化工原理 2013-11-27 蒸馏复习
化工原理蒸馏精馏知识要点
三、操作线方程
1. 精馏段操作线方程
对如图划定范围作物料衡算 V=L+D 对易挥发组分衡算 Vyn+1=Lxn + DxD V, yn+1
D,xD
第n板
L, xn
Dx D L y n 1 x V V 令回流比 R=L/D xD R y n1 xn R1 R1
2. 恒摩尔溢流
精馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等。 提馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等
L1=L2=…=Ln=定值 （精馏段） L 1=L2=…=Ln=另一定值 （提馏段） 一定注意： 精馏段和提馏段下降的溢流分别不相等。 精馏段和提馏段上升的蒸汽分别不相等。 因为加料板加入原料液后使两段汽液两相流量发 生变化。 当各组分摩尔汽化焓相等，汽液接触良好且可忽 略显热(与汽化热比较)，保温良好且塔的热损失 可忽略时，恒摩尔流假定基本上成立。
露点
泡点
x或 y
0 P p A pB p 0 x p A A B (1 x A )
xA
0 P pB 0 p0 p A B
y A p0 A xA / P
对某一温度和总压，由这几式可求出xA，yA。 得出一系列的值后便可作出如前图所示的图来。 对于非理想溶液，计算很复杂。一般由实验得 出平衡数据。实验得出的平衡数据也是计算的 基础。
2. 相对挥发度(relative volatility)
溶液中两组分挥发度之比称相对挥发度,。通 常用易挥发组分挥发度作分子。
vA pA / x A vB pB / x B
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
化工原理蒸馏—答案
蒸馏一. 填空题1.蒸馏是分离 __均相混合物的一种方法，蒸馏分离的依据是______挥发度差异_____。
2. 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度_相同______，但气相组成____大于____液相组成。
3. 气液两相组成相同时，则气相露点温度________液相泡点温度。
3.大于4. 在精馏过程中，增大操作压强，则物系的相对挥发度________，塔顶温度_________，塔釜温度_______，对分离过程___________。
4. 下降 升高 升高 不利5. 两组分溶液的相对挥发度是指溶液中_______的挥发度对________的挥发度的比值，a=1表示_______。
5.易挥发组分 难挥发组分 不能用蒸馏方法分离6. 所谓理论板是指该板的气液两相____________，且塔板上_________________。
6.互呈平衡 液相组成均匀一致7. 某两组分物系，其相对挥发度α=3，对第n ，n-1两层理论板，在全回流条件下，已知x n =0.3，则y n-1 =_________________。
7. 0.7948. 某精馏塔的温度精馏段操作线方程为y=0.75x +0.24，则该精馏塔的操作回流比是____________，馏出液组成为____________________。
8. R=3 96.0=D x9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是_____________和_________________。
9.塔顶易挥发组分含量高 塔底压力高于塔顶10. 在总压为103.3kPa 温度为95℃下，苯与甲苯的饱和蒸汽分别为0A p =155.7kPa0B p =63.3 kPa ，则平衡时苯的液相组成为x =_________，气相组成为y=______________，相对挥发度为α=____________。
10. 411.0=x 632.0=y α=2.4611. 精馏塔有____________进料热状态，其中__________进料q 值最大，进料温度F t ____泡点b t 。
化工原理 第六章 蒸馏
相同时进行多次部分冷凝和部分汽
化。 精馏条件：塔顶的液体回流和塔 釜的产生的蒸汽回流。
29
t P=定值 t1
t P=定值 t1 t2 t3 1 2 3
xW x1
xF
y1
yF
x(y)
x1
x2 xF x3 y1
y2 y3 x(y)
图6-10 一次部分气化的图
图6-11 多次部分气化和冷凝的示意图
30
V HF 加料板F L’ hF V’ H F+1
L' L q F
L L q F
'
F L V ' V L'
