第一章-蒸馏(下册)教学课件

第一章 蒸馏本章重点：二组分连续精馏塔的计算本章重点：二组分连续精馏塔的计算 7/13/202411.1概述概述蒸馏是分离液体混合物重要单元操作之一蒸馏是分离液体混合物重要单元操作之一。其原理是利用。其原理是利用混合液中各组分在热能驱动下，具有不同的挥发能力，使得混合液中各组分在热能驱动下，具有不同的挥发能力，使得各组分在气液两相中的组成之比发生改变，即易挥发组分各组分在气液两相中的组成之比发生改变，即易挥发组分（轻组分）在气相中增浓，难挥发组分（重组分）在液相中（轻组分）在气相中增浓，难挥发组分（重组分）在液相中得到浓缩。得到浓缩。蒸馏操作的依据：混合液中各组分挥发度的不同。蒸馏操作的依据：混合液中各组分挥发度的不同。蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏7/13/202421.2 1.2 两组分溶液的气液平衡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两组分理想物系的气液平衡1相律相律研究相平衡的基本规律。研究相平衡的基本规律。相律相律表示平衡物系中的自由表示平衡物系中的自由度数、相数及独立组分数的关系度数、相数及独立组分数的关系2-外界影响因素温度，压力外界影响因素温度，压力对于双组分物系的气液平衡对于双组分物系的气液平衡:四个变量中，任意规定两个，可确定平衡物系的四个变量中，任意规定两个，可确定平衡物系的状态。若再固定某个变量，则只有一个独立变量状态。若再固定某个变量，则只有一个独立变量7/13/202432两组分理想物系的气液平衡函数关系两组分理想物系的气液平衡函数关系 理想物系是指液相为理想溶液，气相为理想气体且服从理想物系是指液相为理想溶液，气相为理想气体且服从道尔顿分压定律的物系。道尔顿分压定律的物系。理想溶液：全部浓度范围内服从拉乌尔定律理想溶液：全部浓度范围内服从拉乌尔定律1 1）用饱和蒸气压计算气液平衡关系）用饱和蒸气压计算气液平衡关系根据拉乌尔定律，平衡时理想溶液上方的分压为：根据拉乌尔定律，平衡时理想溶液上方的分压为：7/13/202442）用相对挥发度表示的气液平衡关系）用相对挥发度表示的气液平衡关系蒸馏的依据是混合液中各组分挥发度的不同。蒸馏的依据是混合液中各组分挥发度的不同。在一定条件下纯在一定条件下纯组分的挥发度由该组分在给定条件下的饱和蒸气压表示。在混组分的挥发度由该组分在给定条件下的饱和蒸气压表示。在混合溶液中，由于各组分的相互影响，某一组分的饱和蒸气压比合溶液中，由于各组分的相互影响，某一组分的饱和蒸气压比其单独存在时低，故其挥发度用它在气相中的分压与其液相中其单独存在时低，故其挥发度用它在气相中的分压与其液相中摩尔分率的比表示摩尔分率的比表示。习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比称为相对挥发度，以称为相对挥发度，以表示表示。7/13/20245用相对挥发度表示的易挥发组分用相对挥发度表示的易挥发组分A的气液相平衡方程式的气液相平衡方程式在一定温度范围内，在一定温度范围内，可近似为常数。可近似为常数。值的大小反映了混合值的大小反映了混合液分离的难易程度。若液分离的难易程度。若=1，则表明这种混合液不能用普通方，则表明这种混合液不能用普通方法分离。法分离。越大越大,分离越容易。分离越容易。3两组分理想溶液的气液平衡相图两组分理想溶液的气液平衡相图蒸蒸馏馏中中常常用用的的相相图图有有恒恒压压下下的的温温度度-组组成成图图和和气气液液平平衡衡相相图图。1）温度）温度-组成图（组成图（t-x-y图）图）蒸蒸馏馏通通常常在在一一定定外外压压下下进进行行，溶溶液液的的温温度度随随组组成成而而变变，故故恒恒压压下下的的温温度度组组成成图图（t-x-y图图）对对蒸蒸馏馏过过程程的的分分析析具具有有重重要要意意义义。重点重点7/13/20246总总压压对对t-x-y关关系系的的影影响响较较大大，但但对对y-x关关系系的的影影响响较较小小。故故当当总总压压变变化化不不大大时时，总总压压对对y-x关关系系的的影影响响可可以以忽忽略略不不计计，但但对对t-x-y的影响则不能忽略。的影响则不能忽略。7/13/202471.2.2 1.2.2 两组分非理想物系的气液平衡相图两组分非理想物系的气液平衡相图7/13/202481.3 1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏1.3.11.3.1 平衡蒸馏平衡蒸馏平平衡衡蒸蒸馏馏又又称称闪闪蒸蒸，是是一一连连续续、稳稳态态的的单单级级蒸蒸馏馏过过程程。