第七章-蒸-馏课件

第一节第一节 概述概述非均相混合物:其分离主要依靠力学原理力学原理，即质点运动与流体力学原理进行分离；均相混合物:其分离特点主要依靠物质的传递特性来实现混合物中各组分的分离。对均相混合物的分离称为传质分离过程传质过程：传质过程：物质从一相转移到另一相的过程物质从一相转移到另一相的过程第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述传质分离过程的分类传质分离过程的分类平衡分离过程：根据混合物中各组分在两相间的平衡分配不同来实现混合物的分离,例如：蒸馏、吸收、萃取、吸附、干燥;速率分离过程：根据混合物中各组分在某种力场的作用下扩散速度不同的性质来实现混合物的分离，例如：气体扩散、电泳。分离的目的分离的目的浓缩：除去溶剂；纯化：除去杂质；分离：将混合物分成两种或多种目的产物；反应促进：把化学反应或生化反应的产物连续取出，以提高反应速率。第一节第一节 概述概述均相物系的分离条件：均相物系的分离条件：必须造成一个两相物系，然后依据物系中不同组分间某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分从一相向另一相转移，达到分离的目的。第一节第一节 概述概述 棉酚棉酚:液相液相 液相液相NH3:气相气相 液相液相分离液体混合物分离液体混合物分离混合气体分离混合气体第一节第一节 概述概述乙醇乙醇:液相液相 气相气相分离液体混合物分离液体混合物第一节第一节 概述概述1.1.蒸馏分离操作：蒸馏分离操作：利用液体混合物中各组分（利用液体混合物中各组分（componentcomponent）挥发性（挥发性（volatilityvolatility）的差异，以热能为媒）的差异，以热能为媒介使其部分汽化，从而在汽相富集轻组分，介使其部分汽化，从而在汽相富集轻组分，液相富集重组分，使液体混合物得以分离的液相富集重组分，使液体混合物得以分离的方法。方法。第一节第一节 概述概述2.2.分离依据：分离依据：各组分的挥发度不同各组分的挥发度不同AA挥发度大挥发度大沸点低沸点低轻组分轻组分BB挥发度小挥发度小沸点高沸点高重组分重组分第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述3.3.蒸馏用途：蒸馏用途：许许多多生生产产工工艺艺常常常常涉涉及及到到互互溶溶液液体体混混合合物物的的分分离离问问题题，如如石石油油炼炼制制品品的的切切割割，有有机机合合成成产产品品的的提提纯纯，溶溶剂剂回回收收和和废废液液排排放放前前的的达达标标处处理理等等等等。分分离离的的方方法法有有多多种种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。工业上最常用的是蒸馏或精馏。蒸蒸馏馏分分离离操操作作实实例例：石石油油炼制中使用的炼制中使用的250250万吨精馏装置万吨精馏装置4.4.分类分类l按操作流程按操作流程连续蒸馏连续蒸馏：大批量工业生产中。：大批量工业生产中。间歇蒸馏间歇蒸馏：小批量生产或某些有特殊要求的场合。：小批量生产或某些有特殊要求的场合。第一节第一节 概述概述l按组分数目按组分数目两组分蒸馏两组分蒸馏：例如乙醇：例如乙醇-水体系的分离。水体系的分离。多组分蒸馏多组分蒸馏：例如原油的分离。：例如原油的分离。第一节第一节 概述概述l按操作压强按操作压强常压蒸馏常压蒸馏：蒸馏在常压下进行，用于分离沸点在：蒸馏在常压下进行，用于分离沸点在3030150150度不易分解的混合物。度不易分解的混合物。减压蒸馏减压蒸馏：用于常压下物系沸点较高，使用高温：用于常压下物系沸点较高，使用高温加热介质不经济或热敏性物质不能承受的情况。加热介质不经济或热敏性物质不能承受的情况。减压可降低操作温度。减压可降低操作温度。加压蒸馏加压蒸馏：对常压沸点很低的物系，蒸汽相的冷凝：对常压沸点很低的物系，蒸汽相的冷凝不能采用常温水和空气等廉价冷却剂，或对常温常不能采用常温水和空气等廉价冷却剂，或对常温常压下为气体的物系（如空气）进行精馏分离，可采压下为气体的物系（如空气）进行精馏分离，可采用加压以提高混合物的沸点。用加压以提高混合物的沸点。l按蒸馏方式按蒸馏方式简单蒸馏简单蒸馏特殊精馏特殊精馏精馏精馏平衡蒸馏平衡蒸馏(闪蒸闪蒸)图图图图第一节第一节 概述概述本章讨论的重点为双组分常压精馏本章讨论的重点为双组分常压精馏简单蒸馏简单蒸馏返回返回第一节第一节 概述概述y原料液x蒸气xD1xD2xD3冷凝器第一节第一节 概述概述 简简单单蒸蒸馏馏的的分分离离效效果果很很有有限限，工工业业生生产产中中一一般般用于混合液的初步分离或除去混合液中不挥发的杂质。用于混合液的初步分离或除去混合液中不挥发的杂质。简简单单蒸蒸馏馏的的过过程程特特征征：任任一一瞬瞬时时釜釜内内的的汽汽、液液相相互互成成平平衡衡。蒸蒸馏馏过过程程中中系系统统的的温温度度和和汽汽、液液相相组组成成均均随随时时间改变。间改变。平衡蒸馏平衡蒸馏(闪蒸闪蒸)返回返回第一节第一节 概述概述闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液 塔底产品 Q减压阀第一节第一节 概述概述 平衡蒸馏是液体的一次部分汽化或蒸汽的一次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。部分冷凝的蒸馏操作。汽液相平衡数据的测定和生产工艺中溶液的闪蒸分汽液相平衡数据的测定和生产工艺中溶液的闪蒸分离是平衡蒸馏的典型应用。离是平衡蒸馏的典型应用。闪闪蒸蒸操操作作流流程程：一一定定组组成成的的液液体体物物料料被被加加热热后后经经节节流流阀阀减减压压进进入入闪闪蒸蒸室室。