大学课件-化工原理-蒸馏-2

6.3简单蒸馏和平衡蒸馏6.3.1简单蒸馏（微分蒸馏，Reyleigh蒸馏)1、简单蒸馏装置和操作方法浓度变化简单蒸馏过程DifferentialDistillationtx(y)x2y2x1y1简单蒸馏组成变化关系2、特点（1）间歇操作过程是一动态过程；（2）易挥发组分更多地传质到气相中，釜液温度不断升高（3）产品与釜液组成随时间而改变(降低）（4）瞬时蒸气与釜中液体处于平衡状态3、简单蒸馏的计算nW——釜内液相量，kmol；x——任一时刻液相组成；dnW——d时间内蒸发的釜液量,kmol；dnV——d时间内移出的蒸汽量,kmol，其组成为y;（1）易挥发组分的物料衡算：)(dxndnxyWW)(1221lnxxWWxydxnn)(xfy低压下，液相为理想溶液的双组分蒸馏，xxy)1(1•数值积分•图解法积分122111lnln11ln21xxxxnnWW（2）蒸馏产品的平均组成设nW为任一时刻的釜液量，kmol21WWDnnn2112xnxnxnWWDDDWWDnxnxnx21126.3.2平衡蒸馏（闪蒸）(FlashorEquilibriumDistillation)1、闪蒸流程和操作方法1231-加热炉2-节流阀3-分离器动画示意2、特点（1）连续操作（2）组成和温度恒定不变（3）气、液两相平衡示意图3、平衡蒸馏的计算进料流量qnF、组成zFi、温度TF、压力pF确定体系的自由度为2。平衡蒸馏有多种计算类型。见P19表6.3.14、计算公式qnF----进料流率，kmol/s或kmol/h；qnV-----气相产物的流率，kmol/s或kmol/h；qnL-----液相产物的流率，kmol/s或kmol/h；yi,xi---气相产物、液相产物的组成。物料衡算：nLnVnFqqqCixqyqZqinLinVFinF,2,1iiixKy相平衡方程：归一方程：1111CiiCiiCiFyxZi热量衡算：),,(),,(),,(imVimLFFFmFmVnVmLnLmFnFytpfHxtpfHZtpfHHqHqHqinFnLFWDqqqqzxqqyiii11由i组分的物料衡算关系和相平衡关系得：)1(1)1(1iFiiiFiKezKyKezxii或nFnVqqe--汽化率——操作线方程二元理想物系：11qZxqqyFwDWDxy与处于平衡状态wwDxxy)1(1给定压力与汽化率，图解法确定闪蒸后两相组成——操作线方程——相平衡方程操作线•slope:q/(q–1)•intercept:-zF/(q–1)•pointF(zF，zF）•q=0•q1•q=1•q1•q0•Inindustrialpractice,achievedbyarrangementknownasfractionatingcolumn•Successivevaporizationandcondensationaccomplishedinoneunit6.4精馏（Rectification)6.4.1精馏原理（1）精馏过程•精馏段•提馏段BottomproductReboilerVerticalcylindricalRectifyingsectionStrippingsectionFeedTopproductLiquidreflux（2）精馏原理1.回流①液相回流②汽相回流实现高纯度分离的必要条件2.传质推动力yx示意图易挥发组分：液相→汽相（部分汽化）难挥发组分：汽相→液相（部分冷凝)3.传质方向精馏段-------精制气相的作用zFzF提馏段--------精制液相的作用4.热量传递过程液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。以第一板为例说明其传质与传热过程：y2y1xDx15.过程控制由传质过程控制。塔顶蒸汽回流液塔底蒸汽釜液进料塔顶蒸汽回流液塔底蒸汽釜液进料板式塔填料塔6.传质设备板式塔—逐级接触式设备Platecolumn方浮阀板式塔正常操作泡罩塔塔板浮阀塔板圆浮阀Packingcolumn直径：0.3-10m塔高：3-75m填料塔—微分接触式设备（3）精馏的特点：①存在回流；②易挥发组分沿塔高方向增加，温度沿塔高方向降低；③塔顶产品富含易挥发组分，塔底产品富含难挥发组分。（4）理论板（平衡级）的概念--idealtray•热量、质量传递•理论板上气液平衡yx平衡yn=f(xn)tn=f'(xn)平衡关系Txn=Tyn实际-非理论板②气业、液混合不充分；③流动类型复杂。