化工原理第十章 蒸馏.ppt

2023/10/20,第十章 蒸馏,一、蒸馏在工业中的应用二、蒸馏的目的和依据三、蒸馏过程的费用四、蒸馏操作的分类五、与吸收、萃取的比较,概述,2023/10/20,一 蒸馏的应用,苯甲苯二甲苯等,煤焦油,非均相混合物的分离（沉降、过滤等）均相混合物的分离（吸收、蒸馏、萃取等）蒸馏主要用于液体产品的精制。eg：,2023/10/20,目的：对液体混合物的分离，提纯或回收有用组分。依据：液体混合物中各组分挥发性的差异。,二 蒸馏分离的目的、依据及定义,蒸馏分离的对象：液体混合物(如酒精水溶液),2023/10/20,定义：利用液体混合物中各组分挥发性能的差异，以热能为媒介使其部分汽化(或混合蒸气的部分冷凝)，从而在汽相富集易挥发组分、液相富集难挥发组分，使混合物得以分离的方法称为蒸馏。,三 蒸馏操作的费用,费用包括设备投资费和能耗费，其中加热和冷却费用高，即能耗大。因此降低精馏操作的费用主要通过改变工艺来降低生产的能耗。,2023/10/20,按蒸馏方式,简单蒸馏,平衡蒸馏（闪蒸）,精馏,特殊精馏,恒沸蒸馏,萃取蒸馏,水蒸汽蒸馏,较易分离的物系或对分离要求不高的物系,难分离的物系,很难分离的物系或用普通方法难以分离的物系,四 蒸馏过程的分类,2023/10/20,按操作压力,常压,加压,减压,一般情况下多用常压,常压下不能分离或达不到分离要求,混合液中组分数,双组分,多组分,按操作方式,间歇,连续,2023/10/20,五 与吸收、萃取的比较,分离依据挥发性的差异溶解度的差异,单元操作 蒸馏 吸收 萃取,操作难易操作简便，操作费用在于加热、冷却需加入分离剂，操作费用在于解吸,适用性适于各种浓度混合物的分离仅适于低浓气体、液体混合物的分离,2023/10/20,第十章 蒸馏,一、双组分溶液的汽液关系二、汽液相平衡三、挥发度和相对挥发度四、非理想溶液,第一节 二元物系的气液相平衡,2023/10/20,组分：A、B变量：T、p、xA、yA相数：汽相、液相,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，汽液组成之间xAyA存在一一对应关系。,自由度：,1、相律分析,一 双组分溶液的汽液关系,相律是表示平衡物系中的自由度数、相数和独立组分数之间的关系。,2023/10/20,2、理想溶液溶液中同分子间的作用力与异分子间的作用力相等。,如：甲醇与乙醇，苯和甲苯，二甲苯和对二甲苯,理想物系：液相为理想溶液，服从拉乌尔定律；气相为理想气体，服从道尔顿分压定律。,2023/10/20,pA,pB 溶液上方A、B组分的分压，Pa；pA0,pB0 溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa；xA,xB 液相中A、B组分的摩尔分率。,对于理想溶液：,1.拉乌尔定律（Raoults Law）,二 气液相平衡,2023/10/20,2、泡点、露点方程：,表达了一定总压下液相组成 x 与溶液泡点之间的关系 泡点方程,汽相压力不高时，可视为理想气体，满足道尔顿分压定律。,2023/10/20,气液两相平衡组成间的关系：,气相组成yA与温度（露点）的关系,表达了一定总压下汽相组成 y与开始冷凝时的温度之间的关系 露点方程,2023/10/20,3、温度组成图（txy图),两条线：气相线（露点线）yAt 关系曲线 液相线（泡点线）xAt 关系曲线,三个区域：液相区 气、液共存区 气相区,汽液平衡用相图表示比较直观。,2023/10/20,从相图中得到如下结论：一定总压的下二元理想溶液：混合液体的泡点随组成的变化而变化；（随溶液中易挥发组分的含量增加而降低，且介于两纯液体之间）同温度下，气液两相达平衡，气液量大小由杠杆定律确定；同组成下，露点高于泡点。,2023/10/20,4、yx图,对角线 y=x 为辅助曲线；yx曲线上各点具有不同的温度；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。,蒸馏计算中广泛采用的相图：,2023/10/20,5.压力对xy图的影响,压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大,2023/10/20,三 挥发度与相对挥发度,pA、pB汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压；xA、xB汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分数。