其其流流程程如如图图所所示示 7/13/20249原料液通过加热器升温（未沸腾），在通过节流阀后因压原料液通过加热器升温（未沸腾），在通过节流阀后因压强突然下降，液体过热，于是发生自蒸发，最终产生相互平强突然下降，液体过热，于是发生自蒸发，最终产生相互平衡的气、液两相。气相中易挥发组分浓度较高，与之呈平衡衡的气、液两相。气相中易挥发组分浓度较高，与之呈平衡的液相中易挥发组分浓度较低，在分离器内气、液两相分离的液相中易挥发组分浓度较低，在分离器内气、液两相分离后，气相经冷凝成为顶部液态产品，液相则作为底部产品。后，气相经冷凝成为顶部液态产品，液相则作为底部产品。平衡蒸馏的特点：稳定连续过程，生产能力大，但也不平衡蒸馏的特点：稳定连续过程，生产能力大，但也不能得到高纯度产物能得到高纯度产物。常用于粗略分离物料，在石油炼制及石。常用于粗略分离物料，在石油炼制及石油裂解分离的过程中常使用多组分溶液的平衡蒸馏。油裂解分离的过程中常使用多组分溶液的平衡蒸馏。1.3.2简单蒸馏简单蒸馏简单蒸馏又称为微分蒸馏简单蒸馏又称为微分蒸馏，瑞利瑞利1902年提出了该过程的数学年提出了该过程的数学描述方法，故该蒸馏又称之为瑞利蒸馏。其流程如图所示。描述方法，故该蒸馏又称之为瑞利蒸馏。其流程如图所示。7/13/202410简单蒸馏简单蒸馏是分批加入原料，进是分批加入原料，进行间歇操作。蒸馏过程中不断行间歇操作。蒸馏过程中不断从塔顶采出产品。在蒸馏过程从塔顶采出产品。在蒸馏过程中釜内液体中的轻组分浓度不中釜内液体中的轻组分浓度不断下降，相应的蒸汽中轻组分断下降，相应的蒸汽中轻组分浓度也随之降低。因此，浓度也随之降低。因此，馏出馏出液通常是按不同组成范围收集液通常是按不同组成范围收集的。最终将釜液一次排出。所的。最终将釜液一次排出。所以简单蒸馏是一个不稳定过程以简单蒸馏是一个不稳定过程。简简单单蒸蒸馏馏只只能能适适用用于于沸沸点点相相差差较较大大而而分分离离要要求求不不高高的的场场合合，或或者者作作为为初初步步加加工工，粗粗略略地地分分离离混混合合物物，例例如如原原油油或或煤煤油油的初馏。的初馏。7/13/2024111.4 1.4 精馏原理和流程精馏原理和流程 1.4.1精馏过程原理和条件精馏过程原理和条件多次部分汽化、多次的部分冷凝（精馏的原理）多次部分汽化、多次的部分冷凝（精馏的原理）利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行传质过程同时进行，属传质过程控制。其精馏塔如图所示。原料从塔中部适当位置属传质过程控制。其精馏塔如图所示。原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，不含进料，下段含进料板为提馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供板为提馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气相回流。气、液相回流气、液相回流是精馏重要特点。是精馏重要特点。在在精馏段精馏段,气相在上气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获轻组分产品。在塔顶获轻组分产品。7/13/202412在在提馏段提馏段，其液相在下降的过程中，其，其液相在下降的过程中，其轻组分不断地提馏出来，使重组分在液轻组分不断地提馏出来，使重组分在液相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分的产品的产品。精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，气相回流，为精馏过程提供了传质的必为精馏过程提供了传质的必要条件。提供高纯度的回流，使在相同要条件。提供高纯度的回流，使在相同理论板的条件下，为精馏实现高纯度的理论板的条件下，为精馏实现高纯度的分离时，始终能保证一定的传质推动力。分离时，始终能保证一定的传质推动力。所以，只要理论板足够多，回流足够大所以，只要理论板足够多，回流足够大时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产时，在塔顶可能得到高纯度的轻组分产品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。品，而在塔底获得高纯度的重组分产品。7/13/2024137/13/202414蒸馏操作的作用：分离均相液体混合物。蒸馏操作的作用：分离均相液体混合物。精馏的原理：多次的部分冷凝，多次的部分汽化。