化工原理B精馏6.ppt

1、第六章蒸馏第六章分离第一节概述第二节双组分溶液的汽液平衡第三节蒸馏和精馏原理第四节双组分连续蒸馏塔的计算第五节间歇蒸馏第六节共沸蒸馏和萃取蒸馏第七节板式塔第一节概述介绍工作原理：一种富集气相中轻组分、富集液相中重组分并利用液体混合物中各组分的挥发度差并以热能为介质进行分离的方法。闪蒸罐、塔顶产品、yA、xA、加热器、进料液、塔底产品、Q、减压阀、简介、蒸馏操作示例：250万吨常减压装置用于石油炼制、简介、简单蒸馏或平衡蒸馏：精馏：当分离纯度很高时使用。特殊精馏：通过某种特殊手段进行的精馏，由于混合物中各组分的挥发差异很小，普通精馏很难分离。间歇精馏：主要用于小批量生产或一些有特殊要求的场合。连

2、续精馏：主要用于大规模工业生产。常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。减压蒸馏：当系统沸点较高或热敏物质不能承受高温时，在常压下进行加压蒸馏；在常压下蒸馏分离系统中的气体，并加压以提高混合物的沸点。多组分蒸馏：例如原油的分离。双组分蒸馏：如乙纯水系统。本章主要讨论在大气压下的双组分连续蒸馏。许多生产过程经常涉及相互液体混合物的分离，例如石油精炼产品的切割、有机合成产品的纯化、溶剂回收和废液排放前的处理。有许多分离方法，其中蒸馏或精馏是工业上最常用的一种。采用蒸馏操作，气液两相接触方式，连续接触(也称微分接触)气液两相浓度连续变化，如填料塔。分步接触气液两相接触传质逐步进行，两相组成逐步变化如板式塔。散堆

3、填料塑料鲍尔环填料，规整填料塑料丝网波纹填料，DJ塔板，新型塔板和填料，第二段双组分溶液的汽液平衡关系，理想溶液的拉乌尔汽液平衡定律，以及蒸馏分离系统由液相加热至沸腾而产生的汽相组成。相平衡关系是精馏过程分析的重要基础。液相是理想的溶液，汽相是理想的气体系统。理想解服从拉乌尔定律，理想气体服从理想气体定律或道尔顿分压定律。根据拉乌尔定律，双组分体系理想溶液上方的平衡蒸气压为：纯组分在poA和poB溶液温度下的饱和蒸气压。理想系统：理想溶液的拉乌尔汽液平衡定律，当溶液沸腾时，溶液上方的总压力应等于所有组分的压力之和，即泡点方程)，A和A，B和C是安东尼常数，可从相关手册中找到。poA和poB取决

4、于溶液的沸腾温度。上述公式表达了在一定总压力下液相组成与溶液泡点温度之间的关系。已知溶液的泡点可由上述公式计算；相反，溶液的泡点可以通过知道溶液的组成来计算。纯组分的饱和蒸气压与温度之间的关系用安托万方程表示：理想溶液的拉乌尔汽液平衡定律。当气相是理想气体时，上述公式是在一定总压下气相组成与温度的关系。这个温度也叫露点，上面的公式也叫露点方程。严格来说，没有完美的制度。由具有相似性质和结构的组分组成的溶液，如苯-甲苯、甲醇-乙醇，可视为理想的溶液；如果蒸汽压IF=C 2如果系统的温度和压力恒定，气液两相的组成将是恒定的；如果一相的压力和组成是恒定的，系统的温度和另一相的组成将被唯一地确定。两种

5、组分的汽液平衡关系可以用一个变量和另外两个自变量之间的函数关系来表示。相图、相平衡常数或相对挥发度是三种常用的汽液平衡关系。二元汽液两相，当自变量固定时，可以用二维坐标图来表示两相的平衡关系，称为相图。相图包括恒定压力下的温度-组成T-x(y)图、液相组成和气相组成x-y图以及恒定温度下的压力-组成p-x图。平衡图、平衡图、t-x (y)图和T-x(y)图表示在恒定总压p的条件下，气(液)相组成和温度之间的关系，在恒定总压p的条件下，具有xf组成的溶液被加热到溶液的泡点ta，第一个气泡的组成为yA。随着温度的升高，体系变为平衡的汽液两相，两相温度相同，组成分别为yA和xA。t/c，x (y)，

