化工原理复习必看 第9章_液体精馏(定稿)

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1、第9章液体精馏知识要点液体精馏是将挥发度不同的组分组成的混合液，在精馏塔中同时进行多次部分气化和部分冷凝，使其实现高纯度分离的过程。实现精馏需要3个条件：①设备条件：精馏塔；②回流条件：塔底气相回流，塔顶液相回流；③相平衡条件：组分的挥发度有差异。本章讨论重点为双组分精馏过程的计算，主要应掌握的内容包括：相平衡关系的表达和应用；精馏塔的物料衡算和操作关系；回流比的确定；理论板数的求法；影响精馏过程主要因素的分析等。本章主要知识点间的联系图见下：图9-1液体精馏一章主要知识点联系图1.二元物系的气液相平衡关系气液相平衡是蒸馏过

2、程的热力学基础，传质的极限状态。根据相平衡可以判断过程进行的可能性。(1)恒压下二元物系气液相平衡的特点l液相组成与温度一一对应óx=f(t)l气相组成与温度一一对应óy=f(t)l气液两相组成一一对应óy=f(x)(2)理想物系=含义：指由理想气体与理想溶液构成的物系。它满足理想气体状态方程、道尔顿分压定律和拉乌尔定律。=相对挥发度(9-1)(气相服从道尔顿分压定律)相对挥发度α愈是大于1，则y愈是大于x，物系愈容易分离。l泡点方程x-t(9-2)l露点方程y-t(9-3)l相平衡方程y-x(9-4)lt-y(x)相图两端

3、点A与B：端点A代表纯易挥发组分A(x=1)，端点B代表纯难挥发组分B(x=0)。两线：t-x线为泡点线，泡点与组成x有关；t-y线为露点线，露点与组成y有关。3区：t-x线以下为过冷液体区；t-y线以上为过热蒸汽区；在t-x与t-y线之间的区域为气液共存区，只有体系落在气液共存区才能实现一定程度的分离。溶液于同一组成下的露点总是高于泡点。对于理论板，离开该板的气液两相温度相等，即露点等于泡点，但两相组成不等，呈平衡关系。图9-2双组分理想溶液的温度组成图图9-3双组分理想溶液的气液平衡组成图=y-x相图①相平衡曲线y-x必

4、位于对角线y=x上方②y-x曲线上各点对应不同的温度。x、y值越大，泡、露点温度越低，如图9-2所示则t1>t2。③y-x曲线受总压变化的影响不显著。2.平衡蒸馏(1)特点连续、定态，分离程度不高。(2)物料衡算：(9-5)(9-6)联立上2式得(9-7)(3)相平衡方程(理想物系)(9-8)(4)热量衡算依据：热进料经过节流减压后，部分物料气化所需的潜热等于热进料降温所放出的显热。即(9-9)原料被加热温度(9-10)平衡蒸馏室内的温度te根据所要求产品的组成(y或x)据露点方程或泡点方程式确定。3.简单蒸馏(1)特点：间

5、歇、非定态，每一瞬时的气相组成y与液相组成x呈平衡。(2)宏观物料衡算(9-11)(9-12)式中，W1、x1为初始物料液量和组成；W2、x2为最终残液量和组成，WD、为馏出液量和馏出液平均浓度。(3)微分物料衡算积分上式，得(9-13)理想溶液(9-14)简单蒸馏全过程所得馏出液的量(9-15)馏出液的平均组成(9-16)4.连续精馏(1)理论板:它是一个气、液两相皆充分混合而且传热与传质过程的阻力皆为零的理想化板。离开理论板的气液两相，温度相等，组成互为平衡。(2)恒摩尔流假设对于无加料无出料的塔段，离开各板的上升蒸汽摩

6、尔流率相等，离开各板的下降液相流率相等，对简单精馏塔有精馏段：，提馏段：，假设成立条件：=组分的摩尔气化潜热相等；=气液两相接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；=设备保温良好，热损失可以忽略。(3)加料热状态参数q(9-17)(9-18)(4)5种进料热状态：=过冷液体=饱和液体=气液混合物q=饱和液体分率=饱和蒸汽=过热蒸汽(5)全塔物料衡算(9-19)(9-20)塔顶产品采出率(9-21)塔釜产品采出率(9-22)易挥发组分回收率(9-23)难挥发组分回收率(9-24)(6)精馏段物料衡算(9-25)(9-26)(9-

7、27)(9-28)(7)提馏段物料衡算(9-29)(8)进料线方程(q线方程)(9-30)(9)理论板的增浓度板上组成点A、板下组成点C位于操作线上，而离开板n的组成点B位于平衡线上，将点A、B、C连接起来将得到一个梯级。直角梯级ABC的含义为：AB边表示下降液体经过第n板后重组分增浓程度(即轻组分浓度由减小至)；BC边表示上升蒸汽经第n板后轻组分增浓程度(轻组分浓度由增大至)。操作线与平衡线的偏离程度越大，表示每块理论板的增浓程度越高。(a)(b)图9-4塔板组成(10)液气比对理论板分离能力的影响 影响理论板分离能力的主

8、要因素是精馏段液气比和提馏段液气比。5.二元混合物连续精馏的设计型计算(1)理论板数的确定方法=逐板计算法计算依据：相平衡方程：对理想溶液精馏段操作方程：提馏段操作方程：精馏段与提馏交点坐标计算过程：计算时注意：a.由yn求xn用相平衡方程；b.当，由xn求yn+1用精馏段操作方程；c.当