化工原理精馏.ppt
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化工原理精馏
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第一节 概述
2）闪蒸 是一种单极的平衡操作，连续或间歇、稳定的。
➢ 混合液经加热器升温后液体温度高于分液器压强 下的液体沸点，然后通过减压阀使其降压后进入 分离器中，这时过热的液体混合物即被部分气化， 平衡的气液两相在分离器中得到分离，将分离器 又称为闪蒸罐（塔）
例如：高压锅，冷却后才可以打开
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第一节 概述
1 、定义 （ 2 ）蒸馏：利用液体混合物中各组分挥发性的差异
而将组分分离的传质过程。为一次部分 气化分离混合物； （ 3 ）精馏：多次部分汽化，多次部分冷凝。 用浓度表示组分的变化。
易挥发组分：沸点低的组分，用A表示，yA，xA 难挥发组分：沸点高的组分，用B表示，yB，xB y与x的关系无法确定，通常达到平衡时关系才确定
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第一节 概述
恒沸精馏——工业酒精的提纯，加入夹带剂苯， 形成三元非均相恒沸液；
5）蒸发与蒸馏的区别 蒸发——A组分挥发，B组分不挥发，供热就分离； 蒸馏——A，B均挥发，存在一个平衡关系！
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第二节 两组分溶液的气液平衡
1-2-1 两组分理想物系的气液平衡
➢当外压不太高时，平衡的气相可视为理想气体，
遵循道尔顿分压定律，即
P P A P BP A 0x P B 0(1 x)
x
P PB0 PA0 PB0
—— 由拉乌尔定律表示的气液平衡关系
yAP PAP PA0xAP PA0 P PA0P PB0B0
yA KAxA
——K 为相平衡常数，并非常数，随温度而变。
于是，经过多次部分汽化和部分冷凝，最后在塔顶 得到高纯度的轻组分，而在塔底获得高纯度的重组
化工原理课件第五章 蒸馏
Q FcP (T tF )
FcP (T te ) (1 q)Fr
T
te
(1
q)
r cp
tF－原料液的温度℃ T－通过加热器后原料液的温度℃
te－分离器中的平均温度℃ F－原料液流量Kmol/h
cp－原料液平均比热KJ/(Kmol. ℃) r－平均汽化潜热
三、气液平衡关系
理想溶液：
x
A
A
p
1.2.2 非理想物系的气液平衡
1.具有正偏差的溶液 一般正偏差：pA>pA理， pB>pB理。
乙醇－水溶液相图 正偏差溶液：x=0.894，最低恒沸点，78.15℃
2. 具有负偏差的溶液 一般负偏差 pA<pA理， pB<pB理。
硝酸－水溶液相图 负偏差溶液：x=0.383，最高恒沸点，121.9℃
组分： A、B 一、相律分 析： 变量 ： t、p、xA、 yA
相数： 气相、液相
自由度：f c 2 2
C:独立组分数
Ø：相数
一定压力下:液相（气相）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
二、两组分理想物系气液平衡函数关系 1. 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
xF,y,x－－分别为原料液、气相与液相产 品的组成，摩尔分率。
y
FxF Wx D
F
F W
xF
W F W
x
q W 液化分率 F
＝1 1 q
xF
q 1 q
x
qx q 1
q
1
1
xF
平率衡为蒸馏中气液相平衡组q 成的关系。通过（xF， xF ）斜
化工原理二元连续精馏.ppt
F, xF
若 F、xF、q、D、xD、R 相同，则
W* W S
W* W ------间接蒸汽加热流程 V
排出的釜液量大
W xW WxW
xW xW ------间接蒸汽加热流程
排出的釜液浓度小 水蒸汽 S，yS=0
D, xD L W*, xW*
3．直接蒸汽加热流程
适用范围：水溶液，且水是难挥发组分 与间接蒸汽加热流程计算相比：
(1)假设恒摩尔流假定成立，则
D, xD
S V' (R 1)D (q 1)F
L' W
F, xF
V
L
S W*
水蒸汽 S，yS=0 W*, xW*
3．直接蒸汽加热流程
与间接蒸汽加热流程计算相比：
（2）精馏线、q线、提馏线方程形式相同
在相同条件（F、xF、q、D、xD、R相同）下， 直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比，操作线及q
xn-1
也称默弗里（Murphree）板效。其定义为：
E mV
汽相实际增浓程度 汽相理论增浓程度
yn
y
n
yn1 yn1
n
yn
yn*
-------汽相默弗里板效
E mL
液相实际减浓程度 液相理论减浓程度
xn1 xn xn1 xn *
--------液相默弗里板效
E
E
R1
y1
R R1
xL
xD R1
y1 0.5 xL 0.5 0.8
0.71
xW
y1
1 y1
0.499
化工原理-恒沸精馏67页PPT
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
ห้องสมุดไป่ตู้化工原理-恒沸精馏
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
谢谢
ห้องสมุดไป่ตู้化工原理-恒沸精馏
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
谢谢
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)精馏原理
通过重复加热和冷凝的过程，可以逐步将液体混合 物中的不同组分分离出来。
精馏的原理和过程
原理
基于物质的沸点不同，通过加热和冷凝的方法，将不同沸点的物 质分离出来。
过程
将液体混合物加热至沸腾，产生的蒸汽在冷凝器中冷凝，再通过 回流装置将冷凝液返回精馏塔中，重复进行加热和冷凝的过程， 直至达到分离目的。
操作温度应根据进料组成 和产品要求进行选择，以
实现最佳分离效果。