6、0，1.0，露点线，泡点线，露点，泡点，xA，yA，xf，气体，汽液平衡图，t-x (y)图，乙醇-水溶液体系的泡点线和露点线在m点重合，此时溶液的泡点低于两种纯组分的沸点，因为溶液有较大的正偏差，两种组分的蒸气压之和在m点出现最大值。m点称为恒沸点，具有这一特性的溶液称为最低恒沸点的溶液。在常压下，乙醇-水体系共沸物的摩尔分数为0.894，相应的温度为78.15(纯乙醇为78.3)。相反，硝酸-水溶液是一种负偏差较大的溶液。当硝酸的摩尔分数为0.383时，两种组分的蒸汽压之和最低，在T-x(y)图上相应地出现一个最大的恒定沸点(M点)，沸点为121.9。这种溶液被称为具有最高恒定沸点的溶液。

7、在恒沸点时，蒸气和液体的组成是相同的，因此在这种组成下混合溶液的分离不能用一般的蒸馏方法来实现。平衡图、x-y图和X-Y图表示在一定的总压力下液相组成和与之平衡的气相组成之间的关系。X-y图可以用T-x(y)图来表示，其中对角线(y=x)是参考线。在大多数解中，当两相平衡时，y总是大于x，平衡线在对角线之上。平衡线偏离对角线越远，分离解就越容易。在恒定沸点下，x-y线与对角线相交，此时汽液组成相等。相对挥发度，溶液中各组分的挥发度通过挥发度来衡量，挥发度定义为气相中各组分的平衡蒸气压与液相中的摩尔分数之比。对于双组分体系和纯组分液体，其挥发性等于该温度下液体的饱和蒸气压。溶液中两种组分的挥发度

8、之比称为相对挥发度，用下式表示。当操作压力不高且气相遵循道尔顿分压定律时，上述公式可改写为：大小可判断其是否可通过蒸馏分离以及分离的难易程度。相对挥发度，yB=1-yA，xB=1-xA为双组分体系，代入并省略下标a，相平衡方程，对于理想溶液，组分的挥发度=po，因此，该值随温度变化相对较小，且在一定温度范围内，常采用平均值进行相平衡计算。1，表示组分a比b更易挥发；该值越大，两相中两种组分的相对含量之间的差异就越大，就越容易将t闪蒸操作过程：一定成分的进料液经节流阀加热减压后进入闪蒸室，由于沸点下降，液体突然汽化，变得过热。汽化热消耗使液体温度下降，汽液两相温度趋于一致，两相组成趋于平衡。从闪

9、蒸室顶部和底部引出的气相和液相是闪蒸产物。闪蒸罐，塔顶产品，yA，xA，加热器，进料液体，塔底产品，q，减压阀，第三段蒸馏和精馏原理，简单蒸馏，也称为差速蒸馏，不稳定间歇操作，其中分批加入蒸馏釜的原料被连续加热、煮沸和蒸发，产生的蒸汽从釜顶连续引入冷凝器以获得馏出物产品。釜内的气液两相组成在任何时候都是相互平衡的。在任何时刻，蒸汽中挥发性组分的含量y总是大于釜中剩余液相的含量x，釜中挥发性组分的含量x从原料的初始组成xF沿着泡点线连续降低，直到蒸馏终止形成xE，釜中溶液的沸点温度连续升高，蒸汽相的组成y沿着露点线也是如此。T/c，x (y)，0，1.0，露点线，泡点线，xA，yA，xf，精馏原

