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化工原理 蒸馏.ppt

化工原理 蒸馏.ppt

上传者: hongrutian 2011-09-08 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《化工原理 蒸馏ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含绪论混合物非均相物系均相物系分离方法过滤、沉降、离心分离等分离方法蒸馏、吸收、干燥、萃取等传质过程传质过程的定义物质以扩散的方式从一相转移到另一相的符等。

绪论混合物非均相物系均相物系分离方法过滤、沉降、离心分离等分离方法蒸馏、吸收、干燥、萃取等传质过程传质过程的定义物质以扩散的方式从一相转移到另一相的相界面转移过程称为物质的传递过程简称传质过程。本学期介绍重点内容传质过程的介绍焦炉气的分离吸收操作酒精的增浓与提纯精馏操作萃取醋酸乙酯萃取醋酸水溶液中的醋酸干燥操作干燥传质示意图传质过程研究内容相平衡关系物料衡算关系传质速率关系气液溶解度液液溶解度干燥中的水蒸气分压第一节 概述第一章蒸馏Distillation二、方法:将液体混合物部分汽化一、蒸馏分离的依据:液体混合物各组分挥发度的不同A易挥发组分(轻组分)B难挥发组分(重组分)AB(C)液体混合物其中溶液中的组分三、本章研究的内容()确定该蒸馏操作的条件(t=P=)()确定分离后各组分在气相和液相中的组成以及两者间关系(x=y=x~y关联式)蒸馏操作、蒸馏分离的特点:()可以直接获得所需的组分操作流程简单()既可分离液体混合物也可分离气体混合物和固体混合物。但最终均是通过对其液体混合物进行分离而完成该操作。()蒸馏操作能耗较大、蒸馏过程的分类:按操作流程间歇蒸馏连续蒸馏按蒸馏方式简单蒸馏平衡蒸馏精馏按操作压强常压操作加压操作减压操作按混合物中分离组分数目两组分精馏多组分精馏特殊精馏第二节  两组分溶液的气液相平衡第二节  两组分溶液的气液相平衡两组分理想物系的气液相平衡一、相律确定在P,Tx,y四个参数中能够独立改变的变量数或者说为了描述该物系需要确定参数的个数恒压下双组分平衡物系中必存在着:)液相(或气相)组成与温度间的一一对应关系Tx(y)关系。)气、液相组成之间的一一对应关系y~x关系。据相律知:F=cp==P一定则F=即T、x、y中只有一个独立变量。若T也一定则x、y随之而定若x或y一定则Ty或Tx也随之而定。根据相律可以得到以下结论:二、两组分理想物系的气液平衡函数关系(T~x(y)关系)理想物系液相为理想溶液IS服从拉乌尔定律气相为理想气体IG服从道尔顿分压定律。条件:总压不太高(<kPa)的气相是指由性质极相近、分子结构相似的组分所组成的溶液。例如苯-甲苯、甲醇-乙醇(一)用饱和蒸汽压和相平衡常数表示气液平衡关系理想物系液相为理想溶液IS服从拉乌尔定律气相为理想气体IG服从道尔顿分压定律。时的蒸汽分压混合液的沸腾条件是各组分的蒸汽压之和等于外压即)用饱和蒸汽压表示的汽液平衡关系P一定下(t~x)关联式纯组分的p与t的关系通常可表示成如下的经验式: 安托因方程ABC为安托因常数由手册查得。所以有气液平衡下液相组成与平衡温度间关系t~x的函数关系对于理想气体应符合道尔顿分压定律气液平衡下气相组成与平衡温度间关系t~y的函数关系)用相平衡常数表示的气液平衡关系说明:相平衡常数是随温度的变化而变化(二)用相对挥发度表示气液平衡关系(二)用相对挥发度表示气液平衡关系挥发度(达到相平衡时某组分平衡分压与其液相摩尔分率之比)挥发度的定义纯组分溶液定义理想溶液说明:溶液中组分的挥发度随温度而变化.