精馏的原理：多次的部分冷凝，多次的部分汽化。精馏的必要条件：回流液的逐板下降，蒸汽的逐板精馏的必要条件：回流液的逐板下降，蒸汽的逐板 上升。上升。精馏的实质：气液两相传质、传热，双向扩散。精馏的实质：气液两相传质、传热，双向扩散。设置精馏段的目的：除去蒸汽中的重组分。设置精馏段的目的：除去蒸汽中的重组分。设置提馏段的目的：脱除液相中的轻组分。设置提馏段的目的：脱除液相中的轻组分。精馏塔的塔顶几乎是纯的轻组分，温度低（压力低）。精馏塔的塔顶几乎是纯的轻组分，温度低（压力低）。精馏塔的塔底几乎是纯的重组分，温度高（压力高）。精馏塔的塔底几乎是纯的重组分，温度高（压力高）。7/13/20241514-2精馏操作流程精馏操作流程7/13/202416混合物的气、液两相在塔内逆向流混合物的气、液两相在塔内逆向流动，气相从下至上流动，液相依靠重动，气相从下至上流动，液相依靠重力自上向下流动力自上向下流动，在塔板上接触进行，在塔板上接触进行传质。两相在塔内各板逐级接触中，传质。两相在塔内各板逐级接触中，使两相的组成发生阶跃式的变化，故使两相的组成发生阶跃式的变化，故称称板式塔为逐级接触设备板式塔为逐级接触设备。当回流液或料液进入时，将填料表当回流液或料液进入时，将填料表面润湿，液体在填料表面展为液膜，面润湿，液体在填料表面展为液膜，流下时又汇成液滴，当流到另一填料流下时又汇成液滴，当流到另一填料时，又重展成新的液膜。当气相从塔时，又重展成新的液膜。当气相从塔底进入时，在填料孔隙内沿塔高上升，底进入时，在填料孔隙内沿塔高上升，与展在填料上的液沫连续接触，进行与展在填料上的液沫连续接触，进行传质，使气、液两相发生连续的变化，传质，使气、液两相发生连续的变化，故称故称填料塔为微分接触设备。填料塔为微分接触设备。7/13/2024171.5 1.5 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算精精馏馏塔塔的的计计算算内内容容包包括括：馏馏出出液液及及釜釜液液的的流流量量、塔塔板板数数或或填料高度、进料口的位置、塔高、塔径等。填料高度、进料口的位置、塔高、塔径等。1.5.1理论板的概念及恒摩尔流假定理论板的概念及恒摩尔流假定1、理论板的概念、理论板的概念理理论论板板指指离离开开该该板板的的气气相相组组成成与与离离开开该该板板的的液液相相组组成成之之间间互成平衡的理想化塔板。互成平衡的理想化塔板。2、恒摩尔流假定恒摩尔流假定（1）恒摩尔气流）恒摩尔气流精馏段：精馏段：V1=V2=Vn=V提提馏馏段段：V1=V2=Vn=V除除饱饱和和液液体体进进料料q=1以以外外,其其余余VV.7/13/202418（2）恒摩尔液流）恒摩尔液流精馏段：精馏段：L1=L2=Ln=L提馏段提馏段：恒摩尔流假定成立的条件恒摩尔流假定成立的条件：(1)各组分的摩尔汽化潜热相等；（主要条件）各组分的摩尔汽化潜热相等；（主要条件）(2)气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；(3)塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。7/13/2024191.5.2物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程1、全塔物料衡算、全塔物料衡算（重点）（重点）塔顶易挥发组分的回收率塔顶易挥发组分的回收率塔底难挥发组分的回收率塔底难挥发组分的回收率7/13/2024202、精馏段操作线方程、精馏段操作线方程（重点）（重点）例例用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯烯0.88（摩尔分数，下同），流量为（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。今要求馏出液。今要求馏出液中乙烯的回收率为中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。求所得馏出液、釜液的流量和组成。7/13/2024213、提馏段操作线方程提馏段操作线方程1.5.3进料热状况的影响进料热状况的影响在生产实际中，精馏塔的进料可能在生产实际中，精馏塔的进料可能有五种不同的热状态有五种不同的热状态：过过冷液体冷液体（温度低于泡点）；（温度低于泡点）；饱和液体饱和液体（温度等于泡点）；（温度等于泡点）；气气液混合物液混合物（温度在泡点和露点之间）；（温度在泡点和露点之间）；饱和蒸气饱和蒸气（温度等于（温度等于露点）；露点）；过热蒸气过热蒸气（温度高于露点）。