第六章 蒸馏课件.ppt

《第六章 蒸馏课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章 蒸馏课件.ppt（108页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第六章第六章 蒸馏蒸馏第一节第一节 双组分溶液的气液相平衡双组分溶液的气液相平衡 第二节第二节 蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理第三节第三节 双组分连续精馏的计算与分析双组分连续精馏的计算与分析第五节第五节 恒沸精馏与萃取精馏恒沸精馏与萃取精馏第四节第四节 间歇精馏间歇精馏第六节第六节 板式塔板式塔蒸馏在化工生产中的应用蒸馏在化工生产中的应用 分离多组分混合物；分离多组分混合物； 某一组分的提纯；某一组分的提纯； 有用组分的回收。有用组分的回收。目的：目的：广泛性：广泛性： 液体混合物；液体混合物； 气体混合物；气体混合物； 固体混合物。固体混合物。蒸馏过程的分离依据蒸馏过程的分离依据依据：依据：

2、蒸馏是利用混合物中各组分挥发性的差蒸馏是利用混合物中各组分挥发性的差 异。异。易挥发组分易挥发组分(或轻组分或轻组分): 挥发性高的组分，以挥发性高的组分，以A表示；表示；难挥发组分难挥发组分(或重组分或重组分): 挥发性低的组分，以挥发性低的组分，以B表示。表示。 蒸馏过程蒸馏过程液体混合物液体混合物 加热加热部分汽化部分汽化液相：液相：xA, xB 汽相：汽相：yA, yB 液相液相冷凝冷凝必有：必有： yA xA, yB x x两条线：液相线（泡点线）两条线：液相线（泡点线） 气相线（露点线）气相线（露点线）组成相同，组成相同，t t露点露点tt泡点泡点对角线对角线y=x为辅助曲线，为辅

3、助曲线，yx ，平衡线在对角线之上；平衡线在对角线之上；xy线上各点温度不同；线上各点温度不同；平衡线离对角线越远，平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越挥发性差异越大，物系越易分离。易分离。压力对压力对txA（yA）图及）图及xy图的影响图的影响压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大（三）（三） 相对挥发度与理想溶液的相对挥发度与理想溶液的y yx x关系关系组分的挥发度组分的挥发度: 是该物质挥发难易程度的标志，是该物质挥发难易程度的标志， 表示。表示。pA、 pB汽液平衡时，组分汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压；在气相中的分压；xA、xB汽液

4、平衡时，组分汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分率。在液相中的摩尔分率。 BBBAAAxpxp ,混合液某组分挥发度混合液某组分挥发度:1. 挥发度挥发度纯组分的挥发度：纯组分的挥发度： = pAo理想溶液则理想溶液则:oBBBoBBBBoAAAoAAAApxxpxppxxpxp2. 相对挥发度相对挥发度(以以表示表示) BBAABAxpxp理想气体：理想气体：BBAAxyxyBABAxxyy或：或：一般物系：一般物系：3. 理想溶液的气液相平衡方程式理想溶液的气液相平衡方程式 AByy1ABxx1BABAxxyy 代入代入xxy)1(1 相平衡方程相平衡方程讨论讨论: 的物理意义：汽相中两

5、组分组成之比是液相中两的物理意义：汽相中两组分组成之比是液相中两 组分组成组分组成 之比的倍数。之比的倍数。 其值其值标志着分离的难易程度。标志着分离的难易程度。 若若=1=1，则普通蒸馏方式将无法分离此混合物。，则普通蒸馏方式将无法分离此混合物。 1, 1 1。 平均相对挥发度平均相对挥发度m。釜顶m三、三、 非理想溶液气液相平衡非理想溶液气液相平衡（一）对拉乌尔定律有正偏差的溶液（一）对拉乌尔定律有正偏差的溶液 （1）无恒沸点的溶液）无恒沸点的溶液 如甲醇如甲醇-水溶液水溶液pApA理理， pBpB理理，介于，介于pAo、pBo 之间。之间。（2）有最低恒沸点的溶液）有最低恒沸点的溶液 如