相对挥发度定义:若则对于双组分物系气液相平衡方程()α数据的来源:由实验测定。对于IS则当操作温度不很大时可视为常数计算时取平均值。若αα差别不大则若则*一般情况下温度升高a稍微减小应用该方程注意事项:注意:以后所见的x,y均为易挥发组分浓度就是表示的意思。()α的意义:α=则y=x不能用普通蒸馏分开α值愈大同一x下y值愈大可获得的提浓程度愈大。(一)、温度-组成(txy)图在一定外压条件下(P)沸点t与汽液相组成(x,y)的关系。三、两组分理想溶液的气液平衡相图设溶液组成为:AB其中A为易挥发组分B为难挥发组分。tx线亦称泡点线:出现第一个气泡ty线为露点线:对于组成为y的蒸汽冷却至与ty线相交出现第一个露珠ABa点组成为x的理想溶液在加热过程中状态的变化情况液体b点饱和液体c点气液共存d点饱和气体f点气体ABbacdfxy若为二元理想溶液,可利用计算方法求得即如何已知体系平衡温度t求出相应的x和y?故在两纯组分的沸点间任取一温度t通过上式即可得相应的x和y。将各数据在x-y图中绘出曲线即可得到t(x,y)相图安托因方程如何绘制txy图结论:()气、液两相呈平衡状态时气、液两相的温度相同但气相组成大于液相组成。()若气、液两相组成相同则气相露点温度总是大于液相的泡点温度()易挥发组分的浓度越高体系的温度越低。(二)、xy图取txy图中的x,y数据以x为横坐标y为纵坐标绘成的图为xy图。结论:()xy线均在对角线上方。()xy线与对角线偏离越远表示越易分离。xy线与对角线重合则不能用普通精馏方法分离。注意:若蒸馏操作在高压或低温下进行平衡物系的气相不能视为理想气体此时应对气相的非理想性进行修正。小结、传质过程的介绍、蒸馏、两组分理想物系的气液平衡函数关系)用饱和蒸汽压表示的气液平衡关系)用相平衡常数表示的气液平衡关系)用相对挥发度表示气液平衡关系、两组分理想物系的气液平衡相图)txy图tx线ty线(饱和液体线)(饱和蒸汽线))、xy图相平衡计算举例【例】正庚烷和正辛烷的饱和蒸汽压和温度的关系数据如下表所示。试求出该体系的平均相对挥发度。两组分非理想溶液的气液平衡两组分非理想溶液的气液平衡气相为理想气体液相为非理想溶液图-常压下硝酸-水溶液的txy图图-常压下硝酸-水溶液的xy恒沸组成恒沸点注意:具有恒沸点的混合溶液不能用一般蒸馏方法使混合液得到较完全的分离,需进行特殊精馏操作非理想体系气液平衡时应注意的问题第三节  平衡蒸馏与简单蒸馏第三节  平衡蒸馏与简单蒸馏平衡蒸馏D=(q)FytW=qFxt原料Fxftf一、过程的数学描述Tte注意各符号所代表的意义平衡蒸馏的特点:、即可连续操作亦可间歇操作、分离后的气液两相呈平衡状态、连续操作时产物的组成不随时间而变化、 物料衡算设原料液摩尔流量为Fkmols汽相产品摩尔流率为Dkmols液相产物摩尔流率为Wkmols易挥发组分的衡算F=DW总物料衡算目的:计算产品在塔顶和塔底的分配情况te而DF叫做汽化率表示平衡蒸馏中气液相组成的关系式设液相产物占总加料量F的分率为qq叫做液化率其值<q<、 热量衡算目的:确定热负荷从而确定加热蒸汽量。