（温度高于露点）。（重点）（重点）7/13/202422进料热状况参数进料热状况参数q精馏段与提馏段物流之间的关系为：（重点）（重点）q1q=1q=01q=0q1(b)q=1(c)q=01(d)q=0(e)q07/13/2024241.5.4理论板层数的求法理论板层数的求法相平衡关系相平衡关系精馏操作方程精馏操作方程提馏段操作线方程提馏段操作线方程1、逐板计算法逐板计算法逐板计算法是利用相平衡方程和操作线方程，根据塔顶馏出液逐板计算法是利用相平衡方程和操作线方程，根据塔顶馏出液或塔釜液的组成，从塔顶或塔底开始向塔的进料板方向计算。或塔釜液的组成，从塔顶或塔底开始向塔的进料板方向计算。计算精馏段理论板数，利用精馏段操作线方程和相平衡方程；计算精馏段理论板数，利用精馏段操作线方程和相平衡方程；计算提馏段理论板数，利用提馏段操作线方程和相平衡方程。计算提馏段理论板数，利用提馏段操作线方程和相平衡方程。精馏段理论板数与提馏段理论板数之和，即为全塔理论板数。精馏段理论板数与提馏段理论板数之和，即为全塔理论板数。7/13/202425例题：设计一精馏塔，用以分离双组分混合物，已知原料例题：设计一精馏塔，用以分离双组分混合物，已知原料液流量为液流量为100kmol/h100kmol/h，进料中含轻组分，进料中含轻组分0.20.2（摩尔分（摩尔分数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为数，下同），要求馏出液和釜液的组成分别为0.80.8和和0.050.05。泡点进料（饱和液体），物系的平均相对。泡点进料（饱和液体），物系的平均相对挥发度挥发度=2.5=2.5，回流比，回流比R=2.7R=2.7。试求。试求：1 1）精馏段和）精馏段和提馏段操作线方程；提馏段操作线方程；2 2）从塔顶数第二块板下降的）从塔顶数第二块板下降的液相组成。液相组成。7/13/202426例题例题用一常压精馏塔分离某二元理想溶液，用一常压精馏塔分离某二元理想溶液，进进料中含轻组分料中含轻组分0.40.4（摩尔分数，下同），进料量为（摩尔分数，下同），进料量为200kmol/h200kmol/h饱和蒸汽进料，要求馏出液和釜液的组饱和蒸汽进料，要求馏出液和釜液的组成分别为成分别为0.970.97和和0.020.02。已知操作回流比。已知操作回流比R=3.0R=3.0，物，物系的平均相对挥发度系的平均相对挥发度=2.4=2.4，塔釜当作一块理论板，塔釜当作一块理论板处理。试求：（处理。试求：（1 1）提馏段操作线方程；（）提馏段操作线方程；（2 2）塔釜）塔釜以上第一块理论板下降的液相组成。（从塔底向上以上第一块理论板下降的液相组成。（从塔底向上计算）计算）7/13/2024272、q线方程线方程在进料板上，同时满足精馏段和提馏段的物料衡算，故两在进料板上，同时满足精馏段和提馏段的物料衡算，故两操作线的交点落在进料板上。当操作线的交点落在进料板上。当q为定值，改变塔操作的回流为定值，改变塔操作的回流比时，两操作线交点轨迹即比时，两操作线交点轨迹即q线。线。当一定操作回流比条件下，当一定操作回流比条件下，不同热状态对提馏段存在显不同热状态对提馏段存在显著的影响著的影响（重点）（重点）7/13/202428例题：常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔，进例题：常压下分离丙酮水溶液的连续精馏塔，进料中丙酮料中丙酮50%（摩尔分数，下同），其中气相占（摩尔分数，下同），其中气相占80%，要求馏出液和釜液中丙酮的组成分别为，要求馏出液和釜液中丙酮的组成分别为95%和和5%，回流比，回流比R=2.0，若进料流量为，若进料流量为100kmol/h，分别计算精馏段和提馏段的气相和液相流量，并写分别计算精馏段和提馏段的气相和液相流量，并写出相应的两段操作线方程和出相应的两段操作线方程和q线方程。线方程。7/13/2024293图解法图解法（1）在直角坐标系中绘出）在直角坐标系中绘出物系的相平衡曲线和对角线物系的相平衡曲线和对角线。（2）绘出精馏段操作线）绘出精馏段操作线（精馏段操作线通过（精馏段操作线通过D、C两点）。两点）。（3）绘出）绘出q线线（q线与精线与精馏段操作线相交于馏段操作线相交于Q点点）（4）连接）连接W点与点与q线与精馏线与精馏段操作线的交点段操作线的交点Q，得到提馏，得到提馏段操作线。段操作线。（5）在平衡线与精馏段操作线之间作梯级）在平衡线与精馏段操作线之间作梯级，当梯级跨过两操作，当梯级跨过两操作线的交点时，应改在提馏段操作线与平衡线之间作梯级，直至梯线的交点时，应改在提馏段操作线与平衡线之间作梯级，直至梯级达到或跨过点级达到或跨过点w为止。