1、北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,1/59,幻灯片4目录,第三章 蒸馏,3.4 双组分连续精馏的分析与计算 迟姚玲 化工楼312,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,2/59,五. 回流比的影响及选择,2最小回流比Rmin,为完成某一分离要求，所需的理论塔板数为无穷多时的回流比称为最小回流比。,夹点,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,3/59,回流比与操作线的关系,2最小回流比Rmin, 平衡线上凸，无拐点,整理得最小回流比为：,xq和yq符合相平衡方程：,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,4/59,2最小回流比Rmin (184例3-10),
2、平衡线上有下凹部分和拐点,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,5/59,五. 回流比的影响及选择,3适宜回流比R的选择,能源费(操作费用)主要取决塔釜加热蒸汽的消耗量和塔顶冷凝器的冷却剂用量； 设备费(设备折旧费)是指塔、加热釜、冷凝器等设备的投资乘以相应的折旧率。 总费用(经济核算)：设备折旧费和操作费用总和最小,V=L+D=(R+1)D,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,6/59,首先求出Rmin，并确定R值； 求出全回流下所需的最少理论板数Nmin； 应用吉利兰图，以(R-Rmin)/(R+1)为横坐标，查出(N-Nmin)/(N+2)，即可求出理论板数NT。 加料
3、板的确定可以将计算式中的xW换为xF，再按以上三步算出精馏段的最少理论板数。 N和Nmin都不包括再沸器。,六. 理论塔板数的简捷算法（186例3-11）,NT、R、Nmin、Rmin,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,7/59,1全塔效率ET,又称总板效率，其定义为：,七. 塔板效率与实际塔板数,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,8/59,七. 塔板效率与实际塔板数,2单板效率EmV、EmL,单板效率也称莫弗里板效率（Murphree plate efficiency）。其定义为 ：,气相莫弗里板效率,液相莫弗里板效率,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,9
4、/59,七. 塔板效率与实际塔板数,例题：,一精馏塔，塔顶设全凝器，在常压下分离苯甲苯物系，采用回流比 R3。今测得塔顶馏出液浓度x0.985和第一块塔板下流液体浓度x0.970（均为摩尔分率）；已知物系的相对挥发度=2.58，试计算第一块塔板的板效率Emv。,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,10/59,七. 塔板效率与实际塔板数,例题：,R3,y1=xD0.985, x10.970（均为摩尔分率),=2.58，试计算第一块塔板的板效率Emv,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,11/59,1. 冷凝器的热量衡算,全凝器的热负荷：,八. 精馏塔的热量衡算,式中：,北京石
5、油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,12/59,1. 冷凝器的热量衡算,冷却介质消耗量：,式中：,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,13/59,八. 精馏塔的热量衡算,2再沸器的热量衡算,对再沸器作热量衡算得：,式中：,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,14/59,加热介质消耗量：,式中：,2再沸器的热量衡算（190，174例3-13）,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,15/59,分凝器：塔顶先分凝器（作为一块理论塔板），再全凝器作为塔顶产品（191，图3-37）,几种特殊情况,塔釜直接通入蒸汽：水和易挥发组分（图3.38）,多股进料：组分相同，组成不
6、同（图3.39）,侧线采出：需要不同组成产品（图3.40）,蒸出塔：只有提馏段，回收稀溶液中易挥发组分,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,16/59,间歇精馏的应用场合： 分批得到物料； 分离要求经常发生变化； 多组分的初步分离。,3.5 间歇精馏,间歇精馏的特点: （1）只有精馏段,没有提馏段。 （2）非稳态过程。 （3）塔顶产品的浓度随操作方式不同而不同。,两种典型的操作方式：(1) 回流比恒定。(2) 馏出液浓度恒定。,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,17/59,3.5.1 回流比恒定的间歇精馏(1)操作型计算: N、R、F、xF一定，计算D (2)设计型计算:
7、 设计回流比和理论塔板数,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,18/59,(1)操作型计算: 塔板数一定，计算回流比R的变化范围 (2)设计型计算: 设计回流比范围和理论塔板数,3.5.2 馏出液组成恒定的间歇精馏,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,19/59,特点：设备一定加料位置固定，有时可以变动计算内容：1，指定操作条件(如回流比、进料位置等)，计算各板的组成、温度等。2，或要求一定的操作结果(如组成等)，确定操作条件(如回流比、进料位置等)。比较复杂！,3.6.1两组分精馏的操作型计算,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,20/59,(1)最佳进料位置在
