoxA pyA
yA
p
o A
x
A
p
pBpyBp(1yA)
xF，y，x---原料液、气相、液相产品的组成，摩尔分数
y 1D Fx D F xF
Wq,D1q yqxxF
FF
q1 q1
q：液化分率
2．热量衡算
对加热器热量衡算
QFcp(TtF)
原料液减压进入分离器，物料放出的显热等于部分汽 化所需潜热
Fcp(Tte)(1q)Fr
原料液离开加热器的温度
T
te
(1 q)
气液平衡关系的表示法 1）用饱和蒸气压表示
拉乌尔定律：理想溶液气相中组分的分压等于纯组分 在该温度下的饱和蒸气压与其在溶液中摩尔分数乘积
pA pAo xA pBpB oxBpB o(1xA)
A:易挥发组分，沸点低组分 B:难挥发组分，沸点高组分
x: 液相中易挥发组分的摩尔分数； 1-x:难挥发组分的摩尔分数
②若α=1，y=x，说明气液相组成相同，不能 采用普通的精馏方法分离
3. 两组分理想溶液的气液平衡相图
1）温度－组成（t-x-y）图
苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压和温度关系如表， 试利用拉乌尔定律和相对挥发度分别计算苯-甲 苯混合液在总压101.33kPa下的气液平衡数据, 温度－组成图
t /℃ 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.8 pAo/ kPa 101.3 113.6 130 143.7 160.5 179.2 199.3 221.2 233.0 pBo/ kPa 39.3 44.4 50.6 57.6 65.7 74.5 83.3 93.9 101.3
常见传质过程：
蒸馏、吸收、萃取、干燥
2．蒸馏过程的分类
1．按蒸馏方式
简单蒸馏 平衡蒸馏 精馏
萃取精馏
特殊精馏
恒沸精馏
常压蒸馏
2．按操作压强 减压蒸馏
加压蒸馏
3．按待分离混合物中组分的数目： 双组分蒸馏 多组分蒸馏
4．按操作流程： 间歇蒸馏：小规模生产，非定态操作 连续蒸馏：大规模，定态操作
本章讨论：常压下的两组分连续精馏
(---y 线 ， 气 相 组 成与平衡温度之 间的关系。饱和 蒸气线，露点线
t---x 线 ， 液 相 组 成与平衡温度之 间的关系。饱和 液相线，泡点线
2）x-y 图
（1）y > x （2）平衡线 离对角线越远， 气液两相浓度 差越大，溶液 越易分离
第五章 蒸 馏(distillation)
基本要求
1、掌握精馏原理和塔板数的计算 2、了解回流比对精馏操作的影响 3、了解精馏塔的基本结构和主要性能
重点
精馏原理、塔板数的计算；回流比对精馏的影响
难点
连续精馏的原理，传质的概念
§1.1 概 述
1．蒸 馏 通过加热造成气液两相物系，利用物系中各组 分挥发度不同的特性以实现分离的单元操作 传质（mass transfer）过程：物质在相间的 转移过程称为传质（分离）过程