第7章分离单元模拟PartA.ppt

1、第7章 分离单元模拟Part A,作者：武佳 孙兰义,蒸馏基础知识,蒸馏依据 蒸馏过程利用均相液体混合物中各组分饱和蒸汽压（或沸点或挥发性）的差异而使各组分得以分离,蒸馏基础知识,蒸馏过程的分类,按操作流程分,间歇蒸馏、连续蒸馏,按蒸馏方法分,简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏,按操作压力分,常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏,按组分数分,二元蒸馏、多元蒸馏、复杂蒸馏,通过相对挥发度表示的汽液平衡关系,蒸馏基础知识,在蒸馏分离过程中，系统的温度、压力时刻在发生变化，导致相平衡常数K 也在不断变化，给计算过程带来很大不便，为了避免这个问题，考虑能否找出另一参数来表达相平衡关系，而这一参数随着操作条件的

2、变化并不明显,挥发度,蒸馏基础知识,表示物质挥发能力的大小,对纯组分：,对混合液体：,对理想溶液：,相对挥发度,蒸馏基础知识,定义：,混合物中两组分挥发度之比，用来表示挥发能力的差异 对二元物系，通常用轻组分的挥发度比上重组分的挥发度,低压：,理想物系,高压：,同样适用于 低压理想物系,相对挥发度表示的相平衡关系,蒸馏基础知识,二元物系：,以表示的相平衡方程,讨论,蒸馏基础知识,是衡量组分是否易于分离的标志,不能用蒸馏的方法分离,与1.0偏离越大，两组分越易分离,0,1.0,1.0,x,y,=1,1,2,3,1 2 3,1时，yx，可分离,简单蒸馏,蒸馏基础知识蒸馏方式,操作及流程,y,原料液

3、,x,蒸气,冷凝器,微分蒸馏、 渐次汽化、渐次冷凝,简单蒸馏 相图分析,蒸馏基础知识蒸馏方式,t/C,x(y),0,1.0,露点线,泡点线,y,xF,蒸汽一形成就离开系统 （釜内）液相x 越来越小，温度T 越来越高 出釜气相y 越来越小 不稳定过程,平衡蒸馏,闪蒸罐,塔顶产品,yA,xA,加热器,原料液,塔底产品,Q,减压阀,闪蒸,混合物在加热或冷却过程中，气、液两相共存，并保持平衡状态，将气、液两相分开，以使混合物得到一定程度的分离，这种分离方式称为平衡蒸馏,操作及流程,蒸馏基础知识蒸馏方式,平衡蒸馏相图分析,蒸馏基础知识蒸馏方式,t/C,x(y),0,1.0,露点线,泡点线,x,y,xF,

4、气液两相只有一次相平衡; 釜内组分含量x、蒸汽相组成y 符合相平衡方程; 蒸馏后：xxFy，有分离作用，但分离程度有限，不能得到高纯度组分。,平衡蒸馏是液体的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸馏操作,汽、液相组成极限能达到多少？,平衡级,蒸馏基础知识精馏原理,模型：,使原未达到平衡的的汽、液两相接触，两相将向平衡趋近，若接触足够充分、气液充分混合，离开时汽、液两相将达到平衡，此种设备称为一个平衡级,一次部分汽化和一次部分冷凝,蒸馏基础知识精馏原理,t/C,x(y),0,1.0,yF,y,x,t/C,x(y),0,1.0,xF,y,x,tF,tF,一次部分汽化,一次部分冷凝,分析,x1xFy1

5、，一次部分汽化与一次部分冷凝皆有分离作用,全部汽化或全部冷凝无分离作用,受平衡的限制，一次部分气化与一次部分冷凝分离作用有限，得不到较高纯度产品,蒸馏基础知识精馏原理,多次部分汽化和多次部分冷凝,流程：,xF,y1,y2,y3 （冷凝后作为产品yD ）,x1,x1,x2 （冷凝后作为产品xW）,x2,x3,y1,y2,蒸馏基础知识精馏原理,分析,多次部分汽化后： xF x xx=xW ， 液相中重组分得到提浓； 多次部分冷凝后： xFyyy=yD ， 汽相中轻组分得到提浓；,t/C,x(y),0,1.0,xF,x1,x2,x3,x1,x2,y1,y2,y3,y1,y2,xW,yD,蒸馏基础知识

6、精馏原理,t/C,x(y),0,1.0,xF,x1,x2,x3,x1,x2,y1,y2,y3,y1,y2,xW,yD,特点： 中间产品多 最终产品（xW，yD）收率低 设备复杂，能耗高，能量利用不合理,如何改善？,蒸馏基础知识精馏原理,多次部分汽化和多次 部分冷凝的共同实现,xF,y1,y2,y3,x1,x1,x2,x2,x3,y1,y2,y3,xw,xD,蒸馏基础知识精馏原理,分析：,多次部分冷凝时，每一级均需要低温高浓的液相回流 多次部分汽化时，每一级均需要高温低浓的汽相上升,产品收率提高 可得到较纯产品 能量利用合理, 缺点：设备仍很复杂,t/C,x(y),0,1.0,xF,x1,x2,

