为精馏段；在精馏段中，气液相浓度均高于原料组成，且随着顶部回流液体对上升蒸汽的不断部分冷凝，气相中的易挥发组分不断浓缩。将包括加料板在内的以下部分称为提馏段；在提馏段中，气液两相组成均低于原料组成，且随上升蒸汽对原料液的部分汽化，使其易挥发组分不断抽提出去。
思考：连续精馏塔的顶部为什么要有回流且回流必须用塔顶馏出液？ 回流是精馏操作得以连续稳定的保障。若塔顶无回流，则精馏段的塔板或填料层处于干燥状态，上升蒸汽得不到部分冷凝，因此塔顶得不到接近纯态的易挥发组成。至于有读者问为什么一定要用塔顶产品作为回流？能否用原料液作回流液？答案肯定是不行。因为根据二元溶液的气液相平衡关系可知，欲想从塔顶获得接近纯态的易挥发组分，则与之接触的液相组成也应接近纯态。若以原料液为回流液，则塔顶产品跟无回流操作时相同（此时的塔称为提馏塔），即塔顶气相组成充其量与原料液满足相平衡。
第三节 双组分连续精馏塔的物料衡算
知识点聚焦
二元精馏系统的物料衡算的内容——包括以下四个方面：①对全塔的物料衡算，以获得原料与塔顶和塔底产品流量间的定量关系，确定产品流量；②对精馏段的物料衡算，以获得精馏段内气、液两相流量间的定量关系，及其精馏段内任意截面上气、液两相组成间的函数关系（称为精馏段的操作关系）；③对提馏段的物料衡算，以获得提馏段内气、液两相流量间的定量关系，以及提馏段内任意截面上气、液两相组成间的函数关系（称为提馏段的操作关系）；④对加料板的物料衡算，以获得精、提馏段内气、液两相流量间的定量关系，以便进行设备的工艺设计及计算。
恒摩尔流动假定——由于不同塔板上的操作状况不同，所以气、液两相的部分冷凝及部分汽化量也不尽相同。为简化精馏计算，需引入塔内恒摩尔流动假定。包括：（1）恒摩尔气流假定；即假定精馏段内从各层塔板上升蒸汽的摩尔流量相等，提馏段内也是如此，但两区域中的气流流量不一定相等。（2）恒摩尔液流假定；即假定精馏段内从各层塔板下降液体的摩尔流量相等，提馏段内也是如此，但两区域中的液体流量不一定相等。
恒摩尔流假定的成立条件：①混合液中各组分的摩尔汽化潜热近似相等；②设备的保温性能良好，热量损失可忽略；③塔板上气、液相的显热变化可忽略。 计算公式浓缩
全塔物料衡算方程组：
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F=D+W F?xFD?Dx xW W式中：F、D、W分别为原料液、塔顶馏出液及塔底釜残液流量，kg/h或koml/h； xF、xD、xw分别为原料液、馏出液及釜残液中易挥发组分的质量分数或摩尔分数。 精馏段的物料衡算——操作线方程：
1、精馏段的总物料衡算式 V=L+D=D(1+R)
xRx+D 2、精馏段操作线方程 y=R+1R+1式中：V、L分别为精馏段内的气液两相流量，kmol/h；D为塔顶产品流量，kmol/h；R=L/D，称为操作回流比。
提馏段的物料衡算——提馏段的操作线方程： 1、提馏段的总物料衡算式 V/=L/-W
W?xL'x?'W 2、提馏段操作线方程 y?'L?WL?W式中：V/、L/分别为提馏段内的气液两相流量，kmol/h；W为塔底产品流量，kmol/h。
加料板的物料衡算式：
L'?L?qF V?V'?(1?q)F
式中q为进料热状态参数，又称液化分率。
进料热状态参数计算式：
将1kmol原料变为饱和蒸汽所需热量cp(ts?tF)?? q??料液在泡点温度下的千摩尔汽化潜热?式中：tF、ts分别为原料液的进料温度和泡点温度，℃；cp??xi?cpi，为原料液的比热容，kJ/kmol?℃（其中xi为原料液中i组分的摩尔分数，cpi为纯i组分的比热容，kJ/kmol?℃）；???xi??i，为原料液在泡点温度下的汽化潜热，kJ/kmol（其中?i为纯i组分在温度ts时的汽化潜热，kJ/kmol）。
对生产中最常用的泡点进料过程，显然q＝1。 精、提馏段操作线交点轨迹方程：
xqy?x?F（q≠1） x＝xF（q＝1）
q?1q?1泡点进料状态（q?1）的物料衡算关系： V/?V?D (1?R) L/?L?F相关习题解答
6-4 在连续精馏塔中分离苯—苯乙烯混合液，原料液量为5000kg/h，其中苯含量为0.45。要求馏出液中含苯0.95，釜液中含苯不超过0.06（以上均为质量分数）。试求：馏出液量及塔釜产品量各为多少（以摩尔流量表示）？（27.74kmol/h，27.55 kmol/h）
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【解】根据题意有
5000=D+W 5000×0.45=0.95D+0.06W
联解得：
2191?0.952191?0.05??27.74kmol/h
781042809?0.062809?0.94??27.55kmol/h 塔釜产品量 W=2809 kg/h=
78104馏出液量 D =2191 kg/h=
6-5 用连续精馏塔将流量为15000kg/h、含苯为40%的苯－甲苯混合液进行分离。要求馏出液中的含苯量不低于97%，釜残液中含苯量不高于2%（以上均为质量百分数）。试求馏出液和釜残液的流量及组成（以摩尔流量及摩尔分率表示）。（76.58kmol/h，98.18kmol/h，0.9744，0.0235）
【解】（1）根据题意有
15000=D+W 15000×0.4=0.97D+0.02W
联解得：
6000?0.976000?0.03??76.58kmol/h 馏出液流量 D =6000kg/h=
