【正文】 —— 提餾段第 m+1層板上升蒸氣中易揮發(fā)組分的摩爾分率 。 此二式表示在一定操作條件下 ， 精餾段內(nèi)自任意第n層板下降的液相組成 xn與其相鄰的下一層板 （ 如第 n+1層板 ）上升蒸氣氣相組成 yn+1之間的關(guān)系 。 R值的確定將在后面討論 。 第 7章 液體精餾 19 圖 78 精餾段操作線方程的推導(dǎo) 第 7章 液體精餾 20 將式 715代入式 715a， 并整理得： 若將上式等號右邊的兩項的分子和分母同時除以 D， 可得： 令 L/D=R， 代入上式得： 式中 R稱為回流比 ， 它是精餾操作的重要參數(shù)之一 。 第 7章 液體精餾 16 1． 全塔的物料衡算 對圖 78所示的間接蒸汽加熱的連續(xù)精餾塔作全塔物料衡算 ， 并以單位時間為基準(zhǔn) ， 圖 77 精餾塔的物料衡算 物料衡算－操作線方程 第 7章 液體精餾 17 則總物料 F=D+W （ 712） 易揮發(fā)組分 FxF=DxD+WxW （ 712a） 式中 F－原料液流量 （ kmol/s） ； D－塔頂產(chǎn)品 （ 餾出液 ） 流量 （ kmol/s） ； W－塔底產(chǎn)品 （ 釜?dú)堃?） 流量 （ kmol/s） ； xF－原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分率； xD－餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分率； xW－釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分率 。 2． 恒摩爾流的假定 ⑴ 恒摩爾氣流 恒摩爾氣流是指在精餾塔內(nèi) ， 在沒有中間加料 （ 或出料 ）條件下 ， 各層板上升蒸氣的摩爾流量相等 ， 但兩段的上升蒸氣摩爾流量不一定相等 。 精餾過程設(shè)計型計算 ， 通常已知原料液流量 、 組成及分離程度 ， 需要計算和確定的內(nèi)容有： ① 選定操作壓強(qiáng)和進(jìn)料熱狀態(tài)等； ② 確定產(chǎn)品流量和組成； ③ 確定精餾塔的理論板數(shù)和加料位置； ④ 選擇精餾塔的類型 ， 確定塔徑 、 塔高和塔板結(jié)構(gòu)尺寸 ， 并進(jìn)行流體力學(xué)驗(yàn)算； ⑤ 計算冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷 ， 并確定兩者的類型和尺寸 。 第 7章 液體精餾 14 雙組分連續(xù)精餾的計算 精餾過程的計算可分為設(shè)計型和操作型兩類 。 塔頂蒸汽冷凝器可分為全凝器和分凝器兩種 。 通過整個精餾過程 ， 最終在塔頂?shù)玫礁呒兌鹊囊讚]發(fā)組分 （ 塔頂餾出液 ） ， 塔釜得到的基本上是難揮發(fā)組分 。 塔頂蒸氣進(jìn)入冷凝器中被全部冷凝 ，并將部分冷凝液借助重力作用（ 也可用泵送 ） 送回塔頂作為回流液體 ， 其余部分經(jīng)冷卻器 （ 圖中末畫出 ） 后被送出作為塔頂產(chǎn)品 （ 餾出液 ） 。 原料液經(jīng)預(yù)熱后 ， 送入精餾塔內(nèi) 。 