【化工原理 课件】第一章 精馏第七次课

1 再沸器热流量QB 1 4 10精馏过程的热量工艺 QB 全塔进行热量衡算 冷凝器的热流量QC 2 1 4 11精馏过程的节能精馏过程是一个能耗高 能量利用率低的过程降低生产过程中的能耗是降低产品生产成本提高竞争能力的关键之一 节能的措施 1 回流比优化 3 2 适宜进料位置 3 进料热状况 在适宜进料位置条件下操作 可以避免本来提纯的物流与浓度不同的进料混合 即返混合 使塔具有更高的分离能力 可在完成相同的分离任务时 回流比最小 能耗最低 在双组分精馏中 则选择跨过两操作线交点的板为最佳进料板 R不变时 精馏段不变 冷凝器热负荷不变 进料温度升高 q减小 再沸器热负荷下降 4 提高操作压力 相对挥发度减小 对分离不利 降低操作压力 可提高相对挥发度 有利于分离 制冷能耗上升操作压力选择对于采用高品冷剂的塔更为重要 这些冷剂低于常温 需要通过制冷获得 故其成本较高 若能适当提高压力 使塔顶温度升至40 以上 采用冷却水代替冷剂 则可使能耗下降 蒸汽的露点曲线 4操作压力 5 第八节特殊蒸馏 一些特殊混合物 如恒沸物 沸点相差很小的混合物 需要采用特殊的精馏过程 如恒沸精馏和萃取精馏 对于多种物质混合在一起的多组分均相混合物 其分离过程则需要采用多组分精馏分离的方法 6 恒沸蒸馏及萃取精馏 有两类混合物在精馏过程中无法对组分进行分离或能分离但分离十分困难 另一类混合物是相对挥发度极小 要分离它 需要高的回流比及高的热交换量 而且需要许多塔板 如乙醇 水混合物 当达到96 质量分率时 即达到恒沸点 此时精馏不再发生增浓作用 在xy曲线上平衡线与对角线相交 现在已发现有大量恒沸混合物 7 1 8 1恒沸精馏 加入的物质与混合物中一个或一个以上的组分形成恒沸混合物 恒沸精馏可用于分离具有最低或最高恒沸点的溶液 也用于分离挥发度相近的物系 恒沸精馏的流程取决于第三组分与原组分所形成新恒沸液的性质 8 Yung约在1902年发现将苯加入乙醇 水混合物中形成三组分恒沸混合物 其摩尔组成为苯53 9 乙醇22 8 水23 3 恒沸点为64 85oC 而原双组分恒沸物的沸点为78oC 乙醇的摩尔含量为89 这种方法大大改变了恒沸点 分离的流程见左图 9 在精馏该恒沸物时 第一塔塔顶为三元恒沸物 塔底为几乎纯的乙醇 三元恒沸物被冷凝 并在分离器中分为两个液相 富苯相作回流液 富水 乙醇相再用两个塔分离 一个用于回收苯 另一个用于除水 10 恒沸精馏对加入第三组分的要求 1 能与被分离组分形成新的恒沸物 其恒沸点要比纯组分的沸点低 2 新恒沸物中第三组分的含量越少越好 3 新恒沸物最好是非均相混合物 以便于分层分离 4 无毒 热稳定性好 11 1 8 2萃取精馏 萃取精馏用于分离相对挥发度很小的混合物 如甲基环己烷和正庚烷 相对挥发度只有1 08 与恒沸精馏相似 加入第三组分以改变原有组分之间的相对挥发度 不同的是 要求第三组分的沸点较原混合物中任一组分沸点要高得多 而且不与原组分形成恒沸物 12 当在苯 环己烷溶液中加入第三组分糠醛后 其相对挥发度改变 不同的加入量 溶液相对挥发度的改变值见下表 表明 第三组分加入量的多少对相对挥发度影响很大 13 萃取精馏对加入第三组分的要求 1 选择性高 加入萃取剂后各组分相对挥发度发生显著变化 2 挥发性小 不和原组分形成恒沸物 3 来源方便 价格便宜 4 无毒 热稳定性好 14 1 在连续精馏塔中 分离某二元理想溶液 进料为汽 液混合物进料 进料中气相组成为0 428 液相组成为0 272 进料平均组成xf 0 35 假定进料中汽 液相达到平衡 要求塔顶组成为0 93 以上均为摩尔分率 料液中易挥发组分的96 进入馏出液中 取回流比为最小回流比的1 242倍 试计算 1 塔底产品组成 2 写出精馏段方程 3 写出提馏段方程 15 解题思路 16 解题过程 17 18 19 20 21 常压下用连续精馏塔分离含苯44 的苯一甲苯混合物 进料为泡点液体 进料流率取100kmol h为计算基准 要求馏出液中含苯不小于94 釜液中含苯不大于8 以上均为摩尔百分率 设该物系为理想溶液 相对挥发度为2 47 塔顶设全凝器 泡点回流 选用的回流比为3 试计算精馏塔两端产品的流率及所需的理论塔板数 由全塔物料衡算 F W DFxf WxW DxD将已知值代入 