,混合液某组分挥发度:,1.挥发度,意义：是该物质挥发难易程度的标志。,定义：气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液相中的该组分摩尔分数之比，用符号表示。,2023/10/20,理想溶液：,理想气体：,一般物系：,2.相对挥发度(以表示)(relative volatility),定义：溶液中两组分挥发度之比。,注：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，大于1.,2023/10/20,对于二元物系：yB=1-yA xB=1-xA，忽略角标：,即,相平衡方程,理想溶液：,则,注：随温度的变化比明显，计算时通常用一平均值进行计算。,2023/10/20,3.平均相对挥发度,式中顶塔顶的相对挥发度 釜塔釜的相对挥发度,4.的物理意义,气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比的倍数；标志着分离的难易程度；若1,则 yx,可用蒸馏方法分离，且愈大，平衡线愈远离对角线，物系愈易分离；=1,无法用普通蒸馏方法分离。,2023/10/20,非理想溶液,最低恒沸点,如：乙醇水，正丙醇水,最高恒沸点,如：硝酸水，氯仿酮,正偏差溶液,负偏差溶液,四 非理想溶液,2023/10/20,第十章 蒸馏,一、简单蒸馏与平衡蒸馏二、精馏原理三、连续精馏装置流程四、理论板、恒摩尔流,第三节 蒸馏方式,2023/10/20,一 简单蒸馏和平衡蒸馏,1 简单蒸馏（1）装置,（2）特点:,间歇非定态一次进料xD,xW不是一对平衡组成适合于大的组分对A部分提出,粗分,2023/10/20,2 平衡蒸馏(又叫闪蒸),1.流程,2.特点:一次进料，粗分xD,xW是一对平衡组成,2023/10/20,比较：在相同的原料液浓度及相同釜液的条件下，简单蒸馏所得到的馏出液浓度高于平衡蒸馏，而平衡蒸馏的优点是连续操作，但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。总结：简单蒸馏和平衡蒸馏一般只能用于对原料的初步分离，但其结果均可使易挥发组分从液相向汽相转移，从而是混合液达到一定程度的分离。,2023/10/20,1、多次部分汽化和多次部分冷凝,二 精馏原理,通过多次部分气化和多次部分冷凝，最终可以获得几乎纯态的易挥发组分和难挥发组分，但得到的气相量和液相量却越来越少。,2023/10/20,2023/10/20,缺点：1.收率低；2.设备重复量大，设备投资大；3.能耗大，过程有相变。,问题：工业上如何实现？,2023/10/20,2.有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝,2023/10/20,进料板：原料液进入的那层塔板。,精馏段：进料板以上的塔段。,提馏段：进料板以下（包括进料板）的塔段。,三 连续精馏装置流程,.连续精馏装置,2023/10/20,2.塔板的作用,塔板提供了汽液分离的场所；每一块塔板是一个混合分离器；足够多的板数可使各组分较完全分离。,特点：,2023/10/20,说明：1、下降的液相泡点tn-1与上升的气相露点tn+1不等，当气液平衡时，两相温度相等tn，即传质伴有传热。2、重组分由气相冷凝至液相，放出潜热，轻组分由液相汽化成气相，需要潜热，二者同时发生，潜热抵消；3、气液两相偏离平衡越远，传质过程进行越快。,2023/10/20,回流的作用：提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传质的必要条件。精馏的主要特点就是有回流。,3.精馏过程的回流,回流包括：,塔顶回流液塔底回流汽,2023/10/20,塔顶回流液,回流液：在任意塔板上，上一块塔板下来的液体，轻组分含量高，温度低。,2023/10/20,塔釜汽相回流,回流汽：任意塔板上，下一块塔板上来的汽体，重组分含量高，温度高；,2023/10/20,四 理论板的概念和恒摩尔流假设,离开这种板的气液两相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。