89蒸馏

第六章蒸馏第六章蒸馏概述6.1双组分溶液的汽-液平衡6.2简单蒸馏和平衡蒸馏6.3精馏原理6.4双组分连续精馏塔的计算6.5板式塔6.66.1概述第6章蒸馏一、蒸馏原理：液体混合物（均相）部分汽化、部分冷凝汽相液相各组分挥发度不同易挥发组分难挥发组分液相汽相汽相液相质量传递最终汽相最终液相易挥发组分难挥发组分分离（轻组分）（重组分）二、蒸馏过程在化工中的应用:历史悠久、应用广泛1、石油蒸馏：汽油、煤油、柴油、重油等2、混合芳烃：苯、甲苯、二甲苯等3、液态空气：液氮、液氧等6.1概述第6章蒸馏三、蒸馏分离的特点:通过蒸馏可以直接获得所需的产品，有别于吸收等；适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物；适用于各种浓度混合物的分离；操作过程耗能较大。四、蒸馏操作的分类：按蒸馏方式简单蒸馏平衡蒸馏(闪蒸)精馏特殊精馏恒沸精馏萃取精馏较易分离的物系或对分离要求不高的物系难分离的物系用普通方法难以分离的物系6.1概述第6章蒸馏按操作压强常压加压减压一般情况下多用常压常压下不能分离或达不到分离要求时按混合物中组分数双组分多组分按操作方式间歇连续6.1概述第6章蒸馏第六章蒸馏概述6.1双组分溶液的汽-液平衡6.2简单蒸馏和平衡蒸馏6.3精馏原理6.4双组分连续精馏塔的计算6.5板式塔6.6拉乌尔定律：AAAxppBBBxpppA、pB—溶液上方A、B组分的分压，Pa；p°A、p°B—溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa；xA、xB—液相中A、B组分的摩尔分数。一定温度下，对于理想溶液，其上方任一组分的平衡分压与溶液中该组分的摩尔分数成正比。6.2.1双组分理想物系的汽液相平衡理想物系：液相为理想溶液、气相为理想气体的物系。6.2双组分溶液的汽—液平衡BAppp)1(ABAAxpxp溶液沸腾时，溶液上方的总压应等于各组分分压之和，即：道尔顿分压定律:AApyp对理想气体：)(BABAt,pfppppx)(BABAAAAAt,pfpppppppxpppy——泡点方程——露点方程第6章蒸馏6.2双组分溶液的汽—液平衡一定压力下：溶液的液相(汽相)组成xA(yA)与温度存在一一对应关系，汽液组成之间yA～xA存在一一对应关系。对非理想物系汽—液相平衡数据由实验测定。性质相近、结构相似的组分所组成的溶液，如苯-甲苯，甲醇-乙醇等，可视为理想溶液；若气相压力不太高，可视为理想气体。讨论：第6章蒸馏6.2双组分溶液的汽—液平衡总压一定，将组成为xf的溶液加热至泡点t泡，产生第一个气泡。继续加热，变为平衡的汽液两相，两相温度相同，组成分别为y和x。t/Cx(y)01.0露点线泡点线xyxf气相区液相区两相区当温度达到露点时，溶液全部汽化，y=xf。6.2.2温度—组成（t—x—y）图tft泡t露t第6章蒸馏6.2双组分溶液的汽—液平衡6.2.3汽液组成（x—y）图y1y2x1x2对角线y=x为辅助线；y—x曲线(平衡线)上各点具有不同的温度；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。表示总压一定时，液相组成和与之平衡的汽相组成的关系。可通过t-x(y)图或平衡数据作出。01.01.0第6章蒸馏6.2双组分溶液的汽—液平衡6.2.4挥发度及相对挥发度1.挥发度定义为组分在气相中的平衡蒸气压与在液相中的摩尔分数的比值，是物质挥发难易程度的标志。AAAxpBBBxp理想溶液：pxxpxpAAAAAAApxxpxpBBBBBBB双组分物系：第6章蒸馏6.2双组分溶液的汽—液平衡2.