液液体体因因沸沸点点下下降降变变为为过过热热而而骤骤然然汽汽化化，汽汽化化耗耗热热使使得得液液体体温温度度下下降降，汽汽、液液两两相相温温度度趋趋于于一一致致，两两相相组组成成趋趋于于平平衡衡。由由闪闪蒸蒸室室塔塔顶顶和和塔塔底底引出的汽、液两相即为闪蒸产品。引出的汽、液两相即为闪蒸产品。蒸蒸馏馏分分离离的的物物系系由由加加热热至至沸沸腾腾的的液液相相和和产产生生的的蒸蒸汽汽相相构构成成。相相平平衡衡关关系系既既是是组组分分在在两两相相中中分分配配的的依依据据，也也为为确确定定传传质质推推动动力力所所必必需需，是是蒸蒸馏馏过过程程分分析和设计计算的重要基础。析和设计计算的重要基础。汽、液两相物系分为汽、液两相物系分为理想物系理想物系与与非理想物系非理想物系两大类。两大类。理想物系理想物系：液相为理想溶液、汽相为理想气体的物系。：液相为理想溶液、汽相为理想气体的物系。实实验验表表明明，理理想想溶溶液液服服从从拉拉乌乌尔尔（RaoultRaoult）定定律律，理想气体服从理想气体定律或道尔顿分压定律。理想气体服从理想气体定律或道尔顿分压定律。第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡一、溶液蒸气压和拉乌尔定律一、溶液蒸气压和拉乌尔定律1.1.饱和蒸汽压饱和蒸汽压2.2.道尔顿分压定律道尔顿分压定律理想气体：理想气体：第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡一、溶液蒸气压和拉乌尔定律一、溶液蒸气压和拉乌尔定律3.3.拉乌尔（拉乌尔（RaoultRaoult）定律：）定律：l若为理想溶液若为理想溶液同温度下纯同温度下纯A A的饱和蒸汽压的饱和蒸汽压,Pa,Pa同样：同样：第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡一、溶液蒸气压和拉乌尔定律一、溶液蒸气压和拉乌尔定律P 已知已知气液平衡关系式气液平衡关系式第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡一、溶液蒸气压和拉乌尔定律一、溶液蒸气压和拉乌尔定律例例1.1.苯苯(A)(A)和甲苯和甲苯(B)(B)的饱和蒸汽压和温度的关系数的饱和蒸汽压和温度的关系数据如表所示。利用拉乌尔定律计算苯甲苯混合液据如表所示。利用拉乌尔定律计算苯甲苯混合液在在P P101.33kPa101.33kPa下的气液平衡数据。该溶液可视为下的气液平衡数据。该溶液可视为理想溶液。理想溶液。温度温度80.1859095100105110.6 ,kPa101.33 116.9 135.5155.7179.2204.2240 ,kPa40.046.054.063.374.386.0101.33第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡一、溶液蒸气压和拉乌尔定律一、溶液蒸气压和拉乌尔定律解：以解：以t=85t=85为例为例t80.1859095100105110.6x1.0000.7800.5810.4120.2580.1300y1.0000.9000.7770.6330.4560.2620第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡一、溶液蒸气压和拉乌尔定律一、溶液蒸气压和拉乌尔定律第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡二、理想溶液的气液平衡相图二、理想溶液的气液平衡相图汽液相平衡图（汽液相平衡图（equilibrium diagramequilibrium diagram）根根据据相相律律(phase(phase rule)rule)，双双组组分分两两相相物物系系自自由由度度(degrees(degrees of of freedom)freedom)为为 2 2，即即相相平平衡衡时时，在在温温度度、压压强强和和汽汽、液液两两相组成四个变量中，只有两个独立变量。相组成四个变量中，只有两个独立变量。若若物物系系的的温温度度、压压强强一一定定，汽汽、液液两两相相的的组组成成就就一一定定；若若压压强强和和任任一一相相的的组组成成一一定定，则则物物系系的的温温度度和和另另一一相相组组成成将将被被唯唯一确定。一确定。无无论论是是否否理理想想物物系系，双双组组分分汽汽、液液相相平平衡衡关关系系总总可可由由任任一一变变量量与与另另外外两两个个独独立立变变量量(若若固固定定其其中中的的一一个个，则则只只有有一一个个独独立变量立变量)的函数关系来表达。的函数关系来表达。第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡二、理想溶液的气液平衡相图二、理想溶液的气液平衡相图相相图图、相相平平衡衡常常数数或或相相对对挥挥发发度度是是蒸蒸馏馏分分析析计计算算中中常常用用的的三三种汽、液相平衡关系的表达方式。种汽、液相平衡关系的表达方式。对对于于双双组组分分汽汽、液液两两相相，当当固固定定一一个个独独立立变变量量时时，可可用用二二维维坐坐标标中中的的曲曲线线图图来来表表示示两两相相的的平平衡衡关关系系，称称为为相相平平衡衡图图或或简简称相图。称相图。若若用用y y、x x分分别别表表示示双双组组分分汽汽液液相相中中易易挥挥发发组组分分的的摩摩尔尔分分数数，则则相相图图有有压压强强一一定定的的温温度度-组组成成图图（T T-x x(y y)图图）、液液相相组组成成和和汽汽相相组组成成图图（x x-y y图图），以以及及温温度度一一定定的的压压强强-组组成成图图（p p-x x 图）。