,假设的条件（1）两组分的摩尔汽化潜热相等；（2）两相接触因两相温度不同而交换的显热可忽略不计；（3）塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。,2.恒摩尔流假设,1.理论板的概念,2023/10/20,精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏段也一样。即：V1=V2=V=常数 V1=V2=V=常数式中：V 精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h;V提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。（下标1、2表示自上而下的塔板序号。）,（1）恒摩尔汽化,2023/10/20,精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等，提馏段也一样。即：L1=L2=L=常数 L1=L2=L=常数式中L 精馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h;L提馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h。（下标1、2表示自上而下的塔板序号。）,（2）恒摩尔溢流,2023/10/20,第十章 蒸馏,一、全塔物料衡算二、精馏段操作线方程三、提馏段操作线方程四、进料热状况的影响五、进料方程（q线方程）,第四节 二元连续精馏的分析和计算,2023/10/20,1）根据分离任务，确定产品流量D，W；,2）选择操作条件R、进料状态；,3）确定塔板数及加料位置；,4）选择塔型，确定塔径，塔内结构尺寸，流体力学验算；,5）冷凝器及再沸器热负荷及设计计算。,设计目标:,一 全塔物料衡算,2023/10/20,塔顶采出率,塔底采出率,全塔物料衡算,F、D、Wkmol/h,xF、xD、xW摩尔分率,2023/10/20,塔顶易挥发组分回收率,塔底难挥发组分回收率,例：将5000kg/h含乙醇0.4（摩尔分数，下同）和水0.6的混合液在常压连续精馏塔中分离。要求馏出液含乙醇0.85，釜液含乙醇不高于0.02，求馏出液，釜液的流量及塔顶易挥发组分的回收率。,2023/10/20,二 精馏段操作线方程,令 回流比,精馏段操作线方程,2023/10/20,精馏段操作线:,当R,D,xD为一定值时,该操作线为一直线.,斜率:,截距:,y,x,xD,操作线为过点（xD，xD）,画操作线过程如下:,2023/10/20,三 提馏段操作线方程,提馏段操作线方程,2023/10/20,意义：提馏段 ym1f（xm）,提馏段操作线为 过点（xW，xW）,斜率：,截距:,a,b,q,2023/10/20,例 将含0.24（摩尔分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含0.95易挥发组分，釜液含0.03易挥发组分。送入冷凝器的蒸汽量为850kmol/h，流入精馏塔的回流液为670kmol/h，试求：1每小时能获得多少kmol/h的馏出液？多少kmol/h 的釜液？2.回流比R为多少？3.写出精馏段操作线方程。,2023/10/20,例题：在一连续操作的精馏塔中，某混合液流量为5000kg/h，其中轻组分含量为0.3（摩尔分数，下同），要求馏出液轻组分回收率为0.88，釜液中轻组分含量不高于0.05，试求塔顶馏出液的摩尔流量和摩尔分数。已知MA=114kg/kmol,MB=128kg/kmol。,2023/10/20,解：进料混合物的平均摩尔质量：,进料混合液的摩尔流量：,物料衡算：,联立求解得：W=29.1 kmol/h D=11.31 kmol/h塔顶馏出液摩尔分数：,2023/10/20,四 进料热状况的影响,(1)冷液 tFtd,2023/10/20,1.加料板的物料衡算,FhF+LhF-1+VHF+1=VHF+LhF,物料恒算：F+V+L=V+L,2.热量衡算,式中 H，h，hF分别为饱和蒸汽、饱和液体、原料液的摩尔焓kJ/kmol；,2023/10/20,HF=HF+1=H=原料在饱和蒸汽状态下的摩尔焓,hF=hF-1=h原料在饱和液体状态下的摩尔焓,假设,令,q进料热状况参数,2023/10/20,所以：,其中饱和液体所占分率为 q，饱和蒸汽所占分率为（1q）。