则单位时间内加热器提供的热量为:对图中的加热器作热量衡算若忽略热损失T通过加热器后原料液的温度Ctf原料液的温度C液体部分汽化所需的热量来自于物料放出的显热即确定分离器中平衡温度设Cp混合液的平均摩尔比热kJkmolKγ平均摩尔汽化热kJkmol、 气液平衡方程平衡蒸馏后所得的气相和液相是呈平衡状态因此应满足气液平衡方程即:二.平衡蒸馏过程的计算联立方程可求得yx物料衡算气液平衡方程、解析法平衡温度te与组成x应满足泡点方程二、图解法xy简单蒸馏简单蒸馏一.简单蒸馏过程的数学描述简单蒸馏是非稳态过程、简单蒸馏的特点:()间歇操作()非稳态过程即产物的组成随时间的变化而变化()在某一瞬间所得液相和气相产物呈平衡状态取一个时间微元dτ对该时间微元的始末作物料衡算。设Wτ时刻釜中的液体量初态:W终态:Wxτ时刻釜中液体的浓度初态:x终态:xydτ时间内由釜中蒸出汽体的浓度dWdτ时间内蒸出的汽体量。、物料衡算经时间后溶液汽化量为      釜液组成变化为在的时间间隔对易挥发组份作衡算得:略去二阶无穷小量则得积分其中满足相平衡方程令:二.简单蒸馏过程的计算()溶液为理想溶液则代入上式积分得由于Fx为已知(初态)若给定x则得W()若xy平衡关系用曲线或表格表示采用图解法或数值积分法()若在操作范围内xy平衡关系为直线带入并进行积分后得到:则最终所得馏出液的平均浓度为总物料易挥发组分第四节  精馏原理和流程第四节  精馏原理和流程精馏过程原理和条件一.多次部分气化和部分冷凝结论:、将气体混合物多次部分冷凝在气相中可以获得高纯度的易挥发组分、将液体混合物多次部分气化在液相中可以获得高纯度的难挥发组分、多次部分气化和冷凝可以达到对液体混合物分离的目的精馏塔和精馏操作流程一、精馏塔塔板是进行气化和冷凝(传质)的场所塔板类型部分汽化、部分冷凝平衡蒸馏D=(q)Fy=tW=qFx=t原料FxftfT=?te=?(一)平衡蒸馏的原理(二)平衡蒸馏过程的计算小结联立方程可求得yx物料衡算气液平衡方程()、解析法平衡温度te与组成x应满足泡点方程或通过tx图查出te值()、图解法、简单蒸馏简单蒸馏的计算()溶液为理想溶液()若xy平衡关系用曲线或表格表示()若在操作范围内xy平衡关系为直线最终所得馏出液的平均浓度、精馏过程原理和条件部分汽化、部分冷凝二、精馏操作流程.提馏段在塔的加料位置以下部分塔体。提馏段的作用:提浓难挥发组分的作用。.回流回流是构成汽、液两相接触传质的必要条件没有汽液两相的接触也就无从进行物质交换。、精馏段精馏段是指塔的加料位置以上部分塔体。精馏段的目的:提浓易挥发组分的作用。第五节两组分连续精馏的计算第五节两组分连续精馏的计算工艺计算内容()确定产品的流量和组成()确定精馏塔的类型根据塔型求算理论板层数或填料层高度()确定塔高和塔径()对所选塔进行尺寸计算和流体力学验算()计算冷凝器和再沸器的热负荷并确定两者的类型和尺寸理论板的概念及恒摩尔流假设理论板的概念及恒摩尔流假设1.理论板假设离开该板(第n块板)的上升蒸汽组成和板上(第n块板)下流液体组成互成平衡该板称之为理论板。即服从气液平衡关系:图 理论板示意图.恒摩尔流假设()恒摩尔气流:精馏段内每层塔板上升蒸汽的摩尔流率[kmols]相等。即同理在提馏段内一般情况下()恒摩尔液流:精馏段内每层塔板溢流液体的摩尔流率[kmols]即同理在提馏段内一般情况下()恒摩尔流假设成立的条件恒摩尔流假设成立条件:第一各组分的摩尔汽化潜热近似相等即[kJkmol]第二忽略汽相和液相传递的显热即第三忽略塔的热损失即。恒摩尔流假设就是指在精馏塔塔板上气、液两相接触时有nkmol的蒸汽冷凝相应就有nkmol液体气化。