图）。第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡二、理想溶液的气液平衡相图二、理想溶液的气液平衡相图 1.1.温度温度-组成图：组成图：图图第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡二、理想溶液的气液平衡相图二、理想溶液的气液平衡相图T T-x x(y y)图图代代表表的的是是在在总总压压 P P 一一定定的的条条件件下下，相相平平衡衡时时汽汽（液液）相组成与温度的关系相组成与温度的关系在在总总压压一一定定的的条条件件下下，将将组组成成为为 x xf f 的的溶溶液液加加热热至至该该溶溶液液的的泡泡点点 T TA A，产生第一个气泡。，产生第一个气泡。继继续续加加热热升升高高温温度度，物物系系变变为为互互成成平平衡衡的的汽汽、液液两两相相，两两相相温温度度相同组成分别为相同组成分别为 y yA A 和和 x xA A 。t/Cx(y)01.0露点线泡点线露点泡点xAyAxf气相区液相区两相区当当温温度度达达到到该该溶溶液液的的露露点点，溶溶液液全全部部汽汽化化成成为为组组成成为为 y yA A=x xf f 的气相，最后一滴液体。的气相，最后一滴液体。纯组分，沸点不变，纯组分，沸点不变，泡点露点泡点露点溶液，沸点随组成而变，溶液，沸点随组成而变，泡点泡点露点露点第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡二、理想溶液的气液平衡相图二、理想溶液的气液平衡相图t80.1859095100105110.6x1.0000.7800.5810.4120.2580.1300y1.0000.9000.7770.6330.4560.2620返回返回2.2.图：图：图：图：第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡二、理想溶液的气液平衡相图二、理想溶液的气液平衡相图 特点：特点：平衡线偏离对角线越远，越易精馏。平衡线偏离对角线越远，越易精馏。图上读不出温度数据图上读不出温度数据 P P对对 图影响不大，但对图影响不大，但对 图影响很大。图影响很大。平衡线多数在对角线的上方平衡线多数在对角线的上方()()；第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡二、理想溶液的气液平衡相图二、理想溶液的气液平衡相图第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡三、相对挥发度三、相对挥发度1.1.挥发度挥发度()()：2.2.相对挥发度相对挥发度()()：l定义：定义：若为理想溶液若为理想溶液,则则挥发度：气相中的的分压与其液相中摩尔分数的比l理想溶液：理想溶液：气液平衡方程气液平衡方程第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡三、相对挥发度三、相对挥发度若若 越大于越大于1 1，越容易精馏分离，越容易精馏分离第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡三、相对挥发度三、相对挥发度若若 若若 ，则不能采用普通精馏分离。则不能采用普通精馏分离。越小于越小于1 1，越容易精馏分离，此时，越容易精馏分离，此时B B为易挥发组分为易挥发组分结论：结论：可以用来判别精馏分离的难易程度，可以用来判别精馏分离的难易程度，以及用普通精馏方法能否达到分离的目的。以及用普通精馏方法能否达到分离的目的。t t改变改变,变化不大变化不大第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡三、相对挥发度三、相对挥发度温度温度80.1859095100105110.6 ,kPa101.33116.9135.5 155.7 179.2204.2240 ,kPa40.046.054.063.374.386.0101.33例例2.2.计算例计算例1 1中苯甲苯体系在不同温度下中苯甲苯体系在不同温度下 ，并据此算出各温度下的气液平衡数据并据此算出各温度下的气液平衡数据y-xy-x。解：以解：以t=100t=100为例为例第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡三、相对挥发度三、相对挥发度温度温度80.1859095100105110.62.542.512.462.412.37x1.0000.7800.581 0.412 0.2580.1300y1.0000.9000.777 0.633 0.4560.2620y1.0000.8970.773 0.633 0.4610.2690第二节第二节 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡三、相对挥发度三、相对挥发度第三节第三节 精馏原理精馏原理一、多次部分气化和部分冷凝一、多次部分气化和部分冷凝1.1.单级分离：单级分离：ABO杠杆原则：杠杆原则：2.2.多级分离：多级分离：缺点：收率低、能耗高缺点：收率低、能耗高第三节第三节 精馏原理精馏原理一、多次部分气化和部分冷凝一、多次部分气化和部分冷凝温温度度依依次次升升高高第三节第三节 精馏原理精馏原理一、多次部分气化和部分冷凝一、多次部分气化和部分冷凝3.3.