,将精馏段与提馏段关联起来,2023/10/20,冷液进料,泡点进料,F,L,V,L,V,汽液混合进料,2023/10/20,过热蒸汽进料,饱和蒸汽进料,2023/10/20,五 进料方程（q线方程）,q 线方程或进料方程,意义：精馏段与提馏段交点轨迹方程；,2023/10/20,L与L,进料状况,q值,q线位置,V与V,2023/10/20,2023/10/20,例:在一常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。原料液流量为100kmol/h，组成为0.5(摩尔分数，下同)，泡点进料。馏出液组成为0.9，釜残液组成为0.1，操作回流比为2.0。试求：塔顶及塔底产量，kmol/h；达到馏出液流量为56kmol/h是否可行？最大馏出液流量为多少？,2023/10/20,对一操作中的精馏塔，理论塔板数固定，同时该塔要受物料衡算制约，即在操作中要同时满足NT及物料衡算关系。,解：,塔顶及塔底产量，kmol/h,全塔物料衡算：,联立求解得：D=50kmol/h，W=50kmol/h,达到馏出液流量为56kmol/h是否可行？最大馏出液流量为多少？,此时易挥发组分的回收率为：,故从物料衡算角度看，如不改变xD，要达到D=56kmol/h是不可能的。,2023/10/20,塔顶可能获得的最大馏出液流量为：,若要求获得馏出液流量为56kmol/h，则最大的馏出液组成为：,为使精馏塔正常操作，通常首先应满足物料衡算关系，若物料不平衡，即使理论板数再多，板效率再高也不可能得到合格的产品。对一定的F、xF、D，xD的极限值为：xD,max=FxF/D。反之，对一定的F、xF、xD，D的极限值为：Dmax=FxF/xD。,2023/10/20,例：在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为100kmol/h，组成为0.3(易挥发组分摩尔分数)，其精馏段和提馏段操作线方程分别为：y=0.714x+0.257 y=1.686x-0.0343试求：塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，kmol/h；进料热状态参数q。,2023/10/20,解：,先由已知的两操作线方程求出xD、xW和R；,再由全塔物料衡算和回流比定义求得D和L；,由两操作线方程和q线方程联立可求得进料热状态参数q,塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，kmol/h,由精馏段操作线方程和对角线方程联立解得:,y=0.714x+0.257y=x,由提馏段操作线方程和对角线方程联立解得:,y=1.686x-0.0343y=x,馏出液流量由全塔物料衡算求得，即：,2023/10/20,D=29.4kmol/hW=71.6kmol/h,回流比由精馏段操作线斜率求得(y=0.714x+0.257)：,R=2.5,精馏段下降液体量为：,L=RD=2.529.4=73.5kmol/h,进料热状态参数q,q线方程为：,式中的x、y值可由两操作线方程联立解得,2023/10/20,得：x=0.3,将x=0.3代入精馏段操作线方程，得：y=0.471,将x=0.3，y=0.471代入q线方程，得：q=1(泡点进料),2023/10/20,例：用一连续精馏装置在常压下，分离含苯41%（质量%，下同）的苯-甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于97.5%，塔底产品中含甲苯不低于98.2%，每小时处理的原料量为8570kg。操作回流比为3，试计算：（1）塔顶及塔底的产品量；（2）精馏段上升蒸汽量及回流液量；（3）当原料于47进塔和蒸汽进塔时，提馏段上升蒸汽量及回流液量。（苯的汽化潜热rA=93kcal/kg，甲苯的汽化潜热rB=87.5,2023/10/20,kcal/kg，苯和甲苯的平均比热Cp,l=0.45 kcal/kg，蒸汽的平均比热Cp,v=0.30 kcal/kg）。