《化工傳質(zhì)與分離過(guò)程》第三章 蒸餾

1、第三章 蒸 餾3.1 蒸餾過(guò)程概述 3.2 兩組分溶液的汽液平衡3.3 平衡蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾3.3.1 平衡蒸餾3.3.2 簡(jiǎn)單蒸餾一、簡(jiǎn)單蒸餾裝置二、簡(jiǎn)單蒸餾的特點(diǎn)及其應(yīng)用三、簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程的計(jì)算 簡(jiǎn)單蒸餾為非穩(wěn)態(tài)過(guò)程。因此，簡(jiǎn)單蒸餾的計(jì)算應(yīng)該進(jìn)行微分衡算。設(shè)在某瞬間釜液量為L(zhǎng)，kmol 釜液組成為 x經(jīng)時(shí)間釜液量為L(zhǎng) - dL，kmol 釜液組成為 x - dxd餾出量 dD ，kmol 餾出組成為 y總物料衡算 dDdL 易揮發(fā)組分衡算 ydDdxxdLLLx)(聯(lián)立以上兩式，并略去二階無(wú)窮小量得xydxLdL三、簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程的計(jì)算設(shè)積分FWxxxydxWFlnFWxxFWxydxLdL得三

2、、簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程的計(jì)算簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程物料衡算關(guān)系初始時(shí)，釜液量為F， 組成為xF 。 結(jié)束時(shí)，釜液量為W，組成為xW。設(shè)汽液平衡關(guān)系為 xxy)1(1積分，可得11lnln11lnFWWFxxxxWF三、簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程的計(jì)算 餾出液的平均組成可通過(guò)一批操作的物料衡算求得WFDWFWxFxyWFWFWxFxyD聯(lián)立得三、簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程的計(jì)算餾出液的平均組成第三章 蒸 餾3.1 蒸餾過(guò)程概述 3.2 兩組分溶液的汽液平衡3.3 平衡蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾3.4 精餾的原理與流程3.4.1 精餾的原理一、多次部分汽化和冷凝平衡蒸餾簡(jiǎn)單蒸餾單級(jí)過(guò)程精餾多級(jí)過(guò)程液體混合物的初步分離進(jìn)行一次部分汽化比較進(jìn)行多次部分汽化和

3、冷凝實(shí)現(xiàn)液體混合物的完全分離多次部分汽化和冷凝的 t- x- y 圖FxFt1x1y2x2y3x3y123yyyA2x2y3x3y123xxxB二、精餾塔模型 上述的多次部分汽化和冷凝過(guò)程是在精餾塔內(nèi)進(jìn)行的。精餾塔板式塔塔內(nèi)裝有若干層塔板填料塔塔內(nèi)裝有一定高度的填料層精餾塔模型塔板上的操作情況塔板操作分析1ntnt1nttn-1 tn yn yn+1xn+1 xn xn-11ny第三章 蒸 餾3.1 蒸餾過(guò)程概述 3.2 兩組分溶液的汽液平衡3.3 平衡蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾3.4 精餾的原理與流程3.4.1 精餾的原理3.4.2 精餾操作流程一、連續(xù)精餾操作流程 化工生產(chǎn)以連續(xù)精餾為主。操作時(shí)，原料

4、液連續(xù)地加入精餾塔內(nèi)，連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（稱(chēng)為釜?dú)堃海?；部分液體被汽化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過(guò)各層塔板。塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器被全部冷凝，將部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔頂作為回流液體，其余部分作為塔頂產(chǎn)品（稱(chēng)為餾出液）采出。 連續(xù)精餾裝置示意圖精餾段提餾段1精餾塔2再沸器3冷凝器二、間歇精餾操作流程 與連續(xù)精餾不同之處是：原料液一次加入精餾釜中，因而間歇精餾塔只有精餾段而無(wú)提餾段。在精餾過(guò)程中，精餾釜的釜液組成不斷變化，在塔底上升蒸汽量和塔頂回流液量恒定的條件下，餾出液的組成也逐漸降低。當(dāng)釜液達(dá)到規(guī)定組成后，精餾操作即被停止。間歇精餾裝置示意圖1精餾塔2再沸器3冷凝器4