操作压力应根据进料组成 和产品要求进行选择，以
实现最佳分离效果。
操作条件的优化
实验法
通过实验方法测定不同操作条件下的分离效果，找 出最优的操作条件。
模拟法
利用计算机模拟软件对精馏过程进行模拟，通过优 化算法找出最优的操作条件。
经济分析法
石油化工原料的制备
通过精馏技术可以制备石油化 工原料，如乙烯、丙烯等，这 些原料是生产塑料、合成橡胶 等材料的重要基础。
精馏在其他领域的应用
01
02
03
食品工业
精馏技术可用于食品工业 中，如分离果汁中的果糖 和乙醇饮料中的酒精等。
制药工业
精馏技术可用于药品的生 产和提纯，如分离抗生素、 维生素等。
精馏的分类
02
01
03
根据操作方式的不同，精馏可以分为连续精馏和间歇 精馏。
根据进料位置的不同，精馏可以分为侧线精馏、塔顶 精馏和塔底精馏。
根据操作压力的不同，精馏可以分为常压精馏、加压 精馏和减压精馏。
02
精馏塔的构造和工作原理
精馏塔的结构
塔体
进料板
塔板
溢流管
冷凝器
精馏塔的主要部分，用于 容纳待分离的液体混合物 和进行传热传质过程。
精馏的原理和过程
原理
基于物质的沸点不同，通过加热和冷凝的方法，将不同沸点的物 质分离出来。
过程
将液体混合物加热至沸腾，产生的蒸汽在冷凝器中冷凝，再通过 回流装置将冷凝液返回精馏塔中，重复进行加热和冷凝的过程， 直至达到分离目的。
操作温度应根据进料组成 和产品要求进行选择，以
实现最佳分离效果。
操作压力应根据进料组成 和产品要求进行选择，以
实现最佳分离效果。
操作条件的优化
实验法
通过实验方法测定不同操作条件下的分离效果，找 出最优的操作条件。
模拟法
利用计算机模拟软件对精馏过程进行模拟，通过优 化算法找出最优的操作条件。
经济分析法
石油化工原料的制备
通过精馏技术可以制备石油化 工原料，如乙烯、丙烯等，这 些原料是生产塑料、合成橡胶 等材料的重要基础。
精馏在其他领域的应用
01
02
03
食品工业
精馏技术可用于食品工业 中，如分离果汁中的果糖 和乙醇饮料中的酒精等。
制药工业
精馏技术可用于药品的生 产和提纯，如分离抗生素、 维生素等。
精馏的分类
02
01
03
根据操作方式的不同，精馏可以分为连续精馏和间歇 精馏。
根据进料位置的不同，精馏可以分为侧线精馏、塔顶 精馏和塔底精馏。
根据操作压力的不同，精馏可以分为常压精馏、加压 精馏和减压精馏。
02
精馏塔的构造和工作原理
精馏塔的结构
塔体
进料板
塔板
溢流管
冷凝器
精馏塔的主要部分，用于 容纳待分离的液体混合物 和进行传热传质过程。
化工原理蒸馏课件5
4.操作型计算的类型（1）(P288 例7-6)
Nm
D W
zF
xw
R
q
N M 平衡曲线
设xD
精馏段、提馏段操作线方程 重设xD
Nm’＝Nm ？
输出
二）精馏塔的操作 1.保持操作稳定，使塔内各处汽液组成和温度 稳定，料液在塔内汽液组成与其相同的位置加 入避免不同组成的物流的混合，是保持最佳操 作状态的基本条件。 2.保持精馏装置进、出物料平衡是保证塔稳定 操作的必要条件。
Rmin 与此对应 NT 全回流 NT N min
1
3.简捷法的步骤：
R Rmin N N min , R 1 N 1
六 Gilliland 快速估值法
4.研究条件：吉利兰图是用8个物系在下面的条件 下逐板计算得出的结果绘制，这些条件见下表。 组分数目 进料状态 2～11 5
四.加料状态的影响和加料板位置 L L I iF q F I i
过冷液体 q>1 饱和液体（泡点）q=1 汽液混合物 0<q<1 饱和蒸汽 q=0 过热蒸汽 q<0 （4）精馏段与提馏段的 汽液流量之间的关系 L' L qF
V V (1 q) F
'
二)精馏段和提馏段操作线的交点 -----q线方程 精： yn 1 提：
xD ye Rmin Rmin 1 xD xe Rmin x D ye ye xe
(xe，ye)由平衡线和q线(或者
精馏段操作线)联立求解确定。
对非理想溶液最小回流比确定：
平衡线下凹，出现拐点，只能图解。
最小回流比--解析求解
xe ye 平衡线：ye＝ , xe＝ 1 ( 1) xe ＋ ( 1) ye
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
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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
y x 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。
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)
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
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
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
(2)利用相对挥发度计算气液平衡数据 求平均挥发度
t---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
§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：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。
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
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
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
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
§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)
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