化工原理精馏3-4

第九章蒸馏9.1蒸馏过程概述9.2两组分溶液的气液平衡9.3平衡蒸馏与简单蒸馏9.3.1平衡蒸馏9.3.2简单蒸馏一、简单蒸馏装置原料液在蒸馏釜中通过间接加热使之部分汽化，产生的蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝液作为馏出液产品排入接受器中。在一批操作中，馏出液可分段收集，以得到不同组成的馏出液。简单蒸馏为间歇、单级蒸馏操作。微分蒸馏简单蒸馏装置简图1.蒸馏釜；2.冷凝器；3.接收器。二、简单蒸馏的特点及其应用1.简单蒸馏的特点间歇操作过程非稳态过程单级过程，无塔段2.简单蒸馏的应用场合液体混合物的初步分离测油品的沸程恩式蒸馏某些料液的脱色三、简单蒸馏过程的计算简单蒸馏为非稳态过程。因此，简单蒸馏的计算应该进行微分衡算。设在某瞬间τ釜液量为nL，kmol釜液组成为x经时间釜液量为nL-dnL，kmol釜液组成为x-dxd馏出量dnD，kmol馏出组成为y总物料衡算DLdndn易挥发组分衡算DLLLydndxxdnnxn))((联立以上两式，并略去二阶无穷小量得xydxndnLL三、简单蒸馏过程的计算设积分FWxxWFxydxnnlnFWFWxxnnLLxydxndn得三、简单蒸馏过程的计算简单蒸馏过程物料衡算关系初始时，釜液量为nF，组成为xF。结束时，釜液量为nW，组成为xW。设气液平衡关系为xxy)1(1积分，可得]11ln[ln11lnFWWFWFxxxxnn三、简单蒸馏过程的计算馏出液的平均组成可通过一批操作的物料衡算求得WFDnnnWFWWFFnnxnxnyWWFFDxnxnyn联立得三、简单蒸馏过程的计算馏出液的平均组成第九章蒸馏9.1蒸馏过程概述9.2两组分溶液的汽液平衡9.3平衡蒸馏与简单蒸馏9.4精馏多级蒸馏过程9.4.1精馏原理一、多次部分汽化和部分冷凝平衡蒸馏简单蒸馏单级过程精馏多级过程液体混合物的初步分离进行一次部分汽化比较进行多次部分汽化和部分冷凝实现液体混合物的完全分离多次部分汽化和部分冷凝的t-x-y图FxFt1x1y2x2y3x3y123yyyA2x2y3x3y123xxxB二、板式塔内进行的精馏过程上述的多次部分汽化和部分凝过程是在精馏塔内进行的。精馏塔板式塔塔内装有若干层塔板填料塔塔内装有一定高度的填料层√精馏塔模型塔板上的操作情况塔板操作分析1ntnt1nttn-1tntn+11nxnx1nx1nynyyn-1ynyn+1xn+1xnxn-11ny第九章蒸馏9.1蒸馏过程概述9.2两组分溶液的汽液平衡9.3平衡蒸馏与简单蒸馏9.4.1精馏原理9.4.2精馏操作流程9.4精馏多级蒸馏过程一、连续精馏操作流程化工生产以连续精馏为主。操作时，原料液连续地加入精馏塔内，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。连续精馏装置示意图精馏段提馏段1－精馏塔2－再沸器3－冷凝器二、间歇精馏操作流程与连续精馏不同之处是：原料液一次加入精馏釜中，因而间歇精馏塔只有精馏段而无提馏段。在精馏过程中，精馏釜的釜液组成不断变化，在塔底上升蒸气量和塔顶回流液量恒定的条件下，馏出液的组成也逐渐降低。当釜液达到规定组成后，精馏操作即被停止。间歇精馏装置示意图1－精馏塔2－再沸器3－冷凝器4－观察罩5－储槽第九章蒸馏9.1蒸馏过程概述9.2两组分溶液的汽液平衡9.3平衡蒸馏与简单蒸馏9.5两组分连续精馏的计算9.5.1计算的基本假定9.4精馏多级蒸馏过程一、理论板的假定理论板的概念用作衡量实际板分离效率的依据和标准。通常，在工程设计中，先求得理论板层数，再用塔板效率予以校正，即可求得实际塔板层数。离开该板的气液两相互成平衡；塔板上各处的液相组成均匀一致。理论板提出的意义1.恒摩尔气流精馏段常数VnVnVnVnqqqqn,,,,21提馏段常数VnmVnVnVnqqqq,,,1,2注意：两段上升的气相摩尔流量不一定相等。二、恒摩尔流的假定精馏段中上升气体摩尔流量提馏段中上升气体摩尔流量2.恒摩尔液流精馏段常数LnLnLnLnqqqqn,,,1,2提馏段常数LnmLnLnLnqqqq,,,,21二、恒摩尔流假定注意：两段下降的液相摩尔流量不一定相等。精馏段中下降液体摩尔流量提馏段中下降液体摩尔流量恒摩尔流动的假定成立的条件恒摩尔流动虽是一项简化假设，但某些物系能基本上符合上述条件，因此，可将这些系统在精馏塔内的气液两相视为恒摩尔流动。后面介绍的精馏计算均是以恒摩尔流为前提的。混合物中各组分的摩尔汽化潜热相等；塔设备保温良好，热损失可以忽略。二、恒摩尔流假定第九章蒸馏9.5两组分连续精馏的计算9.5.1计算的基本假定9.5.2物料衡算与操作线方程一、全塔物料衡算精馏塔各股物料(包括进料、塔顶产品和塔底产品)的流量、组成之间的关系可通过全塔物料衡算来确定。精馏塔的物料衡算Vnq,Lnq,Vnq,Lnq,馏出液釜残液原料液总物料衡算WnDnFnqqq,,,易挥发组分衡算WWnDDnFFnxqxqxq,,,馏出液采出率WDWFFnDnxxxxqq,,%100,,FFnDDnAxqxq易挥发组分回收率%100)1()1(,,FFnWWnBxqxq一、全塔物料衡算难挥发组分回收率二、操作线方程在精馏段中，任意塔板（n板）下降的液相组成xn与由其下一层塔板（n+1板）上升的气相组成yn＋1之间的关系称之为操作关系，描述该关系的方程称为精馏段操作线方程。1.精馏段操作线方程精馏段的物料衡算总物料衡算易挥发组分衡算DDnnLnnVnxqxqyq,,1,DnLnVnqqq,,,整理得DVnDnnVnLnnxqqxqqy,,,,1令DnLnqqR,,DnnxRxRRy1111则二、操作线方程精馏段操作线方程回流比精馏段操作线方程根据恒摩尔流假定，qn,L为定值，且在稳态操作时，qn,D及xD为定值，故R也是常量。精馏段操作线方程为一直线方程。直线方程斜率1RR截距1RxD二、操作线方程练习题目思考题作业题:3、4、51.精馏原理是什么，精馏与简单蒸馏有何不同？2.塔顶液体回流和塔底上升蒸汽流的作用如何？3.为什么说理论板是一种假定，理论板的引入在精馏计算中有何重要意义？4.恒摩尔流假定的内容如何？5.操作线表示何种关系，它是如何获得的？