精馏原理：精馏原理：l省去中间加热器和冷凝器省去中间加热器和冷凝器l最上一级冷凝后部分回流最上一级冷凝后部分回流l塔釜加再沸器塔釜加再沸器l必要条件：必要条件：塔顶液体的回流塔顶液体的回流;塔釜液体的部分气化。塔釜液体的部分气化。l塔内温度自顶至底依次升高。塔内温度自顶至底依次升高。第三节第三节 精馏原理精馏原理一、多次部分气化和部分冷凝一、多次部分气化和部分冷凝4.4.塔板塔板(1)塔板上的液层和填料表面是塔板上的液层和填料表面是气液两相进行气液两相进行热交换热交换和和质交换质交换的的场所。场所。(2)每块塔板相当于一只釜的作用。每块塔板相当于一只釜的作用。第三节第三节 精馏原理精馏原理一、多次部分气化和部分冷凝一、多次部分气化和部分冷凝第三节第三节 精馏原理精馏原理一、多次部分气化和部分冷凝一、多次部分气化和部分冷凝进入第进入第n n板板难挥发冷凝多难挥发冷凝多易挥发汽化多易挥发汽化多离开第离开第n n板板气相气相液相液相塔顶：纯塔顶：纯A A塔釜：纯塔釜：纯B B第三节第三节 精馏原理精馏原理一、多次部分气化和部分冷凝一、多次部分气化和部分冷凝第三节第三节 精馏原理精馏原理一、多次部分气化和部分冷凝一、多次部分气化和部分冷凝第三节第三节 精馏原理精馏原理二、精馏操作二、精馏操作1.1.连续精馏：连续精馏：l再沸器：提供一定量的再沸器：提供一定量的上升蒸汽流上升蒸汽流l冷凝器：提供塔顶液相冷凝器：提供塔顶液相产品及保证有适宜的产品及保证有适宜的液相回流液相回流第三节第三节 精馏原理精馏原理二、精馏操作二、精馏操作加料板以上加料板以上 精馏段精馏段加料板及其以下加料板及其以下 提馏段提馏段加料位置加料位置与原料液组成和温度相近的板上进料与原料液组成和温度相近的板上进料第三节第三节 精馏原理精馏原理二、精馏操作二、精馏操作2.2.间歇精馏：间歇精馏：只有精馏段，只有精馏段，没有提馏段没有提馏段第三节第三节 精馏原理精馏原理二、精馏操作二、精馏操作第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算设计型计算：设计型计算：操作型计算：操作型计算：精精馏馏塔塔计计算算可可分分为为设设计计型型与与操操作作型型，其其计计算算原原则则在在各各单单元元操操作中是共同的。作中是共同的。板式精馏塔的设计型计算主要包括以下内容：板式精馏塔的设计型计算主要包括以下内容：（1 1）根根据据给给定定的的分分离离要要求求，计计算算进进、出出精精馏馏装装置置各各股股物物料料的的量和组成；量和组成；（2 2）选选择择合合适适的的操操作作条条件件：包包括括操操作作压压强强、回回流流比比（塔塔顶顶回回流液量与馏出液量的比值）和加料热状态等；流液量与馏出液量的比值）和加料热状态等；（3 3）确定精馏塔所需的理论板数和加料位置；）确定精馏塔所需的理论板数和加料位置；（4 4）选择精馏塔的类型（即塔板类型），确定塔径、塔高；）选择精馏塔的类型（即塔板类型），确定塔径、塔高；（5 5）进行塔板结构尺寸的计算及塔板流体力学验算；）进行塔板结构尺寸的计算及塔板流体力学验算；（6 6）计算冷凝器和再沸器的热负荷，确定其类型和尺寸。）计算冷凝器和再沸器的热负荷，确定其类型和尺寸。第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算一、理论板及恒摩尔流假设一、理论板及恒摩尔流假设1.1.理论板：理论板：理论板理论板第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算一、理论板及恒摩尔流假设一、理论板及恒摩尔流假设离开理论板时离开理论板时,气相的气相的露点等于液相的泡点露点等于液相的泡点2.2.恒摩尔流假设：恒摩尔流假设：l l 恒摩尔液流恒摩尔液流 恒摩尔气流恒摩尔气流 注意：注意：V不一定等于不一定等于V，L不一定等于不一定等于L 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算一、理论板及恒摩尔流假设一、理论板及恒摩尔流假设第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算总物料：总物料：轻组分：轻组分：重组分回收率：重组分回收率：轻组分回收率：轻组分回收率：若若D/F过大，则过大，则必必，质量和数量互相矛盾量和数量互相矛盾 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算例例:将将15000kg/h15000kg/h含苯含苯40%40%（质量分率）和甲苯（质量分率）和甲苯60%60%的的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于苯不高于2%2%，塔顶馏出液中苯的回收率为，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%97.1%。试。试求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。尔分率表示。解：解：进料组成：进料组成：釜残液组成：釜残液组成：平均分子量：平均分子量：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算原料液流量：原料液流量：已知：已知：全塔物衡：全塔物衡：即：即：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算浓浓度度表表示示法法l 摩尔分率摩尔分率质量分率质量分率l 摩尔浓度摩尔浓度质量浓度质量浓度l 摩尔比摩尔比质量比质量比第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算l算例：算例：以以1kg1kgB B为基准：为基准：以以1kmol(1kmol(A A+B B)为基准：为基准：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算三、操作线方程三、操作线方程1.1.