5项目五 精馏

单击输入您的封面副标题 项目五 蒸馏 蒸馏概述 蒸馏 一、化工过程的物系分离 1.物系的分类 非均相物系：凡物系内部有隔开的不同相界面存在，且界面两侧物质的性质又截然不同的物系。 均相物系：物系内只存在一种性质均匀的相。 2.物系的分离方法 1）非均相物系——机械分离 过滤 沉降 气体混合物—— 吸收 2）均相物系 液体混合物——萃取 蒸发 固液混合物——干燥 蒸馏 2 蒸馏 一.蒸馏操作在化工生产中的应用 用于均相液体混合物的分离,达到提纯或回收 组分的目的。 二.蒸馏分离的依据 利用液体混合物中各组分挥发能力的差异。 三.蒸馏操作的分类 1.操作方式: 简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏。 2.压力： 常压、真空、加压。 3.组分：双组分、多组分。 4.连续性：间歇、连续。 www.99ppt.com 专业的模板网站 为您提供更多优质模板 3 蒸馏 工业蒸馏过程 1.平衡蒸馏（闪蒸）连续定态过程平衡蒸馏为稳定连续过程，生产能力大，不能得到高纯产物，常用于只需粗略分离的物料，在石油炼制及石油裂解分离的过程中常使用多组分溶液的平衡蒸馏。 2.简单蒸馏 间歇操作过程 简单蒸馏只能使混合液部分地分离，故只适用于沸点相差较大而分离要求不高的场合，或者作为初步加工，粗略地分离多组分混合液，例如原油或煤油的初馏。 www.99ppt.com 专业的模板网站 为您提供更多优质模板 4 蒸馏 精馏操作的费用和操作压强 1.蒸馏过程的主要操作费用时加热和冷却费用。 2.蒸馏过程中的液体沸腾温度和蒸汽冷凝温度均与操作压强有关，故工业蒸馏的操作压强应进行适当的选择。 3.加压蒸馏可使冷凝温度提高以避免使用冷冻剂；减压蒸馏则可使沸点降低以避免使用高温载热体。 4.另外，当组分在高温下容易发生分解聚合等变质现象时，必须采用减压蒸馏以降低温度；相反，当混合物在通常条件下为气体，则首先必须通过加压与冷冻将其液化后才能进行精馏。 5 蒸馏 第二节 双组分溶液的气液平衡 一、溶液的蒸汽压及拉乌尔定律 溶液的蒸汽压与纯组分时不同 气液相平衡：单位时间从液相进入气相的分子数与从气相进入液相的分子数相等。 理想溶液： fAA= fBB = fAB 非理想溶液 ： fAA≠ fBB ≠ fAB 6 蒸馏 拉乌尔定律 在一定温度下,气相中任一组分的分压等于此纯组分在该温度下的蒸汽压与它在溶液中的摩尔分率的乘积。 PA= PA0 x A 7 蒸馏 二、 温度组成图（t-x-y） P = pA + pB = pA0 x + pB0（1 - x） t1 t2 t3 t4 t5 t x（y） 液相线（泡点线） 气相线（露点线） PA=PyA 8 蒸馏 三、气液相平衡图（y-x图） t-x-y 图 y-x 图 t1 t2 x1 x2 y1 y2 y1 y2 x1 x2 9 蒸馏 四、双组分非理想溶液 乙醇-水 硝酸-水 10 蒸馏 五、挥发度及相对挥发度 1、挥发度： 在一定温度下，混合液的某组分在气相中的 分压与平衡时液相中的摩尔分率之比。 νA = pA / xA νB = pB / xB νA 、νB — 组分A、B 的挥发度。 对理想溶液，符合拉乌尔定律 νA = pA / xA = pA0 xA / xA = pA0 νB = pB0 ** 理想溶液中, 各组分的挥发度等于其饱和蒸汽压. 11 蒸馏 相对挥发度定义： 溶液中两组分挥发度之比 3、气液相平衡方程 2、相对挥发度 压力不太高时 12 蒸馏 第三节 蒸馏及精馏原理 适用于： 1. 沸点差较大的混合液； 2. 分离含量要求不高的情况； 3. 粗加工过程。 特点：一次加料，釜内及馏出液的含量不断变化， 得不到纯组分。——不稳定过程。 1.简单蒸馏 13 蒸馏 第三节 蒸馏及精馏原理 2.