武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件

§4理論塔板數(shù)的計(jì)算

在精餾塔設(shè)計(jì)中引入理論塔板的概念，是為了簡(jiǎn)化計(jì)算。通常是先求出理論板數(shù)，然后根據(jù)塔板效率予以修正，求出實(shí)際的塔板數(shù)。對(duì)于填料塔，用相當(dāng)于一塊理論塔板分離效率的填料層高度代表塔板，稱(chēng)為填料的等板高度，只要求出理論板數(shù)即可以求出填料塔的填料層高度。§4理論塔板數(shù)的計(jì)算在精餾塔設(shè)計(jì)中引入理14-１逐板計(jì)算法假設(shè)離開(kāi)該板（第n塊板）的上升蒸汽Yn組成和板上（第n塊板）下流液體Xn組成互成平衡，該板稱(chēng)之為理論板。4-１逐板計(jì)算法假設(shè)離開(kāi)該板（第n塊板）的上升蒸汽Yn組成2逐板計(jì)算法：逐板計(jì)算法是利用進(jìn)料的氣液相平衡關(guān)系和操作線方程去計(jì)算每一塊理論塔板的氣液相濃度。其依據(jù)是：進(jìn)入每塊塔板的氣液相在塔板上充分接觸，最大限度地實(shí)現(xiàn)熱量、質(zhì)量傳遞，由不平衡達(dá)到平衡。逐板計(jì)算法：逐板計(jì)算法是利用進(jìn)料的氣液相平衡關(guān)系和操作線方程3從塔最上層上升的蒸汽y1，在塔頂冷凝器中被全部冷凝后，得到的塔頂餾出液組成、塔頂回流液的組成xd與第一層塔板上升的蒸汽組成y1相同，即y1=xd。從塔最上層上升的蒸汽y1，在塔頂冷凝器4因是理論塔板，由塔頂?shù)谝话逑陆档幕亓饕航M成x1與該板上升蒸汽的組成y1符合氣、液平衡方程。第二層塔板的組成符合精餾段操作方程依此類(lèi)推，算到第n板的液相組成xn與加料板的組成xf近似為止，即xn≤xf，表明第n層為加料板；可做為提餾板的第一層，故精餾段的理論板數(shù)為n-1，以后再逐級(jí)向下計(jì)算。因是理論塔板，由塔頂?shù)谝话逑陆档幕亓饕航M成x1與該板上升蒸汽5由提餾段第二層塔板下降的液體組成x’2與y’2符合相平衡關(guān)系，由相平衡方程可以解出x’2，依此類(lèi)推，當(dāng)x’m≤xw為止。提餾段的理論塔板數(shù)為m-1，而精餾塔所有的塔板數(shù)為（m+n-1）由此可以求出理論塔板數(shù)。這種方法計(jì)算的結(jié)果較準(zhǔn)確。提餾塔段的計(jì)算公式由提餾段第二層塔板下降的液體組成x’2與y’2符合相平衡關(guān)系64-2圖解法

通常采用直角梯級(jí)圖解法。其實(shí)質(zhì)仍然是以平衡關(guān)系與操作關(guān)系為依據(jù)，將兩者繪在x-y圖上，便可圖解得出達(dá)到指定分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)及加料板位置。圖解步驟如下：①作平衡線(x-y)與對(duì)角線②作精餾段操作線，即連的直線4-2圖解法通常采用直角梯級(jí)圖7③作進(jìn)料線，④作提餾段操作線即連所得直線即是。⑤從a點(diǎn)開(kāi)始，在平衡線與操作線之間作直角梯級(jí)，直到超過(guò)O點(diǎn)。有多少直角梯級(jí)，就有多少塊理論板數(shù)?？缭絛點(diǎn)的階梯為加料板。③作進(jìn)料線，8武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件94-2回流比的影響及選擇穩(wěn)定回流是維持定常連續(xù)精餾過(guò)程的必要條件，應(yīng)用回流與上升蒸汽是精餾過(guò)程的基本條件。所以，回流比的大小是影響精餾操作最重要的因素。對(duì)于組成一定的料液和分離要求，增加回流比，精餾段操作線的斜率R/R+1增大，精餾段和提餾段操作線均向?qū)痪€方向移動(dòng)，它們與平衡線之間的距離增大，表示塔內(nèi)氣、液兩相離開(kāi)平衡狀態(tài)的距離增大，兩相間的推動(dòng)力增加。結(jié)果，分離所需要的理論塔板數(shù)減少。4-2回流比的影響及選擇穩(wěn)定回流是維持定常連續(xù)精餾過(guò)10顯然，R越大，所需理論塔板數(shù)越少。當(dāng)R增到無(wú)窮大時(shí)，其實(shí)質(zhì)上是餾出液量為零，即上升蒸汽在冷凝器中冷凝后全部回流，故稱(chēng)為全回流，這是增大回流比的極限。因此，此時(shí)分離所需的理論塔板數(shù)為最小理論塔板數(shù)。武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件11全回流和芬斯克方程全回流——當(dāng)xd→０時(shí)，則Ｒ→∞，此時(shí)稱(chēng)為全回流。這時(shí)精餾段與提餾段操作線方程均與對(duì)角線（y=x）重合，此時(shí)理論板數(shù)最少（Nm）。全回流時(shí)，最少理論板數(shù)的計(jì)算式全回流和芬斯克方程全回流——當(dāng)xd→０時(shí)，則Ｒ→∞，此時(shí)稱(chēng)為12芬斯克公式推導(dǎo)全回流時(shí)，qn，D=O，R=qn，L/qn，D=∞，最少理論板數(shù)的計(jì)算式芬斯克公式推導(dǎo)全回流時(shí)，qn，D=O，R=qn，L/qn，13最小回流比最小回流比——當(dāng)Ｒ減小時(shí)，R/(R+1)↓，當(dāng)Ｒ減至兩操作線交點(diǎn)逼近平衡線時(shí)，此時(shí)N→∞，此時(shí)Ｒ稱(chēng)為最小回流比Ｒmin。最小回流比14武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件15適宜回流比的確定