精馏段操作线方程：精馏段操作线方程：总物料：总物料：轻组分：轻组分：令：令：回流比回流比 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算三、操作线方程三、操作线方程已知某精馏塔精馏段的操作线方程为已知某精馏塔精馏段的操作线方程为 ，求回流比和塔顶馏出液组，求回流比和塔顶馏出液组成。成。第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算三、操作线方程三、操作线方程2.2.提馏段操作线方程：提馏段操作线方程：总物料：总物料：轻组分：轻组分：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算三、操作线方程三、操作线方程第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算三、操作线方程三、操作线方程第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程1.1.进料热状况的定性分析：进料热状况的定性分析：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程由于：由于：2.2.进料热状况的定量描述进料热状况的定量描述对加料板作衡算：对加料板作衡算：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程令：令：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程泡点进料泡点进料 露点进料露点进料 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程可得提馏段的操作线方程为可得提馏段的操作线方程为 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程例：求下列各种进料状况对应的例：求下列各种进料状况对应的q q值。值。如已知进料中，蒸汽量如已知进料中，蒸汽量:液体量液体量3:13:1原料的液化率为原料的液化率为1/3 1/3 每千摩尔原料液变成饱和蒸汽所需热量等于原料每千摩尔原料液变成饱和蒸汽所需热量等于原料液的千摩尔汽化潜热的液的千摩尔汽化潜热的1.21.2倍。倍。第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料(露点进料露点进料)饱和液体进料饱和液体进料(泡点进料）泡点进料）冷液进料冷液进料过热蒸气进料过热蒸气进料第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程例：在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇例：在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇0.40.4与水与水0.60.6（摩尔分率）的溶液，进料的热状况参数为（摩尔分率）的溶液，进料的热状况参数为1.11.1，原料液流量为，原料液流量为100kmol/h100kmol/h，要求塔顶易挥发组分的，要求塔顶易挥发组分的回收率不低于回收率不低于0.940.94，釜液组成为，釜液组成为0.040.04（以上均为易（以上均为易挥发组分的摩尔分率），回流比为挥发组分的摩尔分率），回流比为2.52.5，试求产品的，试求产品的流量、精馏段和提馏段的操作线方程及提馏段上升流量、精馏段和提馏段的操作线方程及提馏段上升的蒸汽流量。假设气液相均为恒摩流动。的蒸汽流量。假设气液相均为恒摩流动。解解:(1)(1)第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程(2)(2)精馏段操作线方程精馏段操作线方程:(3)(3)提馏段操作线方程提馏段操作线方程:第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程(4)(4)另另第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程例：在一两组份连续精馏塔中，进入精馏塔中第例：在一两组份连续精馏塔中，进入精馏塔中第n n层层理论板的气相组成为理论板的气相组成为0.750.75，从该板流出的液相组成为，从该板流出的液相组成为0.65(0.65(均为摩尔分数均为摩尔分数)，塔内气液比，塔内气液比V/LV/L2 2，物系的相，物系的相对挥发度为对挥发度为2.52.5，求：，求：从该板上升的蒸汽组成；从该板上升的蒸汽组成；流入该板的液相组成；流入该板的液相组成；回流比回流比R R。解解:已知已知 和和 成平衡成平衡 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程求求由第由第n n板的物料衡算可得：板的物料衡算可得：方法方法2 2：和和满足精馏段操作线关系。满足精馏段操作线关系。第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程而而 和和满足精馏段操作线关系。满足精馏段操作线关系。