78929000?0.029000?0.98??98.18kmol/h 釜残液流量 W=9000kg/h=
7892（2）馏出液中苯的摩尔分率为：
0.97/78/??0.974 xD 40.97/?780.03/92釜残液中苯的摩尔分率为：
0.02/78/xW??0.0235
0.02/78?0.98/926-6 现用一常压精馏塔分离甲醇—水液体混合物，以获得纯度不低于98.49%的甲醇。已知原料中甲醇含量为69%，要求塔釜残液中甲醇含量不大于1%（以上均为质量百分数）。试计算塔顶、塔釜的采出率（即D/F、W/F）。（69.75%，30.25%）
【解】根据题意
Dx?xW69?1塔顶采出率为：?F??100%?69.75%
FxD?xW98.49?1WxD?xF98.49?69塔釜采出率为：???100%?30.25%
FxD?xW98.49?16-7 对题6-5所述溶液进行操作时，若进料为饱和液体，所采用的回流比为3.5。试求精、提馏段操作线方程式。（y?0.78x?0.22，y?1.285x?0.0067）
【解】根据题意，精馏段操作线方程为： xR3.50.9744y?x?D?x??0.78x?0.22
R?1R?13.5?13.5?1
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L得 L=3.5×76.58=268kmol/h D1500?00.41?50000.6??174.7k5mol /h由题6-5条件 F?7892由R?由于进料为饱和液体，q＝1。故
L/?L?F=268+174.75=442.75kmol/h
提馏段操作线方程为：
WxWL'442.7598.18?0.0235y?x??x??1.285x?0.0067
L'?WL'?W442.75?98.18442.75?98.186-8 某连续精馏塔的操作线方程如下：
精馏段：y=0.75x+0.205 提馏段：y=1.25x－0.020
试求泡点进料时，原料液、馏出液、釜液组成及回流比。（0.37，0.82，0.08，3）
【解】根据题意 由精馏段方程 y?xRx?D?0.75x?0.205 R?1R?1R?0.75 解得 R=3 R?1xD?0.205 解得 xD=0.82 3?1因进料为饱和液体，故两操作线交点的横坐标x=xF。即
0.75xF?0.205?1.25xF?0.02 解得 xF?0.37
因提馏段方程在对角线方程上的必经点其坐标为（xW，xW）。故有：
xW?1.25xW?0.020 解得：xW?0.08
6-9 用某连续精馏塔处理苯—氯仿混合液，要求馏出液中含有96%（摩尔百分数，下同）的苯。进料量为75 kmol/h、进料液中含苯45%，残液中苯含量10%，回流比为3，泡点进料。求：（1）塔顶的回流液量及塔釜上升蒸汽的摩尔流量；（2）写出精馏段、提馏段操作线方程。（91.56kmol/h、122.08 kmol/h，y?0.75x?0.24、
y?1.36x?0.036）
【解】(1)根据题意有
75 =D+W 75×0.45=0.96D+0.10W
解得：
馏出液流量 D =30.52 kmol/h 釜残液流量 W=44.48 kmol/h 回流液量 L=RD＝91.56 kmol/h
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因采用泡点进料，故
塔釜上升蒸汽量 V/?V?D=D+L=30.52+91.56=122.08 kmol/h (1?R)(2)精馏段操作线方程为：
xR30.96y?x?D?x??0.75x?0.24
R?1R?13?13?1由于泡点进料，故
L/?L?F=91.56+75=166.56kmol/h
提馏段操作线方程为：
WxWL'166.5644.48?0.10y?x??x??1.36x?0.036
L'?WL'?W166.56?44.48166.56?44.48
第四节 连续精馏装置的热量衡算与节能
知识点聚焦
连续精馏塔的热量衡算——衡算目的：为确定连续精馏塔的配套设施（如再沸器和塔顶冷凝器等的规格型号），以及塔釜加热剂和塔顶冷凝剂的消耗量，从而便于核算操作成本、指导操作。具体包括：冷凝器的热负荷与冷凝水用量计算、再沸器的热负荷与加热蒸汽消耗量计算。根据计算结果，借助传热学知识即可进行换热器的选型设计。
灵敏板的概念——灵敏板是指温度变化较为显著的塔板。对高纯度分离过程，灵敏板通常在加料板附近。精馏塔全塔的温度随浓度的变化自下而上逐渐下降，塔釜温度接近釜液的泡点温度，而塔顶温度则接近顶部蒸汽的露点温度。据此，便可以通过监控温度来监控产品的质量。但只有灵敏板的温度变化最明显，所以监控灵敏板的温度变化可更有效地监控操作的状态，及早发现事故。
精馏过程的节能措施——可以根据具体情况采用以下几种措施：（1）利用生产系统的废热作加热剂；（2）利用热泵回收余热；（3）设置中间再沸器或中间冷凝器以降低能耗；（4）采用多效精馏等方法来达到降低能耗的目的；（5）优化工艺，合理选择流程。 计算公式浓缩
全凝器的热负荷与冷却水用量计算式：
当若全凝器排出的凝液为塔顶蒸汽露点温度下的溶液、冷凝介质在过程中未发生相变时
全凝器热负荷 Q全凝=Vg=qt （kJ/h） m,CCp(c2t-)1
V×g 冷却水消耗量 qm,C= （kg/h）
Cpc(t2-t1)式中：V为精馏段的气相流量，kg/h；?为塔顶蒸汽在露点温度下的冷凝潜
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