相对挥发度：溶液中两组分挥发度之比（易/难）BBAABAx/px/p理想物系：ppBA对于二元物系：yyAB1xxAB1xxy)1(1——相平衡方程BBAAx/yx/yBABAx/xy/y)(tf第6章蒸馏6.2双组分溶液的汽—液平衡BBAAxpyxpy//BABAxxyyα1，越大，平衡线越远离对角线，物系越易分离；xy01.01.0321α标志着分离的难易程度；α=1，无法用普通蒸馏方法分离。相对挥发度对相平衡的影响：321第6章蒸馏6.2双组分溶液的汽—液平衡3.平均相对挥发度釜顶m4.总压对汽液平衡的影响xxymm)1(1p1p2p3xy01.01.0ppp123p越大，平衡线离对角线越近，物系越难分离；对于高沸点的难分离物系，常采用减压精馏。第6章蒸馏6.2双组分溶液的汽—液平衡第六章蒸馏概述6.1双组分溶液的汽-液平衡6.2简单蒸馏和平衡蒸馏6.3精馏原理6.4双组分连续精馏塔的计算6.5板式塔6.66.3.1简单蒸馏间歇单级操作。温度和组成随时间变化，属非定态过程。只能获得一定沸程(某个温度区段)的馏分。特点：6.3简单蒸馏和平衡蒸馏平衡蒸馏是指液体的一次部分汽化的蒸馏操作。xF原料6.3.2平衡蒸馏(闪蒸)特点：连续进料，一次分离;塔顶产品xD塔底产品xLyAxA闪蒸罐减压阀xD和xL是一对平衡组成。6.3简单蒸馏和平衡蒸馏第六章蒸馏概述6.1双组分溶液的汽-液平衡6.2简单蒸馏和平衡蒸馏6.3精馏原理6.4双组分连续精馏塔的计算6.5板式塔6.63A6.4.1多次部分汽化和多次部分冷凝)(yxtA1A2A4A5B2B3B4BxWxDxF1B6.4精馏原理——精馏原理原料0V冷凝器1V2V1L2L加热器加热器冷凝器加热器0LV1L1L22V精馏过程的实现：6.4精馏原理精馏过程的实现：x1＞x2＞x3＞x4t4＞t3＞t2＞t11x2x3x4x12341y2y3y4yy1＞y2＞y3＞y4传质的同时伴有传热6.4精馏原理在每层塔板上所进行的热量交换和质量交换是密切相关的，气液两相温差越大，所交换的质量越多；气液两相在塔板上接触后，汽相温度降低，液相温度升高，液相部分汽化所需要的潜热恰好等于汽相部分冷凝所放出的潜热，故每层塔板上不需要设置加热器和冷凝器。1x2x3x4x12341y2y3y4y6.4精馏原理回流液L提馏段(含进料板）精馏塔精馏段塔顶冷凝器塔釜再沸器塔顶冷凝液馏出液D塔釜产品——釜液W进料液–原料液F精馏段提馏段6.4.2连续精馏装置流程WFLxFDxDxW6.4精馏原理6.4.3塔板的作用为不平衡的汽液两相提供传质的场所；yn+1ynxnxn-1n理论塔板:离开塔板的气体和液体呈平衡的塔板。足够多的板数可使各组分较完全分离;6.4精馏原理精馏操作分析：在理论塔板上，上升气体和下降液体呈平衡关系;下层塔板上升的气体和上层塔板下降的液体呈操作关系;没有塔顶回流和塔底汽化，操作将无法进行;进料适宜位置是板上液体与进料组成接近的板，叫加料板。精馏段提馏段WFDLxFxDxW6.4精馏原理xD2y2x2DxD1mm-1ym-1xm-1WWx塔顶液相回流(全凝器)塔底气相回流(再沸器)y1x1yW6.4精馏原理6.4.4精馏过程的回流①每一块板需要的液相相邻的上一板最上一板塔顶②每一块板需要的汽相相邻的下一板最下一板塔釜（再沸汽）（回流液）提供不平衡的气液两相气液两相传质的必要条件构成塔顶回流、塔底再沸的作用：6.4精馏原理6.4精馏原理塔板是汽液两相进行传热和传质的场所，每层塔板上必须有汽相和液相流过。因此，必须从塔顶引入下降液流和从塔底产生上升蒸汽流，以建立汽液两相体系。即塔顶回流和塔底上升蒸汽流是精馏过程连续进行的必要条件，回流是精馏与普通蒸馏的本质区别。第六章蒸馏概述6.1双组分溶液的汽-液平衡6.2简单蒸馏和平衡蒸馏6.3精馏原理6.4恒沸精馏和萃取精馏6.8多组分精馏6.7双组分连续精馏塔的计算6.5板式塔6.9间歇精馏6.66.5双组分连续精馏塔的计算计算内容：设计型：馏出量、回流比、理论塔板数(进料位置)、塔高、塔径等；操作型：核算操作条件与精馏效果的关系。