1、第五章 精馏及塔板数计算 (distillation),1、初步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,第五章 精馏及塔板数计算(distillation),基本要求,重点,难点,精馏原理、塔板数的计算；回流比对精馏的影响,连续精馏的基本原理和塔板数的计算,5.1 概 述,1蒸 馏,传质（mass transfer）过程：物质在相间的转移过程称为传质（分离）过程,化学工业中常见的传质过程：,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,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
2、蒸馏,精馏,特殊精馏,萃取精馏,恒沸精馏,2按操作压强,常压蒸馏,加压蒸馏,减压蒸馏,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,vapor-liquid phase equilibrium,5.2 两组分溶液的气液平衡,5.2.1 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,在精馏段,气相在上升的过程中，气相轻
3、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。 在提馏段，其液相在下降的过程中，其轻组分不断地提馏出来，使重组分在液相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分的产品，如图6.3.2所示。,1）用饱和蒸气压表示,气液平衡关系的表示法,拉乌尔定律：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。,A:易挥发组分，沸点低组分,B:难挥发组分，沸点高组分,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,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,溶液沸腾时，总压等于各组分的蒸气压之和,理想气体混合物服从
4、道尔顿分压定律：,用饱和蒸气压表示的气液平衡关系,2）用相对挥发度表示,某组分在气相中的平衡分压与该组分在液相中的摩尔分率之比,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,挥发度定义,挥发度意义,双组分理想溶液,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,压强不高，气相遵循道尔顿分压定律,理想溶液,1，表明A比B容易挥发，越大，挥发度差别越大，越容易分离。,若=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,对挥发度的理解,气液平衡方程,5.2.2 两组分理想溶液的气液平衡相图,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
5、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,1）温度组成（t-x-y）图,解 (1)利用拉乌尔定律计算气液平衡数据,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,5.3.1 平衡蒸馏（闪蒸）,5.3 平衡蒸馏和简单蒸馏,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：,易挥发组分：,F，D，W-原
6、料液、气相、液相产品摩尔流量,kmol/s,xF，y，x-原料液、气相、液相产品的组成，摩尔分数,q：液化分率,2热量衡算,对加热器热量衡算,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,原料液离开加热器的温度,1.3.2 简单蒸馏（微分蒸馏）, 得不到大量高纯度的产品 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 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。,特 点：,蒸馏-当生产上对产品的纯度要求不高，只需要初步分离时采用的分离方法；,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,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。,蒸馏与精馏的区别,5.4 精馏原理和流程,5.4.1 精馏过程原理和条件,液体混合物经多次部分气化后，在液相中获得高纯度的难挥发组分,气体混合物经多次部分冷凝后，在气相中获得高纯度的易挥发组分,条件,结果,将原料液进入的层板称为加料板，加料板以上的塔段，作用是把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段；加料板以下的塔段（包括加料板），其作用是从下降液体中提取易挥发组分，称为提馏段,5.4.2 精馏操作流程,