平衡蒸馏（闪蒸） 特点： 低温沸腾、放出的显热作为气化的潜热、平衡产物含量不高、产 物含量不随时间变化。 适用于： 粗略分离的物料。 14 蒸馏 15 蒸馏 16 蒸馏 17 蒸馏 18 蒸馏 19 蒸馏 20 蒸馏 21 蒸馏 二、精馏原理 1.多次部分气化、部分冷凝 22 蒸馏 23 蒸馏 24 蒸馏 2. 塔板的作用 x1＞ x2＞ x3＞ x4 t4＞ t3＞ t2＞ t1 y1＞ y2＞ y3＞ y4 25 蒸馏 3.精馏塔的精馏过程 馏出液— 塔顶产品 回馏液 全凝器 部分冷凝器 再沸器 加料板 精馏段 提馏段 26 蒸馏 第四节 双组分连续精馏塔的计算 一、全塔物料衡算 全塔物料衡算: F = D + W 全塔轻组分物料衡算 （易挥发组分） F xF = D xD+ W xW 塔顶易挥发组分回收率 η= D xD / F xF 塔釜难挥发组分回收率 27 蒸馏 二、 理论板的概念及恒摩尔流假设 1.理论板的概念 理论板：离开塔板的蒸气和液体呈平衡的塔板。 1、恒摩尔气化 V1= V2= V3 = · · · · · · = V V1’= V2’= V3’ = · · · · · · = V’ 2、恒摩尔溢流 L1 = L2= L3 = · · · · · · = L L1’ = L2’ = L3’ = · · · · · · =L’ 2.恒摩尔流假设 28 蒸馏 3.恒摩尔流假设的条件 ①各组分的摩尔潜热相同; ②因温度不同,气液接触交换的显热可忽略; ③保温良好。 29 蒸馏 三、操作线方程 1.精馏段操作线方程 精馏段总物料衡算 V = L+D 精馏段轻组分物料衡算 V yn+1=Lxn + D xD V=L+D 30 蒸馏 ** 精馏段操作线方程的意义： 在一定的操作条件下，从任一塔板（n）向 下流的液体组成xn与相邻的下一块塔板（n+1） 上升蒸汽组成y n+1之间的关系。 L = R D V = L+ D =（R + 1）D 31 蒸馏 2.提馏段操作线方程 L’ = V’ + W V’ = L’ - W L’xm = V’ ym+1 + WxW 32 蒸馏 1.进料热状态参数 五种进料热状态 ①冷液进料; ②泡点进料（饱和液体进料）; ③气液混合物进料; ④露点进料（饱和气体进料）; ⑤过热蒸气进料; 四、进料热状态的影响和q线方程 33 蒸馏 hf-1≈ hf = h HF ≈ HF+1 = H F hF +V’ H + L h =V H + L’h ( V-V’) H =F hF – ( L’- L) h [ F-( L’- L) ] H =FhF - (L’- L) h F H - ( L’- L) H=F hF - (L’- L) h F ( H - hF ) = ( L’- L) ( H – h ) F + V’+ L = V + L’ V - V’ = F - ( L’- L ) 加料板热量衡算 FhF +V’HF+1 + Lhf-1 =VH F+ L’hf 34 蒸馏 H — 饱和蒸气的焓; h — 饱和液体的焓； hf — 料液的焓。 q — 为每千摩尔料液气化为蒸气的热量与进料的摩尔气化热的比值。其值表示：进料中液体量占总进料量的分率。 q =（Cp △t +γ）/ γ L’ = L + q F V-V’ = F - ( L’ – L ) V’ = V- F +（L+ q F - L）= V -（1- q）F V’ = V +（q-1）F 35 蒸馏 q 值与V、V’、L、L’的关系 1、冷液进料 q＞1 V＜V’ L’＞L+F 2、泡点进料 q = 1 V = V’ L’ = L +F 3、气液混合物进料 1＞q＞0 V ＞V’ L’＜L +F 4、露点进料 q = 0 V =V’ +F L’ = L 5、过热蒸气进料 q＜0 V ＞V’ L’＜L q =（Cp △t +γ）/γ 36 蒸馏 将L’ = L+ F q 代入提馏段方程 例6-4 正戊烷与正己烷混合液用精馏方法分离,进料含量0.4, 釜液含量0.03, 进料平均摩尔质量为80.4,原料进塔温度为20℃,求进料的热状态参数。 