7、x3,x1,x2,y1,y2,y3,y1,y2,xW,xD,？,蒸馏基础知识精馏原理,精馏塔,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,各参数变化： 沿塔自上而下,T 逐渐升高 液相x 逐渐减小 汽相y 逐渐减小,蒸馏基础知识精馏原理,蒸馏基础知识精馏原理,塔板上汽、液两相接触良好，完全混合，接触充

8、分，致使汽、液两相在离开该板时达到平衡，则称该板为一块理论板,理论板：,精馏段和回流的作用,蒸馏知识预备精馏原理,将上升汽相中轻组分提浓，最终在塔顶得到合乎要求的轻组分产品,提供低温高浓的液相作为精馏介质，保证精馏过程的正常进行,精馏段作用：,回流作用：,提馏段和再沸器的作用,蒸馏知识预备精馏原理,提馏段的作用：,使下降的液相中重组分得到提浓，最终在塔底得到合乎要求的重组分产品,再沸器的作用：,提供高温低浓的汽相作为精馏介质，保证精馏的正常进行,蒸馏基础知识理论板数计算,精馏段操作线方程,V, y1,D, xD,L, xD,Vn+1 yn+1,Ln, xn,总物料衡算：,轻组分物料衡算：,恒摩

9、尔流假定成立，令回流比为,说明：,物流量与组成均为物质的量表示 物义：精馏段任意相邻塔板间相遇的汽、液两流组成之间的关系 恒定R yn+1xn 为一直线,蒸馏基础知识理论板数计算,精馏段操作线方程,蒸馏基础知识理论板数计算,提馏段操作线方程,L, xm,V, ym+1,总物料衡算：,轻组分物料衡算：,整理得：,W,x,y,0,1.0,1.0,xD,a,b,xW,c,d,e,精馏段操作线：,斜率：,截距：,提馏段操作线：,斜率：,截距：,过点（xD，xD）,过点（xW，xW）,操作线方程在y-x相图上的表示,进料热状况及进料热状况参数,1.进料段物料衡算,物平：,热平：,由于相邻两层板的温度和浓

10、度变化不大，可认为,蒸馏基础知识理论板数计算,进料热状况及进料热状况参数,令,进料热状况参数,液相分率,蒸馏基础知识理论板数计算,进料热状况及进料热状况参数,(1)饱和液体进料,TF=Tb， HF=HL,=1,(2)饱和蒸汽进料,TF=Td，HF=HV,=0,蒸馏基础知识理论板数计算,进料热状况及进料热状况参数,(3)气液两相进料,TbTFTd 、HLHFHV,蒸馏基础知识理论板数计算,蒸馏基础知识理论板数计算,进料热状况及进料热状况参数,(4)过冷液体进料,TFTb 、HFHL,(5)过热蒸汽进料,TFTd 、HFHV,蒸馏基础知识理论板数计算,理论塔板数Nt的计算逐板计算法,计算工具：,相

11、平衡方程：,操作线方程：,（A）,（B）,（C）,蒸馏基础知识理论板数计算,计算步骤：,全凝器、泡点回流、饱和液相进料（泡点进料或q =1）,理论塔板数Nt的计算逐板计算法,蒸馏基础知识理论板数计算,理论塔板数Nt的计算逐板计算法,则精馏段N= n-1，提馏段N2= m-1（不包括再沸器） 理论板数NT = N1+N2 = n+m-2（不包括再沸器）,若xn-1xFxn，则第n板 为进料板(提馏段第一块板）：x1=xn,蒸馏基础知识理论板数计算,y1,xW,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,a,q 线,d,e,y2,y3,y6,xF,x2,x1,xD,b,回流量增大的极限是将塔顶汽相冷

12、凝后全部送回顶层塔板作回流，称为全回流,R =L/D D =0, W =0, F =0 精馏段和提馏段操作线为对角线 y=x 每层塔板的分离能力最大，所需的理论塔板数最少，以Nmin表示，称为最少理论板数,蒸馏基础知识,蒸馏基础知识,d,R ，两操作线交点 d 落在平衡线上，所需的理论板数为无穷多，此时所对应的回流比为最小回流比Rmin,yn+1与xn 成平衡 yn 与xn 成平衡,yn+1=yn，无分离作用，恒浓区,最小回流比,精馏塔的计算,蒸馏基础知识,计算任务：,进、出精馏装置各股物料的量和组成； 主要操作条件：T、P、R 和加料热状态等； 精馏塔所需的理论板数NT、实际板数N 和加料位置； 塔板结