第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程3.3.进料方程进料方程(q(q线方程线方程)第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程 作图作图 lq q线的作法线的作法 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程l说明：说明：只要热状况不变，只要热状况不变，q q线不变；线不变；q q线方程是两条操作线线方程是两条操作线交点轨迹的方程。交点轨迹的方程。改变操作条件改变操作条件(如如R)R)，操作线改变，但交点总在操作线改变，但交点总在q q线上。线上。第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程4.4.操作线的作法操作线的作法 l精馏段操作线的作法精馏段操作线的作法 作图作图 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程l提馏段操作线的作法提馏段操作线的作法 作图作图 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程提提馏馏段段操操作作线线的的作作法法 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程5.5.进料热状况对进料热状况对q q线及操作线的影响：线及操作线的影响：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程进料组成进料组成 回流比回流比R R 分离要求分离要求保持一定保持一定第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程例例:某连续精馏操作中，已知操作线方程为：精馏某连续精馏操作中，已知操作线方程为：精馏段段y=0.723x+0.263y=0.723x+0.263；提馏段；提馏段y=1.25xy=1.25x0.01870.0187；若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液、若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液、馏出液和釜液的组成及回流比。馏出液和釜液的组成及回流比。解解:第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算四、进料热状况和进料方程四、进料热状况和进料方程第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定1.1.逐板计算法：逐板计算法：l精馏段：精馏段：若塔顶为全凝器若塔顶为全凝器,则则 已知已知 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定l当当 时时 则第则第n n层为加料板，层为加料板，即即 l若是其它进料热状况若是其它进料热状况,（泡点进料），（泡点进料），操作线交点处的液相组成操作线交点处的液相组成加料板算在提馏段加料板算在提馏段 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定 若塔顶为分凝器，若塔顶为分凝器，则分凝器也相当于一则分凝器也相当于一块理论板。块理论板。平衡关系平衡关系操作关系操作关系第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定l提馏段：提馏段：已知已知 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定l总层数：总层数：当当 时，时，结束，结束，则则 (再沸器再沸器)2.梯梯级级图图解解法法第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定步骤：步骤：当当 时，时，在平衡线与精馏段操线间作梯级在平衡线与精馏段操线间作梯级;当当 时，时，在平衡线与提馏段操线间作梯级在平衡线与提馏段操线间作梯级;当当 时，时，停止作图。停止作图。第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定3.进料位置的确定进料位置的确定：l原则：原则：使所需的理论板层数最少使所需的理论板层数最少 选择与进料组成与温度相近选择与进料组成与温度相近的塔板作为加料板的塔板作为加料板 l方法：方法：平衡线与操作线间的垂直平衡线与操作线间的垂直(水水平平)距离越大，说明该塔板的距离越大，说明该塔板的增浓能力越大。增浓能力越大。l说明：说明：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定4.4.分析：分析：当当 时，时，只有精馏段操作线；只有精馏段操作线；当当 时，时，存在两条操作线；存在两条操作线；当当 时，时，只有提馏段操作线；只有提馏段操作线；*当当 时，时，平衡线与精馏段操作线间距离大平衡线与精馏段操作线间距离大*当当 时，时，平衡线与提馏段操作线间距离大平衡线与提馏段操作线间距离大第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定例：某苯与甲苯的混合原料，苯的摩尔分率为例：某苯与甲苯的混合原料，苯的摩尔分率为0.4。拟采用精馏塔加以分离，原料液处理量为拟采用精馏塔加以分离，原料液处理量为100kmol/h。