第一章 精馏

化工原理（下）第一章 精馏 精馏段 提馏段 ，平衡状态下，某组分的气相分压与其液相摩尔分数之比，介绍了简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏段、提馏段等术语解释。

挥发度υ

• 平衡态下，某组分的气相分压与其液相摩尔分数之比。
• 若为理想溶液，符合拉乌尔定律，有：
• 由原式可得
• α体现了蒸馏分离的难易程度：
  • ① α>1，A比B更易挥发；且α越大，越易分离。
  • ② α=1，yA＝xA，汽相组成等于液相组成，即发生共沸。
• 主题
• 平衡蒸馏的串联——精馏
  • 简化须假设
    • 1. 理论板：传质、传热阻力为零，气液两相能完全混合，离开板的气液平衡。
    • 2. 恒摩尔流
  • 简单蒸馏
    • 特点
      • (1)长期、间歇、非稳态。
      • (2)可得不同含量的产品。
      • (3)适于稀溶液初步分离
    • 物料衡算
      • 总物料：dD=dL 易挥发组分：Lx=(L-dL)(x-dx)+ydD
  • 平衡蒸馏
    • 特点
      • 1.混合物瞬间达到汽液平衡的分离过程。
      • 2.又称闪蒸。
      • 3.连续、稳定、粗分
    • 计算
      • 物料衡算
        • F = D + W Fxf = DyD + Wxw
      • 液化率 q=W/F 则物料衡算化
  • 精馏段
    • 操作线方程
      • • 斜率<1
      • R越大、直线斜率越大，但斜率始终小于1。 此线过点 ( xD, xD )。
      • 回流比
        • 最小回流比
  • 提馏段
    • • 斜率>1
    • 直线方程，L’ 、W 、xw决定斜率与截距，过点(xw , xw )。
    • 进料热状况只影响提馏段：
      • q值的变化对精馏段操作线无影响。
      • 1. q减小，q线向左旋转，提馏段操作线斜率L’/V’增大、气液组成靠近平衡线，传质推动力减小，完成相同分离任务所需理论板数增加。
      • 2. q减小，提馏段斜率L’/V’增大，且L’<L=V/(1+1/R)，所以热进料会导致提馏段气量V’明显小于精馏段气量V，塔内气相负荷不均，影响塔径设计。
      • 3. q值越小，提馏段上升蒸汽量越小，操作费用有所减少。
  • 加料板
    • 此式为加料板的操作线方程, 也称q线方程。 q线斜率q/(q-1), 过点( xF ，xF )。随进料热状况改变，q线围绕( xF , xF )旋转。
  • 塔板数的确定
    • 当塔顶用全凝器，塔底用再沸器时：
      • N理论＝n+m-1
    • 当塔顶用部分冷凝器，塔底用再沸器时：
      • N理论＝n+m-2
    • 最少理论板数计算－－芬斯克方程
    • 两种特殊情况理论板层数
      • 直接蒸汽加热
        • 应用背景
          • 1. 待分离的物系为水溶液
          • 2. 水为难挥发组分
        • 加热的意义
          • 1. 省掉再沸器，减少设备费用
          • 2. 提高加热蒸汽利用率，节约能耗，减少操作费用
        • 理论板层数的计算
          • 直接蒸汽加热的精馏段操作线和q线与常规塔相同，但提馏段操作线方程应予修正。
          • 提馏段操 作线方程
            • 提馏段操作线与横轴的交点坐标为 (xW , 0) ， 不再过点(xW, xW)
      • 多侧线的精馏塔
        • 多侧线进料
          • 分离浓度不同的原料液，在不同塔板位置上设有进料口。
            • 中间段
        • 多侧线出料
          • 为获得不同规格的产品，在不同位置处设出料口。
  • 塔板效率
    • 全塔效率E0
  • 精馏节能技术
    • 1. 热泵技术（功+低温热=高温热）
      • 加热的意义
        • 省掉再沸器，减少设备费用
        • 提高加热蒸汽利用率，节约能耗，减少操作费用
    • 2. 多效精馏（换热匹配，类似多效蒸发）
    • 3. 中间冷凝器&中间再沸器（热能品位）
  • 间歇精馏
    • 特点
      • 非稳态
      • 只有精馏段
      • 操作灵活
      • 泡点进料
    • 操作方式
      • 回流比恒定
      • 馏出液组成恒定
  • 非理想溶液的汽液平衡
    • 当异种分子小于同种分子之间的吸引力时，混合液易汽化，导致溶液中组分的平衡分压高于拉乌尔定律的预计值，产生正偏差。此时t-y线变瘪（露点降低），如乙醇－水体系
    • 当异种分子大于同种分子之间的吸引力时，混合液难汽化，导致溶液中组分的平衡分压低于拉乌尔定律的预计值，产生负偏差。此时t-y线鼓起，如硝酸-水体系。
  • 挥发度υ
    • 平衡态下，某组分的气相分压与其液相摩尔分数之比。
    • 若为理想溶液，符合拉乌尔定律，有：
    • 由原式可得
    • α体现了蒸馏分离的难易程度：
      • ① α>1，A比B更易挥发；且α越大，越易分离。
      • ② α=1，yA＝xA，汽相组成等于液相组成，即发生共沸。