6、乙醇如乙醇-水水（二）对拉乌尔溶液有负偏差的溶液（二）对拉乌尔溶液有负偏差的溶液 （1）无恒沸点溶液）无恒沸点溶液 如氯仿如氯仿-苯溶液苯溶液 pApA理理， pB1FLL VV (2) 饱和液体饱和液体 q1FLL VV (3) 气液混合气液混合 0q1LL VV (4) 饱和蒸汽饱和蒸汽 q0LL FVV (5) 过热蒸汽过热蒸汽 q0LL FVV 进料状况进料状况q值值q线位置线位置V与与V q线对两操作线的影响线对两操作线的影响对精馏操作线无影响，对精馏操作线无影响，对提馏操作线有影响，对提馏操作线有影响， q 提馏操作线斜率提馏操作线斜率 推动力推动力 。五、五、 理论板数计算理论板

7、数计算 （一）理论板数的图解法计算（一）理论板数的图解法计算 梯级的物理意义梯级的物理意义理论板上浓度特征：理论板上浓度特征：xn yn相平衡，落到平衡线上。相平衡，落到平衡线上。某截面浓度特征：某截面浓度特征： xn yn+1操作关系，落到操作线上。操作关系，落到操作线上。图解法求理论板数图解法求理论板数讨论：讨论：无无关关；与与、FxxRqxfNWDFT)( TNVLVL、一一定定， 确定最佳进料位置确定最佳进料位置 最优进料位置：塔内汽相或液相组成与进料组成最优进料位置：塔内汽相或液相组成与进料组成 相等或相近的塔板。相等或相近的塔板。 图解法最优进料板：跨越两操作线交点的梯级，图解法最

8、优进料板：跨越两操作线交点的梯级， NT最少。最少。（二）理论板数的逐板计算法（二）理论板数的逐板计算法全凝器全凝器泡点回流泡点回流泡点进料泡点进料间接蒸汽加热间接蒸汽加热F, xFD, xDW, xWyWm-112nx1x2xnxm-1y2y1ym-1精馏段：精馏段：y1=xD1 x平衡关系平衡关系2 y操操作作关关系系2 x平衡关系平衡关系Fxxn 精馏段塔板数：精馏段塔板数：n-1n平衡关系的次数平衡关系的次数提馏段：提馏段：平衡关系：平衡关系：操作关系：操作关系：DnnxVDxVLy 1DnnxRxRRy1111 或或nnnyyx)1( 1nxx 2 y操操作作关关系系2 x平衡关系平

9、衡关系3 y操操作作关关系系Wmxx 提馏段塔板数：提馏段塔板数：m-1(不含再沸器）不含再沸器）平衡关系：平衡关系：操作关系：操作关系：nnnyyx)1( WmmxVWxVLy1 WmmxWqFLWxWqFLqFLy 1或或注意：注意： 塔顶分凝器与冷塔顶分凝器与冷 凝器，分凝器相凝器，分凝器相 当于一块理论板当于一块理论板.精馏段塔板数：精馏段塔板数： n-1-1D, xD=y0y1y0 x0六、回流比与进料热状态对精馏过程的影响六、回流比与进料热状态对精馏过程的影响QFQDQWQcQQvQRQBq q一定，一定，R RR、V、V、L、L都都CcQrV BbQrV CQ BQ （一）（一）

10、 R、 q和和R对冷凝对冷凝器和蒸馏釜的热负荷影响器和蒸馏釜的热负荷影响R一定，一定，QB一定，一定，QF（q ）FBQQ 一一定定分离任务一定，热进料，减少塔釜负荷分离任务一定，热进料，减少塔釜负荷总输入热量一定，塔釜输入热量多，有利传质传热总输入热量一定，塔釜输入热量多，有利传质传热R , QCR一定，一定，D、W、xD、xW一定一定QD、QW一定一定FBCDWQQQQQ （一）（一） R、 q和和R理论板数的影响理论板数的影响q q一定，一定，R R R操作线远离平衡线操作线远离平衡线 TN 设备费设备费 ,VVL 冷凝器、再沸器热负荷冷凝器、再沸器热负荷 操操作作费费R一定，一定，D、

