,概述,1.工作原理: 利用液體混合物中各組分揮發(fā)性差異，以熱能為媒介使其部分汽化從而在汽相富集輕組分液相富集重組分而使混合液分離。,閃蒸罐,塔頂產(chǎn)品,yA,xA,加熱器,原料液,塔底產(chǎn)品,Q,減壓閥,蒸 餾,蒸餾操作實(shí)例：石油煉制中使用的 250 萬(wàn)噸常減壓裝置,間歇精餾：多用于小批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場(chǎng)合。 連續(xù)精餾：多用于大批量工業(yè)生產(chǎn)中。,概述,3. 蒸餾的分類,常壓蒸餾：蒸餾在常壓下進(jìn)行。 減壓蒸餾：常壓下物系沸點(diǎn)較高或熱敏性物質(zhì)不能承受高溫的情況 加壓蒸餾：常壓下為氣體的物系精餾分離，加壓提高混合物的沸點(diǎn).,多組分精餾：例如原油的分離。 雙組分精餾：如正異構(gòu)丁醛,苯-甲苯體系等。,簡(jiǎn)單蒸餾或平衡蒸餾：用在分離要求不高的情況下。 精餾：分離純度要求很高時(shí)采用。 特殊精餾：混合物中各組分揮發(fā)性相差很小，難以用普通精餾分離， 借助某些特殊手段進(jìn)行的精餾。,1 雙組分溶液的氣液相平衡關(guān)系,1.1 理想物系的汽液平衡,蒸餾分離的物系由加熱至沸騰的液相和產(chǎn)生的蒸汽相構(gòu)成。相平衡關(guān)系是蒸餾過(guò)程分析的重要理論基礎(chǔ)。,液相為理想溶液、汽相為理想氣體的物系。理想溶液服從拉烏爾（Raoult）定律，理想氣體服從 道爾頓分壓定律。 根據(jù)拉烏爾定律，兩組分物系理想溶液上方的平衡蒸汽壓為,式中：poA、poB 溶液溫度下純組分飽和蒸汽壓。,理想物系：,溶液沸騰時(shí)，溶液上方的總壓應(yīng)等于各組分分壓之和，即,泡點(diǎn)方程（bubble-point equation）,A、B、C 為安托因常數(shù)，可由相關(guān)的手冊(cè)查到。,poA、poB 取決于溶液沸騰溫度，上式表達(dá)一定總壓下液相組成與溶液泡點(diǎn)溫度關(guān)系。已知溶液的泡點(diǎn)可由上式計(jì)算液相組成；反之，已知溶液組成也可算出溶液泡點(diǎn)。,純組分 飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系，用安托因（Antoine）方程表示：,6.1 雙組分溶液的氣液相平衡關(guān)系,當(dāng)汽相為理想氣體時(shí),上式為一定總壓下汽相組成與溫度的關(guān)系式。該溫度又稱為露點(diǎn)（dew-point），上式又稱為露點(diǎn)方程。,嚴(yán)格地說(shuō)沒(méi)有完全理想的物系。對(duì)那些性質(zhì)相近、結(jié)構(gòu)相似的組分所組成的溶液，如苯-甲苯，甲醇-乙醇等，可視為理想溶液；若汽相壓力不太高(<10Mpa)，可視為理想氣體，則物系可視為理想物系。,對(duì)非理想物系不能簡(jiǎn)單地使用上述定律。汽液相平衡數(shù)據(jù)更多地依靠 實(shí)驗(yàn)測(cè)定。,6.1 雙組分溶液的氣液相平衡關(guān)系,1.2.1 汽液平衡相圖： T-x(y) 圖,T-x(y) 圖代表的是在總壓 P 一定的條件下，相平衡時(shí)汽（液）相組成與溫度的關(guān)系。,在總壓一定的條件下，將組成為 xf 的溶液加熱至該溶液的泡點(diǎn) tA，產(chǎn)生第一個(gè)氣泡的組成為 yA。,繼續(xù)加熱，隨溫度升高，物系變?yōu)榛コ善胶獾钠簝上?，兩相溫度相同組成分別為 yA 和 xA 。,t/C,x(y),0,1.0,露點(diǎn)線,泡點(diǎn)線,露點(diǎn),泡點(diǎn),xA,yA,xf,氣相區(qū),液相區(qū),兩相區(qū),當(dāng)溫度達(dá)到該溶液的露點(diǎn)，溶液全部汽化成為組成為 yA= xf 的氣相，最后一滴液相的組成為 xA。,1 雙組分溶液的氣液相平衡關(guān)系,2020/9/4,平衡線位于對(duì)角線的上方，平衡線偏離對(duì)角線愈遠(yuǎn)，表示該溶液愈易分離。