化工原理蒸餾

1、化工原理蒸餾 工作原理: 利用液體混合物中各組分(component)揮發(fā)性(volatility)差異，以熱能為媒介使其局部汽化從而在汽相富集輕組分液相富集重組分而別離的方法。 閃蒸罐塔頂產(chǎn)品yAxA加熱器原料液 塔底產(chǎn)品 Q減壓閥2理想溶液與拉烏爾定律拉烏爾定律：在一定溫度下，汽相中任一組分的分壓 等于此純組分在該溫度下的蒸汽壓乘以 它在溶液中的摩爾分率。理想溶液：微觀 ：fAB= fAA= fBB； 宏觀：體積和不變，無熱效應(yīng)。pA=pAoxApB=pBoxB= pBo1-xA3pA 、pB 溶液上方A和B兩組分的平衡分壓，PapAo、pBo 同溫度下，純組分A和B的飽和蒸汽壓，Pa；x

2、A 、 xB 分別為混合液組分A和B的摩爾分率二、 理想溶液氣液相平衡一理想溶液t y x關(guān)系式 理想液體pA=pAoxA pB=pBoxB= pBo（1-xA）理想氣體4汽液兩相平衡組成間的關(guān)系泡點方程露點方程5二t y x圖與y x圖三個區(qū)：液相區(qū)，過冷液體氣相區(qū)，過熱蒸汽兩相區(qū)，氣液共存兩相區(qū)特點：兩相溫度一樣 y x兩條線：液相線泡點線 氣相線露點線組成一樣，t露點t泡點6對角線y=x為輔助曲線，yx ，平衡線在對角線之上；xy線上各點溫度不同；平衡線離對角線越遠(yuǎn)，揮發(fā)性差異越大，物系越易別離。73. 理想溶液的氣液相平衡方程式 代入相平衡方程討論: 的物理意義：汽相中兩組分組成之比是

3、液相中兩 組分組成 之比的倍數(shù)。 其值標(biāo)志著別離的難易程度。8 假設(shè)=1，那么普通蒸餾方式將無法別離此混合物。 1。 平均相對揮發(fā)度m。三、 非理想溶液氣液相平衡一對拉烏爾定律有正偏向的溶液 1無恒沸點的溶液 如甲醇-水溶液pApA理， pBpB理，介于pAo、pBo 之間。92有最低恒沸點的溶液 如乙醇-水二對拉烏爾溶液有負(fù)偏向的溶液 1無恒沸點溶液 如氯仿-苯溶液 pApA理， pBpB理，介于pao、pBo 之間。10平衡蒸餾是液體的一次局部汽化或蒸汽的一次局部冷凝的蒸餾操作。消費工藝中溶液的閃蒸別離是平衡蒸餾的典型應(yīng)用。 閃蒸操作流程：一定組成的料液被加熱后經(jīng)節(jié)流閥減壓進(jìn)入閃蒸室，液體

4、因沸點下降變?yōu)檫^熱而驟然汽化，汽化耗熱使得液體溫度下降，汽、液兩相溫度趨于一致，兩相組成趨于平衡。由閃蒸室塔頂和塔底引出的汽、液兩相即為閃蒸產(chǎn)品。 11精餾原理：屢次局部冷凝、屢次局部汽化、液相回流及 上升蒸氣。進(jìn)料板：原料液進(jìn)入的那層塔板精餾段：進(jìn)料板以上的塔段提餾段：進(jìn)料板以下包括進(jìn)料板的塔段塔頂冷凝器和塔低再沸器 精餾：將由揮發(fā)度不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中同時屢次進(jìn)展局部氣化和局部冷凝，使其別離成幾乎純態(tài)組分的過程。12問題：1. 無液相回流，別離結(jié)果如何？無氣相回流，別離結(jié)果如何？三回流作用連續(xù)精餾的充分必要條件：最上要有高純度易揮發(fā)組分的液相：液相回流最下要有高純度難揮發(fā)組

5、分的氣相：氣相回流(上升蒸氣)13精餾流程 連續(xù)精餾流程 典型的連續(xù)精餾流程如右圖所示.預(yù)熱到一定溫度的原料液送入精餾塔的進(jìn)料板,在每層塔板上, 回流液體與上升蒸氣互相接觸, 進(jìn)行熱和質(zhì)的傳遞。 塔頂冷凝器的作用: 獲得塔頂產(chǎn)品及保證有適宜的液相回流.再沸器的作用: 提供一定量的上升蒸氣流。 對于間歇精餾: 原料液一次參加塔底, 只有精餾段。 精餾段:加料板以上的塔段.上升汽相中重組分向液相傳遞，液相中輕組分向汽相傳遞，完成上升蒸氣輕組分精制。 提餾段:加料板及其以下的塔段.下降液體中輕組分向汽相傳遞，汽相中重組分向液相傳遞，完成下降液體重組分提濃。 14一、 全塔物料衡算單位時間為基準(zhǔn)總物料