一般系统基本上符合上述条件物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程一、全塔物料衡算总物料衡算易挥发组分衡算六个变量二个方程必须已知四个量塔顶易挥发组分的回收率塔底难挥发组分的回收率分离程度的表达方式:分离要求注意事项:计算过程中物料的组成均为摩尔分率二、精馏段操作线方程精馏段物料衡算方程是解决的关系问题。上升蒸汽流率[kmols]回流液体流率[kmols]产品流率[kmols]塔底产品组成按虚线范围作总物料衡算与易挥发组分物料衡算得:合并二式得:若从塔底画衡算范围可以得到与上式相同的结果令称为回流比则上式为:成简单直线关系且是斜率为截距为的直线。精馏段操作线方程三、提馏段操作线方程提馏段物料衡算方程是解决的关系问题。V′上升蒸汽流率[kmols]L′回流液体流率[kmols]W釜液产品流率[kmols]Xw釜液组成。按虚线范围作总物料衡算与易挥发组分物料衡算得:合并二式得:若从塔顶画衡算范围可以得到与上式相同的结果得:提馏段操作线方程进料热状况的影响进料热状况的影响进料状况可能有如下五种如图所示。A状况低于泡点的过冷液进料B状况泡点液体进料C状况汽液混合物进料D状况露点蒸汽进料E状况高于露点的过热蒸汽进料不同进料状况下对塔内气流和液流的影响不同冷液进料泡点进料气液混合进料饱和蒸汽进料过热蒸汽进料待定视气液的比例对加料板作总物料衡算和热量衡算求算q值: 进料板物料衡算:进料板热量衡算:应用上式可以求出各种进料状况的q值对于饱和液体、气液混合物及饱和蒸汽三种进料而言q值就等于进料中的液相分率将q值代入则提馏段操作线方程可写为:~饱和液体(泡点)进料气液混合物进料饱和蒸汽(露点)进料理论板层数的求法理论板层数的求法所谓求理论塔板数就是利用前面讨论的平衡关系和操作关系计算达到指定分离要求所须的汽化冷凝次数。一、逐板计算法若xDxw已知对于塔顶全凝器则方法:()确定精馏段理论板数饱和液体进料则要求其它进料状况则要求交替应用平衡线和精馏段操作线计算直至则精馏段理论板数为n块()确定提馏段理论板数m交替应用平衡线和提馏段操作线方程计算直至则提馏段理论板数为m平衡线方程精馏段操作线方程平衡线方程饱和液体进料计算至其它进料状况计算至提馏段操作线方程平衡线方程小结、精馏的原理将液体混合物进行多次部分气化和部分冷凝。、精馏操作流程精馏段提馏段进料板、理论板概念和恒摩尔流假设与服从气液平衡关系总物料衡算易挥发组分衡算塔顶易挥发组分的回收率塔底难挥发组分的回收率、精馏操作的物料衡算小结:、精馏段操作线方程精馏段物料衡算方程是解决的关系问题。令、提馏段操作线方程提馏段物料衡算方程是解决的关系问题。、进料状态参数q>过冷液进料<过热蒸汽进料~汽液混合物进料=泡点液体进料=露点蒸汽进料q值就等于进料中的液相分率二、图解法其实质是以平衡关系与操作关系为依据将两者绘在xy图上便可图解得出达到指定分离任务所须的理论塔板数及加料板位置。图解步骤如下:、操作线的做法()、精馏段操作线的做法精馏段操作线即连的直线。()、提馏段操作线的做法(两种方法)第一种:提馏段操作线方程为:第二种:通过进料线方程确定进料线方程精馏段操作线与提馏段操作线的交点轨迹方程。由精馏段操作线方程:提馏段操作线方程:联立两式说明:进料线上各点为精馏段操作线方程与进料线之交点当然亦是提馏段操作线上的点。进料线方程a,作进料线过b,所得直线即是提馏段操作线。