,分析：,求W、D,全塔物料衡算,求V、L,已知R,求,解：,（1）产品量,2023/10/20,2023/10/20,(2)上升蒸汽量及回流量,精馏段：,2023/10/20,(3)47进料时,将料液由47升温到93所需的热量为：,继续加热,由苯-甲苯物系的温度组成图可知：对组成为0.41的进料，泡点为93，露点为99.5。,2023/10/20,饱和蒸汽进料时,2023/10/20,求：(1)D,W（2）V,L(3)泡点进料,V L?(4)饱和蒸汽进料 V L?(5)t进=40,V L?苯:M=78,r=389.4kJ/kg甲苯:M=92 r=376.4kJ/kg,例：分离苯-甲苯混合液，理想物系。已知：加料板温度96,F=110kmol/h,xF=0.4,xD=0.95,xw0.02,R=3.2。,2023/10/20,第十章 蒸馏,一、理论塔板数的计算二、回流比的影响与选择三、理论塔板数的捷算法,第五节 双组分精馏的设计计算,2023/10/20,（1）D,xD(W,xW)；（2）xD,xW；,（3）,选择条件：操作压力p，回流比R，进料热状态q。,确定：塔板数N,精馏操作分离要求：,一理论塔板数的计算,2023/10/20,1.逐板计算法,xnyn符合平衡关系；yn+1 xn符合操作关系。,塔顶设全凝器，泡点回流。,塔顶全凝器,精馏段（n-1）块板，第n块为加料板。,精馏段：,2023/10/20,提馏段：,提馏段（m-1）块板,再沸器相当于一块理论板；,分凝器也相当于一块理论板，可以x0、y0计，其他相同。,2023/10/20,2.图解法,2023/10/20,2023/10/20,3.最优加料位置的确定,最优加料板位置：,2023/10/20,确定最佳进料位置,最优进料位置：塔内气相或液相组成与进料组成 相等或相近的塔板。,图解法最优进料板：跨越两操作线交点的梯级，NT最少。,梯级的物理意义,理论板上浓度特征：xnyn相平衡，落到平衡线上。,某截面浓度特征：xnyn+1操作关系，落到操作线上。,注意：,2023/10/20,二回流比的影响与选择,1.回流比对精馏操作的影响,2023/10/20,2023/10/20,2.全回流与最少理论板数,操作线方程,2023/10/20,操作线：,平衡线：,第1块板：,全凝器,或,则,第2块板：,2023/10/20,NT块板后,（不包括再沸器）,相差不大时：,双组分：,（不包括再沸器）,2023/10/20,3.最小回流比,2023/10/20,最小回流比：对于某一物系，在一定的分离任务下，所需理论板为无穷多时所对应的回流比。,恒浓区（夹紧点）:在d点前后气液两相浓度没有变化，即无增浓作用。所以此区称作恒浓区，d点叫夹紧点。,（1）定义,2023/10/20,1）一般形状的平衡线：,（2）最小回流比的计算,图解,公式计算,2023/10/20,斜率法,截矩法,公式法,q=1，xq=xF,q=0，yq=xF,2023/10/20,2）不同平衡线形状的最小回流比,2023/10/20,4.适宜回流比,适宜回流比：,问题？,实际操作中，RRmin，精馏塔能否正常工作，若能正常工作，导致什么结果？,2023/10/20,三理论板的捷算法,1.先算Rmin,2.R=(1.1-2)Rmin,3.Nmin 由坐标YN,注意：N,Nmin不包括再沸器。,2023/10/20,例 用一精馏塔分离甲醇-水混合液，已知：xF=0.628(摩尔分率，下同),xD=0.965,xW=0.03,泡点进料，回流比R=1.95。试:按逐板计算法确定理论塔板数。并近似用图解法表示第二块板下降液体组成和上升蒸汽组成。,2023/10/20,例 在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，已知xF=0.4（摩尔分率、下同），xD=0.97,xw=0.04 相对挥发度=2.47。试分别求以下三种进料方式下的最小回流比和全回流下的最小理论板数。（1）冷液进料q=1.387（2）泡点进料（3）饱和蒸汽进料.,2023/10/20,第十章 蒸馏,一、直接蒸汽加热二、回收塔三、多股进料四、分凝器五、间歇精馏,第六节 其他蒸馏方式,2023/10/20,一 直接蒸汽加热,操作前提：,1.物料中有水2.水是重组分，从塔釜出去,提馏段物料恒算：,操作线方程：,2023/10/20,间接加热,直接蒸汽加热,区别：与对角线的交点不同，xW,N原因：直接蒸汽加热的稀释作用。