8、x=xF或x略小于xF的塔板(2)保持精馏装置的物料平衡产品采出量的依据：物料平衡(3)回流比的影响产品质量和操作费用(4)进料状态的选择影响理论板数和气相负荷，一般采用饱和液体进料,3.6.2连续精馏操作条件的优化,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,21/59,非最佳位置进料与最佳进料的比较： 进料口下移三块板,非最佳位置进料比最佳位置进料所需的理论板数多。,1. 最佳加料位置,进料口上移?,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,22/59,二.连续精馏操作条件的优化,3. 回流比的影响,回流比是影响精馏过程分离效果的主要因素，所以它是生产中用来调节产品质量的主要手段。,
9、R增大，斜率，传质推动力，理论板数不变，xD提馏段：气液比增大，斜率减小，理论板数不变， xW,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,23/59,二.连续精馏操作条件的优化,5. 产品质量控制与灵敏板,精馏塔内沿塔高的温度分布,在一定的压强下，混合物的泡点和露点直接取决于混合物的组成 。 理论上可以用温度来控制混合物的组成。 与塔顶馏出液组成xD对应的露点温度为tD，只要塔顶温度低于tD，就能保证馏出液组成高于xD。 只要塔釜温度高于合格釜液的泡点温度，就能保证塔釜残液组成不高于xW。,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,24/59,5. 产品质量控制与灵敏板,精馏塔内沿 塔
10、高的温度分布,精馏塔内的温度分布不是线性，在塔顶和塔釜附近，气液组成变化不大，其温度变化也不大。 乙苯-苯乙烯，塔顶馏出液从99.9%降低到90%，温度仅降低0.7。 因此，一旦发现塔顶或塔釜产品温度发生可以察觉到的温度变化，产品已经不合格，再进行调节已经为时过晚。,如何进行产品质量控制呢？,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,25/59,5. 产品质量控制与灵敏板,灵敏板：操作条件发生变化时，温度变化较大的塔板。,精馏塔内沿塔高的温度分布,在灵敏板上安装测温仪能及时对精馏塔进行监控。,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,26/59,5. 产品质量控制与灵敏板(203，18
11、5，例3-17）,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,27/59,特殊精馏：,应用场合：共沸化合物，相对挥发度接近1的混和物。 基本原理：在双组分溶液中加入第三组分，改变原溶液中各组分之间的相对挥发度，从而可以将混合物进行分离。,3.7 特殊精馏,恒沸精馏和萃取精馏,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,28/59,3.7 特殊精馏,1. 恒沸精馏,加入的第三组分与原溶液中的一个或者两个组分形成最低恒沸物，从而形成了“恒沸物纯组分”的精馏体系，恒沸物从塔顶蒸出，纯组分从塔底蒸出，这种形式的精馏称为恒沸精馏，其中所添加的第三组分称为恒沸剂或者挟带剂。,北京石油化工学院 化学工程
12、基础,第三章 精馏,29/59,1. 恒沸精馏,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,30/59,（1）希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物，而且夹带组分的量要尽可能高，这样夹带剂用量较少，能耗较低。 （2）最好能形成非均相恒沸物，以便于回收其中的夹带剂。如乙醇水-苯恒沸精馏中静置分层的办法 （3）新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要有足够大的差别，一般要求大于10。 （4）还应满足其它的工业要求，如具备热稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等。,恒沸剂的选择原则：,1. 恒沸精馏,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,31/59,2萃取精馏,3.7 特殊精馏
13、,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,32/59,2萃取精馏,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,33/59,萃取剂的选择原则（207） （1）选择性高加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大。 （2） 溶解度大能和任何浓度的原溶液互溶，以避免分层，否则难以充分发挥萃取精馏的作用。 （3）挥发性小其沸点比混合液的其它组分高得多，以保证塔顶产品的质量，也易与另一组分分离，但沸点也不能太高，否则会造成回收困难。 （4）具有稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等其它工业要求。,2萃取精馏,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,34/59,使用特殊萃取剂 加盐精
14、馏以固体盐类作为萃取剂的萃取精馏，用于难分离有机水溶液的分离，如乙醇-水（图3.51）、丙醇-水和水-醋酸等。 缺点：固体盐的输送、加料和溶解比较困难，容易发生堵塞 解决方法：在一般液体萃取剂中加入少量盐 使用加盐溶剂的萃取精馏称为加盐萃取精馏,3加盐精馏和加盐萃取精馏,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,35/59,从与水不互溶、沸点较高的混合物中提取其中易挥发的物质（尤其是热敏性物质），为了降低沸点，可以用水蒸汽蒸馏,4水蒸汽蒸馏,北京石油化工学院 化学工程基础,第三章 精馏,36/59,小结,相图及其曲线的涵义和对应公式 物料衡算 精馏塔操作线方程 q值的涵义 逐板法求理论塔板数 回流比的影响和选择 塔板效率 连续精馏操作条件的优化,