同時 ， 若將組成為 x1的液相經(jīng)加熱器加熱 ， 使其部分氣化 ， 則可得到組成為 x2＇的液相和組成為 y2＇ （ 圖中未標(biāo)出 ） 的氣相 ， 再將組成為 x2＇的液相進(jìn)行部分氣化 ， 可得到組成為 x3＇的液相和組成為 y3＇ （ 圖中未標(biāo)出 ） 的氣相 ， 且x3＇＜ x2＇＜ x1＇ ， 可見液體混合物經(jīng)過多次部分氣化 ， 在液相中可獲得高純度的難揮發(fā)組分 。 圖 75 多次部分氣化和部分冷凝 第 7章 液體精餾 11 若將組成為 xF、 溫度低于泡點(diǎn)的某混合液加熱到泡點(diǎn)以上 ，使其部分氣化 ， 并將氣相和液相分開 ， 則所得氣相組成為 y1，液相組成為 x1， 且 y1＞ xF＞ x1， 此時氣液相量可用杠桿規(guī)則確定 。 對于混合液 ， 因組分間的相互影響 ， 使其中各組分的蒸氣壓要比純組分的蒸氣壓低 ， 故混合液中組分的揮發(fā)度可用該組分在氣相中平衡分壓與其在液相中組成 （ 摩爾分率 ） 之比表示 ， 2． 相對揮發(fā)度 相對揮發(fā)度 ， 即為混合液中組分揮發(fā)度之比 ， 用 α表示 。 純物質(zhì)的揮發(fā)度可用該物質(zhì)在一定溫度下的飽和蒸氣壓來表示 。 它們的 yx圖分別如圖73和 74所示 。 圖 72 苯 甲苯混合液的 yx圖 第 7章 液體精餾 8 2． 雙組分非理想溶液的氣液平衡關(guān)系 非理想溶液可分為與理想溶液發(fā)生正偏差的溶液和負(fù)偏差的溶液 。如圖中曲線的 D點(diǎn)表示組成為 x1的液相與組成為 y1的氣相互成平衡 。 圖 71 苯 甲苯混合液的 txy圖 第 7章 液體精餾 7 ② yx圖 在一定外壓下 ， 以 y為縱坐標(biāo) ， 以 x為橫坐標(biāo) ， 建立氣液相平衡圖 ， 即 yx圖 ， 圖中曲線代表氣液相平衡時的氣相組成 y與液相組成 x之間的關(guān)系 。 第 7章 液體精餾 6 ⑵ 氣液平衡相圖 ① txy圖 該圖表示在一定總壓下 ，溫度與氣 、 液相組成之間的關(guān)系 。 在一定壓強(qiáng)下 ， 液體混合物開始沸騰產(chǎn)生第一個氣泡的溫度 ， 稱為泡點(diǎn)溫度 （ 簡稱泡點(diǎn) ） 。 ⑴ 理想溶液及拉烏爾定律 實(shí)驗(yàn)表明 ， 理想溶液的氣液平衡關(guān)系遵循拉烏爾定律 。 （ 4） 操作壓強(qiáng)：可分為常壓精餾 、 減壓精餾和加壓精餾 。 （ 2） 物系中組分的數(shù)目：可分為雙組分精餾和多組分精餾 。 精餾操作通過氣 、 液兩相的直接接觸 ， 使易揮發(fā)組分由液相向氣相傳遞 ， 難揮發(fā)組分由氣相向液相傳遞 ， 是氣 、 液兩相之間的傳質(zhì)過程 。 第 7章 液體精餾 3 精餾是分離液體均相混合物典型的單元操作 ， 在化工 、煉油等工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用很廣 ， 例如石油精餾可得到汽油 、 煤油和柴油等；液態(tài)空氣精餾可得到純的液氧和液氮等 。 當(dāng)分離程度要求不高或較易分離時 ， 可采用簡單蒸餾或平衡蒸餾；當(dāng)分離程度要求很高時 ， 可采用精餾 。物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程稱為傳質(zhì)過程或分離過程 。第 7章 液體精餾 概述 雙組分溶液的氣液相平衡 精餾原理 雙組分連續(xù)精餾的計算 板式塔 第 7章 液體精餾 2 概 述 化工生產(chǎn)過程中 ， 常常需要將均相混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì) 。 