V ' V (q 1)F
41
V F L V F L V (1-q)F F qF L L’ 汽液混合进料
V ＝V (1 q)F
V’
V’
L’ 冷液进料
p p xA p
0 A 0 B
0 A
0 B
0 B
0 P pB xA 0 0 p A pB
xB 1 x A
——泡点方程
若平衡的气相为理想气体，可用道尔顿分压定律：
0 pA pA yA x P P
yB 1 y A
——汽液两相平衡组成间的关系
0 0 0 pA pA p pB f A (t ) p f B (t ) —露点方程 yA xA 0 0 p p pA pB p f A (t ) f B (t )
3
传质过程或分离操作：物质在相间的转移过程。
蒸馏：将液体混合物部分气化，利用各组分的挥发 度不同的性质以实现分离目的的操作。
易挥发组分（轻组份）：沸点低的组分 难挥发组分（重组份）：沸点高的组分
【化工原理复习笔记】第六章 蒸馏
蒸馏⏹双组分溶液的气液相平衡拉乌尔定律由溶剂与溶质组成的稀溶液，在一定温度下汽液两相达到平衡时p A=p A o x Ap A：溶剂在汽相中的蒸气分压，kPap A∗：同温度下纯溶剂A的饱和蒸气压，kPax A：溶剂A在液相中的组成（摩尔分数）对于组分Bp B=p B∗x B=p B∗(1−x A)理想溶液的t−y−x关系式➢温度(泡点) — 液相组成关系式x=p−p B∗p A∗−p B∗x：液相中易挥发组分的摩尔分数p：总压，kPap A∗、p B∗：溶液温度t时，纯组分A、B的饱和蒸气压，kPa ➢恒压下t−y−x关系式y=p A∗x p若已知汽液相平衡温度t下的液相组成x，用上式就可求出与x平衡的汽相组成y ➢温度(露点) — 汽相组成关系式将上面两式合并y=p A∗p×p−p B∗p A∗−p B∗双组分理想溶液的汽液两相达到平衡时，总压p、温度t、汽相组成y及液相组成x的4个变量中，只要决定了两个变量的数值，其他两个变量的数值就被决定了。
相对挥发度与理想溶液的y−x关系式挥发度v挥发度是用来表示物质挥发能力大小的物理量，前面已提到纯组分液体的饱和蒸气压能反映其挥发能力。
理想溶液中各组分的挥发能力因不受其他组分存在的影响，仍可用各组分纯态时的饱和蒸气压表示，即挥发度v等于饱和蒸气压p∘v A=p A ov B=p B o相对挥发度α溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度αa=v Av B=p A op B o对于理想溶液，在操作温度范围内，取最低温度的α值与最高温度的α值之几何平均值理想溶液的汽液相平衡方程式非理想溶液汽液相平衡非理想溶液中各组分的蒸气分压不服从拉乌尔定律，他们对拉乌尔定律发生的偏差有正偏差与负偏差两大类。
实际溶液中，正偏差的溶液比负偏差者多蒸馏与精馏原理简单蒸馏与平衡蒸馏简单蒸馏：只适用于混合液中各组分的挥发度相差较大，而分离要求不高的情况，或者作为初步加工，粗略分离多组分混合液平衡蒸馏：为稳定连续过程，生产能力大。
化工原理蒸馏考试题库
第一章 蒸馏复习题一、填空1精馏过程是利用 和 的原理而进行的。
精馏设计中，回流比越 ，所需理论板越少，操作能耗 ，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现 的变化过程。
2精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数 （增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量 （增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量 （增大、减小），所需塔径 （增大、减小）。
3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中, 进料的q 值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离 , 分离所需的总理论板数 。
4相对挥发度α=1，表示不能用 分离，但能用 分离。
5某二元混合物，进料量为100kmol/h ，x F =0.6，要求得到塔顶x D 不小于0.9，则塔顶最大产量为 。
6精馏操作的依据是 ，实现精馏操作的必要条件包括 和 。
7负荷性能图有 条线，分别是 、 、 、 和 。
8写出相对挥发度的几种表达式 α=B A v v /=B B A A x p x p //=BA B A x x y y //=oBo A p p /。
