第五章-蒸馏与精馏.ppt

第五章蒸馏与精馏,通过本章学习，应掌握两组分理想物系的气液平衡关系；精馏的原理与流程；两组分连续精馏的基本计算方法。了解间歇精馏与特殊精馏过程。掌握板式塔的结构、塔板类型、以及填料塔的结构等。,学习目的与要求,5.1蒸馏操作在化工生产中的应用,5.1.1蒸馏的原理及其应用,5.1.1.1蒸馏的概念,蒸馏是分离均相液体混合物的一种方法。利用液体混合物中各组分挥发度的不同实现各组分分离的单元操作,一、蒸馏过程的原理,蒸馏操作原理,液体混合物,多次部分汽化、多次部分冷凝,各组分挥发度不同,易挥发组分,液相,难挥发组分,相际间的质量传递,易挥发组分,最终气相,气相,液相,液相,气相,气相,最终液相,难挥发组分,液体混合物分离,二、蒸馏过程的应用,混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等。,气体混合物分离,空气液化蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。,固体混合物分离,固体脂肪酸加热融化后用蒸馏方法分离。,加压液化,加热熔化,三、蒸馏分离的特点,通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品,蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离,蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题,蒸馏分离具有以下特点,适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物,按蒸馏操作方式分类,蒸馏,按蒸馏操作流程分类,四、蒸馏过程的分类,简单蒸馏,平衡蒸馏,精馏,特殊精馏,蒸馏,间歇蒸馏,连续蒸馏,按物系中组分数目分类,蒸馏,两组分蒸馏,多组分蒸馏,按操作压力分类,蒸馏,常压蒸馏,加压蒸馏,减压蒸馏,本章主要内容：常压双组分连续精馏的原理,5.2.1平衡蒸馏,5.2蒸馏方式,5.2.2简单蒸馏,小结平衡蒸馏和简单蒸馏是工业上最简单的蒸馏方式，它们的原理是混合液的一次部分气化，因此分离效果非常有限，只能用于分离程度要求不高的物系或物系的初步分离。平衡蒸馏与简单蒸馏属于平衡过程。其计算途径是联立求解物料衡算、热量衡算和相平衡方程。由于简单蒸馏为非稳态过程，所以计算中要采用微积分方法。,5.2.3精馏,原理:,工业上实现高纯度分离最常采用的方法是精馏，精馏原理可概括为：分离依据(组分挥发度差异)、工程手段(回流液、气相回流)、多次、同时部分气化和部分冷凝实现高纯度分离。,多次部分汽化和部分冷凝的t-x-y图,A,B,精馏塔模型,塔板上的操作情况,一、连续精馏操作流程,化工生产以连续精馏为主。操作时，原料液连续地加入精馏塔内，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。,5.2.3.2精馏操作流程,连续精馏装置示意图,精馏段,提馏段,1精馏塔,2再沸器,3冷凝器,二、间歇精馏操作流程,与连续精馏不同之处是：原料液一次加入精馏釜中，因而间歇精馏塔只有精馏段而无提馏段。在精馏过程中，精馏釜的釜液组成不断变化，在塔底上升蒸气量和塔顶回流液量恒定的条件下，馏出液的组成也逐渐降低。当釜液达到规定组成后，精馏操作即被停止。,间歇精馏装置示意图,1精馏塔,2再沸器,3冷凝器,4观察罩,5储槽,1全塔物料衡算,5.2.3.3两组分连续精馏的计算,总物料易挥发组分塔顶易挥发组分回收率塔底难挥发组分回收率,例1：每小时将15000kg含苯40（质量，下同）和甲苯60的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。试求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。解：,5.3精馏设备,5.3.1塔式板的结构和类型,1逐级接触式气液传质设备2液相为连续相，气相为分散相3错流塔板：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔4逆流塔板：筛板塔、栅缝板、波纹板,1泡罩塔板结构：升气管，泡罩优点：不易漏液，操作弹性高，不易堵塞，适于处理各种物料缺点：结构复杂，造价高；板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大；雾沫夹带严重，生产能力及板效率均较低,塔板类型,2筛板塔结构：筛孔，直径38mm，正三角形排列；溢流堰优点：结构简单，造价低；气体压降小，液面落差小；生产能力大，板效率高,3浮阀塔板结构：浮阀，F1、V-4、T型优点：生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压降小及液面落差小，造价低缺点：易堵，不易处理易结焦或粘度大的物料,4喷射型塔板（1）舌形塔板,（2）斜孔塔板,1塔板上气液两相的接触状态鼓泡状，蜂窝状，泡沫状，喷射状2塔板压降干板阻力，液层静压强阻力，表面张力阻力3液泛定义：塔板上的液体不能正常流下，产生积液，也叫淹塔原因：气体或液体流量过大，气速过高，塔板间距过小种类：降液管液泛，雾沫夹带液泛结果：塔板压降升高，不能正常操作,板式塔的流体力学性能,4雾沫夹带定义：上升气流将板上液体带入上一层塔板的现象结果：造成液相反混，降低板效率规定：雾沫夹带量不超过10或ev0.1kg(液)/kg(气)5漏液原因：气速太小，板面液面落差大规定：小于液体流量的106液面落差原因：流动阻力，与结构、塔径、液体流量有关大小：泡罩塔，浮阀塔，筛板塔,1结构,5.3.2填料塔的结构与特点,2特点结构简单，生产能力大分离效率高，持液量小操作弹性大，压降低可处理腐蚀性物料特别适用于真空精馏造价高不易处理含有悬浮物的原料，易聚合的物料不适宜有侧线出料的场合,1填料特性（1）比表面积（2）空隙率（3）填料因子/3干填料因子，湿填料因子选择填料的原则比表面积要大，空隙率要大，润湿性能要好，质量轻，造价低，足够的力学强度,填料,2填料类型1）分类（1）按结构实体填料：环形、鞍形、栅板、波纹板网体填料：鞍形网、网、波纹网（2）按装填方法乱堆填料整砌填料2）散装填料3）规整填料,拉西环，鲍尔环，阶梯环，弧鞍，矩鞍，波纹板及网,填料,4）填料材料陶瓷，金属，塑料5）填料因子与填料的类型、尺寸、材质、装填方式有关与气、液物性，操作条件有关3填料的选择种类、规格、材质分离要求，物料性质，填料性质,1填料支撑装置作用：支承填料及塔内持液质量要求：机械强度，自由截面大于填料层的自由截面种类：栅板式，升气管式,填料塔附件,2液体分布装置作用：使液体均匀分布种类：莲蓬式，盘式，齿槽式，多孔环管式等,3液体再分布