11、W、xD、xW一定，一定，q的影响的影响D、F、xD、R一定，一定，q 不变不变VL VL推动力推动力 NT 操作费)1()1(VFqDRVq NT 是以塔釜负荷增加为代价是以塔釜负荷增加为代价R一定，一定，xF、xD、xW一定，一定，q的影响的影响xWyxxDxFDFWq0q=00q1LV 不不变变LV推动力推动力 NT CVRQ q NT 是以塔顶负荷增加为代价是以塔顶负荷增加为代价R的影响的影响RNT、操作费、操作费 七、塔顶液相回流比的选择七、塔顶液相回流比的选择（一）全回流与最少理论板数（一）全回流与最少理论板数 全回流：全回流：塔顶上升蒸气冷塔顶上升蒸气冷 凝后全部引回塔凝后全部引

12、回塔 顶作为回流。顶作为回流。 DLRD=0，W=0，F=0；两条操作线合二为一，与对角线重合。两条操作线合二为一，与对角线重合。 N=Nmin 全回流的特点全回流的特点：全回流时全回流时Nmin：111)()(BABAxxayy nnxy 1第第1块块12)()(BABAxxyy 第第1块块 第第2块块第第2块块211)()(BABAyyayy 222)()(BABAxxayy 2211)()(BABAxxaayy 第第N-1板板 11211)()( NBANBAxxaaayy111)()( NBANNBAxxayy第第N块（再沸器）块（再沸器） WBAWNBAxxaaaayy)()(121

13、1 DBABAxxyy)()(1 塔顶全凝器塔顶全凝器WBAWNDBAxxaaaaxx)()(121 NW 21WBANDBAxxxx)()( loglogmin WABDBAxxxxN芬斯克公式芬斯克公式(多组分多组分) 适用条件：双组分混合物，塔顶全凝器，塔釜间接加热。适用条件：双组分混合物，塔顶全凝器，塔釜间接加热。 log11logmin WWDDxxxxN注意：注意： Nmin：包括再沸器；：包括再沸器； 1 1 N xw=xF log11logmin, FFDDFxxxxNFD 全回流的意义全回流的意义:开工、实验研究、设备异常或调试时，开工、实验研究、设备异常或调试时， 便于控制

14、。便于控制。（二）最小回流比（二）最小回流比Rmin最小回流比最小回流比对于某一物系，在对于某一物系，在一定的分离任务下一定的分离任务下，所需理论板，所需理论板为无穷多时所对应的回流比。为无穷多时所对应的回流比。恒浓区（夹紧点）恒浓区（夹紧点） 在在p p点前后气液两相浓度没有变化点前后气液两相浓度没有变化 ，即无增浓作，即无增浓作用。所以此区称作恒浓区，用。所以此区称作恒浓区，p p点叫夹紧点。点叫夹紧点。 作图法作图法：p pp ph h1 1phphminminDDxyRDRxx minDpppxyRyx 理想物系平衡线理想物系平衡线 非理想物系平衡线非理想物系平衡线最小回流比的计算最小

15、回流比的计算phDFFxqyqgdagRR 1minmingg（三）适宜回流比（三）适宜回流比R 对操作费用的影响：对操作费用的影响： 操作费用操作费用,VVRR 对设备费用的影响：对设备费用的影响：到一定程度下降缓慢）到一定程度下降缓慢）( TNR 换换热热设设备备费费用用,VVR回 流 比总 费用设 备费用操作费用Rmin Rmin)21 . 1(RR 八、理论板的简捷计算法八、理论板的简捷计算法R 、NT 、Rmin 、Nmin关系关系关联图：吉利兰图关联图：吉利兰图左端：左端：01min RRR NRR,min右端：右端：11min RRRmin,NNR 最小回流最小回流全回流全回流