（1）回流比Ｒ對(duì)理論板數(shù)的影響。如圖所示。適宜回流比的確定16武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件17（2）回流比對(duì)設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)的影響（2）回流比對(duì)設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)的影響18１線為“設(shè)備費(fèi)～Ｒ”的關(guān)系式２線為“操作費(fèi)～Ｒ”的關(guān)系式３線為“總費(fèi)用～Ｒ”的關(guān)系式。取總費(fèi)用為最少的3線中的低點(diǎn)，一般取最小回流比的1.1-2倍。即R=（1.1-2）Rmin１線為“設(shè)備費(fèi)～Ｒ”的關(guān)系式194-4進(jìn)料熱狀況的影響精餾原料的進(jìn)料狀態(tài)有以下5種：（1)溫度低于泡點(diǎn)的冷液體，δ>1;（2)處于泡點(diǎn)的液體,δ=1;（3)溫度介于泡點(diǎn)與露點(diǎn)之間的氣液混合物,0<δ<1;（4)溫度處于露點(diǎn)的飽和蒸汽,δ=0;（5)溫度高于露點(diǎn)的過(guò)熱蒸汽,δ<0.表現(xiàn)在圖上是提餾線向左移動(dòng).4-4進(jìn)料熱狀況的影響精餾原料的進(jìn)料狀態(tài)有以下5種：20五種進(jìn)料對(duì)δ線的影響進(jìn)料狀況δ值斜率δ/(δ-1)進(jìn)料線位置A，冷凝體>1＋B，泡點(diǎn)液體=1∞C，汽-液混合物0～1－D，露點(diǎn)蒸汽=00E，過(guò)熱蒸汽<0＋五種進(jìn)料對(duì)δ線的影響進(jìn)料狀況δ值斜率δ/(δ-1)進(jìn)料線位置214-5簡(jiǎn)捷法求理論塔板數(shù)吉利蘭圖法求理論板數(shù)1.由作圖法或解析法求出Rmin,并確定適宜的回流比R。2.由芬斯克方程求出Nmin。3.計(jì)算(R-Rmin)/(R+1),在吉利蘭圖上查出對(duì)應(yīng)的(N-Nmin)/(N+1),然后算出理論板數(shù)N。4-5簡(jiǎn)捷法求理論塔板數(shù)吉利蘭圖法求理論板數(shù)22【例3-4】某二元理想混合液其平均相對(duì)揮發(fā)度為。若進(jìn)料組成，要求餾出液組成為，釜液組成，泡點(diǎn)進(jìn)料，回流比Ｒ取為8.0。試求所需理論板數(shù)。武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件23【例3-5】欲用一連續(xù)精餾塔分離含苯為44%（摩爾分?jǐn)?shù)）的苯-甲苯二元混合物液，現(xiàn)用泡點(diǎn)進(jìn)料，操作回流比R=3，相對(duì)揮發(fā)度a=2.41,要求塔頂產(chǎn)品含苯xD=95.5%,塔底殘液含苯xw=5.85%.試用逐板計(jì)算法、圖解法和簡(jiǎn)捷算法求取該塔所需要理論塔板數(shù)。【例3-5】欲用一連續(xù)精餾塔分離含苯為44%（摩爾分?jǐn)?shù)）的苯244-6實(shí)際板數(shù)與板效率塔板效率4-6實(shí)際板數(shù)與板效率塔板效率25上升蒸汽（yn+1）中的難揮發(fā)份Ｂ，以分子擴(kuò)散的形式，穿過(guò)氣膜，擴(kuò)散至液膜。易揮發(fā)組分Ａ由液膜以分子擴(kuò)散的形式，穿過(guò)氣膜，進(jìn)入上升蒸汽中。當(dāng)蒸汽離開(kāi)液相時(shí)，蒸汽中易揮發(fā)組分Ａ增高，即yn>yn+1，此即精餾的傳質(zhì)過(guò)程機(jī)理。此處計(jì)算要用菲克定律。上升蒸汽（yn+1）中的難揮發(fā)份Ｂ，以分子擴(kuò)散的形式，穿過(guò)氣26理論板數(shù)，是假定板上流體與上升蒸汽成平衡。但實(shí)際上，由于接觸面積有限，接觸時(shí)間也有限，汽相與液相不可能達(dá)到平衡。因此達(dá)到指定的分離要求，實(shí)際板數(shù)（N）要大于計(jì)算的理論板數(shù)（NT）。理論板數(shù)，是假定板上流體與上升蒸汽成平衡。但實(shí)際上，由于接觸271.單板效率莫弗里板效率1）氣相莫弗里板效率（EMG），如圖6-30所示。1.單板效率莫弗里板效率28（2）液相莫弗里板效率（EML）（2）液相莫弗里板效率（EML）292.總板效率2.總板效率30影響塔板效率的因素影響塔板效率的因素只要有:物性因素:只要指物質(zhì)的密度,粘度,表面張力,相對(duì)揮發(fā)度,等.結(jié)構(gòu)因素:塔板的類(lèi)型,板間距離,塔徑,等操作因素:主要指溫度,壓強(qiáng),上升速度和氣液流速等.影響塔板效率的因素影響塔板效率的因素只要有:31§5間歇精餾5-1間歇精餾的特點(diǎn)1.間歇精餾為非定常態(tài)精餾過(guò)程.一次性投入,各組成隨溫度,壓力,時(shí)間而變化。如濃度隨著操作的進(jìn)行而不斷降低，當(dāng)釜液濃度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，停止加料，排出殘?jiān)?.間歇精餾只有精餾段.§5間歇精餾5-1間歇精餾的特點(diǎn)325-2恒回流比操作的間歇精餾計(jì)算