,2023/10/20,例 含甲醇0.45（摩尔分数，下同）的甲醇-水溶液在一常压连续精馏塔中进行分离，进料量为100kmol/h，泡点进料，要求馏出液含甲醇0.95，釜液含甲醇0.05。塔釜用水蒸气直接加热，回流比为1.8。试问需要多少块理论板？,2023/10/20,二回收塔（提馏塔）,特点：从第一块板加料，无精馏段，无回流，下降的液体由进料提供。,加料情况：冷液或泡点进料。,2023/10/20,已知：xF,F,xW,泡点进料L=F,V=D,例 回收塔分离乙醇水溶液，塔内有蒸馏釜，一块理论板，已知为泡点进料，要求xD=0.6,xW=0.1。求：xF,D/F,2023/10/20,三 多股进料,两股进料：F1,xF1，F2,xF2分别与相应塔板组成与xF1，xF2相当;,2023/10/20,两股进料将塔分成三段，得三个操作线方程,第一段：,第二段：,第三段：,2023/10/20,例：有两股原料，一股为F1=10 kmol/h，xF1=0.5（摩尔分数，下同），q1=1的饱和液体，另一股为F2=5 kmol/h，xF2=0.4，q2=0的饱和蒸汽，现拟采用精馏操作进行分离，要求馏出液轻组分含量为0.9，釜液含轻组分0.05。塔顶为全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。若两股原料分别在其泡点、露点下由最佳加料板进入。求：1)塔顶塔底的产品量D和W？2)回流比R=1时求各段操作线方程？3）若=3 Rmin=?,2023/10/20,分凝器也相当于一块理论板，可以x0、y0计，其他相同。,四分凝器,2023/10/20,例 分离苯-甲苯混合液，塔顶装有分凝器与全凝器，已知塔顶的蒸汽出口温度92，分凝器出口的汽液温度为88（汽液温度同），p=1atm,若上述两个温度均下降2，即90与86，试问回流比与流出液组成有何变化？,苯-甲苯沸点与饱和蒸汽压数据,分凝器,2023/10/20,五间歇精馏,特点：（1）过程非定态（2）塔底加料，无提馏段（3）获得 xD,xW一定的产 品，能耗大于连续精馏,两种操作：(1)恒回流比R为常数(2)恒流出液组成,定xD,2023/10/20,(1)恒回流比R为常数,回流比以开始的状态计算,已知:F xF,xW终,（平均馏出液组成）,选择适宜的R求:NT,2023/10/20,(2)恒馏出液组成,定xD,2023/10/20,例 CS2和CCl4的混合液在常压下进行间歇精馏，原料中含CS2,xF=0.3,xW=0.1，停止操作。保持流出液组成恒定为xD=0.9,R=2Rmin。求:理论塔板数,2023/10/20,一 填空题 某精馏塔操作时，F、xf、q、D保持不变，若增加回流比R，则会使xd 增加 xw 减少 V 增加 L/V 增加。某精馏塔操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷料进料，且保持F、xf、V、D不变，则会使xd 增加，xw 减少，R 不变，L/V 不变。,2023/10/20,二 某具有全凝器及间接加热再沸器的精馏塔，分离两组分理想溶液。已知：F=100kmol/h，xf=0.5，q=1，=3，塔内为理论板。测得：xd=0.95，xw=0.05，L=60kmol/h。求D=？，W=？；求精馏段操作线的斜率以及最小回流比与最大回流比时精馏段操作线的斜率；求x0、y1、x1、y2及yw 现因再沸器加热蒸汽压力下降，致使热量下降10，问欲使塔顶产品质量不变，在操作上可采取哪些措施？,2023/10/20,解：求D=？，W=？,可解得：D=50 kmol/h，W=50 kmol/h,求精馏段操作线的斜率以及最小回流比与最大回流比时精馏段操作线的斜率,操作条件下：R=L/D=60/50=1.2 精馏段操作线斜率为：,最小回流比：q=1，xe=xF=0.5，则,2023/10/20,最小回流比下精馏段操作线斜率为：,全回流下精馏段操作线斜率为：,求x0、y1、x1、y2及yw,全凝器：x0=y1=xD=0.95,2023/10/20,现因再沸器加热蒸汽压力下降，致使热量下降10，问欲使塔顶产品质量不变，在操作上可采取哪些措施,釜加热量减少10%V减少10%,q=1时，V=(R+1)D-(1-q)F=(R+1)D,为保证顶产品质量(xD)不变，可保持R不变，D减少10%,2023/10/20,三 在连续精馏塔内分离苯-甲苯二元混合液，原料液中含苯0.5(摩尔分率，以下同)，于泡点温度下加入塔内。