此时，为止。此时，梯级数梯级数N（含再沸器）（含再沸器）为所求的为所求的理论塔板数理论塔板数N，跨过两操作线交点的板为进料板。跨过两操作线交点的板为进料板。7/13/2024301.5.5 1.5.5 回流比的影响及其选择回流比的影响及其选择回流比回流比R R是精馏过程设计和操作的重要参数。是精馏过程设计和操作的重要参数。R R值的大小直接值的大小直接影响精馏塔的分离能力、系统的能耗和设备的结构尺寸。影响精馏塔的分离能力、系统的能耗和设备的结构尺寸。1 1、全回流与最少理论板数、全回流与最少理论板数如果精如果精馏塔在操作塔在操作过程中将塔程中将塔顶蒸气全部冷凝，其冷凝液全部蒸气全部冷凝，其冷凝液全部返回塔返回塔顶作作为回流，称此操作回流，称此操作为全回流，回流比全回流，回流比R R为无无穷大大（R=R=）。）。操作操作线方程可表示方程可表示为：（芬斯克方程）（芬斯克方程）7/13/2024312、最小回流比、最小回流比Rmin随着回流比随着回流比R的减小，则的减小，则精馏过程的能耗下降，塔径精馏过程的能耗下降，塔径D也回随之减小。但因也回随之减小。但因R减小，减小，使操作线交点向平衡移动，使操作线交点向平衡移动，导致过程传质推动力减小，导致过程传质推动力减小，使得完成相同的分离要求所使得完成相同的分离要求所需理论板数需理论板数N随之增加随之增加当回流比继续减小，使当回流比继续减小，使两操作线交点落在平衡曲线两操作线交点落在平衡曲线上，此时完成规定分离要求上，此时完成规定分离要求所需理论板数为所需理论板数为。此工况。此工况下的回流比为该设计条件下下的回流比为该设计条件下的最小回流比的最小回流比Rmin。7/13/202432（重点）（重点）3、适宜回流比适宜回流比以获得精馏总成本最低的回流以获得精馏总成本最低的回流比为最优回流比。总成本为投资费比为最优回流比。总成本为投资费用和操作费用之和。用和操作费用之和。操作费用和投资费用之和最小的操作费用和投资费用之和最小的回流比为最适宜的回流比回流比为最适宜的回流比。这一这一回流比回流比R通常选最小回流比倍数经验通常选最小回流比倍数经验范围：大多数文献建议范围：大多数文献建议R=（1.12.0）Rmin7/13/202433例例 在常压连续精馏塔中分离苯在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原甲苯混合液，原料液流量为料液流量为1000kmol/h1000kmol/h，组成为含苯，组成为含苯0.40.4（摩尔分（摩尔分数，下同），馏出液组成为含苯数，下同），馏出液组成为含苯0.90.9，苯在塔顶的，苯在塔顶的回收率为回收率为90%90%，泡点进料，泡点进料(q=1)(q=1)，操作回流比为最，操作回流比为最小回流比的小回流比的1.51.5倍，物系的平均相对挥发度为倍，物系的平均相对挥发度为2.52.5。试求：（试求：（1 1）精馏段操作线方程；（）精馏段操作线方程；（2 2）提馏段操）提馏段操作线方程。作线方程。7/13/202434例例题题在连续精馏塔中分离苯在连续精馏塔中分离苯甲苯混合液。原料液甲苯混合液。原料液组成为组成为0.4（摩尔分数，下同），馏出液组成为（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.95。汽汽-液混合进料，其中汽相占液混合进料，其中汽相占1/3（摩尔数比），回流（摩尔数比），回流比为最小回流比的比为最小回流比的2倍，物系的平均相对挥发度为倍，物系的平均相对挥发度为2.5，塔顶采用全凝器。试求，塔顶采用全凝器。试求:(1)精馏段操作线方程；精馏段操作线方程；（2）从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。从塔顶往下数第二层理论板的上升气相组成。7/13/2024351.5.6 1.5.6 简捷法求理论板层数简捷法求理论板层数P32P32将许多不同精馏塔的回流比、最小回流比、理论板数及最将许多不同精馏塔的回流比、最小回流比、理论板数及最小理论板数即小理论板数即R、Rmin、N、Nmin四个参数进行定量的关联。四个参数进行定量的关联。常见的这种关联如图所示，称为吉利兰图（常见的这种关联如图所示，称为吉利兰图（Gillilad）。）。使使用用简简捷捷法法计计算算理理论论塔塔板板数数的具体步骤是：的具体步骤是：（1）根根据据精精馏馏给给定定条条件件计计算算Rmin，并选择适宜的，并选择适宜的R；（2）由由芬芬斯斯克克方方程程及及给给定定条件计算条件计算Nmin；（3）利利用用图图或或公公式式求求出出得得理论板数理论板数N。