,1.2.2汽液平衡相圖:x-y 圖,1.2.2汽液平衡相圖:x-y 圖,x-y 圖代表在總壓一定下，液相組成和與之成平衡的汽相組成的關(guān)系。 x-y 圖可通過(guò) T-x(y) 圖作出，圖中對(duì)角線 (y=x) 為一參考線。 大多數(shù)溶液，兩相平衡時(shí)，y 總是大于 x，平衡線位于對(duì)角線上方。 平衡線偏離對(duì)角線越遠(yuǎn)，該溶液越易分離。,1.3 汽液平衡關(guān)系式的表示方法,1.3.1相平衡常數(shù),汽液兩相平衡組成常用相平衡常數(shù) K 或相對(duì)揮發(fā) 的關(guān)系式來(lái)表達(dá)。,Ki 表示 i 組分的相平衡常數(shù)，其定義為,式中： yi 和 xi 分別表示 i 組分在互為平衡的汽、液兩相中的摩爾分?jǐn)?shù)。 對(duì)于易揮發(fā)組分，Ki 1，即 yi xi。 Ki 值越大，組分在汽、液兩相中的摩爾分?jǐn)?shù)相差越大，分離也越容易。,對(duì)多組分物系汽液平衡關(guān)系的計(jì)算，應(yīng)用相平衡常數(shù)比較方便。,=f（物系 , T，P ）,氣（汽）液相平衡時(shí)，兩相的溫度和壓強(qiáng)相等，每個(gè)組分在兩相中的逸度（fugacity）相等，即,對(duì)非理想物系，氣（汽）、液相的逸度服從下列方程：,式中： pio 純組分i 的飽和蒸汽壓； io 純組分 i 的逸度系數(shù)； ViL 純液體 i 的摩爾體積。,式中：i 氣（汽）相 i 組分的逸度系數(shù)； i 液相 i 組分的活度系數(shù)； fiL 純液體 i 在系統(tǒng)溫度、壓力下的逸度，可由下式計(jì)算,根據(jù)相平衡常數(shù)的定義,式中 i，i 的計(jì)算與氣（汽）相組成和液相組成有關(guān)，相平衡常數(shù) K 不僅與系統(tǒng)溫度、壓強(qiáng)有關(guān)，也與組成有關(guān)。 當(dāng)系統(tǒng)壓力較低，氣相近似為理想氣體時(shí)，氣相逸度系數(shù) i 接近于1，有,若液相也為理想溶液，液相的活度系數(shù)就等于1，則,液相為非理想溶液，汽相為理想氣體的相平衡常數(shù)計(jì)算式,此式即為拉烏爾定律表達(dá)式。,對(duì)多組分物系汽液平衡關(guān)系的計(jì)算，應(yīng)用相平衡常數(shù)比較方便。,溶液中各組分的揮發(fā)性由揮發(fā)度來(lái)量衡，定義為組分在汽相中的平衡蒸汽壓與在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)的比值。對(duì)雙組分物系,對(duì)純組分液體，其揮發(fā)度就等于該溫度下液體的飽和蒸汽壓。,溶液中兩組分揮發(fā)度之比稱為相對(duì)揮發(fā)度，用 表示,當(dāng)操作壓強(qiáng)不高，氣相服從道爾頓分壓定律時(shí)，上式可改寫(xiě)為,1 雙組分溶液的氣液相平衡關(guān)系,1.3.2 相對(duì)揮發(fā)度 ,1.3.2相對(duì)揮發(fā)度,對(duì)雙組分物系有 yB=1-yA，xB=1-xA，代入并略去下標(biāo) A 可得,相平衡方程,對(duì)理想溶液，組分的揮發(fā)度 = po ，所以, 值隨溫度變化相對(duì)較小，在一定的溫度范圍內(nèi)，常取 的平均值用于相平衡計(jì)算。, 1，表示組分 A 較 B 易揮發(fā)； 值越大，兩個(gè)組分在兩相中相對(duì)含量的差別越大，越容易用蒸餾方法將兩組分分離；若 =1， yA=xA，此時(shí)不能用普通蒸餾方法分離該混合物。,若已知兩組分的相對(duì)揮發(fā)度，可由上式確定汽液平衡組成。,1 雙組分溶液的氣液相平衡關(guān)系,2020/9/4,時(shí)，,組分A較B易揮發(fā)，可以用蒸餾方法分離,時(shí)，,揮發(fā)度差異愈大，愈有利于蒸餾操作。,時(shí)，,不能用普通蒸餾的方法分離混合液。