化工原理二元连续精馏3

9.5 二元连续精馏的分析与计算二元连续精馏的分析与计算 九、精馏塔的热量衡算九、精馏塔的热量衡算 十、精馏塔的操作和调节十、精馏塔的操作和调节 十一、精馏塔内的温度分布和灵敏板十一、精馏塔内的温度分布和灵敏板 十二、填料精馏塔的填料层高度十二、填料精馏塔的填料层高度9.6 其它精馏方式其它精馏方式 D, ILD V,IVD L, ILD 九、精馏塔的热量衡算九、精馏塔的热量衡算1 1、冷凝器的热负荷、冷凝器的热负荷 对冷凝器作热量衡算，以单位时间为基准，并忽略热对冷凝器作热量衡算，以单位时间为基准，并忽略热损失，则：损失，则：VD()V=L+D=R+1DR+1D(I)CVDLDLDCLDQVIDILIQI因（），则（）QC则冷却介质消耗量为：则冷却介质消耗量为： PC21QcWc=C)tt（ W, ILW L , ILM V ,IVWW VWLWI-IBQV 九、精馏塔的热量衡算九、精馏塔的热量衡算2再沸器的热负荷再沸器的热负荷对再沸器作热量衡算，以单位时间为基准，并忽略热损失，对再沸器作热量衡算，以单位时间为基准，并忽略热损失，则：则： BVWLWLMQV IWIL IQB若近似取若近似取,V=L-WLWLMII又因，加热介质消耗量：加热介质消耗量：BhB1B2QW =I -ID, xDF, xFW, xWLVlWDCBFQQQQQQ lCBQQQ 若若 Ql忽忽略略，则则CBQQ 通常通常QF、QD、QW数值较小，数值较小，可忽略不计，于是可忽略不计，于是九、精馏塔的热量衡算九、精馏塔的热量衡算 3 全塔热量衡算全塔热量衡算QCQBlWDCBFQQQQQQ 九、精馏塔的热量衡算九、精馏塔的热量衡算 思考：冷液进料和热进料的优缺点是什么？（例思考：冷液进料和热进料的优缺点是什么？（例112） 通常采用冷液进料还是热进料？通常采用冷液进料还是热进料？进料热状况q理论板数Wh（kg/h）Wc （kg/h）冷料q1.36116118251600热料q0.33133419251600 冷料：利于传质，所需理论板数少，但再沸器需热量较大冷料：利于传质，所需理论板数少，但再沸器需热量较大 热料：所需理论板数多，但再沸器需热量较小热料：所需理论板数多，但再沸器需热量较小 常用：热进料，进料可用回收利用的废热加热常用：热进料，进料可用回收利用的废热加热十、精馏塔的操作和调节十、精馏塔的操作和调节影响精馏稳态操作的主要因素：影响精馏稳态操作的主要因素： 压强压强 进出塔系统的物料平衡进出塔系统的物料平衡 进料组成和热状况进料组成和热状况 回流比回流比 再沸器和冷凝器的传热条件再沸器和冷凝器的传热条件 塔系统和环境间的散热塔系统和环境间的散热 十、精馏塔的操作和调节十、精馏塔的操作和调节影响精馏稳态操作的主要因素：影响精馏稳态操作的主要因素： 1、物料平衡的影响和制约、物料平衡的影响和制约 例：双组分连续精馏，若例：双组分连续精馏，若F、xF、xD、xW保持不变，进保持不变，进料热状况参数发生变化，将导致（料热状况参数发生变化，将导致（ ）A. D变，变，W不变不变 B. D和和W均不变均不变 C. D不变，不变，W变变 D. D和和W都变都变 十、精馏塔的操作和调节十、精馏塔的操作和调节影响精馏稳态操作的主要因素：影响精馏稳态操作的主要因素： 2、回流比的影响、回流比的影响对于固定的精馏塔：对于固定的精馏塔：xD变大变大RLV同理，可导出同理，可导出XW变小变小注意：注意：在采出率在采出率D/F一定的条件下，若以增大一定的条件下，若以增大R来提高来提高XD，XD有有一极限值，即一极限值，即XDFXF/D十、精馏塔的操作和调节十、精馏塔的操作和调节影响精馏稳态操作的主要因素：影响精馏稳态操作的主要因素： 3、进料组成和进料热状况的影响、进料组成和进料热状况的影响 对特定的精馏塔：对特定的精馏塔： 若若XF减小，则减小，则XD和和XW均减小；均减小；欲保持欲保持XD不变，则应增大回流比不变，则应增大回流比 xD a c xW x xF f q=1 123456789101112138090100110 tmaxxF=0.4xF=0.43塔板序号塔板序号温度温度十一、精馏塔内的温度分布和灵敏板十一、精馏塔内的温度分布和灵敏板灵敏板：灵敏板： 当正在操作中的精馏当正在操作中的精馏塔受到某一外界干扰，塔受到某一外界干扰，如回流比、进料组成波如回流比、进料组成波动等，全塔各板的组成动等，全塔各板的组成和温度将发生变化。变和温度将发生变化。变化最灵敏的一块板或相化最灵敏的一块板或相邻的几块板称为灵敏板。