要求塔顶产品含量为要求塔顶产品含量为0.9，苯的回收率不低于，苯的回收率不低于90，原料预热至泡点加入塔内。塔顶采用全凝器冷凝，回原料预热至泡点加入塔内。塔顶采用全凝器冷凝，回流比为流比为1.875。已知在操作条件下，物系的相对挥发。已知在操作条件下，物系的相对挥发度为度为2.47。求为完成分离任务所需要的理论板数及加。求为完成分离任务所需要的理论板数及加料位置。料位置。第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定解解:(1)(1)求求D，W (2)(2)求精馏段操作线方程求精馏段操作线方程1.1.逐板计算法：逐板计算法：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定(3)(3)求提馏段操作线方程求提馏段操作线方程(4)(4)求相平衡方程求相平衡方程由由第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定(5)(5)计算精馏段理论板数计算精馏段理论板数由由第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定第第5 5块板为加料板块板为加料板以下计算提馏段操作线方程代替精馏段操作线方程以下计算提馏段操作线方程代替精馏段操作线方程(6)(6)计算提馏段理论板数计算提馏段理论板数第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定2.梯梯级级图图解解法法第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算五、理论板数的确定五、理论板数的确定第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择1.全回流全回流若若D=0(通常也有通常也有F=0,W=0)操作线：操作线：(即即L=V)l全回流全回流：任一塔截面上升蒸汽和下降液体的组成均相等任一塔截面上升蒸汽和下降液体的组成均相等2.最小回流比：最小回流比：l分析分析:(平衡线与操作线越近平衡线与操作线越近)当四条线交于一点时当四条线交于一点时交点附近板上无增浓作用交点附近板上无增浓作用即即挟紧点挟紧点第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择l 的求取：的求取：(1)(1)作图法作图法第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择(2)(2)解析法解析法第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择泡点进料泡点进料露点进料露点进料第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择l非正常平衡曲线的非正常平衡曲线的 ：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择3.回流比的选择：回流比的选择：l选择依据：选择依据：总费用总费用=操作费用操作费用+设备费设备费费用最低费用最低(1)(1)精馏操作费主要取决于精馏操作费主要取决于 第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择(2)(2)设备费包括精馏塔、再沸器、冷凝器的费用设备费包括精馏塔、再沸器、冷凝器的费用精馏塔费用高精馏塔费用高第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择难分离物系：难分离物系：一般取一般取第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择操作时操作时R的调节：的调节：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择例：某混合物在一常压连续精馏塔进行分离。进料例：某混合物在一常压连续精馏塔进行分离。进料中轻组分中轻组分A A含量为含量为0.4(0.4(摩尔分率摩尔分率),),流量为流量为 。要求塔顶馏出液中含要求塔顶馏出液中含A A为为0.9,A0.9,A的回收率不低于的回收率不低于0.90.9。泡点进料，取回流比为最小回流比的泡点进料，取回流比为最小回流比的1.51.5倍倍,塔釜间塔釜间接蒸汽加热接蒸汽加热.且知系统的相对挥发度为且知系统的相对挥发度为=2.5=2.5。试求。试求(1)(1)塔顶产品流量塔顶产品流量D D,塔底产品流量塔底产品流量W W 及组成及组成 ;(2);(2)最最小回流比小回流比;(3);(3)精馏段和提馏段操作线方程精馏段和提馏段操作线方程;(4);(4)从塔从塔底数起的第二块理论板上底数起的第二块理论板上(塔底可视为第一块理论塔底可视为第一块理论板板)流下的液体组成。流下的液体组成。第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择解：解：（1）第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择（2）泡点进料泡点进料第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择（3）精馏段操作线：精馏段操作线：提馏段操作线：提馏段操作线：第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择或或第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择（4）又又第四节第四节 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算六、回流比的影响及选择六、回流比的影响及选择第五节第五节 精馏塔精馏塔一、塔设备：一、塔设备：逐级接触式逐级接触式 微分接触式微分接触式(连续连续)板式塔板式塔 处理量大处理量大 填料塔填料塔 处理量小处理量小 1.1.