提馏段操作线的做法可以为:()进料状况对q线及操作线的影响结论:对一定分离任务和要求若进料热状况不同所需理论板层数不相同冷液进料所需理论板数最少()、适宜的进料位置进料板处液相浓度与进料液中液相浓度相近作精馏段操作线即连的直线。作进料线过作平衡线与对角线因此图解法求理论板数的步骤如下:作提馏段操作线即连所得直线即是。从A点开始在平衡线与操作线之间作直角梯级直到超过B点。有多少直角梯级就有多少块理论板数。跨越d点的阶梯为加料板。d如图所示共有块理论板第三块板为加料板。回流比的影响及其选择回流比的影响及其选择R有两个极限值上限为全回流时的回流比下限为最小回流比。实际回流比为两者的之间。一、全回流与最少理论板数全回流塔顶上升蒸汽经冷凝后全部回流至塔内、全回流的特点:)精馏段与提馏段操作线方程均与对角线(y=x)重合)此时理论板数最少(Nmin)。全回流的应用:)实验中塔板效率的测定)不正常生产)开始或结束生产时)F=D=0时则R、全回流时最少理论板数的计算式方法:图解法在平衡线与对角线间画梯级逐板计算推导出Nmin的计算式()图解法在平衡线与对角线间画梯级对于二元理想溶液则有()逐板计算推导出Nmin的计算式芬斯克方程若只计算精馏段的理论板数则将上式中的改为二、最小回流比(Rmin)()作图法cxq与yq是平衡线与进料线之交点。小结:、图解法求理论板数d、简捷法求理论板数()全回流和Nmin()Rmin和适宜R的选择xq与yq是平衡线与进料线之交点。()解析法在最小回流比下操作线与q线交点(Xq、yq)位于平衡线上对于相对挥发度为常量的理想溶液即:进料线方程平衡线方程饱和液体进料。饱和蒸汽进料。对于某些进料热状况则有三、适宜回流比的选择)、回流比对理论板数的影响()回流比对设备费与操作费的影响须选一个合适回流比R使总费用最省图 费用示意图线为“设备费~R”的关系式线为“操作费~R”的关系式线为“总费用~R”的关系式。适宜的回流比为:简捷法求理论板层数简捷法求理论板层数一、吉利兰(Gilliland)图应用范围进料由过冷液体到过热蒸汽至个组分操作压力由真空至个大气压、应用Gilliland图求理论板层数的步骤:、应用Gilliland)关联式计算N:【例】某二元理想混合液其平均相对挥发度若进料组成要求馏出液组成为釜液组成泡点进料回流比R取为。试求所需理论板数。解:()求全回流时的理论板数Nmin()求最小回流比Rmin因为泡点进料由吉利兰图查得如图所示。解得N所要求的理论板数RRmin分别为回流比与最小回流比塔高和塔径的计算塔高和塔径的计算一、塔高的计算板式塔:填料塔:、板效率和实际板数() 默弗里单板效率()气相莫弗里板效率(EMG)如图所示。气相板效率示意图()液相莫弗里板效率(EML)如图所示。  液相板效率示意图() 全塔效率(总板效率)E、理论板当量高度HTEP和填料层高度小结、全回流与Nmin(不含再沸器的最少理论板数)、R和Rmin的计算、了解R改变时对N等的影响情况、简捷法求N的计算吉利兰图吉利兰关联式、板效率的计算总板效率单板效率单板效率第n板的单板效率二、塔径的计算精馏塔的直径可由塔内上升蒸汽的体积流量及其通过塔横截面的空塔线速度求得即:或()将摩尔流量换算为体积流量()若精馏操作压强较低时气相可视为理想气体混合物则、精馏段Vs计算、提馏段Vs的计算同样的方法计算提馏段的塔径大小、比较两段塔径的大小取大者。连续精馏装置的热量衡算连续精馏装置的热量衡算热量衡算目的是确定冷凝器和再沸器的热负荷。