二、选择1 已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为 。
A 1.1:1B 1:1.1C 1:1D 0.1:12 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 。
A 液相中易挥发组分进入汽相；B 汽相中难挥发组分进入液相；C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多；D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。
3 某二元混合物，其中A 为易挥发组分，液相组成x A =0.6，相应的泡点为t 1，与之相平衡的汽相组成y A =0.7，相应的露点为t 2，则⎽⎽⎽⎽⎽⎽A t 1=t 2B t 1<t 2C t 1>t 2D 不确定4某二元混合物，进料量为100kmol/h ，x F =0.6，要求得到塔顶x D 不小于0.9，则塔顶最大产量为⎽⎽⎽⎽⎽⎽。
化工原理-复习
第1章 蒸馏符号：1.英文字母：D ——塔顶产品（馏出液）流量，kmol/h L ——塔内下降的液体流量，kmol/h V ——上升蒸气的流量，kmol/h 2.上标：°——纯态* ——平衡状态 ＇——提馏段一、 概述1. 易挥发组分（轻组分）：沸点低的组分难挥发组分（重组分）：沸点高的组分 2. 传质过程（分离操作）：物质在相间的转移过程。
3. 蒸馏：将液体混合物部分气化利用各组分挥发度不同的特性达到分离的目的。
分类：（1）操作流程：①间歇蒸馏 ②连续蒸馏 （2）蒸馏方式：①简单蒸馏②平衡蒸馏（闪蒸） ③精馏：（有回流）较难分离 ④特殊精馏：很难分离（3）操作压力：①常压蒸馏②减压蒸馏：Ⅰ、沸点较高 Ⅱ、热敏性混合物 ③加压蒸馏：常压下的气态混合物（4）组分的数目：①两组分精馏②多组分精馏：工业生产中最为常见二、 两组分溶液的气液平衡（一） 两组分理想物系的气液平衡1. 相律（1） 平衡物系中的自由度数、相数及独立组分数间的关系。
（2） F=C-φ+2（2：外界只有温度&压力2个条件可影响物系的平衡状态） 2. 两组分理想物系的气液平衡函数关系（气液相组成与平衡温度间的关系） 理想物系：①液相为理想溶液。
②气相为理想气体。
（1） 用饱和蒸气压&相平衡常数表示的气液平衡关系 1） 拉乌尔定律理想溶液上方的平衡分压：p A =p A °x Ap B =p B °x B =p B °（1-x A ） 溶液沸腾时：p=p A +p B联立：x A =p-p B °p A °-p B ° →泡点方程：气液平衡下液相组成与平衡温度间的关系x B =1-x A｝较易分离或分离要求不高｝原理、计算无本质区别2） 道尔顿分压定律（外压不太高时，平衡的气相可视为理想气体） y A =p Apy A =p A °p x A →露点方程：气液平衡时气相组成与平衡温度间的关系 y B =1-y A（2） 用相对挥发度表示的气液平衡关系 1） 挥发度υ（与温度有关）：υA =p Ax AυB =p Bx B理想溶液：υA =p A °；υB =p B °2） 相对挥发度α（溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比）：α=υA υB = p Ax A p Bx B若操作压力不高，气相遵循道尔顿分压定律：α= py A x Apy B x B=y A x B y B x A=y A （1-x A ）x A （1-y A ） →y A =αx A 1+（α-1）x A理想溶液：α=p A °p B °3） y=αx1+（α-1）x若α>1，α愈大，挥发度差异愈大，分离愈易。
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。
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y
x 2.46 0.4 0.6212 1 ( 1) x 1 1.46 0.4
（2）总压为p总＝10 kPa；设泡点为31.5℃
* pA =17.02 kPa，
10 5.313 p ＝5.313 kPa x 17.92 5.313 0.37 0.4
液化率q；汽化率1-q；两者的表达式。 简单计算例9-3 公式：9-17；9-10；9-22；9-23；9-23a。
教材p96 例9-3 (1)。
教材课后习题3
解：（1）平衡蒸馏（闪蒸） 依题给条件 q 1 0.44 0.56 xF q 0.56 0.55 y x x 1.25 1.273x 则: q 1 q 1 0.56 1 0.56 1 由平衡方程: y 0.46 x 0.549