,可作為混合液能否用蒸餾方法分離以及分離難易程度的判據(jù)。,2 平衡蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾,2.1 平衡蒸餾,1. 定義 平衡蒸餾是液體的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸餾操作。生產(chǎn)工藝中溶液的閃蒸分離是平衡蒸餾的典型應(yīng)用(如醋酸V103)。,閃蒸操作流程：一定組成的料液被加熱后經(jīng)節(jié)流閥減壓進(jìn)入閃蒸室，液體因沸點(diǎn)下降變?yōu)檫^(guò)熱而驟然汽化，汽化耗熱使得液體溫度下降，汽、液兩相溫度趨于一致，兩相組成趨于平衡。由閃蒸室塔頂和塔底引出的汽、液兩相即為閃蒸產(chǎn)品。,閃蒸罐,D, yD, te,yD,加熱器,F, xF, tF,W, xW, te,Q,減 壓 閥,xW,t0,2 平衡蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾,2.1 平衡蒸餾,2. 物料衡算,總物料衡算,式中：F、D、W 進(jìn)料流率和出塔汽.液相產(chǎn)物的流率，kmol/s； xF、yD、xW 料液組成以及出塔汽、液相產(chǎn)物的摩爾分?jǐn)?shù)。,易揮發(fā)組分的物料衡算,兩式聯(lián)立可得,閃蒸罐,D, yD, te,yD,加熱器,F, xF, tF,W, xW, te,Q,減 壓 閥,xW,t0,若設(shè)液相產(chǎn)物占總加料量的分率為 q，即W/F=q，則汽化率為D/F =(1-q)，代入上式整理可得,上式表示了汽化率與汽、液相組成的關(guān)系。,平衡蒸餾過(guò)程可認(rèn)為經(jīng)部分汽化或部分冷凝后所得的汽液兩相呈平衡，即 yDxW 符合平衡關(guān)系。,3. 平衡關(guān)系,若已知進(jìn)料組成 xF 和生產(chǎn)任務(wù)所要求的汽化率 (1-q)，結(jié)合物料衡算式可求得汽液相組成 yD、xW。,6.2 平衡蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾,料液由進(jìn)料溫度 tF 升至 t0 需供給的熱量 Q 為,閃蒸后，料液溫度由 t0 降至平衡溫度 te，若不計(jì)熱損失，則料液放出的顯熱全部用于料液的部分汽化所需的潛熱，即,4. 熱量衡算,通過(guò)以上諸式，在 q 為已知的條件下，由物料衡算與相平衡關(guān)系求得yD、xW 后，由溫度-組成相圖求 te，進(jìn)而求 t0。,由上式可得,6.2 平衡蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾,6.2.2 簡(jiǎn)單蒸餾,簡(jiǎn)單蒸餾也是一種單級(jí)蒸餾，間歇非穩(wěn)態(tài)操作，在蒸餾過(guò)程中系統(tǒng)的溫度和汽液相組成均隨時(shí)間改變。,分批加入蒸餾釜的原料液持續(xù)加熱沸騰汽化，產(chǎn)生的蒸汽由釜頂連續(xù)引入冷凝器得餾出液產(chǎn)品。釜內(nèi)任一時(shí)刻的汽液兩相組成互成平衡。,y,原料液,x,蒸氣,冷凝器,6.2 平衡蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾,1. 定義,任一時(shí)刻，易揮發(fā)組分在蒸汽中的含量 y 始終大于剩余在釜內(nèi)的液相中的含量 x，釜內(nèi)易揮發(fā)組分含量 x 由原料的初始組成 xF 沿泡點(diǎn)線不斷下降直至終止蒸餾時(shí)組成 xE，釜內(nèi)溶液的沸點(diǎn)溫度不斷升高，蒸汽相組成 y 也隨之沿露點(diǎn)線不斷降低。,t/C,x(y),0,1.0,露點(diǎn)線,泡點(diǎn)線,xA,yA,xf,6.2 平衡蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾,3. 