第一章：精馏总结
第一章：精馏总结
等板ox1+(α-1)x蒸馏依据高度填料塔相对挥发度相差较大连续普通蒸馏平衡蒸馏蒸馏原理多次部分汽化和冷凝间歇简单蒸馏温度梯度和浓度梯度蒸馏连续双组份汽相回流和液相回流理论板精馏Yn-1>Y,>Yn+1多组分特殊蒸馏Xn-1>Xn> Xn+1恒沸精馏tn-I<t,<th+1Ay= y, -yn+ tAx = xn-1 - xn恒摩尔流板式塔萃取精馏Vi - V2 =..=V, =V塔高总板效率塔板效率V -, -. -v塔径L - L, ...- L, - L单板效率L - L, -..- Lm- L'点效率
蒸馏 精馏 平衡蒸馏 简单蒸馏 蒸馏依据 蒸馏原理 相对挥发度相差较大 多次部分汽化和冷凝 温度梯度和浓度梯度 汽相回流和液相回流 理论板 双组份 多组分 普 通 蒸 馏 特 殊 蒸 馏 恒沸精馏 板式塔 萃取精馏 塔高 塔径 塔 板 效 率 总板效率 单板效率 点效率 yn-1>yn> yn+1 xn-1>xn> xn+1 tn-1<tn< tn+1 恒摩尔流 * n n 1 yy y ∆= − + * n n 1 xx x ∆= − − V1 =V2 = . =Vn =V V V Vm =V′ ′ =′ =′ . 1 2 L1 = L2 = . = Ln = L L L Lm = L′ ′ = = ′ =′ . 1 2 x x y 1+ ( −1) = α α 间歇 连续 连续 填料塔 等板 高度
F=D+WFxe = Dy+Wx物料衡算XFy=-x-1g-1"q-1平衡蒸馏Fc,(T-te)=(1-q)Fr热量衡算T=te +(1-q)"CpFdxrD=F-WWH简单蒸馏一物料衡算兰+ah1-XtDy = Fx, - Wx,F(m-1)xj +bnPWm-1(m-1)x +b物料衡算双组份精馏热量衡算名姐公
平衡蒸馏 F DW = + Fx Dy Wx F = + 1 −1 − − = q x x q q y F 物料衡算 热量衡算 Fc T t q Fr p e ( − ) = (1− ) P e c r T = t + (1− q) 简单蒸馏 D = F −W Fx1 Wx2 Dy = − 物料衡算 ∫ − = 1 2 ln x x y x dx W F 精馏 双组份 多组分 物料衡算 热量衡算
全塔物料衡算 F=D+WFxe = Dxp +WxwWDDXr-XWXp-XF采出率：-FFXp-XwXIXyRDxp×100%精馏段操作线方程XD nDx.FxFVR+1R+1 R=L/DR'+1Xw提馏段操作线方程R'=V'/WYn+XnR'R'XFqVq线方程g-1q-1kmol进料变成饱和蒸汽所需的热量进料热状况的影响9原料液的千摩尔汽化热双组份物料衡算人C(池-tr)+r_ L'-L(1)冷液q>1F(2)饱和液体（泡点进料）q=1(3)气液混合 0<q<l L'=L+qFV'=V+(-1)F（4）饱和蒸汽（露点进料）9=0（5）过热蒸汽（温度高于露点）q<0Xp -yqRmin和全回流Nmin+1=yq-xglogαm理论板回流比影响
精馏段操作线方程 全塔物料衡算 提馏段操作线方程 q线方程 进料热状况的影响 Rmin和全回流 F = D +W FxF = DxD +WxW D W F W x x x x F D − − 采出率： = D W D F x x x x F D F W − − =1− = = ×100% F D D Fx Dx η 1 1 1 D n n R x y x R R + = + + + 1 ' 1 ' ' W n n R x y x R R + + = − 1 −1 − − = q x x q q y F (1) 冷液 q>1 (2) 饱和液体（泡点进料）q=1 (3) 气液混合 0<q<1 (4) 饱和蒸汽（露点进料）q=0 (5) 过热蒸汽（温度高于露点）q<0 ( F ) ' kmol q Ct t r L L r F = − + − = = 泡 进料变成饱和蒸汽所需的热量 原料液的千 ＝ 摩尔汽化热 L′ = L + qF V′ =V + (q −1)F q q D q y x x y R − − min = m w w D D x x x x N logα 1 1 log min 1 − − + = 双组份物料衡算 理论板 回流比影响 R=L/D R’=V’/W
条件：①塔顶蒸气在冷凝器中全部逐板计算法冷凝：②泡点回流1平衡XD=yi Xi操作Y2— X2Xn≤XqY3~ X3≤XwXm理论板图解法进料板位置·先画出辅助线和平衡线·画精馏段操作线，过点（xp，xp），截距为Xp/(R+1)的直线.作q线，过点（xp，X），斜率为q/(q-1)直线·作提馏段操作线，过点（xw,xw）和精馏段XFXwX与q线交点的直线·在操作线和平衡线间画梯阶，梯阶数即为理论板数简捷法
理论板 逐板计算法 图解法 简捷法 条件：① 塔顶蒸气在冷凝器中全部 冷凝；② 泡点回流。 xD= y1 x1 y2 → x2 y3 → x3 平衡 操作 . xn ≤ xq xm ≤ xw •画精馏段操作线，过点（xD, xD)，截距为 xD/(R+1)的直线 •作q线，过点（ xF,xF ），斜率为q/(q-1)直线 •作提馏段操作线，过点（ xW, xW ）和精馏段 与q线交点的直线 •在操作线和平衡线间画梯阶，梯阶数即为理论板数 •先画出辅助线和平衡线 进料板位置