邻的几块板称为灵敏板。十二、填料精馏塔的填料层高度十二、填料精馏塔的填料层高度NHETPH D, xDF, xFW, xW等板高度等板高度 Height Equivalent of a Theoretical Plate 十二、填料精馏塔的填料层高度十二、填料精馏塔的填料层高度影响影响HETP的因素：的因素： 流动状况，物性参数、填料特性和操作参数、流动状况，物性参数、填料特性和操作参数、思考：思考：等板高度大好还是小好？等板高度大好还是小好？等板高度愈小，说明填料层的传质分离效果愈好等板高度愈小，说明填料层的传质分离效果愈好NHHETP -分离效果相当于一层理论分离效果相当于一层理论 板的一段填料层高度。板的一段填料层高度。 实验测定。实验测定。浙江大学本科生课程化工原理第九章 蒸馏13/26-用用于于1 的的混混合合液液或或1 的的混混合合液液 在被分离的混合液中加在被分离的混合液中加入第三组分，以改变原混合物入第三组分，以改变原混合物组分间的相对挥发度，从而用组分间的相对挥发度，从而用精馏将它们分离。精馏将它们分离。三特殊精馏三特殊精馏 萃取精馏萃取精馏恒沸精馏恒沸精馏特殊精馏特殊精馏9.5 其它精馏方式其它精馏方式 y x 加加入入的的第第三三组组分分与与原原溶溶液液中中的的一一个个或或者者两两个个组组分分形形成成最最低低恒恒沸沸物物，从从而而形形成成了了“恒恒沸沸物物纯纯组组分分”的的精精馏馏体体系系，恒恒沸沸物物从从塔塔顶顶蒸蒸出出，纯纯组组分分从从塔塔底底蒸蒸出出，这这种种形形式式的的精精馏馏称称为为恒恒沸沸精精馏馏，其其中中所所添添加加的的第第三三组组分分称称为为恒恒沸沸剂剂或或者者夹夹带带剂剂。 例例 1：乙醇：乙醇-水体系，乙醇从塔底排出，水被苯从塔顶带出。水体系，乙醇从塔底排出，水被苯从塔顶带出。 常压下沸点常压下沸点 乙醇乙醇 水水 苯苯 乙醇乙醇-水恒沸物水恒沸物苯苯-乙醇乙醇-水恒沸物水恒沸物 78.3 100 80.1 78.15 64.6 乙醇乙醇-水恒沸物组成水恒沸物组成 乙醇乙醇 0.895 水水 0.105苯苯-乙醇乙醇-水恒沸物组成水恒沸物组成 乙醇乙醇 0.230 水水 0.226 苯苯 0.554 1 恒沸精馏恒沸精馏9.6 其它精馏方式其它精馏方式 1 恒沸精馏恒沸精馏9.6 其它精馏方式其它精馏方式例例 1：乙醇：乙醇-水体系，乙醇从塔底排出，水被苯从塔顶带出。水体系，乙醇从塔底排出，水被苯从塔顶带出。 常压下沸点常压下沸点 乙醇乙醇 水水 苯苯 乙醇乙醇-水恒沸物水恒沸物苯苯-乙醇乙醇-水恒沸物水恒沸物 78.3 100 80.1 78.15 64.6例例 2：环环己己烷烷-苯苯体体系系，恒恒沸沸剂剂为为丙丙酮酮 常常压压下下沸沸点点 环环己己烷烷 苯苯 丙丙酮酮 环环己己烷烷-苯苯恒恒沸沸物物 环环己己烷烷-丙丙酮酮恒恒沸沸物物 80.8 80.1 56.2 77 53 9.5 其它精馏方式其它精馏方式 1）新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要）新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要 有足够大的差别，一般要求大于有足够大的差别，一般要求大于10。 2）希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物，）希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物， 而且夹带组分的量要尽可能高，这样夹带剂用量较而且夹带组分的量要尽可能高，这样夹带剂用量较 少，能耗较低。少，能耗较低。 3）最好能形成非均相恒沸物，以便于回收其中的夹带）最好能形成非均相恒沸物，以便于回收其中的夹带 剂。如乙醇水恒沸精馏中静置分层的办法。剂。如乙醇水恒沸精馏中静置分层的办法。 4）还应满足其它的工业要求，如具备热稳定性、无毒、）还应满足其它的工业要求，如具备热稳定性、无毒、 不腐蚀、来源容易、价格低廉等。不腐蚀、来源容易、价格低廉等。9.5 其它精馏方式其它精馏方式恒沸剂的选择原则：恒沸剂的选择原则：在被分离的二元混合液中加入第三组分，在被分离的二元混合液中加入第三组分，沸点很高，沸点很高，且该组分不且该组分不与其它组分形成恒沸物，但与原溶液中与其它组分形成恒沸物，但与原溶液中 A A、B B 两组分的分子作用力不两组分的分子作用力不同，从而增大它们的相对挥发度，或打破原恒沸体系，使精馏得以进同，从而增大它们的相对挥发度，或打破原恒沸体系，使精馏得以进行，这种形式的精馏称为行，这种形式的精馏称为萃取精馏萃取精馏。