教材课后习题5
公式9-27
解：（1）馏出液的流量和组成；由全塔物料衡算，可得：
q n,D x D 0.96q n,F x F 0.96 100 0.45kmol/h 43.2 kmol/h
q n,W x W 1 0.96100 0.45kmol/h 1.8 kmol/h
y
0.7 0.6 0.5
d e
0.4 0.3
线之间绘阶梯，达到指定分离程
度需11层理论板，第5层理论板 进料。
b
0.2
11
0.1
c
0.0 0.0
xW0.1
0.2
0.3
0.4
xF 0.5 X
0.6
0.7
0.8
0.9
xD 1.0
习题8 附 图
* A
* pA 155.37
* pB 63.15
100 63.15 xA 0.3996 0.4 155.34.6℃为泡点温度。
* pA 155.37 2.46 相对挥发度： * pB 63.15
气相组成：
q n,W 60 27.39kmol/h 32.61kmol/h
（1）40 ℃冷液进料 q值可由定义式计算，即
cP t b t F 1.8292 40 q 1 1 1.255 r 371
公式9-24
例9-6 (1)
V R 1q n,D 1 q F 2.8 1 27.39 1 1.255 60kmol/h 119.4kmol/ h
公式9-25
qn,W
1.8 kmol/h=54.55 kmol/h 0.033
qn,D qn,F qn,W 100 54.55 kmol/h=45.45 kmol/h 43.2 xD 0.9505 45.45
教材课后习题5
（2）精馏段操作线方程
y
公式9-30
x R 2.65 0.9505 x D x 0.726x 0.2604 R 1 R 1 3.65 3.65
y
2.46 x 1 1.46 x
0.95 1.0 7
在x–y图上作出平衡线，如本题附图所示。 由已知的xD，xF，xW在附图上定出点a、e
1.0 0.9 0.8
a 5
、c。
精馏段操作线的截距为
0.7
xD 0.95 0.271 R 1 2.5 1
0.6 0.5
d e
y
0.4
，在y轴上定出点b，连接点a及点b，即为精
99.76 41.85 x * 0.8808 * p A p B 107.6 41.85
泡点方程公式 公式：9-4
* p总 p B
本题也可通过相对挥发度求解
公式：9-9
* pA 107.6 * 2.571 p B 41.85
由气液平衡方程得 y 0.95 x 0.8808 y 1 y 0.95 2.5711 0.95
图9-1中，B点降温后的变化分析；
图9-1中，A点升温后的变化分析；
气液平衡相图（x-y图）：a值的大小（偏移1的程 度大小）与平衡线和对角线距离的关系。 最低恒沸点和最高恒沸点 前者组成作为易挥发组 分，后者组成作为难挥发组分
如何分离恒沸液 改变总压p总
气液平衡的应用
9.3 简单蒸馏过程
q=0
公式9-39
三种进料热状态下，由于q的不同，提馏段的气相负荷 （即再沸器的热负荷）有明显差异。饱和蒸气进料V′最小。 教材课后习题6和例9-6共同点： • 利用物料衡算求qn,D、qn,W ，qn,L和qnV，参考图9-12及相关 公式。 • 确定q值，利用公式9-38，9-39,9-39a求q’n,L和q’nV，带入 9-40，即得提馏段操作线方程。可参考图9-15
第九章 蒸馏
重点内容回顾总结
9.1 概述 定义
加热，利用挥发度差异
分类及适用范围
何时采用连续蒸馏、何时采用间歇蒸馏？ 何时用加压蒸馏，何时用真空（低压）蒸馏？ 减压蒸馏的直接作用？
9.2 两组分溶液的气液平衡
气液平衡的相律 两组分气液平衡体系的自由度f=2，其意
义是什么？ 露点方程和泡点方程的推导及其描述的关系。 挥发度、相对挥发度a，气液平衡方程及描述的关系。 相对挥发度a值与分离难易程度关系的描述。 计算要求: 根据温度（t）和压力（p）求，气液相的组成 （x，y）、以及气液平衡方程（x与y之间关系）；根据压 力（p）和组分（x，y）求温度（t，泡点温度和露点温度 等）。
公式9-39
' 注：V’为教材中 q n,V，V为教材中 qn,V ，F为教材中 qn, F
教材课后习题6
（2）饱和液体进料 此时 q = 1
公式9-39
V V R 1q n,D 3.8 27.39kmol/h 104.1kmol/h
（3）饱和蒸气进料
V V q n,F 104.1 60kmol/h 44.1kmol/h
* B
因此所设泡点温度过高，降低温度重新试差，得到泡点 温度为31.2℃，则相应的P*A和P*B可求出：
? y?