精餾原理,上述平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾都是單級(jí)分離過(guò)程，即對(duì)混合液進(jìn)行一次部分汽化，使混合液達(dá)到部分分離。 而精餾是一種多級(jí)分離過(guò)程，即同時(shí)進(jìn)行多次部分汽化和部分冷凝的過(guò)程，可使混合液得到幾乎完全的分離。精餾可視為由多次蒸餾演變而來(lái)。此外，混合液中組分間揮發(fā)度差異是精餾分離的前提和依據(jù)。,3.1 多次部分氣化和部分冷凝,3.精餾原理,3.1多次部分氣化的分離示意圖,過(guò)程分析,進(jìn)行這樣多級(jí)分離的結(jié)果是： y3 y2 y1.因此,同時(shí)進(jìn)行多次部分氣化和部分冷凝是使混合物得以完全分離地必要條件.,不難看出, 上圖所示的流程在工業(yè)上是不能采用的, 因其存在以下兩個(gè)問(wèn)題：,t/C,x(y),0,露點(diǎn)線,泡點(diǎn)線,泡點(diǎn),y1,xf,y2,y3,x3,x1,x2,3 精餾原理,（1）分離過(guò)程得到許多中間餾分，如圖中的組成為x1.x2 等液相產(chǎn)品，因此最后純產(chǎn)品的收率就很低； （2）設(shè)備龐雜，能量消耗大。,xF,y2,y2,y1,x1,x2,x2,如果冷凝和氣化的溫度選擇恰當(dāng)，可使x2和y2較為接近。這樣，將x2和y2相混合,.，其結(jié)果不但消除了中間產(chǎn)品，且提高了最后產(chǎn)品的收率。傳質(zhì),第2級(jí),第1級(jí),第0級(jí),同時(shí)，由圖還可以看出， x2和y2直接混合時(shí)，由于液相溫度低于氣相溫度，因此高溫的蒸氣y2 將加熱低溫的液體x2，而使液體部分氣化，蒸氣自身則被部分冷凝。傳熱,由此可見(jiàn)，不同溫度且互不平衡的氣液兩相接觸時(shí)，必然會(huì)同時(shí)產(chǎn)生傳熱和傳質(zhì)的雙重作用，所以使上一級(jí)的液相回流（如液相x2）與下一級(jí)的氣相（如氣相y2)直接接觸，就可以將圖3.1所示的流程演變?yōu)閳D3.3所示的分離流程，從而省去了逐級(jí)使用的中間加熱器和冷凝器。,圖 3.3 無(wú)中間產(chǎn)品的 多次部分 氣化的分離示意圖,3 精餾原理,3.精餾原理,混合液體連續(xù)或多次部分汽化，液相組成沿 t-x(y) 相圖的泡點(diǎn)線變化，可得難揮發(fā)組分含量很高而易揮發(fā)組分含量很低的釜液。 混合蒸汽連續(xù)或多次部分冷凝，蒸汽組成沿 t-x(y) 相圖的露點(diǎn)線變化，可得到易揮發(fā)組分含量很高而難揮發(fā)組分含量很低的蒸汽。 精餾過(guò)程正是這二者的有機(jī)結(jié)合。,精餾：據(jù)揮發(fā)度不同，將混合液，在精餾塔中同時(shí)多次進(jìn)行部分氣化和部分冷凝，使其分離成幾乎純態(tài)組分的過(guò)程。,3. 精餾原理,3.2 定義,3.3 精餾塔的操作情況,精餾操作在直立圓形的精餾塔內(nèi)進(jìn)行. 塔內(nèi)裝有若干層塔板或充填一定高度的填料, g-l 兩相在塔板上接觸同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱過(guò)程.,3 精餾原理,1) 氣相部分冷凝, 使其中難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入到液相中； 2) 氣相冷凝放出潛熱傳給液相, 使其部分氣化, 其中的部分易揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入到氣相, 結(jié)果: xnyn+1。,實(shí)際操作的精餾塔，從塔底引入上升蒸汽，從塔頂引入回流液體。造成汽液兩相狀態(tài)，以保證精餾過(guò)程穩(wěn)態(tài)操作。,3 精餾原理,6.2.4 精餾流程,2020/9/4,4. 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,4.1.2 恒摩爾流假設(shè),所謂理論板，是指在其上氣液兩相都充分混合，且傳熱及傳熱過(guò)程阻力為零的理想化塔板。