間歇精餾的二種操作方式:一種是恒定餾出液組成,即在操作過(guò)程中不斷改變回流比,保持餾出液組成衡定.另一種是回流比不變,餾出液中易揮發(fā)組分含量逐漸降低.后種操作方式相對(duì)較多.5-2恒回流比操作的間歇精餾計(jì)算33餾出液維持恒定的操作如上圖中紅線表示需要2塊理論塔板數(shù).餾出液維持恒定的操作如上圖中紅線表示需要2塊理論塔板數(shù).34計(jì)算回流比恒定操作時(shí)所需要的理論塔板數(shù)1.按工藝要求餾出液的平均濃度xd,則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使最初的餾出液濃度xd,1>xd,以使平均濃度達(dá)到或超過(guò)規(guī)定值,并設(shè)釜液起始組成xw,1=xf.2.根據(jù)xf和xd,1計(jì)算最小回流比Rmin計(jì)算回流比恒定操作時(shí)所需要的理論塔板數(shù)1.按工藝要求餾出液的35最小回流比Rmin為:由于物料一次加入而沒(méi)有提餾段,yδ=yf,xδ=xf最小回流比Rmin為:363.取適當(dāng)?shù)幕亓鞅?以確定實(shí)際回流比.通常為:R=(1.1-2)Rmin4.由當(dāng)xf,xd,1和R確定后,即可按一般圖解法求出所需要的理論塔板數(shù).