①热量、质量传递速度有限；注意：N不包括塔釜（再沸器）总板效率（Efficiency）pTNNEN---理论板数Np---实际板数（30—100%）ET=f(流动状态,两相混合,……)11nnnnmVyyyyEnnnnmLxxxxE11单板效率(Murphreeefficiency)yn+16.4.2精馏过程的数学描述计算类型：•操作型计算•设计型计算▲物料衡算▲热量衡算▲相平衡关系▲归一方程qnD,xDqnW,xWqnF,zfa.全塔物料衡算qnF=qnD+qnW(1)精馏过程物料衡算WnWDnDFnFxqxqZqWDWFnFnDxxxZqqWDFDnFnWxxZxqq易挥发组分物料衡算：回收率Recoveryefficiency%1001FnFDnDZqxq%100)1()1(2FnFWnWZqxqb.塔板物料衡算•qnV-----气相流率，kmol/h,kmol/s;•qnL-----液相流率，kmol/h,kmol/s;nnLnnnVnnLnnVnLnnVnLnVxqyqxqyqqqqqnnnnnn111111qnLn-1,xn-1qnVn,ynqnVn+1,yn+1qnLn,xnnc.进料板物料衡算:qnLn-1,xn-1qnVn,ynqnVn+1,yn+1qnLn,xnnqnF,zFnnVnnLnnLnnVFnFnVnLnLnVnFyqxqxqyqzqqqqqqnnnnnnnnnnn111111(2)精馏过程热量衡算a.无进料和采出塔板的热量衡算nnnnnnnnmLnLmVnVmLnLmVnVHqHqHqHq1111nnnnnVnLnLnVqqqq11qnVn,ynqnVn+1,yn+1qnLn,xnn)/()]()([1111nnnnnnnnnmLmVmLmLnLmLmVnVnVHHHHqHHqqb.恒摩尔流假定(constantmoleoverflow)(对多数有机同系物和许多相近的理想溶液体系)（1）热损失很小，可以忽略不计（2）混合热为零（3）各板上混合物的摩尔汽化热近似相等rrrrnnn11(4)各板液体焓变与摩尔汽化热相比可忽略不计mLmLmLHHHnn1rrHHHHrrHHnmLmVmLmLnmLmVnnnnnn1110)/()]()([1111nnnnnnnnnmLmVmLmLnLmLmVnVnVHHHHqHHqqnVnVnVqqqnn1nLnLnLqqqnn1对于没有进料或出料的任一塔板均适用。恒摩尔流假定----主要条件各组分摩尔气化潜热相等。nVnVnVqqqnn1nLnLnLqqqnn1精馏段：nVnVnVqqqnn1nLnLnLqqqnn1提馏段：c.进料板的热量衡算''nLnVnLnVnFqqqqqmLnLmVnVmLnLmVnVmFnFHqHqHqHqHq''qnLn-1,xn-1qnVn,ynqnVn+1,yn+1qnLn,xnnqnF,zFnFnLnLmLmVmmVnVnVqqqHHHHqqqF''联立以上两式消去q-----进料的热状态参数进料的摩尔汽化热气所需热量每摩尔进料变为饱和蒸rHHqmFmVnFnLnLqqqq'nFnVnVqqqq)1('（1）过冷液体q1nVnVFnnLnLmFmVmLmFqqqqqqrHHHH''1（2）饱和液体q=1nVnVnFnLnLmFmVmLmFqqqqqqrHHHH''1（3）气液混合物0q1nVnVnLnLmFmVmLmFmVqqqqqrHHHHH''10（4）饱和蒸气q=0nFnVnVnLnLmVmFqqqqqqHH''0（5）过热蒸气q0nFnVnVnLnLmFmVmVmFqqqqqqHHHH''00qHHHHHHHHHHmLmVmFmVmLmVmVmVmLmF)()1(q值大小气液两相流量分布水力学性能、分离能力设计与操作q值在数值上等于进料中液相所占的分率δd.全塔热量衡算假设热损失忽略不计mWnWDmnDCRmFnFHqHqHq(1)再沸器冷凝器热流量qnD,xDqnW,xWqnF,zfqnVCqnLqnv’RqnL’mVnVmWnWmLnLRnVnWnLHqHqHqqqq''''消去''0)(')(rqHHqHHqnVmLmVnVmLmWnWR冷凝器rqnVC'nLq再沸器''rqnVR再沸器(2)再沸器与冷凝器热流量的关系rqRrqqRqqqqqRnDnVCnDnDnLnVnDnL)1()1(回流比代入全塔热量衡算中:mWnWDmnDCRmFnFHqHqHqmFnFmWnWmDnDnDRHqHqHqrqR)1(R,R,操作费若物流进料带入的热流量与塔顶、塔底产品带出的的热流量近似相等，则：CnVnDRrqrqR)1(一般情况下，再沸器加入塔内的热量近似等于冷却器从塔顶移出的热量。作业：P1305.6.7