5、觀察罩5儲(chǔ) 槽第三章 蒸 餾3.1 蒸餾過(guò)程概述 3.2 兩組分溶液的汽液平衡3.3 平衡蒸餾與簡(jiǎn)單蒸餾3.4 精餾的原理與流程3.5 兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算3.5.1 計(jì)算的基本假定一、理論板的假定理論板的概念 用作衡量實(shí)際板分離效率的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。通常，在工程設(shè)計(jì)中，先求得理論板層數(shù)，再用塔板效率予以校正，即可求得實(shí)際塔板層數(shù)。 v 離開(kāi)該板的汽液兩相互成平衡；v 塔板上各處的液相組成均勻一致。理論板提出的意義1.恒摩爾汽流 精餾段 常數(shù)VVVVn21提餾段 常數(shù)VVVVm21注意：兩段上升的汽相摩爾流量不一定相等 。二、恒摩爾流假定精餾段中上升蒸汽摩爾流量提餾段中上升蒸汽摩爾流量2.恒摩爾液

6、流 精餾段 常數(shù)LLLLn21提餾段 常數(shù)LLLLm21二、恒摩爾流假定注意：兩段下降的液相摩爾流量不一定相等 。精餾段中下降液體摩爾流量提餾段中下降液體摩爾流量恒摩爾流動(dòng)的假定成立的條件 恒摩爾流動(dòng)雖是一項(xiàng)簡(jiǎn)化假設(shè)，但某些物系能基本上符合上述條件，因此，可將這些系統(tǒng)在精餾塔內(nèi)的汽液兩相視為恒摩爾流動(dòng)。后面介紹的精餾計(jì)算均是以恒摩爾流為前提的。v 混合物中各組分的摩爾汽化潛熱相等；v 塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略。二、恒摩爾流假定第三章 蒸 餾3.5 兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算3.5.1 計(jì)算的基本假定3.5.2 物料衡算與操作線方程 一、全塔物料衡算 精餾塔各股物料(包括進(jìn)料、塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品

7、)的流量、組成之間的關(guān)系可通過(guò)全塔物料衡算來(lái)確定。 精餾塔的物料衡算VLVL原料液餾出液釜?dú)堃嚎偽锪虾馑?WDF易揮發(fā)組分衡算 WDFWxDxFx餾出液采出率WDWFxxxxFD%100FDDFxDx易揮發(fā)組分回收率 %100)1 ()1 (FWWxFxW一、全塔物料衡算 難揮發(fā)組分回收率 二、操作線方程 在精餾段中，任意塔板（n 板）下降的液相組成 xn與由其下一層塔板（n+1 板）上升的蒸汽組成 yn1之間的關(guān)系稱(chēng)之為操作關(guān)系，描述該關(guān)系的方程稱(chēng)為精餾段操作線方程。 1.精餾段操作線方程 精餾段的物料衡算總物料衡算 易揮發(fā)組分衡算 DnnDxLxVy1DLV整理得 DnnxVDxVLy1令

8、 DLR DnnxRxRRy1111則 二、操作線方程 精餾段操作線方程回流比精餾段操作線方程 根據(jù)恒摩爾流假定，L為定值，且在穩(wěn)態(tài)操作時(shí)，D及 xD為定值，故R 也是常量。精餾段操作線方程為一直線方程。直線方程斜率1RR截距1RxD二、操作線方程 在提餾段中，任意塔板（m 板）下降的液相組成 與由其下一層塔板（m+1 板）上升的蒸汽組成 之間的關(guān)系稱(chēng)之為操作關(guān)系，描述它們之間關(guān)系的方程稱(chēng)為提餾段操作線方程。 2.提餾段操作線方程 mx1my提餾段的物料衡算二、操作線方程 總物料衡算 易揮發(fā)組分衡算 整理得 WVLWmmWxyVxL1WmmxVWxVLy1WmmxWLWxWLLy1二、操作線方程 提餾段操作線方程 根據(jù)恒摩爾流假定， 為定值，且在穩(wěn)態(tài)操作時(shí)，W及 xW為定值。提餾段操作線方程為一直線方程。LWLLWLWxW二、操作線方程 直線方程斜率截距練 習(xí) 題