冷凝器热负荷以单位时间为基准忽略热损失一、冷凝器则:冷却介质量为:二、再沸器的热负荷加热介质消耗量为:对再沸器作热量衡算以单位时间为基准。例、以连续精馏分离正庚烷(A)与正辛烷(B)。已知相对挥发度α=原料液浓度xF=(正庚烷的摩尔分率下同)塔顶产品浓度xD=加料热状态q=馏出产品的采出率DF=。在确定回流比时取。设泡点回流。试写出精馏段与提馏段操作线方程。例、常压下用一块理论板、全凝器与塔釜组成的连续精馏塔分离某二元混合液。已知:进料xf=q=进料从塔上方加入。塔顶产品浓度xD=塔顶用全凝器泡点回流回流比为。易挥发组分回收率η=若平衡关系可用表示试估算A值。xf=q=xD=例、如图用由一个蒸馏釜和一层实际板组成的精馏塔分离二元理想溶液。组成为的料液在泡点温度下由塔顶加入系统的相对挥发度为。若使塔顶轻组分的回收率达到%并要求塔顶产品组成为试求该层塔板的液相默弗里板效率。()列出提馏段操作线则=()求算xw全塔为提馏段且泡点加料故有提馏段操作线方程为该板默弗里效率()求算x*第六节间歇精馏第六节间歇精馏间歇精馏特点()非稳态过程()间歇精馏塔只有精馏段间歇精馏操作方式()恒馏出液组成操作R()恒R操作xD实际生产中一般采用联合操作过程回流比恒定时的间歇精馏计算回流比恒定时的间歇精馏计算一、确定理论板层数已知:(馏出液平均组成)和求:N、计算Rmin和R(最终釜液组成)以操作初态为基准,假设一最初馏出液的组成xD、图解法求理论板层数因为釜内液体为饱和液体恒R间歇精馏时理论板数的确定二、对具有一定理论板层数的精馏塔确定操作过程中个瞬间的xD和xW的关系方法:()任意选定若干xDi值通过各点(xDixDi)作一系列斜率为R(R)的平行线()在每条操作线和平衡线间绘梯级使其等于所规定的理论板层数()最后一个梯级所达到的液相组成即为与xDi相对应的xWi。三、对具有一定理论板层数的精馏塔确定操作过程中瞬间xD或(xW)与釜液量W、馏出液量D间的关系参照简单蒸馏的计算式得瞬间xD和xw的关系式如何验算xD是否合适则需考虑所得的xDm是否等于或大于规定值。馏出液组成恒定时的间歇精馏计算馏出液组成恒定时的间歇精馏计算计算内容:已知:求:理论板层数N一、确定N按精馏最终阶段进行计算,因为此时所要求的分离程度最高、图解法求理论板层数、计算Rmin和R恒馏出液组成时间歇精馏理论板层数的确定二、确定xW和R的关系已知R对应的xw可按以下步骤求得:()计算操作线截距XD(R)值在xy图的y轴上定出点b()联结点a(xDxD)和点b所得的直线即为R下的操作线()从点a开始绘梯级最后一梯级所达到的液相组成即为xw依据相同的方法可求出不同R下的xW恒馏出液组成下间歇精馏R和xw的关系三、计算一批操作的气化量设在时间内溶液的气化量为馏出液量为,回流液量为,则回流比为:对塔顶冷凝器作物料衡算得:微分上式得:应用图解积分法求得V例-已知:恒xD的间歇精馏第六节恒沸精馏和萃取精馏第六节恒沸精馏和萃取精馏分离对象:挥发度相近或具有恒沸点的溶液。基本原理:在混合溶液中加入第三组分以提高各组分间相对挥发度的差别使其得以分离。恒沸精馏恒沸精馏方法:在两组分恒沸液中加入第三组分(称为挟带剂),该组分能与原料液中的一个或两个组分形成新的恒沸液从而使原料液能用普通精馏方法予以分离。水乙醇恒沸点挟带剂的要求:()能与被分离组分形成新的恒沸液()新恒沸液所含挟带剂的量愈少愈好()新恒沸液最好为非均相混合物便于分层法分离()无毒性、无腐蚀性热稳定性好()来源容易价格低廉。