宏觀表現(xiàn)為：兩相溫度相同；離開(kāi)塔板的汽液兩相成平衡。 .,恒摩爾流假定:對(duì)整個(gè)精餾塔, 每層板上升蒸汽摩爾流率相等，每層板下降液體摩爾流率相等。,由于精餾過(guò)程是涉及傳熱和傳質(zhì)的過(guò)程,相互影響的因素較多, 引入恒摩爾流假定, 使得連續(xù)精餾過(guò)程計(jì)算大大簡(jiǎn)化。,4.1.1 理論板假設(shè),4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,4.2 物料衡算和操作線方程 4.2.1 全塔物料衡算,圖6-10所示, 對(duì)穩(wěn)定操作的連續(xù)精餾塔,料液加入量必等于塔頂和塔釜產(chǎn)品量之和.,總物料衡算,易揮發(fā)組分物料衡算,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,4.2.2 操作線方程,對(duì)圖6-11虛線范圍（包括精餾段第n+1板和冷凝器在內(nèi)）作物料衡算, 以單位時(shí)間為基準(zhǔn)：,1)精餾段操作線方程,塔頂全凝：V=L+D=(R+1)D,回流比：R=L/D,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,精餾段操作線方程的物理意義: 在一定的操作條件下，精餾段內(nèi)自任意第n層塔板下降的液相組成xn與其相鄰的下一層塔板上升的蒸汽組成yn+1之間的關(guān)系。,2)提餾段操作線方程,對(duì)圖6-12虛線范圍（包括提餾段第m板以下塔段和塔釜在內(nèi)）作物料衡算：,提餾段操作線方程的物理意義: 在一定的操作條件下, 提餾段內(nèi)自任意第n板下降的液相組成xn與其相鄰的下一層塔板上升的蒸汽組成yn+1之間的關(guān)系.,提餾操作線： c點(diǎn)：（xW，xW） 截距：-WxW /V,3) 操作線方程在x-y圖上的畫(huà)法,精餾操作線： a點(diǎn)：( xD， xD） 截距：xD /(R+1),x,y,0,1.0,1.0,xD,a,b,xW,c,d,e,精餾段操作線方程,提餾段操作線方程,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,4.3 進(jìn)料熱狀況和進(jìn)料線方程,1) 5 種進(jìn)料熱狀況 低于泡點(diǎn)的冷液體；泡點(diǎn)下的飽和液體；氣液混合物；飽和蒸氣；過(guò)熱蒸氣。 進(jìn)料熱狀況不同, 將直接影響其上.下兩段上升蒸氣和下降液體的流量.,2) 進(jìn)料熱狀況參數(shù),設(shè)第 m 塊板為加料板，對(duì)圖6-14所示的虛線范圍, 進(jìn).出該板各股的摩爾流率、組成與熱焓可由物料衡算與熱量衡算, 得:,4.3.1 進(jìn)料熱狀況的影響,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,總物料衡算：,輕組分物料衡算：,熱量衡算：,q的意義:以1kmol/h進(jìn)料為基準(zhǔn)時(shí), 提餾段中的液體流量較精餾段增大的kmol/h數(shù).,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,4.3.2. q(進(jìn)料)線方程,在進(jìn)料板上, 同時(shí)滿足精餾段和提餾段的物料衡算, 故兩操作線的交點(diǎn)落在進(jìn)料板上。,因q為一常數(shù), 故一定狀態(tài)進(jìn)料時(shí)q線為直線. 不同的加料熱狀態(tài)對(duì)應(yīng)著不同的 q 值, 也就對(duì)應(yīng)著不同的 q 線.,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,4.3.3. q 線的圖形表示 (1) 在對(duì)角線上作 e 點(diǎn) (y=x=xF)； (2) 過(guò) e 點(diǎn)作斜率為q/(q-1) 的直線。