化工原理第九章.ppt

9 5双组分精馏的设计型计算 9 5 1理论板数的计算 1 精馏设计型命题已知 原料的处理量 组成 规定分离要求 对塔顶 塔底产品的质量和数量 产率 提出一定的要求 也即某个有用产品的回收率 求 合适的操作条件如压力 进料状况 R 所需板数 进料位置等 2 q线方程 进料方程 图示 1 精馏段操作线 2 q线 3 提馏段操作线 意义 一定的进料状态下 操作回流比改变时 两操作线交点的轨迹方程 可见 q的值不影响精馏段操作线 但对提馏段操作线有影响 进料状态参数对操作线的影响 精馏段操作线方程 q线方程 提馏段操作线方程 进料状况的影响 影响到提馏段传质推动力 影响到再沸器的热负荷 说明 q 提馏段操作线斜率增大 提馏段操作线与进料量F无关 提馏段操作线方程经变换 与xD xW xF q R有关 注意q的两个特殊值 饱和液体进料 q 1饱和蒸汽进料 q 0 3 逐板计算法 作出精 提馏段操作线 q线 从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯 当梯级跨过点d时 就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯 直至梯级跨过点b为止 4 图解法 麦卡勃 蒂列 Mccabe Thiele 法 简称M T法 所画的总阶梯数就是全塔所需的理论塔板数 包含再沸器 跨过点d的那块板就是加料板 其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数 5 最佳进料位置的确定 非最佳进料与最佳进料的比较 进料口下移三块板 非最佳进料与最佳进料的比较 进料口上移一块板 进料位置对分离的影响 9 5 2回流比的选择 1 全回流与最少理论板数 L V 最小理论板数的确定 图解法 逐板计算法 a 图解法 在平衡线与对角线之间画梯级 直至xn xw为止 b 逐板计算法 计算思想 由xD始 依次反复应用平衡关系与操作关系 直至xn xw为止 平衡关系 对第n块板 n 第n块板A组分对B组分的相对挥发度 操作关系 逐板计算 当塔顶为全凝器时 板序号平衡关系操作关系 1 2 整理得 达到规定的分离要求时 对双组分 Fenske方程 结论 2 最小回流比Rmin 为完成某一分离要求 所需的理论塔板数为无穷多时的回流比称为最小回流比 图解法解析法 特殊平衡关系下的Rmin 3 回流比的影响和选择 适宜回流比 说明 R N 塔设备费 4 理论板数的捷算法 N Nmin均包括再沸器在内 9 5 3加料热状态的选择 q Q点右移 提馏段操作线与平衡线距离 提馏段各塔板分离能力 N 1 直接蒸汽加热流程 1 全塔物料衡算式形式不同 与间接蒸汽加热流程相比 9 5 4双组分精馏过程的其他类型 2 精 提 q线方程形式相同 2 多股加料流程 特点 1 精 提操作线方程不变2 两股进料之间的操作线方程可通过虚线范围内的物料衡算得到 从上到下 操作线斜率依次增大 思考 当多股进料时 如何确定最小回流比 多股进料的精馏操作线图示 3 侧线出料流程 4 回收塔流程 回收塔的理论板数计算过程 9 5 5平衡线为直线时理论板数的解析计算当双组分溶液在很低的含量范围内 气液平衡关系近似为一直线时 应用于高纯度分离过程所需理论板数的计算 9 6双组分精馏的操作型计算 9 6 1精馏过程的操作型计算 1 操作型计算的命题 2 精馏塔操作型问题的分析方法 定性分析方法 定量计算方法 需用试差法 例 一正在运行中的精馏塔 由于前段工序的原因 导致原料组成xF下降 试分析L V L D W xD xW如何变化 3 回流比增加对精馏结果的影响 4 进料组成变动的影响 9 6 2精馏塔的温度分布和灵敏板 1 精馏塔的温度分布溶液的泡点与总压及组成有关 精馏塔内各块塔板上物料的组成及总压并不相同 因而塔顶至于塔底形成某种温度分布 2 灵敏板仔细分析操作条件变动前后温度分别的变化 即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上 温度变化量最为显著 或者说 这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏 故将这些塔板称之为灵敏板 9 7其他精馏方式与多元精馏 一 水蒸汽蒸馏 原理 使沸点降低 适用范围 不相溶物系 其中一相为水 水蒸汽消耗量的计算 由于水蒸汽与液体接触时间有限 A的实际分压 一般用直接蒸汽时 由于接触时间较短 所带出的A的分压达不到饱和状态 思考 间歇精馏与简单蒸馏有何相同和不同之处 间歇精馏通常有恒回流比 恒馏出液组成这两种操作方式 二 间歇精馏 1 恒回流比操作 2 恒馏出液组成操作 在被分离的混合液中加入第三组分 以改变原混合物组分间的相对挥发度 从而用精馏将它们分离 三 特殊精馏 1 恒沸精馏 恒沸剂的选择原则 1 新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要有足够大的差别 一般要求大于10 2 希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物 而且夹带组分的量要尽可能高 这样夹带剂用量较少 能耗较低 3 最好能形成非均相恒沸物 以便于回收其中的夹带剂 如在环己烷 苯恒沸精馏中的萃取加精馏的办法 乙醇 水恒沸精馏中静置分层的办法 4 还应满足其它的工业要求 如具备热稳定性 无毒 不腐蚀 来源容易 价格低廉等 2 萃取精馏 萃取剂的选择原则 1 选择性高加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大 2 溶解度大能和任何浓度的原溶液互溶 以避免分层 否则难以充分发挥萃取精馏的作用 3 挥发性小其沸点比混合液的其它组分高得多 以保证塔顶产品的质量 也易与另一组分分离 但沸点也不能太高 否则会造成回收困难 4 具有稳定性 无毒 不腐蚀 来源容易 价格低廉等其它工业要求 多元精馏一 多元精馏的特点 将多个组分进行精馏分离的单元操作过程 对n个组分 一般需要n 1个精馏塔 塔序的排列原则 对热敏性物质 应优先分出 对纯度要求高的组分 应设计从塔顶采出或侧线采出 如有难分离的相邻组分 应置于最后 原因是