3.取適當(dāng)?shù)幕亓鞅?以確定實(shí)際回流比.通常為:R=(1.1375.xd(xw)與qn,wqn,D的關(guān)系5.xd(xw)與qn,wqn,D的關(guān)系38§6多組成精餾和其他精餾方法簡(jiǎn)介6-1多組分簡(jiǎn)單精餾如何由簡(jiǎn)單蒸餾發(fā)展為大型精餾塔？為什么塔頂要引入回流？為什么必須在塔中部加料？這是進(jìn)行精餾計(jì)算之前必須解決的問(wèn)題?！?多組成精餾和其他精餾方法簡(jiǎn)介6-1多組分簡(jiǎn)單精餾39多組分精餾的原理依據(jù)組分之間的相對(duì)揮發(fā)度的差異采用多次部分氣化和多次部分冷凝的方法來(lái)達(dá)到分離的目的。多組分精餾的原理406-2共沸精餾適用于待分離的組成的揮發(fā)度非常接近的物質(zhì).原理:向共沸溶液中加入第三組分,若該組分能與原有的一個(gè)或多個(gè)組分形成共沸物,且這種新共沸組分的揮發(fā)度顯著高與于或低于原有個(gè)組分的揮發(fā)度,則新的共沸物中各組分的含量與原料液組成不同,可采用普通精餾的方法予以分離,這種方法稱(chēng)為共沸精餾。6-2共沸精餾41如無(wú)水乙醇的制備.苯作為共沸劑,物質(zhì)中的水轉(zhuǎn)移到苯中,乙醇被提純,苯與水經(jīng)蒸餾后回收苯,水被分離出來(lái).如無(wú)水乙醇的制備.苯作為共沸劑,物質(zhì)中的水轉(zhuǎn)移到苯中,乙醇被426-3萃取精餾萃取精餾原理向原料液中加入第三組分,通過(guò)該組分的萃取作用改變?cè)薪M分間的相對(duì)揮發(fā)度。如苯-環(huán)已烷的分離,加入糠醛.苯與糠醛留在塔的底部,環(huán)已烷從塔的上部流出。苯與糠醛因沸點(diǎn)相差較大,很容易分離。6-3萃取精餾43把10毫升碘水和4毫升CCl4加入分液漏斗中，并蓋好玻璃塞。用CCl4萃取碘水中的碘并分液把10毫升碘水和4毫升用CCl4萃取碘水中的碘并分液44萃取劑的選擇1.選擇性強(qiáng),即加入少量溶劑就可以使原組分間的相對(duì)揮發(fā)度顯著增大.2.溶解度大,能與任何濃度下的原混合液互溶.3.揮發(fā)性小,即具有比被分離組分得多的沸點(diǎn),且不與原混合液中各組分形成共沸物.以便于吸收.4.應(yīng)滿(mǎn)足一般工業(yè)要求.萃取劑的選擇45共沸與萃取不同:1.

萃取劑比共沸劑容易選擇2.

通常萃取劑的沸點(diǎn)比原有組分高許多.3.在萃取精餾中,加入的萃取劑的量變化范圍較大,容易控制;而在共沸精餾中,加入的量多有限.4.

萃取不易采用間歇操作,而共沸精餾可以采用間歇操作;5.

共沸精餾的操作溫度比萃取精餾的操作溫度低,更適應(yīng)于熱敏性物料的分離.共沸與萃取不同:46§7傳質(zhì)設(shè)備7-1評(píng)價(jià)傳質(zhì)設(shè)備的指標(biāo)傳質(zhì)設(shè)備主要有填料塔和板式塔.評(píng)價(jià)指標(biāo)為:1.分離效果分離效果是指每層塔板或單位高度的填料所能分離的程度，它取決于物料的性質(zhì)與操作狀態(tài)。2.生產(chǎn)能力是指單位時(shí)間單位塔截面上處理的物料的量.它與空塔速度有關(guān).

§7傳質(zhì)設(shè)備7-1評(píng)價(jià)傳質(zhì)設(shè)備的指標(biāo)473.壓力降壓力降是指:氣相通過(guò)每層塔板或單位高度填料層的壓力下降.下降過(guò)大,能耗增加。4.持液量在正常操作時(shí),填料表面,塔內(nèi)構(gòu)件和塔板上所保持的液體量,它隨操作符合的變化而變化。3.壓力降487-2填料塔7-2填料塔49填料的性質(zhì)1.比表面積:單位填料層所具有的表面積.2.空隙率:單位體積填料所具有的空隙體積稱(chēng)為空隙率.

常用填料和新型填料可分為:整塊填料與散裝填料.主要有:拉西環(huán),鮑爾環(huán),弧鞍填料,金屬填料等等填料的性質(zhì)50塔高和塔徑的計(jì)算1.傳質(zhì)單元法填料層高度=傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)2.等板高度法填料層高度=等板高度×理論板數(shù)塔高和塔徑的計(jì)算513.塔徑計(jì)算式中:qv-在操作條件下,混合氣體的體積流量.u-填料塔的適宜空塔氣速.3.塔徑計(jì)算527-3板式塔7-3板式塔53此塔若為間歇加料，操作不穩(wěn)定，但可以從塔頂和塔底得到兩種純組分，若為連續(xù)加料，操作是穩(wěn)定的，卻只能從塔頂獲得一種純產(chǎn)品，稱(chēng)為沒(méi)有提餾段的精餾塔。若在圖6-38中，改為塔頂加料，則稱(chēng)為提餾塔。根據(jù)板的結(jié)構(gòu)不同可分為:泡罩塔:泡罩的結(jié)構(gòu)