對于均相物系必須要造成一個兩相物系 ，利用原物系中各組分間某種物性的差異 ， 而使其中某個組分（ 或某些組分 ） 從一相轉(zhuǎn)移到另一相 ， 以達(dá)到分離的目的 。 化工生產(chǎn)中常見的傳質(zhì)過程有蒸餾 、 吸收 、 干燥和萃取等單元操作 ，常見的蒸餾方式有簡單蒸餾 、 平衡蒸餾和精餾 。 精餾是蒸餾操作中應(yīng)用最廣泛的一種 。 精餾分離的依據(jù)是液體混合物中各組分的揮發(fā)性不同 。 第 7章 液體精餾 4 精餾的分類 工業(yè)上精餾操作可按以下方法分類： （ 1） 操作方式：可分為間歇精餾和連續(xù)精餾 。 （ 3） 物系分離的難易：可分為精餾和特殊精餾 。 第 7章 液體精餾 5 雙組分溶液的氣液相平衡 1． 雙組分理想溶液的氣液相平衡關(guān)系 氣液相平衡關(guān)系 ， 是指溶液與其上方的蒸氣達(dá)到平衡時 ，系統(tǒng)的總壓 、 溫度及各組分在氣液兩相中組成間的關(guān)系 。 拉烏爾定律表示：當(dāng)氣液呈平衡時 ， 溶液上方組分的蒸氣分壓與溶液中該組分的摩爾分率成正比 。 嚴(yán)格而言 ， 實(shí)際上理想溶液是不存在的 ， 僅對于那些由性質(zhì)極相近 、 分子結(jié)構(gòu)相似的組分所組成的溶液 ， 例如苯 甲苯 、甲醇 乙醇 、 烴類同系物等可視為理想溶液 。 在總壓為 ，苯 甲苯混合液的 txy圖如圖 71所示 。 圖 72為苯 甲苯混合液在外壓為 yx圖 。 該曲線又稱為平衡曲線 。 例如 ， 乙醇 水物系是具有正偏差的非理想溶液；硝酸 水物系是具有負(fù)偏差的非理想溶液 。 圖 73 乙醇 水溶液的 yx圖 圖 74 硝酸 水溶液的 yx圖 第 7章 液體精餾 9 1 ． 揮發(fā)度 揮發(fā)度可表示物質(zhì)揮發(fā)的難易程度 。 同一溫度下 ， 蒸氣壓愈大 ， 表示揮發(fā)性愈大 。 第 7章 液體精餾 10 精餾原理 精餾原理 精餾過程原理可用氣液平衡相圖說明 ， 如圖 75所示 。 若將組成為 y1的氣相混合物進(jìn)行部分冷凝 ， 則可得到組成為 y2的氣相和組成為 x2的液相；又若將組成為 y2的氣相部分冷凝 ， 則可得到組成為 y3的氣相和組成為 x3的液相 ， 且 y3＞ y2＞ y1，可見氣體混合物經(jīng)多次部分冷凝后 ， 在氣相中可獲得高純度的易揮發(fā)組分 。 第 7章 液體精餾 12 精餾裝置的流程 典型的連續(xù)精餾流程如圖 77所示 。 操作時 ， 連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品 （ 釜?dú)堃?） ， 部分液體氣化 ， 產(chǎn)生上升蒸氣 ， 依次通過各層塔板 。 圖 76 連續(xù)精餾裝置流程 第 7章 液體精餾 13 塔內(nèi)氣 、 液兩相每經(jīng)過一塊塔板 ， 上升蒸汽中易揮發(fā)組分和下降液相中難揮發(fā)組分分別同時得到一次提濃 ， 因此 ，經(jīng)過的塔板數(shù)越多 ， 提濃程度越高 。 概括來說 ， 每一塊塔板是一個混合分離器 ， 進(jìn)入塔板的氣流和液流之間同時發(fā)生傳質(zhì)和傳熱過程 ， 結(jié)果是兩相各自得到提濃 。 全凝器