9-3 精馏.ppt

1、第四节 精馏,从简单蒸馏过程分析已知液体混合物的分离只能达到 部分增浓，不能得到高纯度产品（纯轻组分或重组分）， 如何利用两组分挥发度的差异来实现高纯度分离是要讨 论的基本内容。,1、欲高纯度分离为什么必须采用回流,2、精馏过程的实现,料液, xF Feed,塔顶产品, xD Overhead product,塔底产品, xW Bottoms product,液相回流 Liquid reflux,汽相回流 Vapor reflux,精馏段 Rectifying section,提馏段 Stripping section,再沸器 Reboiler,冷凝器condenser,精馏示意图,（1）从t

2、 x（y）相图来看精馏过程,A 液体混合物组成xf、温度to, 加热至 tC，液相组成不变，不能分离,C 液相xf，气相平衡浓度y2，, 加热至温度 tE,E 组成：y1与x1成平衡，y1x1, 继续加热，液体量减少,H 组成：yf=xf，液相平衡浓度x2, 加热,B 过热蒸汽，组成不变不能分离,1、欲高纯度分离必须采用回流技术,（2）精馏过程原理,在气液共存区E点x1与y1平衡，移走y1 ，剩余的x1液体继 续加热，又得到互成平衡的气相和液相如此反复进行多次汽化，则易挥发组分浓度，最终可得到纯的重组分。,反之，若将蒸汽混合物采用 部分冷凝方法按上述相反程序 操作，则最终将得到几乎纯的轻组分。

3、,液体混合物进行多次部分汽化，重组分在液相中得到富集。混和蒸汽进行多次部分冷凝，轻组分在气相中得到富集。,例：多级逆流接触板式塔,板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系为：,液相回流： 塔顶冷凝液部分回流,汽相回流： 塔釜部分液体汽化造成的气相回流,料液, xF Feed,塔顶产品, xD Overhead product,塔底产品, xW Bottoms product,液相回流 Liquid reflux,汽相回流 Vapor reflux,精馏段 Rectifying section,提馏段 Stripping section,再沸器 Reboiler,冷凝器condenser,塔内上半部

4、分回流液自上而下与上升蒸汽交换热量，回流液中轻组分首先汽化进入汽相；而上升蒸汽受冷却，则其中重组分必先冷凝进入回流液。,轻、重组分交换原因：,2、精馏过程的实现,设备：连续精馏塔,（3）塔底再沸器（蒸馏釜） 加热液体产生蒸汽，与 下降液体逆流接触，塔 底连续排出部分液体， 作为塔底产品。,（1）料液自塔中部适当位置进入塔内,（2）塔顶冷凝器使蒸汽冷凝 为液体，部分回流，其 余作为塔顶产品连续排出,精馏过程分析 ：,（1）加料口位置以上,传质过程,结果：下流液体中的重组分浓度增大，上升蒸汽中轻组分浓度增大。塔的上半部完成了上升蒸汽的精制，因此称之为精馏段。,（2）加料口位置以下,传质过程：,结果

5、：液相轻组分浓度降至很低，可得到高纯度重组分。塔的下半部完成了液体中重组分的提浓，即提出了轻组分，称为提馏段,二、精馏过程的数学描述,1、全塔物料衡算,总物料 F=D+W,联立求解可得：,轻组分 Fxf=DxD+Wxw,塔顶产品,塔底产品,2、回流比 R,回流量的相对大小，塔顶回流量 L 与塔顶产品量 D 之比,讨论：,当 F（进料量）确定，同时规定了塔顶及塔底的产品组成，增加回流比R是否意味着 D 减少？,并不意味着D减少，而是意味着上升蒸汽量增加；增大回流比的措施是增大塔底的加热速率和塔顶的冷凝量；增大回流比的代价是能耗的增大。,3、塔板传质过程的简化 理论板和板效率,（1）恒摩尔流假定,

6、用 V 、L 表示精馏段内各板蒸汽量和液体流量,定义：气、液两相均充分混合，而且传质与传热过程的阻力皆为零的理想化塔板。不论进入塔板的气、液组成如何，离开板的两相达到传质、传热平衡。,（2）理论板,目的：简化传质过程， 从而可先计算NT。,默弗里板效率（单板效率）,（3）板效率实际塔板与理论板的差异,yn与xn为平衡关系，yn+1与xn为操作关系,4、操作线方程,某一截面（取两塔板之间）处，上升蒸汽组成yn+1与下降液体组成 xn 之间关系的数学表达式,（1）精馏段操作线方程,直线方程斜率,（2）提馏段操作线方程,操作线讨论：,“精”“提”线都是直线:恒摩尔流的体现,图示时掌握点、斜率,x,y

7、,0,1.0,1.0,xD,A,B,xW,C,d,e,5、加料板过程分析 q 线方程,物料衡算,热量衡算,将（3）代入（4）,F, xf , if,V, yn, I,L, xn-1, i,第n板,（1）冷凝分率q（加料热状态参数）,I：饱和蒸汽热焓，i：饱和液体热焓，iF：进料热焓， I - i = r 为摩尔汽化热， I - iF 为1mol原料变成饱和蒸汽的需要的热焓,入塔原料的五种热状态： (1) 温度低于泡点的冷液体，iF 1； (2) 泡点下的饱和液体，iF= i ，q=1 ； (3)温度在泡点和露点间的汽液两相混合物，i I ，q0 。,五种进料热状态 （具体讨论q值大小）,当0q1时，q可表示原料中液体分率,（2）q与塔板上蒸气量与液相量的关系,根据精馏段与提馏段两相流量之间的关系,q取值的讨论：,（1）q 值表示加料中饱和液体所占的分率，原料经预热或部 分汽化，则q值减小。,（2）,“提”斜率,只要回流比R一定，q值的变化不影响精馏段操作线的位置，但改变提馏段操作线的位置。,（3）q 线方程进料线方程,d（ xq，yq）为二操作线交点， 其坐标适合两方程：,-,q 线方程（直线方程）,因为当进料组分 x=xf