篩板塔:多孔的板面浮閥塔此塔若為間歇加料，操作不穩(wěn)定，但可以從塔頂和塔底得到兩種純組54新型塔板新型塔板55板式塔高和塔徑的計(jì)算有效段塔高:H=NHTN---實(shí)際塔板數(shù)HT—板間距離板式塔高和塔徑的計(jì)算56填料塔與板式塔的比較項(xiàng)目塔型板式塔填料塔壓力降壓力降一般比填料大壓力降小,適于減壓操作空塔氣速空塔氣速大空塔氣速小塔效率效率較穩(wěn)定,大塔板效率比小塔板效率有所提高塔徑在1.5米一下效率高,塔徑增大,效率會(huì)下降液氣比適用范圍大對(duì)液體噴淋量有一定要求持液量較大較小填料塔與板式塔的比較項(xiàng)目塔型板式塔填料塔壓力降壓力降一般比填57適應(yīng)能力能夠處理易聚合或含固體懸浮娶料,對(duì)于處理易發(fā)泡物料和腐蝕性物料不如填料塔不易處理聚合或含固體懸浮物的物料,適于處理易發(fā)泡物料和有腐蝕性物料.材質(zhì)要求一般用金屬材料可用非金屬材料安裝要求較容易較困難造價(jià)直徑大時(shí)一般比填料塔造價(jià)低直徑在800mm以下，一般比板式塔便宜，直徑增大，造價(jià)顯著增加重量較輕重適應(yīng)能力能夠處理易聚合或含固體懸浮娶料,對(duì)于處理易發(fā)泡物料和58精餾裝置的選擇1.技術(shù)指標(biāo)先進(jìn),分離效率高,處理量大.在較寬的氣液負(fù)荷范圍內(nèi)效率不致下降.操作穩(wěn)定,蒸汽通過(guò)的組力較小。2.使用方便,操作性能可靠,易于調(diào)節(jié)、清理和維修。3.結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單,安裝方便,保溫和加熱效果好。4.熱損失少,控制點(diǎn)精確。精餾裝置的選擇1.技術(shù)指標(biāo)先進(jìn),分離效率高,處理量大.在較寬59§4理論塔板數(shù)的計(jì)算

在精餾塔設(shè)計(jì)中引入理論塔板的概念，是為了簡(jiǎn)化計(jì)算。通常是先求出理論板數(shù)，然后根據(jù)塔板效率予以修正，求出實(shí)際的塔板數(shù)。對(duì)于填料塔，用相當(dāng)于一塊理論塔板分離效率的填料層高度代表塔板，稱(chēng)為填料的等板高度，只要求出理論板數(shù)即可以求出填料塔的填料層高度?！?理論塔板數(shù)的計(jì)算在精餾塔設(shè)計(jì)中引入理604-１逐板計(jì)算法假設(shè)離開(kāi)該板（第n塊板）的上升蒸汽Yn組成和板上（第n塊板）下流液體Xn組成互成平衡，該板稱(chēng)之為理論板。4-１逐板計(jì)算法假設(shè)離開(kāi)該板（第n塊板）的上升蒸汽Yn組成61逐板計(jì)算法：逐板計(jì)算法是利用進(jìn)料的氣液相平衡關(guān)系和操作線方程去計(jì)算每一塊理論塔板的氣液相濃度。其依據(jù)是：進(jìn)入每塊塔板的氣液相在塔板上充分接觸，最大限度地實(shí)現(xiàn)熱量、質(zhì)量傳遞，由不平衡達(dá)到平衡。逐板計(jì)算法：逐板計(jì)算法是利用進(jìn)料的氣液相平衡關(guān)系和操作線方程62從塔最上層上升的蒸汽y1，在塔頂冷凝器中被全部冷凝后，得到的塔頂餾出液組成、塔頂回流液的組成xd與第一層塔板上升的蒸汽組成y1相同，即y1=xd。從塔最上層上升的蒸汽y1，在塔頂冷凝器63因是理論塔板，由塔頂?shù)谝话逑陆档幕亓饕航M成x1與該板上升蒸汽的組成y1符合氣、液平衡方程。第二層塔板的組成符合精餾段操作方程依此類(lèi)推，算到第n板的液相組成xn與加料板的組成xf近似為止，即xn≤xf，表明第n層為加料板；可做為提餾板的第一層，故精餾段的理論板數(shù)為n-1，以后再逐級(jí)向下計(jì)算。因是理論塔板，由塔頂?shù)谝话逑陆档幕亓饕航M成x1與該板上升蒸汽64由提餾段第二層塔板下降的液體組成x’2與y’2符合相平衡關(guān)系，由相平衡方程可以解出x’2，依此類(lèi)推，當(dāng)x’m≤xw為止。提餾段的理論塔板數(shù)為m-1，而精餾塔所有的塔板數(shù)為（m+n-1）由此可以求出理論塔板數(shù)。這種方法計(jì)算的結(jié)果較準(zhǔn)確。提餾塔段的計(jì)算公式由提餾段第二層塔板下降的液體組成x’2與y’2符合相平衡關(guān)系654-2圖解法

