化工原理精馏

精馏连续稳定进行的条件
➢回流 ➢再沸蒸气
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精馏操作流程
❖设备：包括精馏塔、塔底再沸器、塔顶冷凝器、原料预热
回流液泵等。
❖加料板：当某块塔板上的浓度与原料的浓度相近或相等时，
料液由此加入，该板称为加料板。
❖精馏段：加料板以上的部分，它起着回收原料中易挥发组
分增浓的作用。
❖提馏段：加料板以下的部分（包括加料板），它起着回收
➢在同一批操作中，馏出液分批收集， 可得到不同组成的馏出液。
应用：
➢易分离的混合物；
➢对分离纯度要求不高的场合；
➢混合液的初步分离。
简单蒸馏
蒸馏釜 原料液 蒸汽
冷凝器 冷却水
接受器
简单蒸馏装置
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平衡蒸馏(闪蒸)
将一定组分的液体加热至泡点以上，使其部分气化，或者将一定
组分的蒸汽冷却至露点以下，使其部分冷凝，两相达到平衡，然后
将两相分离。此过程的结果是易挥发组分在气相中富集，难挥发组
分在液相中富集。
冷凝器
加热器
原 料
减压 阀
.
塔顶产品
分离器
底部产品
精馏
t
一次部分气化和部分冷凝
P=定值
y1>xF>x1
yF——加热原料液时产生的第一个 气泡的组成。
xw——原料全部气化后剩下的最后 一滴液体的组成。
D C B
A
xw x1 xF y1 yF
.
B
t-y
汽相线(露点线)
H
J A t-x
液相线(泡点线)
x1(y1)
汽液相平衡图(y—x图)
气 相Leabharlann 某些溶液达到平衡时，汽相中易
组
挥发组分浓度总是大于液相的；
成
y
其平衡线位于对角线的上方；
平衡线离对角线越远，表示该溶
液越易分离。
液相组成x
总压对t—y—x关系比对y—x关系的影响大。 当总压变化不大时，总压对y—x关系的影响可以忽略不计。 蒸馏中使用y—x图较t—y—x图更. 为方便。
重点：理论塔板、恒摩尔流、操作线方程、进料方程、回流比 难点：操作线方程、进料方程、精馏设备
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概述
蒸馏：利用液体混合物各组分挥发度的不同，
使其部分气化，从而达到分离的单元操作。
易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分。 难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分。
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蒸馏的分类
❖按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏 ❖ ❖按组分数目分：双组分蒸馏及多组分蒸馏 ❖ ❖按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏 ❖ ❖按操作流程分：连续蒸馏和间歇蒸馏
1 2 3 4 5
6 5΄
xW
xF
xD
xW
xF
xD
.
实际塔板数与塔板效率
❖理论塔板的概念：
❖分离的实际情况：由于气液两相接触时间、接触面积有
vA=PA/xA vB=PB/xB
相对挥发度(Relative Volatility)：是指溶液中两组分挥发度之比，常
以易挥发组分的挥发度为分子。
α=vA/vB=（PA/XA）/（PB/XB） .
相平衡方程 y x
1( 1)x
相对挥发度的意义
当α>1时，表示组分A较B容易挥发，α愈大，挥发度差异愈大， 分离愈容易。
➢各组分的气化潜热相等； ➢气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略； ➢塔设备保温好，无热损失。
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精馏段操作线方程
yn1RR 1xnR11xD
提馏段操作线方程
y x x L qF
W
m 1 L q F Wm L q F Ww
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理论塔板数的确定
➢逐板计算法 ➢图解法
1 2 3 4 5
6
xW
.
气液平衡
拉乌尔定律 pApA 0xA
pB pB 0xB pB 0(1xA)
两组分理想物系的气液平衡关系式：
xA
P pB0 pA0 pB0
yA
p
0 A
P
xA
.
相对挥发度
纯液体的挥发度：该液体在一定温度下的饱和蒸气压。 溶液中各组分的挥发度：该组分在蒸气中的分压和与之相平衡
的液相中的摩尔分率之比。
进料状况 冷液体
饱和液体 气液混合物 饱和蒸汽 过热蒸汽
进料的焓IF IF<IL IF=IL
IL<IF<IV
IF=IV IF>IV
q值 q>1 q=1 0 < q <1
q=0
.
q<0
q线斜率 q/q-1 +
无穷大
–
0 +
进料状况对操作线的影响
R一定, q不改变精馏线的位置；R一定, q对提馏线有较大影响（见 右图） 。随q减小， 提馏线相平衡线靠近，所需理论塔板数越多。
❖ 当α=1时，气相组成与液相组成相同，不能用普通精馏方
法加以分离。
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温度–组成图(t – x – y图)
上曲线：平衡时汽相组成与
温度的关系，称为汽相线（露 点曲线）；
t4
下曲线：平衡时液相组成与 t3
温度的关系，称为液相线（泡 t2
点曲线）；
t1
两曲线将图分成三个区域：
➢液相区；
➢过热蒸汽区；
➢汽液共存区。
原料中易挥发组分的作用。
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两组分连续精馏的计算
全塔物料衡算 热量衡算
恒mol流
操作线方程 q线方程 回流比 最小回流比 适宜回流比 理论塔板数 实际塔板数
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恒摩尔流的假设
恒摩尔汽化 每层塔板上升的蒸汽的摩尔流量相等。 恒摩尔溢流 每层塔板溢流的液体的摩尔流量相等。 恒摩尔流 恒摩尔汽化和恒摩尔溢流的总称。 满足恒摩尔流的条件
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多次部分气化和部分冷凝
液体混合物经
过多次部分气化和
多次部分冷凝后从 气相得到较纯的易
冷凝器
y1 y1
挥发组分，而从液 xF
相中则得到较纯的 分离
难挥发组分 。
器
x1
y3
y2
x3
加热 器
x2
t
P=定值
B
A
多次部分气化的分离示意图
.
xm
xF (y)
yn
精馏
将具有不同挥发度的组分所组成的混合液，经多次地进行部 分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。
xD
理论板数图解法示意图
.
进料热状况
q IV IF IV IL
将1kmo原 进 l 料 料液 变k的 为m饱 o气 l 和 化蒸 潜气 热 的所 热需 量
.
进料状况有5种情况
q=1 q>1 0 < q <1
q=0
e
q<0
第一相线, q > 1, 冷液体进料； 垂直线, q = 1, 泡点进料； 第二相线, 0 < q <1, 汽液混合物进料； 水平线, q = 0, 饱和蒸汽进料； 第三相线, q < 0, 过热蒸汽进料. 。
简单蒸馏(微分蒸馏)
装置：如图，
原理与过程：
➢料液加热至泡点，溶液汽化，产生的 蒸汽随即进入冷凝器，冷凝成馏出液。
➢随着过程的进行，釜中液相组成不断 下降，使得与之相平衡的气相组成（馏 出液组成）亦随时降低，而釜内液体的 沸点逐渐升高。
➢当馏出液的平均组成或釜残液组成降 至某规定值后，即可停止蒸馏操作。