P33注意：注意：N及及Nmin均为不含再均为不含再沸器的理论板数。沸器的理论板数。7/13/2024361.5.7其它蒸馏方式简介其它蒸馏方式简介P34P341 1、直接蒸气加热、直接蒸气加热 如果所分离的混合物是某种易如果所分离的混合物是某种易挥发组分的水溶液，则可将加热挥发组分的水溶液，则可将加热蒸气直接通入塔釜内，蒸气直接通入塔釜内，直接加热。直接加热。这样加热蒸气将热量、质量均带这样加热蒸气将热量、质量均带入塔内，同时参与塔的热量、质入塔内，同时参与塔的热量、质量的传递。该过程提高了传热效量的传递。该过程提高了传热效率率 ，可使用温度相对低的加热蒸可使用温度相对低的加热蒸气，同时，又节省了一台再沸器。气，同时，又节省了一台再沸器。7/13/202437由物料衡算可知精馏段物料衡算与常规塔完全一致，仅提馏由物料衡算可知精馏段物料衡算与常规塔完全一致，仅提馏段有所不同。段有所不同。V0塔釜蒸气用量塔釜蒸气用量。按恒摩尔流假设处理，近似有按恒摩尔流假设处理，近似有7/13/2024382、多股进料和多侧线采出的精馏多股进料和多侧线采出的精馏(1)(1)多股进料多股进料当两股组分相同，组成各异的原料在同一塔中分离，为避免当两股组分相同，组成各异的原料在同一塔中分离，为避免混合增加分离的能耗，则分别在适宜位置加入。混合增加分离的能耗，则分别在适宜位置加入。7/13/202439(2)多侧线出料多侧线出料当需要获取浓度不同的两种或多种产品，或某组分在某几块塔当需要获取浓度不同的两种或多种产品，或某组分在某几块塔板上存在富集现象时，为获得该组分产品或消除该组分对塔两板上存在富集现象时，为获得该组分产品或消除该组分对塔两端产品的影响，应采取侧线出料的方法端产品的影响，应采取侧线出料的方法7/13/2024403、塔顶设有分凝器塔顶设有分凝器在在一一般般情情况况下下塔塔顶顶蒸蒸气气应应全全部部冷冷凝凝，并并保保持持一一定定过过冷冷度度，以以免免蒸蒸气气未未冷冷凝凝而而积积累累，引引起起塔塔压压升升高高。如如果果塔塔顶顶蒸蒸气气中中含含有有较较轻轻的的组组分分，一一般般冷冷却却剂剂难难以以将将其其冷冷凝凝，提提高高冷冷却却剂剂品品位位又又不不经经济济，此此时时，塔塔顶顶可可以以加加设设分分冷冷凝凝器器，将将未凝的部分轻组分气体采出。未凝的部分轻组分气体采出。分凝器相当一块理论板分凝器相当一块理论板理理论论板板数数的的计计算算同同前前，但但第第一块板为分凝器。一块板为分凝器。7/13/2024411.5.8塔高和塔径的计算塔高和塔径的计算1 1、塔高的确定、塔高的确定 根据完成所要求的分离任务求得理论板数，再根据全塔效率根据完成所要求的分离任务求得理论板数，再根据全塔效率即可确定该塔的实际塔板数。即可确定该塔的实际塔板数。板式塔有效段板式塔有效段（气液接触段）（气液接触段）高度高度由实际塔板数和板间距决定由实际塔板数和板间距决定。实际板层数实际板层数板间距，板间距，m2板效率和实际板数板效率和实际板数7/13/202442（1）单板效率）单板效率它是以气相（或液相）经过实际塔板的组成变化值与经过它是以气相（或液相）经过实际塔板的组成变化值与经过理论板时的组成变化值之比表示的。理论板时的组成变化值之比表示的。7/13/202443（2）全塔效率全塔效率理论塔板数与实际塔板数之比称为全塔效率。理论塔板数与实际塔板数之比称为全塔效率。3、塔径的计算塔径的计算或或VS应取精馏段和提馏段中大的气体体积流量应取精馏段和提馏段中大的气体体积流量空塔气速空塔气速u u选得较小，塔径将增大选得较小，塔径将增大，设备投资高设备投资高，反之则反之则相反。相反。7/13/2024441-5-9精馏操作分析（外加内容）精馏操作分析（外加内容）一、塔的一端产品不合格一、塔的一端产品不合格导导致致塔塔产产品品不不合合格格的的原原因因很很多多，而而且且比比较较复复杂杂，但但在在诸诸多多原原因中，首先要考虑塔的物料衡算。因中，首先要考虑塔的物料衡算。(1)当当塔塔顶顶产产品品采采出出量量大大于于由由全全塔塔总总物物料料衡衡算算得得出出的的采采出出量量时时，势势必必导导致致塔塔底底重重组组分分更更多多的的进进入入塔塔顶顶产产品品中中，引引起起塔塔顶顶产产品品纯纯度度下下降降，而而塔塔底底产产品品中中重重组组分分纯纯度度进进一一步步提提高高，即即过过度度分分离离。反反之之，(2)当当塔塔顶顶产产品品采采出出量量小小于于由由全全塔塔总总物物料料衡衡算算得得出出的的采采出出量量时时，则则部部分分轻轻组组分分向向塔塔底底转转移移，使使得得塔塔底底轻轻组组分分含含量升高。即塔底产品不合格。量升高。即塔底产品不合格。