,隨著進(jìn)料焓值的增加 ， q 線與精餾操作線的交點(diǎn)沿著精餾操作線朝 x. y 減小的方向移動(dòng). 這意味著加料板位置下移(塔從上往下,溫度逐步升高).,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,4.4 理論板層數(shù)的求法,4.4.1 逐板計(jì)算法,理論板數(shù)由操作線方程和相平衡關(guān)系確定。,提餾段操作線方程：,相平衡方程式：,第一板：,第二板：,第三板：,精餾段操作線方程：,條件：塔頂全凝，泡點(diǎn)回流,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,第m+1板：,第N板：,在計(jì)算過(guò)程中, 每使用一次平衡關(guān)系, 表示需要一層理論板. 由于一般再沸器相當(dāng)于一層理論板. 結(jié)果: 塔內(nèi)共有理論板N塊, 第N板為再沸器, 其中精餾段m-1塊, 提餾段N-m+1塊 (包括再沸器), 第m板為進(jìn)料板。,第m板：,第m板為進(jìn)料板,逐板計(jì)算法計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確,且可求得每層板上的氣液相組成. 但該法比較繁瑣,尤其當(dāng)理論板層數(shù)較多時(shí)更甚. 現(xiàn)由計(jì)算程序處理, 比較好.,4.4.2. 圖解法-McCabe-Thiele, M-T法 圖解法求理論板層數(shù)的基本原理與逐板計(jì)算法的完全相同,只不過(guò)是用平衡曲線和操作線分別代替平衡方程和操作線方程,用簡(jiǎn)便的圖解法代替繁雜的計(jì)算而已,圖解法中以直角梯級(jí)圖解法最為常用.雖然圖解的準(zhǔn)確性較差,但因其簡(jiǎn)便,目前在兩組分精餾中仍被廣泛采用。,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,1) 操作線的作法 首先根據(jù)相平衡數(shù)據(jù), 在直角坐標(biāo)上繪出待分離混合物的x-y 平衡曲線, 并作出對(duì)角線. 如圖6-16所示. 在x=xD 處作鉛垂線, 與對(duì)角線交于點(diǎn)a, 再由精餾段操作線的截距xD /(R+1) 值, 在y 軸上定出點(diǎn)b, 聯(lián)ab. ab為精餾段操作線. 在x=xF 處作鉛垂線, 與對(duì)角線交于點(diǎn)e, 從點(diǎn)e作斜率為q /(q-1)的q線ef, 該線與ab交于點(diǎn)d. 在x=xW 處作鉛垂線, 與對(duì)角線交于點(diǎn)c, 聯(lián)cd. cd為提留段操作線.,4 雙組份連續(xù)精餾的計(jì)算,2) 求N 的步驟 自對(duì)角線上a點(diǎn)始, 在平衡線與精餾段操作線間繪出水平線及鉛垂線組成的梯級(jí). 如圖6-17所示. 當(dāng)梯級(jí)跨過(guò)兩操作線交點(diǎn)d 時(shí), 則改在平衡線與提餾操作線間作梯級(jí), 直至某梯級(jí)的垂直線達(dá)到或小于xW為止. 每一個(gè)梯級(jí)代表一層理論板. 梯級(jí)總數(shù)即為所需理論板數(shù).,梯級(jí)含義：如第一梯級(jí) 由a點(diǎn)作水平線與平衡線交于點(diǎn)1(y1, x1), 相當(dāng)于用平衡關(guān)系由y1求得x1；再自點(diǎn)1作垂線與精餾段操作線相交, 交點(diǎn)坐標(biāo)為(y2, x1), 即相當(dāng)于用操作線關(guān)系由x1求得y2。作圖法與逐板計(jì)算法等價(jià)。,5 精餾的幾種操作方式,5.1 直接蒸汽加熱,一般精餾是間接加熱，主要是為避免對(duì)物料污染。如果物料含有水，精餾過(guò)程中允許水存在，于是，可將加熱蒸氣直接通入塔釜內(nèi)，直接加熱。