可解得D 41 86kmol h W 58 14kmol h精馏段操作方程为提馏段操作方程为泡点液体进料时q 1 故提馏段操作方程为 22 相平衡方程为对于泡点进料 xq xF 0 4设由塔顶开始计算 第1块板上升汽组成y1 xD 0 94x1由相平衡方程求得y2由精馏操作线方程求得如此逐级往下计算 可得NT 9 包釜 X2 0 7532 相平衡方程 23 精馏塔具有一块实际板 原料预热至泡点 由塔顶连续加入 原料组成xf 0 2 摩尔分率 下同 塔顶易挥发组分回收率为80 且塔顶组成xD 0 28 系统的平均相对挥发度 2 5 假定塔内汽 液摩尔流率恒定 塔釜可视为一块理论板 试求该实际板的板效率 24 25 26 此题复习率平衡线方程 回收率的概念 全塔物料衡算 板效率的计算等本题的难点 如何求x1和y1 x1可以通过对第一板进行物料衡算求得 Fx0 Dy2 Dy1 Fx1也通过对第二板 加热釜 进行物料衡算求 Fx1 Dy2 WxW 27 某混合物在一常压连续精馏塔进行分离 进料中轻组分A含量为0 4 mol分率 下同 流量为100Kmol h 要求塔顶馏出液中含A0 9 A的回收率不低于0 9 泡点进料 取回流比为最小回流比的1 5倍 塔釜间接蒸汽加热 且知系统的相对挥发度为 2 5 试求塔顶产品量D 塔底产品量W及组成XW最小回流比精馏段和提馏段操作线方程操作时 若第一块板下降的液体中含苯0 8 求该板的汽相默弗里板效率Emv 28 解 xf 0 4 F 100kmol h xD 0 9 0 9 R 1 5Rmin 2 5 q 11 DXD Fxf D 0 9 100 0 4 0 9D 40kmol hW F D 100 40 60kmol hXW Fxf DXD W 100 0 4 40 0 9 60 0 06672 Rmin 1 Rmin XD yq XD Xq q 1Xq Xf 0 4yq yq 1 1 xq 0 625Rmin 1 222R 1 5 1 222 1 833 29 3 精馏操作线y R 1 R XD 1 R 1 833x 2 833 0 6470 x 0 3177提馏线操作线y L x V Wxw V v 1 R D 2 833X40 113 32Kmol hL RD 73 32Kmol hL L qF 73 32 100 173 32Kmol hV V 113 32Kmol hy 1 5293x 0 03534 Emv1 y1 y2 y 1 y2 y1 xD 0 09y 1 x1 1 1 x1 2 5x0 8 1 1 5x0 8 0 9091y2 0 6470 x1 0 3177 0 8353Emv1 87 64 30 1 精馏操作的分离依据为 精馏与蒸镏的区别在于 2 设计求取精馏理论板时 以过两操作线交点的那块板作为最佳加料板位置时 所需理论板数最少 其原因是 3 精馏塔操作时 若操作从最佳位置上移二块 则XD Xw 不确定 4 精馏塔设计时 若F xF xD xW V 均为定值 现将进料热状态从q 1变为q 1 则所需理论板数将 5 恒沸精馏与萃取精馏主要针对和的物系 采用加入第三组分的办法 以改变原物系的 填空题 31 6 在全回流下 进入第四块理论板 板序由塔顶往下数 的液相组成为0 72 mol分率 下同 则流出第四块理论板的液相组成为 进入第四块理论板的汽相组成为 该物系 2 7 精馏塔塔顶理论板上离开的汽相露点温度为t4 离开的液相泡点温度为t3 塔底某理论板上汽相露点温度为t2 汽相泡点温度为t1 存在以下关系 A t4 t3 t2 t1B t4 t3 t2 t1C t4 t3 t2 t1D t4 t3 t2 t1E t4 t3 t2 t18 某两元混合物的理想物系用精馏分离 进料为100Kmol h Xf 0 6 要求塔顶产品浓度不小于0 9 以上均为mol分率 则即使该塔有足够的分离能力 塔顶最大产品量为 A 60Kmol hB 66 7Kmol hC 90Kmol hD 不确定 9 连续精镏塔设计时 如果将泡点回流改为冷液回流 其它设计条件不变 则所需理论塔板数将 A 多B 小C 不变D 无法定 32 填空题参考答案1 相对挥发度 不同 回流 2 返混最小 效率最高 3 XD Xw 4 Ne 5 恒沸物体系和相对挥发度 较小的物系 相对挥发度