通常采用直角梯級(jí)圖解法。其實(shí)質(zhì)仍然是以平衡關(guān)系與操作關(guān)系為依據(jù)，將兩者繪在x-y圖上，便可圖解得出達(dá)到指定分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)及加料板位置。圖解步驟如下：①作平衡線(x-y)與對(duì)角線②作精餾段操作線，即連的直線4-2圖解法通常采用直角梯級(jí)圖66③作進(jìn)料線，④作提餾段操作線即連所得直線即是。⑤從a點(diǎn)開(kāi)始，在平衡線與操作線之間作直角梯級(jí)，直到超過(guò)O點(diǎn)。有多少直角梯級(jí)，就有多少塊理論板數(shù)?？缭絛點(diǎn)的階梯為加料板。③作進(jìn)料線，67武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件684-2回流比的影響及選擇穩(wěn)定回流是維持定常連續(xù)精餾過(guò)程的必要條件，應(yīng)用回流與上升蒸汽是精餾過(guò)程的基本條件。所以，回流比的大小是影響精餾操作最重要的因素。對(duì)于組成一定的料液和分離要求，增加回流比，精餾段操作線的斜率R/R+1增大，精餾段和提餾段操作線均向?qū)痪€方向移動(dòng)，它們與平衡線之間的距離增大，表示塔內(nèi)氣、液兩相離開(kāi)平衡狀態(tài)的距離增大，兩相間的推動(dòng)力增加。結(jié)果，分離所需要的理論塔板數(shù)減少。4-2回流比的影響及選擇穩(wěn)定回流是維持定常連續(xù)精餾過(guò)69顯然，R越大，所需理論塔板數(shù)越少。當(dāng)R增到無(wú)窮大時(shí)，其實(shí)質(zhì)上是餾出液量為零，即上升蒸汽在冷凝器中冷凝后全部回流，故稱(chēng)為全回流，這是增大回流比的極限。因此，此時(shí)分離所需的理論塔板數(shù)為最小理論塔板數(shù)。武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件70全回流和芬斯克方程全回流——當(dāng)xd→０時(shí)，則Ｒ→∞，此時(shí)稱(chēng)為全回流。這時(shí)精餾段與提餾段操作線方程均與對(duì)角線（y=x）重合，此時(shí)理論板數(shù)最少（Nm）。全回流時(shí)，最少理論板數(shù)的計(jì)算式全回流和芬斯克方程全回流——當(dāng)xd→０時(shí)，則Ｒ→∞，此時(shí)稱(chēng)為71芬斯克公式推導(dǎo)全回流時(shí)，qn，D=O，R=qn，L/qn，D=∞，最少理論板數(shù)的計(jì)算式芬斯克公式推導(dǎo)全回流時(shí)，qn，D=O，R=qn，L/qn，72最小回流比最小回流比——當(dāng)Ｒ減小時(shí)，R/(R+1)↓，當(dāng)Ｒ減至兩操作線交點(diǎn)逼近平衡線時(shí)，此時(shí)N→∞，此時(shí)Ｒ稱(chēng)為最小回流比Ｒmin。最小回流比73武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件74適宜回流比的確定