随压力降低，α增大，气相组成提高。
教材p90-91 例9-1；9-2。
两组分溶液的气液平衡（相图和应用）
气液平衡相图（t-x-y图）：两线：饱和蒸汽线 （露点线）；饱和液体线（泡点线）；三区。
图9-7；公式9-27
9.4 精馏-多级蒸馏过程 结合相图说明精馏原理 精馏和普通蒸馏的区别
连续精馏操作流程图9-10
9.5 两组分连续精馏的计算
计算的两个假设及内容 馏出液的采出率；易/难挥发组分的回收率。 全塔物料衡算的约束条件 操作线方程：
精馏段 公式9-30的推导
25.32
0.94 50 0.5 kmol/h 24.68kmol/h 0.952
xW
1 A qn,F xF 1 0.94 50 0.5 0.0592
q n,W
qn,L Rqn,D qqn,F 3 24.68 0.75 50
此需要确定三条线，5个点，如教材图9-18中，a，b，c，d 和e，其中，a，b点可以确定精馏段操作线；e、d点确定q 线，c，d点确定提馏段操作线。
选择适宜进料口的重要性和意义
教材课后习题8
解：由气液平衡方程计算气液相平衡组成如本题附表所示。
x 0 0 0.05 0.11 5 0.1 0.21 4 0.2 0.38 1 0.3 0.51 3 0.4 0.62 1 0.5 0.71 1 0.6 0.78 7 0.7 0.85 2 0.8 0.90 8 0.9 1.0
提馏段 公式9-33, 9-33a; 9-40(热状况参数q引入的提馏段操作线
方程)
R的定义; q的定义; q值大小和进料热状况的五种情况。 注: 液化率q和进料热状况参数q是不同的。
教材课后习题4
解：（1）馏出液的流量和苯的收率
q n,D q n,F
公式9-26
xF xW 0.5 0.05 100 kmol h 50 kmol h xD xW 0.95 0.05
教材课后习题1 p156
解：本题可用露点及泡点方程求解。
露点方程公 式：9-5a
* * * pA p总 p B 107.6 p总－41.85 pA yA xA 0.95 * * p总 p总 p A p B p总 107.6 41.85
解得 p总＝99.76 kPa
* * 1 xA 107.6 0.8808 41.851 0.8808kPa p总＝pA xA pB
气液平衡方程 公式9-10
99.76kPa
公式：9-3a
教材课后习题2
解：本题需试差计算 （1）总压p总＝100 kPa；初设泡点为94.6℃，则
1206.35 lg p 6.032 2.191 94.6 220.24 1343.94 * lg pB 6.078 1.80 94.6 219.58
0.3
b
0.2
馏段操作线。
11
0.1
c
0.0 0.0
xW0.1
0.2
0.3
0.4
习题8 附 图
xF 0.5 X
0.6
0.7
0.8
0.9
xD 1.0
教材课后习题8
参考q线斜率：公式9-41
1.0
过点e作q线（垂直线）交精馏
0.9 0.8
a 5
段操作线于点d。连接cd即得提馏
段操作线。 从点a开始，在平衡线与操作
qn,V qn,L qn,W 111.54 25.32
111.54 25.32 y x 0.0592 1.294 x 0.01739 86.22 86.22