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第四节 精馏原理和流程 一、概 述 精馏是是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。大致分类如下： 1、按混合物中的组分分类 二元组分的精馏 多元组分的精馏 2、按操作是否连续 连续精馏―适用于大批量生产； 间歇精馏―适用于小批量生产。 间歇操作方法有两种： a.回流比不变，馏出液浓度不断降低， b.馏出液浓度不变，不断加大回流比。 3、按操作压力分类 a、加压精馏 b、常压精馏 c、减压精馏 4、特殊精馏 精馏的种类虽然很多，但基本依据都一样：利用组分挥发度的不同。即沸点的差异来达到分离的目的。 恒沸精馏：加入的第三组分和溶液中某一组 分形成更低共沸物，从塔顶蒸出。 萃取精馏: 加入第三组分改变溶液组分间的 相对挥发度。 ◆平衡蒸馏及简单蒸馏只能使混合液得到部分分离。 ◆简单蒸馏操作是在一定压力下，将混合蒸气进行连续部分冷凝，蒸汽相的组成沿 t-x(y) 相图的露点线变化，结果可得到难挥发组分（重组分）含量很低而易挥发组分（轻组分）摩尔分数 y 很高的蒸气；对液体进行连续部分汽化，釜液组成沿 t-x(y) 相图的泡点线变化，其结果可得到易挥发组分（轻组分）很低而难挥发组分（重组分）摩尔分数x含量很高的釜液。 二、精馏原理 ◆精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作。 t/?C x(y) 0 1.0 露点线 泡点线 xA yA xf V-上升蒸汽的流量 L-塔内下降的液体流量 多次部分汽化和部分冷凝 x（y） 将气体混合物经多次部分冷凝，在气相中得到高纯度的易挥发组分； 将液体混合物经多次部分汽化，在液相中得到高纯度的难挥发组分； 精馏过程原理可用气液相图说明： ◆若将组成为xF、温度低于泡点的某混合液加热到泡点以上，使其部分汽化，并将气相和液相分开，则所得气相组成为y1，液相组成为x1，且y1＞xF＞x1，此时气液相流量可用杠杆规则确定。 ◆ 若将组成为y1的气相混合物进行部分冷凝，则可得到组成为y2的气相和组成为x2的液相；又若将组成为y2的气相部分冷凝，则可得到组成为y3的气相和组成为x3的液相，且y3＞y2＞y1，可见气体混合物经多次部分冷凝后，在气相中可获得高纯度的易挥发组分。 ◆再将组成为x2‘的液相进行部分汽化，可得到组成为x3 ’的液相和组成为y3‘（图中未标出）的气相，且x3’＞x2‘ ＞ x1’ ◆可见液体混合物经过多次部分汽化，在液相中可获得高纯度的难挥发组分。 ◆同时，若将组成为x1的液相经加热器加热，使其部分汽化，则可得到组成为x2‘的液相和组成为y2’（图中未标出）的气相. 精馏操作在直立圆形的精馏塔内进行。塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料，气-液两相传质可以是微分接触式或逐级接触式，传质设备对吸收和蒸馏过程通用。本章以逐级接触的板式塔为重点。 三、精馏塔的操作流程 精 馏 塔 模 型 塔板的作用 塔板提供了汽液分离的场所。 每一块塔板是一个混合分离器 足够多的板数可使各组分较完全分离 特点： 蒸 气 蒸 气 进料 塔底产品 塔顶产品 冷却水 液 体 水蒸气 冷凝水 连 续 精 馏 的 工 艺 流 程 精馏塔 全凝器 原料预热器 储槽 冷却器 回流液泵 再沸器 进料板 精馏段 提馏段 蒸 气 蒸 气 进料 塔底产品 塔顶产品 冷却水 液 体 水蒸气 冷凝水 连 续 精 馏 的 工 艺 流 程 精馏塔 全凝器 原料预热器 储槽 冷却器 回流液泵 再沸器 进料板 精馏段 提馏段 ◆原料液经预热后，送入精馏塔内。 ◆在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。 ◆在每层板上，回流液体与上升蒸气接触，进行热和质的传递过程。 ◆操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。 ◆塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液借助重力作用（也可用泵送）送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。 图为筛板塔中任意第n层板上的操作情况。进入第n板的气相浓度和温度分别为yn+1和tn+1，液相的浓度和温度分别为xn-1和tn-1，二者互不平衡, xn+1xn-1, tn+1tn-1 ---存在温度差和浓度差---传质和传热。其结果: 1) 气相部分冷凝，使其中难挥发组分转入到液相中； 2) 气相冷凝放出潜热传给液相，使其部分汽化, 其中的部分易挥发组分转入到气相，结果： xnxn-1，ynyn+1。(x、y易挥发组分在液相