计算依据：物料衡算相平衡方程操作线方程6.5.1恒摩尔流假设假设的条件：（1）各组分的摩尔汽化潜热相等；6.5双组分连续精馏塔的计算（2）汽液两相接触时，因温度不同而交换的显热可以忽略；（3）塔设备保温良好，热损失可以忽略。恒摩尔液流:常量LLL21精馏段常量LLL21提馏段mol·s-1不一定不一定恒摩尔汽化:常量VVV21精馏段常量VVV......21提馏段mol·s-1V但VLL6.5双组分连续精馏塔的计算6.5.2全塔物料衡算总：轻：应用:①确定回收率%FxDx100FDDWDFWFDxFxDxWxWxDxFWDF%xFxW100)1()1(FWW6.5双组分连续精馏塔的计算易挥发组分难挥发组分②确定采出率或采出量xxxxFDWDWFxxxxFDWDWFxxxxFWDWDF－－FDFW－：或1xxxxFWDWDF－－6.5双组分连续精馏塔的计算某一连续操作的精馏塔，已知进料流量为100kmol·h-1，xF=0.5，问（1）要求xD=0.9，xW=0.1，塔顶馏出液为56kmol·h-1，行吗？（2）Dmax=?思考分析：56kmolh-15010901050.....6.5双组分连续精馏塔的计算xxxxFDWDWF1hkmol50D)h(kmol56.559.05.01001DFmaxxFxDyV1LxDn+1n6.5.3操作线方程yn+1xnxDLDxDLLyDn1n1.精馏段操作线方程DLVxDxLyVDn1nxVDxVLyDn1nDxDVL16.5双组分连续精馏塔的计算R——回流比精馏段下降液体的摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。——精馏段操作线方程令：xD/LxD/LD/LyDn1n111DLR11Dn1nRxxRRy6.5双组分连续精馏塔的计算当D=0时，R=∞，称全回流，开车或实验时采用。正常操作时，L=RDWVmm+1xmym+1——提馏段操作线方程2.提馏段操作线方程W1xWLWxWLLymmWVLVLxVWxVLymmW1－WmmWxyVxL1''Wx6.5双组分连续精馏塔的计算6.5双组分连续精馏塔的计算6.5.4进料热状况的影响及q线方程t/Cx(y)01.0露点线泡点线xf气相区液相区两相区ABCDE五种进料热状况：（A）冷液体进料（B）饱和液体进料（泡点进料）（C）气液混合进料（D）饱和蒸汽进料（露点进料）（E）过热蒸汽进料VVFLFLLVVL冷液体进料VVFLFLLVVL泡点进料FLFLLLVVL气液混合进料VV'6.5双组分连续精馏塔的计算BFttBFttDFBtttLLFFVVVLV饱和蒸汽进料LLFLFVVVVL过热蒸汽进料L6.5双组分连续精馏塔的计算DFttDFtt加料板F加料板物料衡算：hFfh,LFh,L1FH,VFH,V1FLVLVF加料板热量衡算：hLHVhF1F1F'f6.5双组分连续精馏塔的计算hLHVFF式中：H——饱和蒸汽的摩尔焓，J/mol；h——饱和液体的摩尔焓，J/mol；h'f——原料的摩尔焓，J/mol。假设：HF=HF+1=H=原料在饱和蒸汽状态下的摩尔焓hF=hF-1=h=原料在饱和液体状态下的摩尔焓q——进料热状况参数hLVHLhHVhFfhHhHFLLfq6.5双组分连续精馏塔的计算将进料板衡算式代入上式并整理得：LVLVF饱和液体的焓饱和蒸汽的焓原料的焓饱和蒸汽的焓hHhHqf冷液体进料饱和液体进料气液混合进料饱和蒸汽进料过热蒸汽进料6.5双组分连续精馏塔的计算原料的汽化潜热的热量原料变为饱和蒸汽所需将mol1mol1FLLqFLL