解:由相平衡线查出泡点温度为51℃,因进料温度 低于泡点温度,因此为冷液进料。 查51℃ 正戊烷γc5 =330 kJ /kg = 23800 kJ / kmol 37 蒸馏 正己烷γc6 = 340 kJ/kg = 29200 kJ / kmol γm = 23800×0.4+29200×0.6=27000 kJ / kmol 进料平均温度t=(20+ 51)/2 =35.5 ℃,查得: Cp c5 = 2.45 kJ / kg.k = 179kJ / kmol.k Cp c6 = 2.3 kJ / kg.k = 198kJ / kmol.k Cp m =179×0.4+198×0.6=190kJ / kmol.k 38 蒸馏 2.q 线方程(加料板操作线方程) q 线方程应为精馏段操作线与提馏段操作线的交点轨迹坐标方程. 精馏段操作线方程 V y = Lx + D xD (1) 提馏段操作线方程 V’ y = L’ x - W xW (2) (2) - (1) ( V’- V ) y V’ =V + ( q – 1 ) F L’ = L+ qF W xW + D xD＝ F xF ( q – 1 ) Fy = q Fx - F xF 39 蒸馏 3. 三条操作线的画法 ① 精馏段操作线 当 xn = xD yn+1 = xD 40 蒸馏 ②加料板操作线(q线) 1、冷液进料 q＞1 2、泡点进料 q = 1 3、气液进料 1＞q＞0 4、露点进料 q = 0 5、过热蒸气 q＜0 41 蒸馏 ③ 提馏段操作线 由精馏段操作线和q线的交点得提馏段操作线上的一点。 42 蒸馏 N = n + m - 1 五、理论板数的确定 1.逐板计算法 43 蒸馏 2、图解法 步骤: 1.画相平衡线和三条操作线； 2. 作阶梯。 44 蒸馏 3. 理论板的简捷计算 吉利兰图应用条件： 1、组分数： 2 —11 2、进料热状态：五种 3、最小回流比： 0.53 ~ 7.0 4、相对挥发度: 1.26 ~ 4.05 5、理论板数： 2.4 ~ 43.1 →计算Nm Rm → R → 横坐标 →交点 →水平线 →交纵坐 →N 45 蒸馏 4.进料热状态的影响 ①q ↓提馏段操作线靠近相平衡线,则： 所需理论板数N↑. ②由热量衡算得： Q进+ Q釜 - Q冷凝 = QD + QW 当R一定, V一定, Q冷凝 一定，则: ① Q进↑, Q釜↓, N ↑ ② Q进↓, Q釜↑, N ↓ ③Q釜一定, QD一定，QW一定，则 q↓，Q进↑ ， Q冷凝↑，L ↑，R ↑，N ↓ 46 蒸馏 5.不同条件下理论板计算 ——直接蒸汽加热 条件 :1. 混合液为水溶液； 2. 水为难挥发组分， 馏出液为非水组分， 釜液近于纯水。 47 蒸馏 L’ + V0 = V’ + W L’x’m+ V0 y0 = V’ ym+1 + W x’W V’ = V0 L’ = W y0 = 0 Wx’m = V0 ym+1 + Wx’W V0 ym+1 = Wx’m + Wx’W 48 蒸馏 直接水蒸气加热精馏时图解法求理论板数 49 蒸馏 第五节 回流比的影响与选择 一、全回流与理论板 全回流：D = 0 F =0 W = 0 R=∞ 芬斯克公式推导 50 蒸馏 51 蒸馏 芬斯克公式的使用范围: 1. 全回流 2. 全凝器 3.理想溶液 计算精馏段的最少理论塔板数及加料板位置: 芬斯克公式 52 蒸馏 二、最小回流比 求最小回流比的方法: 1. 作图法 53 蒸馏 2.解析法 54 蒸馏 三.适宜回流比选择 55 单击输入您的封面副标题 感 谢 聆 听！ $$