10、理，多次部分蒸发和部分冷凝，多次部分冷凝和蒸发改进：最后一次冷凝的液相加入到前一个气相中，后一级的气相加入到前一级的液相中(加热前一级的液相)。它能使操作连续稳定。但设备仍然太多，操作不便，难以控制。每个分离装置设置为一个塔板，形成一个精馏塔。每个塔盘取代了部分冷凝和汽化的分离设备，使操作更加方便灵活，控制更加容易。蒸馏塔顶部的回流和蒸馏塔底部上升的蒸汽是保证连续稳定过程的必要条件。通常，精馏装置必须包括冷凝器和再沸器。精馏过程中，可以用填料塔代替板式塔，其他设备相同。蒸馏原理，进料液体，xF进料，塔顶产品，xD塔顶产品，塔底产品，xW塔底产品，液体回流液体回流，蒸汽回流蒸汽回流，再沸器，冷凝

11、器，冷凝器，原料塔顶冷凝液回流，塔底蒸汽回流；两相在塔板液体层中接触；1，2，m，m 1，N，流量和接触，进料板，精馏段，汽提段，精馏原理，n-1，TN-1，N，TN，n 1，TN 1，yn 2，yn 1，yn，yn-1，xn-。传热传质时，蒸汽上升进入N板，遇到冷液体并部分冷凝，轻组分浓度增加，重组分浓度降低；液体流入N板，遇到热液体时部分蒸发，重组分浓度增加，轻组分浓度降低；蒸汽冷凝释放潜热，液体蒸发吸收潜热；蒸汽每上升一个板，就进行一次部分气化，轻组分浓度增加一次，直至到达塔顶，从而得到轻组分纯度高的塔顶产品；液体每下降一个塔板，就经历一次部分蒸发，重组分浓度增加一次，到达塔底，从而得到

12、重组分浓度高的塔底产物。精馏原理，精馏和蒸馏的区别：气相和液相的部分回流。汽提段的作用：下行液体中的轻组分转移到气相，气相的重组分转移到液相，下行液体中的重组分被浓缩。精馏段的作用：上升气相中的重组分转化为液相，液相中的轻组分转化为气相，上升气相中的轻组分得到精制。进料液体，xF进料，顶部产品，xD顶部产品，底部产品，xW底部产品传质设备对于吸收和蒸馏过程是通用的。这一章主要讨论板式塔。第四节，计算双组分连续精馏塔的双组分，工业精馏过程一般是连续精馏。蒸馏塔的计算内容包括：物料平衡、塔板数、进料口位置等。理论塔板与塔板效率，理论塔板：(1)蒸气和液体在塔板上充分接触和混合；(2)离开塔盘的气相

13、和液相达到平衡。离开理论塔板的气液相：温度相等，组分相互平衡，符合t-x(y)相图。实际塔板两相接触的时间和充分性是有限的，气液两相尚未达到平衡。实际塔板的转移过程非常复杂，这与系统性质、塔板操作条件和塔板结构等有关。很难用简单的关系式来表示离开实际塔板的气液两相的温度和组成关系。在设计计算中，根据分离任务计算所需的理论塔板数，然后根据选择的塔板类型修正塔板效率，从而确定所需的实际塔板数。理想塔板的概念，恒摩尔溢流水合物的假设，存在于整个精馏段，精馏段各塔板上升蒸汽和下降液体的摩尔流量相等。即精馏段摩尔流量不变的假设。根据恒摩尔流量的蒸馏过程假设，由于许多摩尔的蒸汽在塔板上冷凝，所以许多摩尔的液体被蒸发。因此，精馏过程属于等摩尔反向扩散传质过程。同样，假定汽提段的摩尔流量不变，物料平衡方程和操作线，以及整个塔的总体物料平衡，对于操作稳定的连续蒸馏塔，进料液的加入量必须等于塔顶和塔底的产品量之和。全塔物料平衡、总物料平衡、挥发性组分物料平衡、进料流量f、组成xF和釜液组成xW不变，馏出液中轻组分含量xD值越大，馏出液流量d值越小。液体流速和成分之间有相似的关系。提高产品质量是以降低产品产量为代价的。在实际生产中，加入蒸馏塔的