第六章 蒸馏
本章学习要求
1、掌握的内容
（1）双组分理想物系的气液平衡，拉乌尔定律、泡点方程、露点方程、气液相平衡图、挥发度与相对挥发度定义及应用、相平衡方程及应用；
（2）精馏分离的过程原理及分析；
（3）精馏塔物料衡算、操作线方程及q线方程的物理意义、图示及应用； 2、熟悉的内容
（1）平衡蒸馏和简单蒸馏的特点； （2）精馏装置的热量衡算；
（3）理论板数捷算法(Fenske方程和Gilliand关联图)；
（4）非常规二元连续精馏塔计算(直接蒸汽加热、多股进料、侧线采出、塔釜进料、塔顶采用分凝器，提馏塔等)。
3、了解的内容
（1）非理想物系气液平衡； （2）间歇精馏特点及应用；
（3）恒沸精馏、萃取精馏特点及应用。
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第六章 蒸馏
1．正庚烷和正辛烷在110℃时的饱和蒸气压分别为140kPa和64.5kPa。试计算混合液由正庚烷0.4和正辛烷0.6（均为摩尔分数）组成时，在110℃下各组分的平衡分压、系统总压及平衡蒸气组成。（此溶液为理想溶液） 解：
PA?PAPB?PBOO?xA?140?0.4?56kPa?xB?64.5?0.6?38.7kPaP?PA?PB?56?38.7?94.7kPayA?PAP?5694.7?0.591
yB?1?yA?1?0.591?0.409
2．在一连续精馏塔中分离苯－氯仿混合液，要求馏出液中轻组分含量为0.96（摩尔分数，下同）的苯。进料量为75kmol/h，进料中苯含量为0.45，残液中苯含量为0.1，回流比为3.0，泡点进料。试求：（1）从冷凝器回流至塔顶的回流液量和自塔釜上升的蒸气摩尔流量；（2）写出精馏段、提馏段操作线方程。 解：物料衡算：
F?D?WFxF?DxD?Wx
W则：
75?D?W75?0.45?D?0.96?W?0.1?F(xF?xW)xD?xW?75?(0.45?0.1)0.96?0.1
联立求解得：D?30.52kmol/h
W=F-D=75-30.52=44.48 kmol/h
（1）从冷凝器回流至塔顶的回流液量：L?R?D?3?30.52?91.56kmol/h
自塔釜上生蒸汽的摩尔流量：V??V?(R?1)D?(3?1)?30.52?122.1kmol/h
（2）精馏段操作线方程：
yn?1?RR?1xn?xDR?1?33?1xn?0.963?1?0.75xn?0.24
（3）提馏段操作线方程：
提馏段下降液体组成：L??L?F?91.56?75?166.56
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ym?1?L'V'xm?WV'xw?166.56122.1xm?44.48?0.1122.1?1.36xm?0.0364
3．某连续精馏塔，泡点进料，已知操作线方程如下： 精馏段：y=0.8x+0.172 提馏段：y=1.3x-0.018
试求：原料液、馏出液、釜液组成及回流比。 解：精馏段操作线的斜率为：
RR?1?0.8?R?4
由精馏段操作线的截距：
xDR?1?0.172?塔顶馏出液组成xD?0.86
提馏段操作线在对角线上的坐标为（xw, xw），则
yW?x?xW?xW?1.3xW?0.018 ?xW?0.06由于泡点进料，q线为垂直线。精馏段与提馏段操作线交点的横坐标为xF：
y?0.8xF?0.172 y?1.3xF?0.018 ?xF?0.38
4．采用常压精馏塔分离某理想混合液。进料中含轻组分0.815（摩尔分数，下同），饱和液体进料，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸气加热。要求塔顶产品含轻组分0.95，塔釜产品含轻组分0.05，此物系的相对挥发度为2.0，回流比为4.0。试用：（1）逐板计算法；（2）图解法分别求出所需的理论塔板数和加料板位置。 解：物料衡算：
F?D?WFxF?DxD?Wx
W则：
F?D?WF?0.815?D?0.95?W?0.05
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联立求解得：D?F(xF?xW)xD?xW?F?(0.815?0.05)0.95?0.05?0.85Fkmol/h
W=F-D=0.15F kmol/h
提馏段下降液体组成：L??L?F?RD?F?4?0.85F?F?4.4F
自塔釜上生成蒸汽的摩尔流量：V??V?(R?1)D?(4?1)?0.85F?4.25F 精馏段操作线方程：yn?1?提馏段操作线方程：ym?1?相平衡方程：
y?2.0x1?xRR?1L'V'xn?WV'xDR?1xw??44?1xn?xm?0.954?1?0.8xn?0.19
?1.04xm?0.0018
xm?4.4F4.25F0.15F?0.054.25F?x?y2?y
（1）逐板计算法 因为：y1=xD=0.95 由相平衡方程得：
x1?y12?y1?0.952?0.95?0.905
由精馏段操作线方程：y2?0.8x1?0.19?0.8?0.905?0.19?0.914
交替使用相平衡方程和精馏段操作线方程至x 各板上的汽液相组成 y x 1.01 0.95 0.905 2 0.914 0.841 3 0.863 0.759 4 0.788 0.650 5 0.674 0.508 6 0.527 0.357 7 0.370 0.227 8 0.234 0.133 9 0.136 0.073 10 0.074 0.039 第三块板为进料板，理论板数为10块。 （2）图解法 交替在相平衡方程和精馏段操作线方程之间作梯级，至x 0.20.8Y 0.60.40.00.00.20.40.60.81.0 4 X 习题4附图 5．用一连续操作的精馏塔分离丙烯-丙烷混合液，进料含丙烯0.8（摩尔分数，下同），常压操作，泡点进料，要使塔顶产品含丙烯0.95，塔釜产品含丙烷0.95，物系的相对挥发度为1.16，试计算：（1）最小回流比；（2）所需的最少理论塔板数。 解：(1) 泡点进料，q=1 则xq=xF=0.8 yq??xq1?(??1)xqxD?yqyq?xq??1.16?0.81?0.16?0.8?0.823 ?Rmin?0.95?0.8230.823?0.8?5.52 （2）全回流时的最小理论板数 lg[(Nmin?xD1?xD)(1?xWxW)]?1?lg[(0.95)(0.95)]?1?38.7 (不包括再沸器) lg?0.050.05lg1.16 6．精馏分离某理想混合液，已知：操作回流比为3.0，物系的相对挥发度为2.5，xD=0.96。测得精馏段第二块塔板下降液体的组成为0.45，第三块塔板下降液体组成为0.4（均为易挥发组分的摩尔分数）。求第三块塔板的气相单板效率。 解：精馏段操作线方程： yn?1?RR?1xn?xDR?1?3.03.0?1xn?0.963.0?1由精馏段操作线方程?0.75xn?0.24 已知x2=0.45， 得y3 y3?0.75?0.45?0.24?0.5775 同理：x3=0.4，可得y4=0.54 y3*由相平衡方程求解 y3*???x31?(??1)?x3?2.5?0.41?1.5?0.4?0.625 则第三块塔板的气相单板效率为： EMV?yn?yn?1yn*?yn?1?0.5775?0.540.625?0.54?0.441 7．用常压精馏塔分离苯和甲苯混合液。已知精馏塔每小时处理含苯0.44（摩尔分数，下同）的混合 5