6、衡算：F=D+W易揮發(fā)組分物料衡算：FxF=DxD+WxWF、D、W：kmol/sxF、xD、xW：摩爾分?jǐn)?shù)F, xFD, xDW, xW15別離要求的不同形式：2組分回收率：1 規(guī)定xD、xW二、恒摩爾流量的假定16即：V1=V2=V=常數(shù) V1=V2=V=常數(shù) V-精餾段上升蒸汽的摩爾流量，kmol/h; V-提餾段上升蒸汽的摩爾流量，kmol/h。 1精餾段，每層塔板上升的蒸汽摩爾流量都 相等，提餾段也一樣。但兩段的上升蒸汽的摩爾流量不一定相等。17即：L1=L2= L=常數(shù) L1=L2= L=常數(shù)但兩段下降的液體摩爾流量不一定相等。式中：L-精餾段下降液體的摩爾流量，kmol/h; L

7、-提餾段下降液體的摩爾流量，kmol/h。2精餾段內(nèi)，每層塔板下降的液體摩爾流量 都相等，提餾段也一樣。18 兩組分的摩爾汽化潛熱相等； 兩相接觸因溫度不同交換的顯熱忽略不計； 塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略不計。19三、 進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q過冷液體P飽和液體C汽液混合物G飽和蒸汽D過熱蒸汽HH20一精餾段操作線方程總物料衡算：V=L+D易揮發(fā)組分的物料衡算：Vyn+1=Lxn+DxD精餾段的操作線方程四、 操作線方程與q線方程21令R=L/D，R稱為回流比 精餾段的操作線方程二提餾段操作線方程總物料衡算：易揮發(fā)組分：提餾段的操作線方程22塔釜的氣相回流比23 q線對兩操作線的影響對精餾操作線無

8、影響，對提餾操作線有影響， q 提餾操作線斜率推動力 。24五、 理論板數(shù)計算 一理論板數(shù)的圖解法計算 梯級的物理意義理論板上濃度特征：xnyn相平衡，落到平衡線上。某截面濃度特征： xnyn+1操作關(guān)系，落到操作線上。圖解法求理論板數(shù)25 圖解法-McCabe-Thiele, M-T法圖解法求理論板層數(shù)的根本原理與逐板計算法的完全一樣,只不過是用平衡曲線和操作線分別代替平衡方程和操作線方程,用簡便的圖解法代替繁雜的計算而已,圖解法中以直角梯級圖解法最為常用.雖然圖解的準(zhǔn)確性較差,但因其簡便,目前在兩組分精餾中仍被廣泛采用。 1) 操作線的作法 首先根據(jù)相平衡數(shù)據(jù), 在直角坐標(biāo)上繪出待分離混合

9、物的x-y 平衡曲線, 并作出對角線. 如圖所示. 在x=xD 處作沿垂線, 與對角線交于點a, 再由精餾段操作線的截距xD /(R+1) 值, 在y 軸上定出點b, 聯(lián)ab. ab為精餾段操作線. 在x=xF 處作沿垂線, 與對角線交于點e, 從點e作斜率為q /(q-1)的q線ef, 該線與ab交于點d. 在x=xW 處作沿垂線, 與對角線交于點c, 聯(lián)cd. cd為提餾段操作線.262) 求N 的步驟 自對角線上a點始, 在平衡線與精餾段操作線間繪出水平線及沿垂線組成的梯級. 如圖所示。 當(dāng)梯級跨過兩操作線交點d 時, 則改在平衡線與提餾操作線間作梯級, 直至某梯級的垂直線達(dá)到或小于xW

10、為止。 每一個梯級代表一層理論板. 梯級總數(shù)即為所需理論板數(shù)。27圖解法求理論板數(shù)討論：確定最正確進(jìn)料位置 最優(yōu)進(jìn)料位置：塔內(nèi)汽相或液相組成與進(jìn)料組成 相等或相近的塔板。 圖解法最優(yōu)進(jìn)料板：跨越兩操作線交點的梯級， NT最少。28二理論板數(shù)的逐板計算法全凝器泡點回流泡點進(jìn)料間接蒸汽加熱F, xFD, xDW, xWyWm-112nx1x2xnxm-1y2y1ym-1精餾段：y1=xD精餾段塔板數(shù)：n-1n平衡關(guān)系的次數(shù)29提餾段：平衡關(guān)系：操作關(guān)系：或提餾段塔板數(shù)：m-1(不含再沸器30 例 常壓下用連續(xù)精餾塔別離含苯44%的苯一甲苯混合物. 進(jìn)料為泡點液體，進(jìn)料流量取100 kmol/h為計算基準(zhǔn)。要求餾出液中含苯不小于 94 %. 釜液中含苯不大于8 %(以上均為摩爾百分率). 設(shè)該物系為理想溶液相對揮發(fā)度為2.47. 塔頂設(shè)全凝器，泡點回流，選用的回流比為3. 試計算精餾塔兩端產(chǎn)品的流量及所需的理論塔板數(shù)。 解：由全塔物料衡算：FDW ;FxFDxDWxW提餾段操作方程為:精餾段操作方程為: 泡點液體進(jìn)料時q=1,相平衡方程為31對于泡點進(jìn)料, xF =xq 設(shè)由塔頂開場計算(從上往下)，第1塊板上升蒸氣組成y1=xD=0.94. 第1塊板