（1）回流比Ｒ對(duì)理論板數(shù)的影響。如圖所示。適宜回流比的確定75武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件76（2）回流比對(duì)設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)的影響（2）回流比對(duì)設(shè)備費(fèi)與操作費(fèi)的影響77１線為“設(shè)備費(fèi)～Ｒ”的關(guān)系式２線為“操作費(fèi)～Ｒ”的關(guān)系式３線為“總費(fèi)用～Ｒ”的關(guān)系式。取總費(fèi)用為最少的3線中的低點(diǎn)，一般取最小回流比的1.1-2倍。即R=（1.1-2）Rmin１線為“設(shè)備費(fèi)～Ｒ”的關(guān)系式784-4進(jìn)料熱狀況的影響精餾原料的進(jìn)料狀態(tài)有以下5種：（1)溫度低于泡點(diǎn)的冷液體，δ>1;（2)處于泡點(diǎn)的液體,δ=1;（3)溫度介于泡點(diǎn)與露點(diǎn)之間的氣液混合物,0<δ<1;（4)溫度處于露點(diǎn)的飽和蒸汽,δ=0;（5)溫度高于露點(diǎn)的過(guò)熱蒸汽,δ<0.表現(xiàn)在圖上是提餾線向左移動(dòng).4-4進(jìn)料熱狀況的影響精餾原料的進(jìn)料狀態(tài)有以下5種：79五種進(jìn)料對(duì)δ線的影響進(jìn)料狀況δ值斜率δ/(δ-1)進(jìn)料線位置A，冷凝體>1＋B，泡點(diǎn)液體=1∞C，汽-液混合物0～1－D，露點(diǎn)蒸汽=00E，過(guò)熱蒸汽<0＋五種進(jìn)料對(duì)δ線的影響進(jìn)料狀況δ值斜率δ/(δ-1)進(jìn)料線位置804-5簡(jiǎn)捷法求理論塔板數(shù)吉利蘭圖法求理論板數(shù)1.由作圖法或解析法求出Rmin,并確定適宜的回流比R。2.由芬斯克方程求出Nmin。3.計(jì)算(R-Rmin)/(R+1),在吉利蘭圖上查出對(duì)應(yīng)的(N-Nmin)/(N+1),然后算出理論板數(shù)N。4-5簡(jiǎn)捷法求理論塔板數(shù)吉利蘭圖法求理論板數(shù)81【例3-4】某二元理想混合液其平均相對(duì)揮發(fā)度為。若進(jìn)料組成，要求餾出液組成為，釜液組成，泡點(diǎn)進(jìn)料，回流比Ｒ取為8.0。試求所需理論板數(shù)。武漢大學(xué)《化學(xué)工程基礎(chǔ)》第6章精餾-2課件82【例3-5】欲用一連續(xù)精餾塔分離含苯為44%（摩爾分?jǐn)?shù)）的苯-甲苯二元混合物液，現(xiàn)用泡點(diǎn)進(jìn)料，操作回流比R=3，相對(duì)揮發(fā)度a=2.41,要求塔頂產(chǎn)品含苯xD=95.5%,塔底殘液含苯xw=5.85%.試用逐板計(jì)算法、圖解法和簡(jiǎn)捷算法求取該塔所需要理論塔板數(shù)。【例3-5】欲用一連續(xù)精餾塔分離含苯為44%（摩爾分?jǐn)?shù)）的苯834-6實(shí)際板數(shù)與板效率塔板效率4-6實(shí)際板數(shù)與板效率塔板效率84上升蒸汽（yn+1）中的難揮發(fā)份Ｂ，以分子擴(kuò)散的形式，穿過(guò)氣膜，擴(kuò)散至液膜。易揮發(fā)組分Ａ由液膜以分子擴(kuò)散的形式，穿過(guò)氣膜，進(jìn)入上升蒸汽中。當(dāng)蒸汽離開(kāi)液相時(shí)，蒸汽中易揮發(fā)組分Ａ增高，即yn>yn+1，此即精餾的傳質(zhì)過(guò)程機(jī)理。此處計(jì)算要用菲克定律。上升蒸汽（yn+1）中的難揮發(fā)份Ｂ，以分子擴(kuò)散的形式，穿過(guò)氣85理論板數(shù)，是假定板上流體與上升蒸汽成平衡。但實(shí)際上，由于接觸面積有限，接觸時(shí)間也有限，汽相與液相不可能達(dá)到平衡。因此達(dá)到指定的分離要求，實(shí)際板數(shù)（N）要大于計(jì)算的理論板數(shù)（NT）。理論板數(shù)，是假定板上流體與上升蒸汽成平衡。但實(shí)際上，由于接觸861.單板效率莫弗里板效率1）氣相莫弗里板效率（EMG），如圖6-30所示。1.單板效率莫弗里板效率87（2）液相莫弗里板效率（EML）（2）液相莫弗里板效率（EML）882.總板效率2.總板效率89影響塔板效率的因素影響塔板效率的因素只要有:物性因素:只要指物質(zhì)的密度,粘度,表面張力,相對(duì)揮發(fā)度,等.結(jié)構(gòu)因素:塔板的類(lèi)型,板間距離,塔徑,等操作因素:主要指溫度,壓強(qiáng),上升速度和氣液流速等.影響塔板效率的因素影響塔板效率的因素只要有:90§5間歇精餾5-1間歇精餾的特點(diǎn)1.間歇精餾為非定常態(tài)精餾過(guò)程.一次性投入,各組成隨溫度,壓力,時(shí)間而變化。如濃度隨著操作的進(jìn)行而不斷降低，當(dāng)釜液濃度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，停止加料，排出殘?jiān)?.間歇精餾只有精餾段.§5間歇精餾5-1間歇精餾的特點(diǎn)915-2恒回流比操作的間歇精餾計(jì)算