由由以以上上分分析析可可知知，在在采采出出量量不不合合理理的的条条件件下下，无无论论如如何何改改变变其其它它条条件件，均均不不可可能能得得到到合合格格的的产产品品。唯唯一一的的措措施施是是调调整整采采出量，使之与分离要求相匹配。出量，使之与分离要求相匹配。7/13/202445二、二、塔的两端产品纯度不合格塔的两端产品纯度不合格如如果果新新投投产产或或改改造造后后开开始始投投入入运运行行的的塔塔，出出现现塔塔两两端端产产品品不不合合格格，与与塔塔在在正正常常运运行行中中出出现现异异常常有有所所不不同同，前前者者问问题题较较后后者者严严重重。故故障障的的发发生生通通常常有有两两方方面面的的原原因因，其其一一是是塔塔结结构构，其其二二是是操操作作条条件件。而而正正常常运运行行中中的的塔塔应应主主要要从从操操作作条条件件等等因因素进行分析诊断。素进行分析诊断。精精馏馏塔塔投投入入运运行行时时，应应从从小小负负荷荷开开始始调调试试，达达到到要要求求后后，逐逐渐渐提提高高负负荷荷，也也应应对对塔塔进进行行严严格格模模拟拟计计算算，核核算算采采出出量量是是否否合合理理。如如果果采采出出量量大大于于合合理理采采出出量量。首首先先应应采采用用全全回回流流或或减减小小采采出出量量的的措措施施，使使塔塔顶顶产产品品达达到到分分离离要要求求。在在塔塔顶顶产产品品达达到到分分离离要要求求的的前前提提下下，逐逐渐渐加加大大采采出出量量，同同时时提提高高回回流流比比，以保证塔两端的产品均达到分离要求。以保证塔两端的产品均达到分离要求。7/13/202446当当塔塔两两端端产产品品均均达达到到要要求求后后，可可逐逐渐渐增增加加进进料料量量，使使之之达达到到设设计计能能力力。如如果果当当塔塔顶顶采采出出量量达达到到设设计计产产量量时时，两两端端产产品品不不符符合合分分离离要要求求，若若提提高高回回流流比比仍仍不不能能奏奏效效，同同时时发发现现塔塔内内压压差差显显升升高高，说说明明塔塔板板水水力力学学性性能能（将将在在板板式式塔塔中中介介绍绍）受受到到限限制制。这这种种情情况况应应逐逐渐渐减减少少进进料料量量，稳稳定定操操作作，使使塔塔两两端端产产品达到分离要求。品达到分离要求。如如果果在在操操作作中中，提提高高回回流流比比R，塔塔两两端端的的分分离离效效果果变变化化不不大大，而而塔塔压压差差也也无无明明显显变变化化，说说明明塔塔板板数数不不足足，或或是是塔塔板板的的效效率率太低。太低。7/13/2024471.6 1.6 间歇精馏间歇精馏间歇精馏如图所示。间歇蒸馏又称分批精间歇精馏如图所示。间歇蒸馏又称分批精馏。将原料分批加入釜内，每蒸馏完一批原料馏。将原料分批加入釜内，每蒸馏完一批原料后，再加入第二批料。所以，对批量少，品种后，再加入第二批料。所以，对批量少，品种多，且经常改变产品要求的分离，常采用间歇多，且经常改变产品要求的分离，常采用间歇蒸馏。蒸馏。间歇蒸馏有两种操作方式：间歇蒸馏有两种操作方式：（1）恒定回流比）恒定回流比R（2）恒定塔顶组成）恒定塔顶组成间歇蒸馏有以下特点：间歇蒸馏有以下特点：a.间歇蒸馏属于非稳态过程间歇蒸馏属于非稳态过程b.只有精馏段没有提馏段只有精馏段没有提馏段7/13/2024481.7 1.7 恒沸精馏和萃取精馏恒沸精馏和萃取精馏一些具有恒沸点的非理想溶液，因该点的相对挥发度等于一些具有恒沸点的非理想溶液，因该点的相对挥发度等于1，为此，不能采用常规蒸馏方法将其完全分离；有些相对挥发，为此，不能采用常规蒸馏方法将其完全分离；有些相对挥发度接近度接近1的体系，采用常规精馏，则需要理论板数多，回流比的体系，采用常规精馏，则需要理论板数多，回流比大，很不经济。对上述两种情况，可分别采用恒沸精馏和萃取大，很不经济。对上述两种情况，可分别采用恒沸精馏和萃取精馏方法进行分离。精馏方法进行分离。1.7.1恒沸精馏恒沸精馏在双组分混合液中加入第三组分（称为夹带剂），该组分在双组分混合液中加入第三组分（称为夹带剂），该组分能与原溶液中的一个或两个组分形成一新的最低恒沸物，恒沸能与原溶液中的一个或两个组分形成一新的最低恒沸物，恒沸物从塔顶蒸出，塔底引出较纯产品，这种精馏称之为恒沸精馏物从塔顶蒸出，塔底引出较纯产品，这种精馏称之为恒沸精馏。乙乙醇醇-水水常常压压下下恒恒沸沸点点为为78.15，其其恒恒沸沸点点组组成成是是，乙乙醇醇0.894，水水0.006（摩摩尔尔分分数数）。当当加加入入夹夹带带剂剂苯苯时时，即即可可形形成成更更低低沸沸点点的的三三元元恒恒沸沸物物。其其组组成成是是：苯苯0.544，乙乙醇醇0.23，水水0.226，沸沸点点为为64.6。在在较较低低温温度度下下，苯苯与与乙乙醇醇、水水不不互互溶溶而而分分层层，从从而苯被分离出来。而苯被分离出来。