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精馏
蒸馏
目的和依据
目的：均相液体混合物的分离 依据：利用液体混合物中各组分在一定温度下挥发能力的差异
溶液的气、液相平衡
蒸馏的过程及极限
蒸馏过程：气液两相间的传质过程； 过程的极限：气、液相平衡。
气、液相平衡的自由度
双组分物系气、液相平衡的自由度为2
双组分物系的独立变量：汽相组成y、液相组成x、温度T 、压力P 。
可见：规定其中的两个，则系统平衡状态即定。 一般蒸馏压力恒定，故仅有一个自由度。
理想体系的气、液相平衡关系
理想体系：气相符合道尔顿（Dalton）分压定律； 液相全部浓度范围内服从拉乌尔（Raoult）定律。
泡点计算
给定系统的操作压力以及混合物的组成xi时，即可求该体系在压力p下的泡点tb
利用归一方程
露点计算
给定系统的操作压力以及气相组成yi时，即可确定该体系在压力p下的露点td
利用归一方程
对双组分理想体系
可求得
试差
（1）已知P、t ，求相互平衡的x、y，不必试差t→ pA0, pB0 →x, y （2）已知x，求与之平衡的y,t或已知y 求与之平衡的x , t，试差计算
x-y图
（1）平衡线距对角线越远，物系越易分离。 （2）压力增加，平衡线靠近对角线
相平衡方程
相对挥发度
定义：任意挥发组分与基准组分挥发度的比值。
对于双组分理想体系
α表示了物系分离的难易程度，α 远离1，物系易分离
压力对相平衡的影响
P↑，t↑ ，相对挥发度↓，对分离不利； P↓，t↓ ，相对挥发度↑，对分离有利。
非理想体系的气、液相平衡关系
（气相属于理想气体，而液相为非理想溶液的体系）
（1）正偏差溶液
ri>1
平衡分压高于拉乌尔定律的计算值，泡点下降。
（2）负偏差溶液
ri<1
平衡分压低于拉乌尔定律的计算值，泡点升高。
（3）具有恒沸点的溶液
当正、负偏差较大时，出现恒沸点
正偏差：最高蒸汽压，具有最低恒沸点； 负偏差：最低蒸汽压，具有最高恒沸点。
双组分连续精馏的设计计算
精馏操作线方程
(1) 精馏段操作线方程
任一塔截面汽、液两相组成之间的关系
(2) 提馏段操作方程
进料热状态对精馏操作的影响
联立求解两方程，得到其交点的轨迹方程
q的值不影响精馏段操作线，但对提馏段操作线有影响
①q↓，提馏段操作线斜率增大。②提馏段操作线与进料量F无关
理论塔板数的计算
(1) 逐板计算法
条件：①塔顶蒸气在冷凝器中全部冷凝；②泡点回流。
注意
①塔底再沸器相当于一块理论板，故塔内理论板数为N－1。 应注明N＝？（包括或不包括釜）； ②N精＝NF－1；N提＝N－N精； ③应该清楚每一步计算和塔板情况的对应关系
（2）图解法
①作平衡曲线； ②由xD、zF、xW作垂线与对角线交于D、F、W点; ③由D (xD,xD) 和b= xD/(R+1) 作精馏段操作线； ④由F (zF, zF) 点和K=q/(q-1)作q线； ⑤由交点Q (xq,yq) 和W (xW, xW) 作提馏段操作线； ⑥由D点开始, 在平衡线与操作线之间画梯级求N。
进料热状态参数q的影响
q↑，Kq ↓，Q点右移，提馏段操作线与平衡线距离↑， 提馏段各塔板分离能力↑，N↓。
影响N的因素分析
进料位置和回流比的选择
（1）进料位置的讨论
（a）进料位置确定原则：两操作线交点Q所在梯级。 （b）Q点为最优进料位置的分析上移或下移均对分离不利，导致N增加。
(2) 回流比的选择
①全回流与最少理论板数
概念R=∞ ，D=0 称为全回流。此时W=D=F=0
特征
①操作线与对角线重合，yn+1=xn； ②塔板分离能力最大； ③完成分离任务所需N称为最少理论塔板数，Nmin；
②最小回流比
③适宜回流比
实际塔板数及塔板效率
(1) 实际塔板数
N为塔内理论塔板数（不包括塔釜），实际板数要取整。
(2) 塔板效率
①总板效率ET
②单板效率（Murphree 效率）
精馏
精馏原理
（1）精馏过程
进料板以上称为精馏段——精制汽相中的易挥发组分。
进料板以下（包括进料板）称为提馏段——提浓液相中难挥发组分。
塔顶产品称为馏出液——富含易挥发组分。
塔底产品称为釜液——富含难挥发组分。
（2）精馏原理
①回流
塔顶液相回流和塔底汽相回流，为偏离平衡的气液相在塔内各板上提供了接触条件，实现了气液相间的质量传递。
②传质推动力
③传质方向
易挥发组分沿塔高方向增加，而温度沿塔高方向降低。
④热量传递过程
液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。
⑤过程控制
精馏过程速率由传质过程控制。
（3）理论塔板（平衡级）的概念
当汽、液两相在其上进行接触传质时，离开该塔板的两相在传质、传热方面都达到了平衡。即汽、液两相的温度相同、组成互呈平衡，常又称为平衡级。
精馏过程的描述
计算依据
▲物料衡算；▲热量衡算；▲相平衡关系；▲归一方程。
(1) 精馏过程物料衡算
①全塔物料衡算
总物料衡算
易挥发组分物料衡算
回收率定义
馏出液中易挥发组分的回收率
釜液中难挥发组分的回收率
②塔板物料衡算
a）无进料和采出塔板物料衡算
b）进料板物料衡算
(2) 精馏过程热量衡算
①无进料和采出塔板的热量衡算
联立以上两式
②恒摩尔流假定
对多数有机同系物和许多相近的理想溶液体系，若 a）热损失很小，可以忽略不计； b）混合热为零； c）各板上混合物的摩尔汽化热近似相等； d ) 各板液体焓变与摩尔汽化热相比可忽略不计
③进料板的热量衡算
根据恒摩尔流假定的物料衡算和热量衡算
q——进料的热状态参数
q=每摩尔进料变为饱和蒸气所需热量/进料的摩尔汽化热
q 值对两段气、液相流量的影响
五种进料热状态
a）过冷液体 q>1
b）饱和液体 q=1
c）气、液混合物 0<q<1
d）饱和蒸气 q=0
e）过热蒸气 q<0
注：q 值在数值上等于进料中液相所占的分率δ（广义）
④全塔热量衡算
a）再沸器热流量
b）冷凝器的热流量
c）再沸器与冷凝器热流量的关系
简单蒸馏和平衡蒸馏
简单蒸馏（微分蒸馏，瑞利蒸馏）
特点
①间歇操作过程是一动态过程； ②易挥发组分更多地传递到气相中去，釜液温度不断升高； ③产品与釜液组成随时间而改变(降低）； ④瞬时蒸气与釜中液体处于平衡状态。
平衡蒸馏（闪蒸）
特点
①连续操作； ②组成和温度恒定不变； ③气、液两相平衡。
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