這樣加熱蒸氣將熱量、質(zhì)量均帶入塔內(nèi)，同時(shí)參與塔的熱量、質(zhì)量的傳遞。該過(guò)程提高了傳熱效率，可使用溫度相對(duì)低的加熱蒸氣，同時(shí)，又省一臺(tái)再沸器。,5 精餾的幾種操作方式,5.2 具有側(cè)線采出的精餾過(guò)程,當(dāng)需要獲取濃度不同的兩種或多種產(chǎn)品，或某組分在塔某幾板上存在富集現(xiàn)象。為獲得該組分產(chǎn)品或消出該組分對(duì)塔兩端產(chǎn)品的影響，應(yīng)采取側(cè)線出料的方法，在適宜塔板上將其及時(shí)采出，如圖所示。側(cè)線抽出的產(chǎn)品可為塔板上泡點(diǎn)液體或板上的飽和蒸氣。,5 精餾的幾種操作方式,5.2 具有側(cè)線采出的精餾過(guò)程,如果在精餾段設(shè)一側(cè)線采出，則塔被分為三段。塔兩端分別同精餾段和提餾段操作線方程，而塔下段（III）操作線同提餾段操作線方程。而中段則由物料衡算獲得其操作線方程。,5 精餾的幾種操作方式,5.3 具有多股進(jìn)料的精餾過(guò)程,當(dāng)兩股成分相同，組成各異的原料在同一塔中分離，為避免混合，增加分離的能耗，則分別在適宜位置加入。如圖所示。兩進(jìn)料將塔分為三段，各段有相應(yīng)操作線方程，各進(jìn)料也有相應(yīng)的q線方程。,5 精餾的幾種操作方式,5.4 塔頂進(jìn)料蒸餾塔,原料從塔頂加入，則塔只有提餾段沒(méi)有精餾段，該塔稱之為回收塔或蒸出塔、氣體塔，如圖所示。原料應(yīng)在泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)溫度進(jìn)入塔頂，無(wú)回流。而熱量則以間接或直接蒸氣加熱塔底。,該塔多用于輕、重組分的初步分離，或主要考慮提濃重組分，或回收稀溶液中易揮發(fā)組分。,6 精餾塔的操作和調(diào)節(jié),1）物料平衡的影響和制約,通常，對(duì)特定的精餾塔和物系，保持精餾穩(wěn)定操作的條件：塔壓穩(wěn)定；進(jìn)出塔的物料量平衡和穩(wěn)定；進(jìn)料組成和熱狀況穩(wěn)定；回流比恒定；再沸器和冷凝器的傳熱條件穩(wěn)定；塔系統(tǒng)與環(huán)境間散熱穩(wěn)定等。,5.1 影響精餾操作的主要因素簡(jiǎn)析,對(duì)于一定的原料量F，只要分離程度確定xD,xW,則D,W,R一定，不能任意增減。,2）回流比的影響,當(dāng)回流比增大時(shí)，精餾段操作斜率變大，該段內(nèi)的傳質(zhì)推動(dòng)力增大，xD增大；提餾段操作線斜率變小，該段內(nèi)的傳質(zhì)推動(dòng)力增大， xW增大。 增加回流比，可提高分離效果。 但是分離效果的提高時(shí)有限制的，當(dāng)采出率D/F一定時(shí)，xDFxF/D。,6 精餾塔的操作和調(diào)節(jié),5.1 影響精餾操作的主要因素簡(jiǎn)析,3）進(jìn)料組成的影響,當(dāng)進(jìn)料組成發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)適當(dāng)改變進(jìn)料位置。一般精餾塔常設(shè)幾個(gè)進(jìn)料位置，以適應(yīng)生產(chǎn)中進(jìn)料狀況的變化，保證精餾塔在適宜位置下進(jìn)料。,當(dāng)進(jìn)料中重組分的濃度增加時(shí)，精餾段的負(fù)荷增加。對(duì)于固定了精餾段板數(shù)的塔來(lái)說(shuō)，將造成重組分帶到塔頂，使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量不合格。進(jìn)料板下移，加大回流比。 若進(jìn)料中的輕組分的濃度增加時(shí)，提餾段的負(fù)荷增加。對(duì)于固定了提餾段塔板數(shù)的塔來(lái)說(shuō)，將造成提餾段的輕組分蒸出不完全，釜液中輕組分的損失加大。進(jìn)料板上移，減小回流比。