間歇精餾的二種操作方式:一種是恒定餾出液組成,即在操作過(guò)程中不斷改變回流比,保持餾出液組成衡定.另一種是回流比不變,餾出液中易揮發(fā)組分含量逐漸降低.后種操作方式相對(duì)較多.5-2恒回流比操作的間歇精餾計(jì)算92餾出液維持恒定的操作如上圖中紅線表示需要2塊理論塔板數(shù).餾出液維持恒定的操作如上圖中紅線表示需要2塊理論塔板數(shù).93計(jì)算回流比恒定操作時(shí)所需要的理論塔板數(shù)1.按工藝要求餾出液的平均濃度xd,則設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使最初的餾出液濃度xd,1>xd,以使平均濃度達(dá)到或超過(guò)規(guī)定值,并設(shè)釜液起始組成xw,1=xf.2.根據(jù)xf和xd,1計(jì)算最小回流比Rmin計(jì)算回流比恒定操作時(shí)所需要的理論塔板數(shù)1.按工藝要求餾出液的94最小回流比Rmin為:由于物料一次加入而沒(méi)有提餾段,yδ=yf,xδ=xf最小回流比Rmin為:953.取適當(dāng)?shù)幕亓鞅?以確定實(shí)際回流比.通常為:R=(1.1-2)Rmin4.由當(dāng)xf,xd,1和R確定后,即可按一般圖解法求出所需要的理論塔板數(shù).

3.取適當(dāng)?shù)幕亓鞅?以確定實(shí)際回流比.通常為:R=(1.1965.xd(xw)與qn,wqn,D的關(guān)系5.xd(xw)與qn,wqn,D的關(guān)系97§6多組成精餾和其他精餾方法簡(jiǎn)介6-1多組分簡(jiǎn)單精餾如何由簡(jiǎn)單蒸餾發(fā)展為大型精餾塔？為什么塔頂要引入回流？為什么必須在塔中部加料？這是進(jìn)行精餾計(jì)算之前必須解決的問(wèn)題?！?多組成精餾和其他精餾方法簡(jiǎn)介6-1多組分簡(jiǎn)單精餾98多組分精餾的原理依據(jù)組分之間的相對(duì)揮發(fā)度的差異采用多次部分氣化和多次部分冷凝的方法來(lái)達(dá)到分離的目的。多組分精餾的原理996-2共沸精餾適用于待分離的組成的揮發(fā)度非常接近的物質(zhì).原理:向共沸溶液中加入第三組分,若該組分能與原有的一個(gè)或多個(gè)組分形成共沸物,且這種新共沸組分的揮發(fā)度顯著高與于或低于原有個(gè)組分的揮發(fā)度,則新的共沸物中各組分的含量與原料液組成不同,可采用普通精餾的方法予以分離,這種方法稱(chēng)為共沸精餾。6-2共沸精餾100如無(wú)水乙醇的制備.苯作為共沸劑,物質(zhì)中的水轉(zhuǎn)移到苯中,乙醇被提純,苯與水經(jīng)蒸餾后回收苯,水被分離出來(lái).如無(wú)水乙醇的制備.苯作為共沸劑,物質(zhì)中的水轉(zhuǎn)移到苯中,乙醇被1016-3萃取精餾萃取精餾原理向原料液中加入第三組分,通過(guò)該組分的萃取作用改變?cè)薪M分間的相對(duì)揮發(fā)度。如苯-環(huán)已烷的分離,加入糠醛.苯與糠醛留在塔的底部,環(huán)已烷從塔的上部流出。苯與糠醛因沸點(diǎn)相差較大,很容易分離。6-3萃取精餾102把10毫升碘水和4毫升CCl4加入分液漏斗中，并蓋好玻璃塞。用CCl4萃取碘水中的碘并分液把10毫升碘水和4毫升用CCl4萃取碘水中的碘并分液103萃取劑的選擇1.選擇性強(qiáng),即加入少量溶劑就可以使原組分間的相對(duì)揮發(fā)度顯著增大.2.溶解度大,能與任何濃度下的原混合液互溶.3.揮發(fā)性小,即具有比被分離組分得多的沸點(diǎn),且不與原混合液中各組分形成共沸物.以便于吸收.4.應(yīng)滿(mǎn)足一般工業(yè)要求.萃取劑的選擇104共沸與萃取不同:1.

萃取劑比共沸劑容易選擇2.

通常萃取劑的沸點(diǎn)比原有組分高許多.3.在萃取精餾中,加入的萃取劑的量變化范圍較大,容易控制;而在共沸精餾中,加入的量多有限.4.

萃取不易采用間歇操作,而共沸精餾可以采用間歇操作;5.

共沸精餾的操作溫度比萃取精餾的操作溫度低,更適應(yīng)于熱敏性物料的分離.共沸與萃取不同:105§7傳質(zhì)設(shè)備7-1評(píng)價(jià)傳質(zhì)設(shè)備的指標(biāo)傳質(zhì)設(shè)備主要有填料塔和板式塔.評(píng)價(jià)指標(biāo)為:1.分離效果分離效果是指每層塔板或單位高度的填料所能分