任务五蒸馏课件

任务五蒸馏第一节第一节 概述概述在石油化工生产中，许多原料、中间产品或粗产品等都是由若干组分组成的混合物，所以混合物的分离是生产中的一个重要过程。蒸馏是分离流体混合物的典型单元操作，它是通过加热的方式形成气液两相物系，利用物系中各组分的挥发度（或沸点）不同的物性来达到分离的目的。蒸馏过程的分类1、按操作方式分2、按投料方式分3、按操作压强分4、按原料液中的组分数分第二节第二节 汽液相平衡汽液相平衡一、理想物系及所遵循的规律理想溶液遵循拉乌尔定律：在一定温度下，溶液上方的蒸汽中任一组分的平衡分压，等于该纯组分在此温度下的饱和蒸汽压乘上它在溶液中的摩尔分数。即：PA=PAoxAPB=PBoxB对于二元溶液xA+xB=1理想气体遵循道尔顿定律：系统的总压等于各组分分压之和。即：P=PA+PB在总压力为的混合气体中任一组分的平衡分压等于该组分在气相中的摩尔分率乘上混合气体的总压。即：Pi=Pyi二、理想物系的汽液平衡1、相律相律是研究相平衡的基本规律，它阐明了平衡物系中的组分数C、相数P和自由度F间的关系，即：F=CP+2式中的2表示外界只有温度、压强两个条件可以影响物系的平衡状态。对于二元物系的汽液平衡，C=2，P=2，F=2。由相律可知：在物系中可以变化的参数有四个：T、P、任一组分在汽、液相中的组成y、x，其中若规定了二个变量，则平衡状态就被唯一确定！若再固定一个变量，则该物系就仅有一个独立变量，其他变量都是它的函数。两组分的汽液平衡可以用一定压强下的t-x（或y）及x-y的函数关系或相图表示，即恒压下，温度与组成有一一对应的关系。2、汽液平衡关系式（1）用饱和蒸汽压和相平衡常数表示的汽液平衡关系：由于理想体系符合拉乌尔和道尔顿定律，于是有：对于液体：PA=PAoxAPB=PBoxB对于气体：P=PA+PB对于二元溶液xA+xB=1则xA A、xB B、yA A、yB B 值如下（2）用相对挥发度表示的汽液平衡关系、挥发度对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压 对混合液，挥发度为某组分在蒸气中分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比 对于理想溶液、相对挥发度、相对挥发度溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，用表示。由道尔顿定律，可知Pi=Pyi对于理想物系虽然PA0、PBO随温度而变，但因两者沿同一方向变化，故可视为常数，计算时可在温度范围内取一平均值。相对挥发度的数值可由实验测得，理想体系的仅与温度有关，与组成无关。（3）t-x-y和y-x相图t-x-y图：图：在两组分沸点之间取温度值t查得PAo、PBo由泡点方程计算xA由相平衡方程式计算yA由图可得1、在某一温度t下达到平衡时的液、汽相组成xA、yA；2、某一组成的混合液的泡点温度和露点温度；3、由图可分析精馏原理。y-x相图相图以xA为纵坐标，yA为横坐标作图该曲线为混合液在一定T、P条件下的气液平衡线。对角线是作参考作用的：分析平衡线离对角线越远，则表示越易用普通蒸馏的方法分离；平衡线位于对角线之上，说明了在汽化时，气相中易挥发组分的含量总大于液相中易挥发组分的含量。总压对y-x相图影响不大，可忽略。y-x相图多用于精馏计算，而t-x-y图多用于分析原理。第三节第三节 蒸馏方式蒸馏方式一、简单蒸馏是一个不稳定的传质过程。只能部分分离混合液，不能得到很纯的物质。混合液 部分汽化 气相被冷凝 收集凝液 凝液中轻组分的含量比原混合液中的含量高，混合液得到了初步的的分离。简单蒸馏简图二、平衡蒸馏只能部分分离混合液，不能得到很纯的物质。混合液 在密闭容器内加热（T、P）经减压阀进入分离器 由于T、P突然下降，混合液中一部分液体汽化，一部分气体冷凝 气相中轻组分的含量比原混合液中A的含量高，液相中重组分的含量比原混合液中的B含量混合液得到了初步的的分离。平衡蒸馏简图三、精馏将液体混合物加热到一定温度后通入部分冷凝器，分出气相和液相，然后将气相部分不断通入部分冷凝器，则最终气相中轻组分的含量的yn比最初原料的轻组分含量y1高。将液体混合物加热到一定温度后通入部分冷凝器，分出气相和液相，然后将液相部分不断通入部分再沸器使之部分汽化，则最终液相中重组分的含量的Xn比最初原料中的重组分含量x1高。这两个过程都可以将混合物进行分离，但有一半的物料要浪费掉。在工业上不可取。精馏简图四、特殊蒸馏基本原理：1、水蒸汽蒸馏2、恒沸蒸馏3、萃取蒸馏第四节第四节 双组分连续精馏的计算双组分连续精馏的计算一、恒摩尔流假设的条件（1）各组分的摩尔汽化潜热相等；（2）气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；（3）塔设备保温良好，热损失可以忽略。二、理论板概念理论板指离开该塔板的蒸汽和液体成平衡的塔板。不论进入理论板的气液两相组成如何，离开时两相温度相等，组成互成平衡。三、物料横算和操作线方程1、全塔物料横算连续稳定操作进料流量与出料流量相等。总物料衡算：F=D+W轻组分衡算:FxF=DxD+WxW全塔物料衡算范围回收率 回收率指回收了原料中易挥发组分（或难挥发组分）的百分数。