使用吉利兰图，求出所需理论板数简捷法Nmin+2YN-NR- RminNminLX :1-YN+2R+1Rt, Nl,L、V、L、V'↑,→Qr、Qc个回流比影响即操作费用和设备折旧费用之和为最低时适宜回流比的回流比。FIF +VIv + LI, = VIv +L'Ikmol进料变成饱和蒸汽所需的热量双组份热量衡算q原料液的千摩尔汽化热C(t池-t))+r_ L'-LFr
简捷法 1 min + − = R R R X 1 min + − = N N N Y Y N Y N − + = 1 min 使用吉利兰图 ，求出所需理论板数 热量衡算 F V L V L FI +V′I + LI =VI + L′I ( F ) ' kmol q Ct t r L L r F = − + − = = 泡 进料变成饱和蒸汽所需的热量 原料液的千 ＝ 双组份 摩尔汽化热 回流比影响 •R↑，NT↓，L、V、 L’、V’ ↑，→ Q Q R C 、 ↑ 适宜回流比 即操作费用和设备折旧费用之和为最低时 的回流比。 2 2
萃取精馏恒沸精馏α个1）原理：恒沸物塔顶出2）第三组份塔底出恒沸精馏难选易选特殊蒸馏加量受限量变，α变萃取精馏塔顶3）加入位置加料处大小4）能耗：间歇精馏1）非定态；2）只有精馏段Xp。2）恒定xp，R个;操作方式：1）恒定R，NTN,板式塔填料塔：等板高度ET理论板数NtE.塔高总板效率塔板效率实际板数Np4...D:塔径Xn-1-xn7单板效率Y, -Yn+1E.EXn-1 -x, *Yn*-Yn+1Z=(N,-1)H)y-yn+l点效率Eovy*-yn+l
特殊蒸馏 恒沸精馏 萃取精馏 恒沸精馏 萃取精馏 1）原理： 恒沸物 α↑ 2）第三组份 塔顶出 塔底出 难选 易选 加量受限 量变，α变 3）加入位置 加料处 塔顶 4）能耗： 大 小 1）非定态； 2）只有精馏段 操作方式：1）恒定R， xD ↓。2）恒定xD，R↑； 间歇精馏 板式塔 塔高 塔径 塔 板 效 率 总板效率 单板效率 ( ) 点效率 Z 1 = − N H p T 实际板数 理论板数 = = p T N N ET * 1 1 n n n n ML x x x x E − − = − − 1 1 * + + − − = n n n n MV y y y y E n 1 n 1 OV y y y y E + + ∗− − = u V D s ⋅ ⋅ ∴ = π 4 填料塔：等板高度
作业：P7415、16构建本章知识地图。8
作业： P74 15、16 构建本章知识地图。 8
计算题1：在一连续精馏塔中分离苯一甲苯混合物。已知进料量为25kmol/h，原料液中含苯0.55（摩尔分数），泡点进料，塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.65倍，经分离后塔顶馏出液含苯0.96（摩尔分数），塔底釜残液含苯0.03（摩尔分数），操作条件下物系的平均相对挥发度为2.68。试计算：1)塔顶馏出液的流量，kmol/h；2)操作回流比
计算题1： 在一连续精馏塔中分离苯－甲苯混合物。已 知进料量为25kmol/h，原料液中含苯0.55（摩尔 分数），泡点进料，塔顶采用全凝器，泡点回 流，操作回流比为最小回流比的1.65倍，经分离 后塔顶馏出液含苯0.96（摩尔分数），塔底釜殘 液含苯0.03（摩尔分数），操作条件下物系的平 均相对挥发度为2.68。试计算： 1)塔顶馏出液的流量，kmol/h；2)操作回流比
·1)塔顶馏出液的流量，kmol/h；2)操作回流比·解:F= 25kmol/h，xF =0.55，q= 1，R= 1.65Rmin'xp = 0.96, xw = 0.03， α = 2.68. 1)F=W+D, Fx = DxD +Wxw25=D+W,25X0.55=0.96D+0.03W解得 D=13.98kmol/h，W=11.02kmol/h2)xg = XF = 0.55αx2.68x0.55= 0.766V1+(α-1)xq1+1.68×0.55Rn_×D-Yq_0.96-0.766min:=0.8980.766-0.55yq-xq· R = 1.65Rmin=1.48
• 1)塔顶馏出液的流量，kmol/h；2)操作回流比 • 解:𝐹𝐹 = 25kmol/h，𝑥𝑥𝐹𝐹 = 0.55，𝑞𝑞 = 1，𝑅𝑅 = 1.65𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚， 𝑥𝑥𝐷𝐷 = 0.96，𝑥𝑥𝑊𝑊 = 0.03，𝛼𝛼 = 2.68 • 1)𝐹𝐹 = 𝑊𝑊 + 𝐷𝐷， 𝐹𝐹𝑥𝑥𝐹𝐹 = 𝐷𝐷𝑥𝑥𝐷𝐷 + 𝑊𝑊𝑥𝑥𝑊𝑊 • 25=D+W， 25×0.55=0.96D+0.03W • 解得 D=13.98kmol/h， W=11.02kmol/h • 2)𝑥𝑥𝑞𝑞 = 𝑥𝑥𝐹𝐹 = 0.55 • 𝑦𝑦 = 𝛼𝛼𝑥𝑥𝑞𝑞 1+(𝛼𝛼−1)𝑥𝑥𝑞𝑞 = 2.68×0.55 1+1.68×0.55 = 0.766 • 𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚= 𝑥𝑥𝐷𝐷−𝑦𝑦𝑞𝑞 𝑦𝑦𝑞𝑞−𝑥𝑥𝑞𝑞 = 0.96−0.766 0.766−0.55 =0.898 • 𝑅𝑅 = 1.65𝑅𝑅𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚=1.48