萃取精馏萃取精馏方法:向原料液中加入第三组分(萃取剂)以改变原有组分间的相对挥发度而得到分离。注意:相对挥发度随萃取剂量加大而增高萃取剂的选择:()应使原组分间相对挥发度发生显著的变化()萃取剂的挥发性应低些()无毒性、无腐蚀性热稳定性好()来源方便价格低廉萃取精馏与恒沸精馏的比较()萃取剂比挟带剂易于选择()萃取精馏的耗能量较恒沸精馏的为少()萃取精馏操作较灵活易控制()萃取精馏不宜采用间歇操作而恒沸精馏则可采用间歇操作()恒沸精馏较适用于分离热敏性溶液几种特殊情况时理论板数的求法几种特殊情况时理论板数的求法一、直接蒸汽适用条件:待分离的混合液为水溶液且水是难挥发组分。理论板数的计算---图解法()作出平衡线和对角线()作精馏段操作线()作q线()作提馏段操作线()在操作线与平衡线之间作梯级。蒸汽直接蒸汽加热精馏直接与间接蒸气加热N的计算二、多侧线的塔特征:存在三条操作线、多侧线进料第三条操作线提馏段操作线第一条操作线精馏段操作线多侧线进料精馏N的计算、多侧线出料第二条操作线方程第一条操作线方程精馏段操作线第三条操作线方程提馏段操作线多侧线出料精馏N的计算第七节多组分精馏第七节多组分精馏流程方案的选择一、精馏塔的数目n个组分溶液的分离需要n个精馏塔二、流程方案的选择选择的标准()保证产品质量满足工艺要求生产能力大()流程短设备投资费用少()能耗低收率高操作费用低()操作管理方便流程选择的原则()流程按组分挥发度递减的顺序分离()优先考虑易分解和聚合组分的分离()对产品质量要求高的组分应从塔顶分离多组分物系的气液平衡一、理想系统的气液平衡、平衡常数法、相对挥发度法取较难挥发组分j作为基准组分则任一组分和基准组分的相对挥发度为:推导气液平衡组成与相对挥发度的关系同理可得:二、相平衡常数的应用应用:计算泡点温度、露点温度和气化率等利用公式:、泡点温度及平衡气相组成的计算方法:假设泡点温度Ki校核Yes假设正确?No重新假设进行计算、露点温度和平衡液相组成得计算方法:假设露点温度P,TKi校核Yes假设正确、多组分溶液得部分气化对一定量的原料液作物料衡算即当物系的温度和压强一定时可应用上式计算气化率三、相对挥发度法的应用关键组分的概念及各组分在塔顶和塔低产品中的分配关键组分的概念及各组分在塔顶和塔低产品中的分配一、关键组分工艺中最关心的两个组分(挥发度相邻的两个组分)规定它们在塔顶和塔低产品中的组成或回收率。轻关键组分重关键组分关键组分二、组分在塔顶和塔底产品中的预分配设比重关键组分还重的组分全部在塔底产品比轻关键组分还轻的组分全部在塔顶产品中清晰分割时非关键组分在两产品中的分配可以通过物料衡算求得例如:多组分混合液轻关键组分重关键组分、清晰分割的情况例-已知:分离多组分溶液(A,B,C,D,E,F)C为轻关键组分xw=,D为重关键组分Xd=,估算:其它组分在产品中的组成假设本题为清晰分割以F=Kmolh为基准作衡算组分FKmolhDKmolhWKmolhABCDEFG(W)(D)DDWW则馏出液流量为:相应地各组分的分配情况可以得到清晰分割适用的条件:()两关键组分的挥发度相差很大()两关键组分为相邻组分、非清晰分割的情况适用的条件为:()两关键组分不是相邻组分()若进料中各组分的相对挥发度相差不大结果塔顶和塔底中存在各个组分解决方法:采用芬斯克全回流公式进行估算计算中需作如下假设()在任何R下操作各组分在塔顶和塔底产品中的分配情况与全回流操作时的相同。()非关键组分在产品中的分配情况与关键组分的也相同。