2、操作线方程（1）精馏段操作线方程 横算范围如图精馏段操作线方程可以通过对如图所示区域进行物料横算求得：总物料：V=L+D易挥发组分：Vyn+1=Lxn+DxD整理，得 精馏段操作线方程精馏段操作线衡算范围（2）提馏段操作线方程提馏段操作线方程可以通过对如图所示区域进行物料横算求得：总物料：L=V+W易挥发组分:xm=ym+1+WxW整理，得提馏段操作线方程提馏段操作线衡算范围3、进料热状况影响原料液五种进料热状态低于泡点进料；泡点进料；汽、液混合进料；露点进料；过热蒸汽进料。冷液进料，q1：饱和液体进料，q=1：汽、液混合物进料,0q1：进料为汽、液混合物，料液入塔后饱和汽体进入精馏段，而饱和液体进入提馏段。饱和蒸汽进料,q=0：进料为露点温度，料液入塔后与加料板上上升的蒸汽汇合进入精馏段。过热蒸汽进料,q0：进料为过热蒸汽，料液还有部分显热可供塔内部分饱和液体汽化，料液入塔后不仅与加料板上上升的蒸汽汇合，还使精馏段下降的液流中部分汽化的蒸汽也汇入上升汽流中。第五节第五节 塔板数与回流比的确定塔板数与回流比的确定一、理论板数的求法利用气液两相的平衡关系和操作关系可求出所需的理论塔板数，利用前者可以求得塔板上气液平衡组成，而通过后者可求的相邻塔板上的气液相组成。通常采用逐板计算法和图解法。1、逐板计算法计算公式：2、图解法：a、在x-y图上绘出需要分离物系的x-y曲线，并画上对角线；b、根据已知条件，画出精馏段、q线及提馏段操作线；c、在精馏段内，从A点开始，在平衡线与操作线间作水平线和垂直线所形成的梯级1、2、3即为精馏段内理论塔板数级；d、当梯级跨过两操作线交点d时，则改在提馏段与平衡线间作梯级，直至xxW为止。所作的梯级数即为理论塔板数NT（包括再沸器）。曲线方程利用图解法绘图二、塔板效率和实际塔板数在实际塔板上，气液两相接触的面积与时间都有限，分离也不可能完全，故离开同一塔板的气液相，一般都达不到平衡，因此实际塔板数总应多于理论塔板数。实际塔板偏离理论塔板的程度用塔板效率表示。表示方法常用：单板效率、全塔效率表示。（1）单板效率汽相经过一实际塔板时组成变化与经过一理论板时组成变化的比值来表示。以汽相表示的单板效率Emv：液相经过一实际塔板时组成变化与经过一理论板时组成变化的比值来表示。全塔效率ET在塔内不同位置Em是不同的，Em只能通过实验方法测定，而对全塔来说，全塔的板效率不仅与Em有关，还有很多影响因素，到底是那些影响因素也未完全搞清楚，所以全塔板效率的计算：取经验值、用经验式计算、近似估算ET=N理/N实三、回流比的影响及其选择1、全回流和最少理论塔板数若塔顶上升之蒸汽冷凝后全部回流至塔内，这种回流方式为全回流。全回流时回流比R=L/D=L/0=，是回流比的最大值。精馏段操作线的斜率R/R+1=1，在Y轴上的截距为xD/R+1=0，操作线与对角线重合。这时所需理论板数最少。2、最小回流比R，XD/(R+1)，操作线上移，当两操作线的交点正好落在平衡线上时，此时的回流比为最小回流比Rmin。此时在平衡线与操作线间画梯级，无穷多个梯级也跨不过d点，在d点前后，各板无提浓能力，故称这个区为恒浓区，这点为挟点，最小回流比是回流比的下限。3、适宜回流比R=Rm时，N=，投资费用最大；R，N由无限多下降至有限个，投资费用急剧下降；R，N减少，但R，V，相应塔径、再沸器、冷凝器的尺寸增加，投资费用增加 一般取R宜=（1.22)Rm第六节第六节 精馏塔操作分析精馏塔操作分析1、物料平衡的影响和制约保持精馏装置的物料平衡是精馏塔稳定操作的必要条件。根据全塔物料横算可知，对于一定的原料液流量F，只要确定了分离程度xD,xW,馏出量D、W就已知了。而xD,xW取决于多种关系。不能任意增减。2、回流比得影响理论上，R增大，可使xD上升、xW下降，但xD的提高受精馏塔板数、全塔物料衡算的限制，不可能超越1。而R的增大需付出加热蒸汽增大或产量下降的代价。3、进料组成与进料热状况的影响进料热状况改变，应适当改变进料位置。一般精馏塔常设几个进料位置，以适应生产中的进料状况变化，保证在精馏塔的适宜位置进料。第七节第七节 连续精馏装置的热量横算连续精馏装置的热量横算1、冷凝器的热量横算忽略热量损失，第八节第八节 板式塔板式塔一、精馏操作对塔设备的要求主要考虑以下几个基本性能：（1）生产能力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）塔板压降小（5）塔板结构简单二、常用板式塔类型1、泡罩塔2、筛板塔3、浮阀塔6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。斯宾诺莎斯宾诺莎7、自知之明是最难得的知识。、自知之明是最难得的知识。西班牙西班牙8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。塞内加塞内加9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。赫尔普斯赫尔普斯10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。笛卡儿笛卡儿 Thank you拯畏怖汾关炉烹霉躲渠早膘岸缅兰辆坐蔬光膊列板哮瞥疹傻俘源拯割宜跟三叉神经痛-治疗三叉神经痛-治疗