要求馏出液中含苯0.95，回收率为96。塔顶采用一个分凝器和一个全凝器，分凝器向塔内提供泡点温度的回流液，从全凝器中得到合格产品。塔底采用间接水蒸汽加热。现测得塔顶回流液中含苯0.88，离开塔顶第一层板的液体含苯0.79。试计算：操作回流比为最小回流比的倍数；为得到每小时50kmol的馏出液，需消耗的原料液量；精馏段和提馏段的汽相负荷各为多少kmol/h？假定：操作条件下，相对挥发度为常数；精馏段和提馏段均保持恒摩尔流；塔内各板均为理论板。,2023/10/20,解：据题意知：xF=0.5,q=1,xD=0.95,=0.96,x0=0.88,x1=0.79,y0=xD=0.95,操作回流比为最小回流比的倍数,q=1，xe=xF=0.5，则,2023/10/20,则 R/Rmin=1.593/1.032=1.544,为得到每小时50kmol的馏出液，需消耗的原料液量,精馏段和提馏段的汽相负荷各为多少kmol/h,V=(R+1)D=(1.593+1)50=130 kmol/h,V=(R+1)D-(1-q)F=V=130 kmol/h,2023/10/20,一 填空题 对一定组成的二元物系，精馏操作压力越大，则相对挥发度 减小，塔操作温度 提高，对分离 不利。精馏塔设计时，F、xF、q、D、xD、R均已知，如降低塔顶回流液的温度，则塔内实际下降液体量 增加，塔内实际上升蒸汽量 增加，精馏塔液气比 增加，所需理论板数 减小。,2023/10/20,二 常压下连续操作的精馏塔分离甲醇-水混合液，料液中含甲醇30，馏出液中含甲醇98，釜液中含甲醇不超过3(以上均为摩尔分数，甲醇的分子量为32，水的分子量为18)，采用的回流比为最小回流比的1.8倍，进料为泡点(82.7)液体。试求：最小回流比；所需理论塔板数；当全塔效率为70时，所需实际塔板数及加料位置。大气压下甲醇-水的平衡曲线如图所示。,2023/10/20,解：最小回流比,q=1xe=xF=0.3如图所示，可得：ye=0.66则,2023/10/20,所需理论塔板数,R=1.8Rmin=1.80.889=1.60,精馏段操作线方程：,如图所示，图解理论塔板数，得：,NT=11-1=10(不含塔釜)理论加料板在第9块,2023/10/20,当全塔效率为70时，所需实际塔板数及加料位置,2023/10/20,三 某理想溶液在连续精馏操作中，已知操作线方程如下：精馏段操作线y=0.8x+0.19提馏段操作线y=1.25x-0.02若原料于露点（饱和蒸汽）进入，试求：xF、xD、xW、R；如果该理想溶液的平均相对挥发度=2.5，用逐板计算法求出进入第二板的汽相组成及液相组成。,解：xF、xD、xW、R,R=4 xD=0.95,2023/10/20,y=0.8x+0.19y=1.25x-0.02,x=0.467y=0.564,q=0 xF=y=0.564,y=1.25x-0.02,经过(xW,xW)点,xW=0.08,如果该理想溶液的平均相对挥发度=2.5，用逐板计算法求出进入第二板的汽相组成及液相组成,y=0.8x+0.19,进入第二板的汽相组成及液相组成：x1、y3,2023/10/20,y1=xD=0.95,代入式，得：x1=0.884,代入式，得：y2=0.897,代入式，得：x2=0.777,代入式，得：y3=0.812,2023/10/20,例题：用一连续操作的精馏塔分离丙烯-丙烷混合液，进料含丙烯0.8（摩尔分数，下同），常压操作，泡点进料，要使塔顶产品含丙烯0.95，塔釜产品含丙烷0.95，物系的相对挥发度为1.16，试计算：（1）最小回流比；（2）所需的最少理论塔板数。,2023/10/20,解：(1)泡点进料，q=1 则xq=xF=0.8（2）全回流时的最小理论板数,2023/10/20,用一连续精馏塔分离苯-甲苯混合液。进料液中含苯0.4（质量分数，下同），要求馏出液中含苯0.97，釜液中含苯0.02，操作回流比为2.0，泡点进料，平均相对挥发度为2.5。使用捷算法确定所需的理论塔板数。,2023/10/20,解：先将质量分数换算为摩尔分数：,泡点进料，q=1 则xq=xF=0.44,2023/10/20,（2）全回流时的最小理论板数,由吉利兰图查得：,所需的理论塔板数NT=14.4（不包括塔釜）,