,4）進(jìn)料熱狀況q的影響,5）塔壓差,6 精餾塔的操作和調(diào)節(jié),塔壓差是衡量塔內(nèi)氣體負(fù)荷大小的主要因素，也是判斷精餾操作的進(jìn)料、出料是否平衡的重要標(biāo)志之一。在進(jìn)出料保持平衡，回流比不變的情況下，塔壓差基本上是不變的。,6）靈敏板,在總壓一定的條件下，精餾塔內(nèi)各塔板上的物料組成與溫度一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)板上的物料組成發(fā)生變化，其溫度也就隨之變化。而取溫度變化最大的那塊板稱為靈敏板。當(dāng)生產(chǎn)中由于物料不平衡或塔的分離效果差造成產(chǎn)品不合格時(shí)，可及時(shí)通過(guò)靈敏板溫度的變化情況得到預(yù)測(cè)，從而可最大限度克服控制的延時(shí)性，防止生產(chǎn)產(chǎn)生大的波動(dòng)。,7 塔內(nèi)氣液兩相的流動(dòng),1）嚴(yán)重漏液 少量的漏液是不可避免的。當(dāng)上升的氣體速度很低時(shí)，氣體通過(guò)塔板升氣孔的動(dòng)壓不足以阻止塔板上液層的重力，液體將從塔板的開(kāi)孔處大量往下漏而出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。 2）霧沫夾帶 當(dāng)上升的氣體穿過(guò)塔板液層時(shí)，將板上的液滴挾裹到上一層塔板引起濃度返混的現(xiàn)象稱為霧沫夾帶。霧沫夾帶造成返混，降低塔板效率。少量夾帶不可避免，只有過(guò)量的夾帶才能引起嚴(yán)重后果。 3）液泛 當(dāng)塔板上液體量很大或上升氣體速度很高，塔板壓降很大時(shí)，液體不能順利地從降液管流下，于是液體在塔板上不斷積累，液層不斷上升，使塔內(nèi)整個(gè)塔板間都充滿積液的現(xiàn)象稱為液泛。,7.1 塔板上不正常的流動(dòng)現(xiàn)象,7 塔內(nèi)氣液兩相的流動(dòng),塔板上氣、液流動(dòng)狀態(tài) 從生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，從嚴(yán)重漏液到液泛整個(gè)范圍內(nèi)存在有五種接觸狀態(tài)，即：鼓泡狀態(tài)、蜂窩狀態(tài)、泡沫狀態(tài)、噴射狀態(tài)及乳化狀態(tài)。 由于低氣速下產(chǎn)生的不連續(xù)鼓泡群傳質(zhì)面積小，比較平靜，而靠近塔壁穩(wěn)定的蜂窩狀，其泡沫層湍動(dòng)較差，不利于傳質(zhì)。而高速液流剪切作用下使氣相形成小氣泡均勻分布在液體中，形成均勻兩相流體，即乳化態(tài)流體，不利于兩相的分離。故這三種不是傳質(zhì)的適宜狀態(tài)，工業(yè)生產(chǎn)中一般希望呈現(xiàn)泡沫態(tài)和噴射態(tài)兩種狀態(tài)。,7.2 氣液兩相在塔板上接觸狀態(tài),A 泡沫態(tài) 由于孔口處鼓泡劇烈，各種尺寸的氣泡連串迅速上升，將液相拉成液膜展開(kāi)在氣相內(nèi)，因泡沫劇烈運(yùn)動(dòng)，使泡沫不斷破裂和生成，以及產(chǎn)生液滴群，泡沫為傳質(zhì)創(chuàng)造了良好條件。是工業(yè)上重要的接觸狀態(tài)之一。,7 塔內(nèi)氣液兩相的流動(dòng),7.2 氣液兩相在塔板上接觸狀態(tài),B 噴射狀 當(dāng)液相流量較小而進(jìn)一步提高氣速時(shí)，則泡沫狀將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閲娚錉睢暮Y孔或閥孔中吹出的高速氣流將液相分散成高度湍動(dòng)的液滴群，液相由連續(xù)相轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑾?，兩相間傳質(zhì)面為液滴群表面。由于液體橫向流經(jīng)塔板時(shí)將多次分散和凝聚，表面不斷更新，為傳質(zhì)創(chuàng)造了良好的條件，是工業(yè)塔板上另一重要的氣、液接觸狀態(tài)。,