非清晰分割的计算过程:()根据关键组分的组成利用芬斯克方程计算出Nmin()列出任一R条件下任一组分i和重组分之间的分配情况()联立a和b两方程可得亨斯特别克(Hengstebeck)法注意事项:由于塔底和塔顶的温度未知故a未知。因此需要采用试差法。()假设各处的温度计算出相应的a。()采用亨斯特别克法计算Di和wi()由组成校核所设温度是否正确。--最小回流比--最小回流比Rmin的计算方法:解析法采用恩德伍德(Underwood)公式即:方法:假设一q值求出Rmin,,进行核算该公式的应用条件为:()塔内气液相作恒摩尔流动()各组分的相对挥发度为常量。--简捷法确定理论板层数--简捷法确定理论板层数具体步骤如下:()根据分离要求确定关键组分的分配情况()根据芬斯克方程确定非关键组分的分配情况()计算出Nmin()用恩德伍德公式计算Rmin确定R()利用吉利兰图求算N()采用下式确定进料板位置简捷法一般适用于初步估算或初步设计中小结:、多组分理想物系中个组分的气液相平衡关系平衡常数法相对挥发度法归一方程、确定各组分在塔顶和塔底的分配情况关键组分根据分离要求确定非关键组分清晰分割非清晰分割、N的确定简捷计算法)确定Rmin,选择R)计算Nmin)利用吉利兰图得到N)确定进料板的位置、精馏塔结构不变,操作时若保持进料的组成、流率、热状况及塔顶流率一定,只减少塔釜的热负荷,则塔顶,塔底,提馏段操作线斜率。精馏操作时若在、、、不变的条件下将塔顶产品量D增加其结果是,塔顶,塔底,分析:当D增加时,xD必然减小但因回流比不变只有V和L同时增加即V’和L’同时增加以q=为例从提馏段操作线斜率看当D增大后变小而NT不变故有xW减小。、、、在某二元混合物连续、基本型精馏操作的基础上若进料组成及流量不变总理论板数及加料板位置不变塔顶产品采集比DF不变。试考虑在进料热状态参数q增大回流比R不变的情况下xD、xW和塔釜蒸发量的变化趋势。只需定性分析。某精馏塔塔顶蒸气组成为温度为经分凝器部分冷凝到泡点后回流入塔组成为。未冷凝的蒸气组成为经全凝器后成为组成为的产品。试判断下列各量的相互关系:,流率为kmolh,组成为的二元理想溶液精馏分离要求塔顶产品组成达到塔底残液组成不超过泡点进料回流比为。要使塔顶采出量达到kmolh,应采取措施()。A:增加塔板数B:加大回流比C.改变进料热状况D.塔顶增加分凝器E.增加进料量答案:E某精馏塔精馏段和提馏段的理论板数分别为N和N若只增加提馏段理论板数而精馏段理论板数不变当、、、、等条件不变时则有()。A.xW减小xD增加B.xW减小xD不变C.xW减小xD减小D.xW减小xD无法判断答案:A例、在常压下用一连续精馏塔分离某两组分混合液已知进料量为kmolh其中轻组分的含量为(摩尔分率)泡点进料。塔顶产品流量为kmolh。体系在常压下的相对挥发度为。若精馏塔的理论塔板数为无限多试求:当回流比为时塔顶、塔底产品中轻组分的含量各为多少?当回流比为时塔顶、塔底产品中轻组分的含量各为多少?画出两种情况下的精馏段、提馏段操作线和q线示意图。分析:、操作线与平衡线在q点相交、操作线与平衡线在xW=处相交、操作线与平衡线在xD=处相交解:由于NT=设xq、yq达到相平衡则R=Rmin=q=xq=xf=由物料衡算得:假设正确计算有效。R=设此时在xq、yq处达到相平衡所以在xw=处达到平衡此时

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