16、适用条件：多组分，多种进料状态，适用条件：多组分，多种进料状态， ：1.26 4.05 N： 2.4 43.1 特点：简便、快；特点：简便、快； 双组分、多组分都适用；双组分、多组分都适用； 误差大，可用误差大，可用N估算，方案的比较。估算，方案的比较。 NT的计算步骤：的计算步骤：（1）由物系性质及分离程度定）由物系性质及分离程度定Rmin 、R；（2）计算全回流下的）计算全回流下的Nmin （图解法、芬斯克公式（图解法、芬斯克公式 ）函函数数关关系系与与11minmin NNNRRR （4）xw=xF，定加料位置，定加料位置 NNNNRRR 113minmin）由）由（注意：吉利兰图可回归

17、成注意：吉利兰图可回归成九、精馏塔的操作计算九、精馏塔的操作计算（试差法）（试差法）先设先设xw物料衡算求物料衡算求xD（y1)1 x平衡关系平衡关系2 y操操作作关关系系2 x平衡关系平衡关系dnxx 2 y操操作作关关系系3 y操操作作关关系系Nx（接近（接近xw为止）为止）十、直接蒸气加热及两股进料的精馏塔十、直接蒸气加热及两股进料的精馏塔（一）直接蒸汽加热的精馏塔（一）直接蒸汽加热的精馏塔目的：处理某轻组分的水溶液，难挥发组分为水时，目的：处理某轻组分的水溶液，难挥发组分为水时， 直接蒸气加热，省再沸器直接蒸气加热，省再沸器流程及特点：流程及特点：FxFWDNT的计算的计算 精馏段操作

18、线精馏段操作线111 RxxRRyDnn 提馏段操作线提馏段操作线 q线线11 qxxqqyF总物料衡算总物料衡算L +S=V +b易挥发组分易挥发组分L xn=V yn+1+bxn1 1nnbLWyxxVV F, xFD, xDW, xWSV ,yn+1L,xn nn+1bbbyxxSS 过点（过点（xb，0）斜率：斜率：b/SS=V b=L xDxWxF 理论板数的求取理论板数的求取（二）（二）两股进料的精馏塔两股进料的精馏塔F2, xF2D, xDW, xWF1, xF1V, ys+1L, xss+1s段：段：111RxxRRyDnn段：段：DLFV 1 1 11 1FDV yF xL

19、xDx 1 11 1DFDxF xLyxVV 1 11 111111111Fxqyxqq2 22 222221111FxqyxqqDxF2xF1xDxw357共共7块（含再沸器）块（含再沸器）第第3块块为为xF1加料板加料板第第5块块为为xF2加料板加料板 斜率：斜率： 100全回流全回流nnnnnnnnnnnnnMVxyxxxyxyyyyyE *1*1*1)(nnxy 1四、塔高的确定四、塔高的确定 PNTN、EbaPH HH1NZ ）（五、塔径的计算五、塔径的计算uVDS 4 smVS/_3skmolVVVS/u气相的空塔气速，气相的空塔气速，m/s.maxLVVuC C气相负荷因子气相负荷因子),(VLSSTVLHfC 液体表面张力，液体表面张力，dyne/cm (同同mN/m)2020dyne/cmC 2 . 02020CC 下的气相负荷因子下的气相负荷因子泡泡 罩罩泡罩塔板泡罩塔板（一）泡罩塔（一）泡罩塔六、板式塔类型六、板式塔类型V- - 浮阀浮阀V- - 浮阀塔板浮阀塔板（二）浮阀塔（二）浮阀塔筛筛 板板导向筛板导向筛板（三）筛板塔（三）筛板塔浮舌塔板浮舌塔板舌形塔板舌形塔板（四）其它类型塔板（四）其它类型塔板1）舌形塔板与浮动舌形塔板）舌形塔板与浮动舌形塔板2） ADV浮阀塔板浮阀塔板ADVADV塔盘的鼓泡状态塔盘的鼓泡状态