7/13/2024497/13/2024507/13/202451对对夹夹带带剂剂的的要要求求是是：夹夹带带剂剂应应能能与与被被分分离离组组分分形形成成新新的的恒恒沸沸物物，且且该该恒恒沸沸物物易易于于和和塔塔底底组组分分分分离离；新新恒恒沸沸物物中中夹夹带带剂剂的的含含量量要要少少，以以便便降降低低操操作作费费用用；新新恒恒沸沸物物最最好好为为非非均均相相混混合合物物，便便于用分层法分离；于用分层法分离；价格低廉、安全可靠。价格低廉、安全可靠。1.7.2萃取精馏萃取精馏萃取精馏萃取精馏(和恒沸精馏相似，和恒沸精馏相似，也也)是向原料液中加入第三组分是向原料液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原组分间的相对挥发度而达到分（称为萃取剂或溶剂），以改变原组分间的相对挥发度而达到分离要求的特殊精馏方法。离要求的特殊精馏方法。萃取剂本身挥发性很小，不与混合物形萃取剂本身挥发性很小，不与混合物形成共沸物，却能显著地增大原混合物组分间的相对挥发度，以便成共沸物，却能显著地增大原混合物组分间的相对挥发度，以便采用精馏方法加以分离。采用精馏方法加以分离。常压下环己烷与苯相对挥发度接近，常压下环己烷与苯相对挥发度接近，若以糠醛作为萃取剂，则苯由易挥发组分变为难挥发组分，且相若以糠醛作为萃取剂，则苯由易挥发组分变为难挥发组分，且相对挥发度发生显著改变。糠醛浓度不同，环己烷对苯的相对挥发对挥发度发生显著改变。糠醛浓度不同，环己烷对苯的相对挥发度亦不同。度亦不同。苯的沸点苯的沸点80.1，环己烷的沸点环己烷的沸点80.737/13/2024527/13/2024537/13/202454选选择择萃萃取取剂剂时时，主主要要考考虑虑的的因因素素是是：萃萃取取剂剂应应使使原原组组分分间间相相对对挥挥发发度度发发生生显显著著的的变变化化；萃萃取取剂剂本本身身的的挥挥发发性性小小，即即其其沸沸点点应应较较原原混混合合液液中中纯纯组组分分的的为为高高，且且不不与与原原组组分分形形成成恒恒沸沸物物；无无毒毒、无无腐腐蚀蚀性性，热热稳稳定定性性高高；来来源源方方便便，价价格格低廉。低廉。与与恒恒沸沸精精馏馏相相比比，萃萃取取精精馏馏具具有有以以下下特特点点：可可以以作作为为萃萃取取剂剂的的物物质质较较多多，故故萃萃取取剂剂比比夹夹带带剂剂易易于于选选择择；萃萃取取剂剂以以液液态态从从塔塔顶顶加加入入，从从塔塔底底流流出出，不不像像夹夹带带剂剂以以气气态态形形式式夹夹带带组组分分从从塔塔顶顶流流出出，故故萃萃取取精精馏馏的的能能耗耗较较少少；萃萃取取剂剂的的加加入入量量可可以以在在较较大大范范围围内内变变动动，而而适适宜宜夹夹带带剂剂的的量量多多为为一一定定，故故萃萃取取精精馏馏的的操操作作方方式式灵灵活活，易易控控制制；萃萃取取精精馏馏不不宜宜采采用用间歇操作，而恒沸精馏则可采用间歇操作方式。间歇操作，而恒沸精馏则可采用间歇操作方式。7/13/202455教学基本要求教学基本要求重重点点掌掌握：（握：（1）全塔物料衡算及易挥发组分的物料衡算；）全塔物料衡算及易挥发组分的物料衡算；（2）精馏段、提馏段及进料线方程；）精馏段、提馏段及进料线方程；（3）逐板计算法和图解法求取理论板数。）逐板计算法和图解法求取理论板数。掌掌握：（握：（1）精馏的依据、原理及必要条件；）精馏的依据、原理及必要条件；（2）不同进料状态下，）不同进料状态下，q值的大小及值的大小及q线的位置；线的位置；（3）最小回流比的计算及适宜回流比的选取；）最小回流比的计算及适宜回流比的选取；（4）简捷法计算理论板数。）简捷法计算理论板数。了了解：（解：（1）简单蒸馏和平衡蒸馏的概念及原理；）简单蒸馏和平衡蒸馏的概念及原理；（2）间歇蒸馏、恒沸蒸馏及萃取蒸馏的原理及特点）间歇蒸馏、恒沸蒸馏及萃取蒸馏的原理及特点。7/13/202456简答题简答题1.1.现场某连续精馏塔，操作一段时间后由于再沸器结垢使传现场某连续精馏塔，操作一段时间后由于再沸器结垢使传热能力降低，此时馏出液和釜液的组成将如何变化？若要求热能力降低，此时馏出液和釜液的组成将如何变化？若要求维持原来的馏出液组成，应采取什么措施？同时会带来什么维持原来的馏出液组成，应采取什么措施？同时会带来什么影响？影响？2 2恒沸精馏中恒沸精馏中对夹带剂的要求是什么？对夹带剂的要求是什么？3.3.当塔顶产品采出量大于由全塔总物料衡算得出的采出量当塔顶产品采出量大于由全塔总物料衡算得出的采出量 时，塔顶和塔底产品纯度将发生怎样的变化？时，塔顶和塔底产品纯度将发生怎样的变化？4.4.选择萃取剂时，主要考虑的因素是什么？选择萃取剂时，主要考虑的因素是什么？7/13/202457