分类分类 塔器塔器塔径在塔径在0.6-0.70.6-0.7米以上的塔，过去一般优先选用板式塔。米以上的塔，过去一般优先选用板式塔。随随着着低低压压降降高高效效率率轻轻材材质质填填料料的的开开发发，大大塔塔也也开开始始采采用用各各种种新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。第五节第五节 精馏塔精馏塔返回返回第五节第五节 精馏塔精馏塔板式塔填料塔压降较大小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填料较小空塔气速较大小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填料较大塔效率较稳定，效率较高 传统填料低；新型乱堆及规整填料高持液量较大较小液气比适应范围较大对液量有一定要求安装检修较易较难材质常用金属材料金属及非金属材料均可造价大直径时较低新型填料投资较大填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸馏操作。填料塔和板式塔都可用于吸收或蒸馏操作。第五节第五节 精馏塔精馏塔2.2.性能评价：性能评价：(1)(1)生产能力生产能力 即为单位时间单位塔截面上的处理量；即为单位时间单位塔截面上的处理量；(2)(2)分分离离效效率率 对对板板式式塔塔指指每每层层塔塔板板的的分分离离程程度度；对对填填料料塔塔指指单单位高度填料层所达到的分离程度；位高度填料层所达到的分离程度；(3)(3)操操作作弹弹性性 指指在在负负荷荷波波动动时时维维持持操操作作稳稳定定且且保保持持较较高高分分离离效效率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比表示；率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比表示；(4)(4)压强降压强降 指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；(5)(5)结构繁简及制造成本。结构繁简及制造成本。第五节第五节 精馏塔精馏塔二、板式塔：二、板式塔：第五节第五节 精馏塔精馏塔错流式：错流式：1.1.分类：分类：逆流逆流(穿流穿流)式：式：2.塔板的流体力学性能：塔板的流体力学性能：(1)气液接触状态：气液接触状态：鼓泡接触鼓泡接触泡沫接触泡沫接触喷射接触喷射接触第五节第五节 精馏塔精馏塔(2)漏液：漏液：l危害性：危害性：l产生原因：产生原因：第五节第五节 精馏塔精馏塔预留安定区预留安定区 l预防措施：预防措施：(3)雾雾(液液)沫夹带：沫夹带：l产生原因：产生原因：l确定原则：确定原则：l防范措施：防范措施：适当加大板间距适当加大板间距第五节第五节 精馏塔精馏塔l分析：分析：(4)液泛液泛(淹塔淹塔)：第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔l产生原因：产生原因：操作被完全破坏操作被完全破坏l防范措施：防范措施：优化板结构优化板结构,增大板间距增大板间距,可提高液泛气速可提高液泛气速l危害性：危害性：(5)负荷性能图：负荷性能图：l分析：分析：第五节第五节 精馏塔精馏塔l性能曲线：性能曲线：第五节第五节 精馏塔精馏塔*针对某块特定塔板而言，针对某块特定塔板而言，并非某一塔段；并非某一塔段；*操作点越靠近中间，操作操作点越靠近中间，操作越稳定；越稳定；*操作线为辅助线，其与性操作线为辅助线，其与性能图两交点表示控制负荷能图两交点表示控制负荷上下限的两因素。上下限的两因素。l说明：说明：(6)液面落差：液面落差：l防范措施：防范措施：合理设计塔板流型合理设计塔板流型第五节第五节 精馏塔精馏塔板效率下降板效率下降板面上流动阻力所致板面上流动阻力所致 l危害性：危害性：l产生原因：产生原因：(7)塔板压降：塔板压降：l重要性：重要性：l产生原因：产生原因：第五节第五节 精馏塔精馏塔在保证板效率的前提下在保证板效率的前提下,尽量降低塔板压降。尽量降低塔板压降。l确定原则：确定原则：l泡罩塔板：泡罩塔板：3.错流塔板类型错流塔板类型第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔l浮阀塔板：浮阀塔板：F-1F-1型型 第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔l筛板：筛板：第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔l导向筛板：导向筛板：舌形塔板舌形塔板浮舌塔板浮舌塔板第五节第五节 精馏塔精馏塔l喷射型塔板：喷射型塔板：第五节第五节 精馏塔精馏塔浮动喷射塔板浮动喷射塔板气液接触状态气液接触状态第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔第五节第五节 精馏塔精馏塔供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)