其中所添加的第三组分称为萃取。其中所添加的第三组分称为萃取剂，精馏时剂，精馏时从塔底排出。从塔底排出。 例例 一一 常常 压压 下下 沸沸 点点 环环 己己 烷烷 苯苯 糠糠 醛醛 苯苯 酚酚 8 0 .8 8 0 .1 1 6 1 .7 2萃取精馏萃取精馏9.5 其它精馏方式其它精馏方式 2萃取精馏萃取精馏 萃取剂能显著改变苯的饱和蒸汽压，而对环己烷影响不明显，萃取剂能显著改变苯的饱和蒸汽压，而对环己烷影响不明显，使苯从易挥发组分变为难挥发组分使苯从易挥发组分变为难挥发组分。萃取剂的选择原则：萃取剂的选择原则： （1）选择性高）选择性高 加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大。加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大。 （2） 溶解度大溶解度大 能和任何浓度的原溶液互溶，以避免分层，否则难以充分发能和任何浓度的原溶液互溶，以避免分层，否则难以充分发挥萃取精馏的作用。挥萃取精馏的作用。 （3）挥发性小）挥发性小 其沸点比混合液的其它组分高得多，以保证塔顶产品的质量，其沸点比混合液的其它组分高得多，以保证塔顶产品的质量，也易与另一组分分离，但沸点也不能太高，否则会造成回收困难。也易与另一组分分离，但沸点也不能太高，否则会造成回收困难。（4）具有稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉）具有稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等其它等其它工业要求。工业要求。9.5 其它精馏方式其它精馏方式特特点点：不不稳稳定定； 只只有有精精馏馏段段，没没有有提提馏馏段段一间歇精馏一间歇精馏 间歇精馏流程简图 D, xD 加热蒸汽 F, xF 思考：思考： 间歇精馏与简单蒸馏有何相同间歇精馏与简单蒸馏有何相同和不同之处？和不同之处？ 间歇精馏通常有间歇精馏通常有恒回流比、恒馏出液组恒回流比、恒馏出液组成成这两种操作方式这两种操作方式9.5 其它精馏方式其它精馏方式 间隙精馏流程简图D, xD加热蒸汽F, xFxyc2c3c11恒回流比操作恒回流比操作9.5 其它精馏方式其它精馏方式xyac2c3c1 间隙精馏流程简图D, xD加热蒸汽F, xF2恒馏出液组成操作恒馏出液组成操作9.5 其它精馏方式其它精馏方式重关键组分重关键组分轻关键组分轻关键组分1多多元元精精馏馏较较二二元元精精馏馏计计算算复复杂杂1A、B、C、D29.6 多元精馏多元精馏一特点一特点A、B、C、DABCD清晰分割清晰分割2多多元元精精馏馏一一般般采采用用多多塔塔流流程程，而而且且流流程程方方案案有有多多种种。三元精馏的两种流程方案三元精馏的两种流程方案C(a)1A、B、CB CA2BCB(b)1A、B、CA B2A9.6 多元精馏多元精馏注意以下几个方面：注意以下几个方面：（1）各组分在流程中的汽化、冷凝次数应尽可能少，以）各组分在流程中的汽化、冷凝次数应尽可能少，以降低设备的负荷和能耗。降低设备的负荷和能耗。（2）若存在一对较难分离的相邻组分，宜置于最后分离。）若存在一对较难分离的相邻组分，宜置于最后分离。因为精馏该混合物需要很多塔板，放在最后需要的塔径最因为精馏该混合物需要很多塔板，放在最后需要的塔径最小。小。（3）对纯度要求较高的组分，最好从塔顶蒸出，因为塔）对纯度要求较高的组分，最好从塔顶蒸出，因为塔底常含有少量难挥发性的杂质。底常含有少量难挥发性的杂质。（4）对热敏性组分，为减少被加热的次数，应优先分离；）对热敏性组分，为减少被加热的次数，应优先分离；对有强腐蚀性的组分，为避免多个设备的腐蚀，也应优先对有强腐蚀性的组分，为避免多个设备的腐蚀，也应优先分离。分离。9.6 多元精馏多元精馏原原油油加加工工的的复复杂杂塔塔流流程程1加加热热炉炉；2主主塔塔；3侧侧塔塔汽汽油油重重油油气气态态烃烃水原原油油水蒸汽煤煤油油柴柴油油润润滑滑油油水蒸汽123 当物料的处理量较大，而当物料的处理量较大，而产品的纯度要求不高时，可采产品的纯度要求不高时，可采用带有侧线出料的复杂塔流程用带有侧线出料的复杂塔流程代替多塔流程。代替多塔流程。 一般侧线产品的纯度不高一般侧线产品的纯度不高9.6 多元精馏多元精馏