化工原理讲义二.doc

化工过程 化学与物理方法处理过程的总和。 单元操作 无化学反应的基本物理过程。 流体输送：流体通过管道的阻力损失，输送设备 过滤：液固混合物的分离 沉降：液固或气固混合物的分离（重力、离心） 搅拌：液液或液固体系的混合 颗粒流态化：强化气（液）固两相间的接触 气力输送：固体微粒的管道输送 加热冷却：增加或降低特定物质的温度 蒸发：对含有固体溶质的溶液进行浓缩制取固体产品 蒸馏：液体混合物的分离（组分挥发度的差异） 吸收：气体混合物的分离（组分在吸收液中的溶解度） 吸附：气体混合物的分离（组分在固体表面的吸附能力） 萃取：从液体混合物中分离有用组分（湿法冶金） 干燥：从固体产品中去除湿分 结晶：从液体混合物中得到纯的固体产品三传一反 三传 1. 流体流动过程 (动量传递) 2. 传热过程 (热量传递) 3. 传质过程 (质量传递) 一反 反应器原理精馏理想溶液各组分分子间的作用力相等的溶液。性质相近，组成相近的物质组成的溶液可视为理想溶液如：乙醇-甲醇 苯-甲苯拉乌尔定律：在一定温度下汽液达到平衡时溶液上方某组分的蒸汽分压等于该组分在该温度下的饱和蒸汽压乘以它在溶液中的摩尔分率。挥发度 相对挥发度物料恒算：F、D、W分别为原料液、气相、液相产品流量kmol/S XF 、y、x分别为原料液、气相、液相产品组成；摩尔分率。总物料：F=D+W 易挥发份：液化分率： 汽化分率：1-q汽液平衡时的组成关系：对理想溶液：操作线与进料状况的关系 提馏段操作线和进料线均与q有关，而q随进料状况的变化而变化。原料液进塔不外以下五种情况，但重要酌是要掌握饱和液体进料，生产中这种情况最多。(1)沸点下的饱和液体进料；亦称泡点进料。因为料温与进料扳上液体温度接近，不会在进料板上造成气化或冷凝，且进料中气相量甚微，可以忽略不计，故q 1即精馏段与提馏段上升的气量相等，进料全部汇入回流液到提馏段。 (2)饱和蒸气进料：料温与进料板温度亦接近，不会发生冷凝，且进料中液相量甚微可以忽略不计，所以q0即原料液进塔后全部与上升蒸气汇合而进入精馏段，精馏段与提馏段下降液量相等。 (3)低于沸点的冷液进料：由于料温低于进料板温度，必然要先吸收部分热量才能使液体加热到板上的沸腾温度。这样，势必冷凝一部分上升蒸气，使进料板下降液量的增加量超过进料量，故q1。(4)过热蒸气进料：由于进料温度高于沸点，与提溜段上升的蒸气汇合后还要将精馏段回流液气化一部分，而自身冷至饱和温度。这样的气相料加入后，进料板下降的液相量不但没有增加，反而减少。q0 (5)气液混合进料：这时因温度与进料板上的温度接近，但气相量与液相量均不可忽视，可想而知0ql。精馏：利用混合液中各组分挥发度的不同，在塔中同时、多次进行部分汽化和部分冷凝使其分离成几乎纯态组分的过程。最适宜回流比的确定 回流比影响理论塔板数，全回流时理论塔板数最少，但无产品；最小回流比时，理论塔板数要无限大，因此二者都不可能为生产实际所采用。实际回流比应介于全回流与最小回流比之间。 最适宜回流比一般是根据经济衡算来确定的。完成一定量的分离任务所花费的操作费用及设备折旧费的总和与回流比有密切的关系。设备费与回流比的关系是：当回流比最小时，需要无限多的塔板，故设备费用为无限大。但回流比稍加大，塔板数即为有限数，设备费用陡降。再加大回流比时，设备费用降低趋势较为平缓，最后达最低点。回流比再提高时，理论板数固然仍可减少，但减少缓慢。而且，由于塔径加大、冷凝器加大和釜加热器加大所增加的费用逐渐超过了理论塔板数减少所节省的费用，使设备总费用又回升。操作费用与回流比基本上成直线关系，因为随着回流比的加大，耗费的蒸汽及冷却水量相应上升(曲线2)。曲线1与曲线2迭加得曲线3，曲线3最低点对应的回流比便是最适宜回流比。 设计时，根据经验一般取最小回流比的1.21.5倍为最适宜回流比，对于一些难分离的混合液可取45倍。精馏塔的操作1 操作压力的控制塔的操作压力取决于被蒸馏液的性质，设计选定压力后，操作中应保持基本稳定，过大的变动会影响气液平衡，破坏精馏塔的操作。塔顶冷凝器冷却剂的流量与温度、回流量对塔顶压力有影响，冷却水量和回流量的增大或温度降低会导致塔顶压力路低。系统压力、塔釜和塔顶的压差往往反映出塔的工作状况，当系统压力明显增加时，一般可能是冷却剂中断。若塔釜压力明显增大，很可能是塔板堵塞。压差过大，有的塔板会冲翻，严重影响精馏效果。因此，发现压力不正常时必须及时查清原因进行处理。2 操作温度的控制 在压力确定之后，平衡温度是一定的，但因塔内易挥发组分自下而上增浓，故平衡温度自下而上逐板下降。塔顶与塔釜产品纯度超高，其温度则越接近纯组分在操作压力下的饱和温度。塔顶温度影响塔顶产品的产量和纯度，虽然温度升高时产量会有所增加，但难挥发组分增加，产品纯度下降。塔釜温度升高时，易挥发组分的收率可以提高，难挥发组分的纯度提高，但也可能导致塔顶产品纯度下降。相反，塔釜温度降低则降低了易挥发组分的收率和难挥发组分的纯度。影响精馏塔温度的因素很多，第一是塔釜再沸器的传热效果的影响。第二是进料量与进料温度及进料组成的影响。第三是回流液的温度和回流量的影响，这是由冷凝器传热的好坏、冷却剂流量与温度、回流泵的工作状况等原因引起的。3 操作回流比的调节 前面已经分析过操作回流比对理论塔板数的影响，而在既定的塔中操作时，回流比明显影响分离效果和经济性。回流比越大，分离越彻底，塔顶产品纯度越高但能耗相应增加，设备生产能力降低。反之回流比减小时，能耗小，但分离效果下降。根据产品的质量要求，操作中要适当调节回流比。当塔顶产品中难挥发组分升高时可增大回流比，但回流比不能过分加大，过大的回流比既不经济又可能造成液泛。 对于连续精馏塔，操作回流比一般是比较稳定的。但对于间歇精馏，由于料液是一次加入，随着精馏的进行难挥发组分越来越多，如果纯度要求较高，为保证塔顶产品的质量，回流比则要逐渐加大。 当进料组成发生变化时，为保证产品质量，回流比也应适当调整。如果进料中易挥发组分的浓度降低，回流比则要增大，易挥发组分升高回流比则可以降低。 当进料温度降低时，回流比可减少，但加大了再沸器的负荷。 调节回流比时，如采出不变，则必然要改变冷凝量，即增减冷却剂的流量。对于内回流塔，在增减冷却剂流量的同时，回流比也就随之调节了。对外回流塔则需要调节采出量和回流量。 压力、温度、回流比这三者中，压力、温度可调节的幅度较小，回流比可调节的幅度较大!它们之间互相制约。4 塔系平衡的建立 连续精馏塔开车时，首先是要迅速建立起全塔的平衡，塔顶塔釜组成不变时才可连续采出。为尽快达到平衡，