注冊化工08第八講

例1用連續(xù)精餾塔分離某雙組分混合液,xF=0.4(摩爾分率,下同)，原料以飽和液體狀態(tài)加入塔中部，塔頂全凝，泡點回流。α=2.5，xD=0.8，易揮發(fā)組分ηA=0.9。塔釜間接蒸汽加熱。試求：(1)Rmin；(2)若R=1.5Rmin倍，則進入塔頂?shù)谝粔K理論塔板的汽相組成為多少？解：①q=1,xe=xF=0.4

②例2一連續(xù)常壓精餾塔用于分離雙組分混合物。原料液xF=0.40(摩爾分率，下同),進料狀況為汽液混合物，其摩爾比為汽/液=3/2，塔頂xD=0.97，塔釜xW=0.02，若該物系的相對揮發(fā)度α=2，操作時采用的回流比R=1.6Rmin，試計算：⑴易揮發(fā)組分的回收率；⑵最小回流比Rmin；⑶提餾段操作線的數(shù)值方程；⑷若在飽和液相組成xθ=0.72的塔板處抽側線，其量和有側線時獲得的塔頂產(chǎn)品量相等，減少采出率，回流比不變，N=∞,

xDmax=?解：⑴⑵

q線方程平衡線方程兩線相交∴x2+3x-1=0

得xe=0.303，ye=0.465⑶R=1.6Rmin=1.6×3.12=5.0提餾段⑷當采出率減小時,xDmax受相平衡制約，而不受物料衡算制約,當q點與平衡線相遇時xD達到最大。第Ⅱ塔段操作線將y=ye，x=xe代入得xDmax=0.8566.2操作參數(shù)對操作結果的影響調節(jié)R,,q;xF變動,對xD,

xW的影響①R調節(jié)，,q不變R↑,操作線向對角線靠攏當N一定時，xD↑,xW↓

②調節(jié)⑴R,q不變，,()⑵,q不變，,(R↓)精餾段提餾段少而精，多而爛③xF變化，,q,R不變輸出與輸入關系6.3塔頂、塔底極限濃度所受限制①分離能力(α,N,R)②物料衡算(xD≤1,

xW≥0)先分析N=∞時，xDmax=?

xWmin=?當R較小時，為(b)情況；為分離能力限制；當R較大時出現(xiàn)(a)或(c)情況；為物料衡算限制。①當時，⑴R較小，分離能力限制得得xDmax、xWmin~R

線性關系⑵R較大，物料衡算限制

xWmin=0,②當時，⑴R較小，分離能力限制xDmax、xWmin~R線性關系⑵R較大，物料衡算限制

xDmax=1，為提高產(chǎn)品純度，R,

調節(jié)，哪個更有效.思考：的誤差與高純度產(chǎn)品關系？例1用精餾操作分離某雙組分混合物,進料xF=0.45(輕組分摩爾分率),泡點進料,塔頂采出率,輕組分回收率η=0.98。已知物系α=2.5，試求：⑴塔頂、塔底產(chǎn)物的濃度；⑵最小回流比；⑶若回流比取R=1.4；采出率不變，則塔頂產(chǎn)物理論上可達到的最高濃度為多少？解：⑴,⑵q=1,xe=xF=0.45,⑶此時,可取N=∞，以求算xDmax,若按加料處出現(xiàn)挾點求算，則若按物料衡算求算，按xW=0計算，所以，主要受物料衡算限制

xDmax=0.9注意：要兩頭兼顧，兩頭驗算6.4精餾塔的溫度分布和靈敏板靈敏板—板上液體溫度對外界干擾因素的反映最靈敏的塔板7間歇精餾操作方式靈活，適用于小批量處理(若搞連續(xù)，沒達到穩(wěn)定就要熄火)7.1過程特點①非定態(tài)⑴R一定，xD不斷下降，因釜中x不斷下降⑵xD一定，R不斷上升②全塔均為精餾段，能耗比連續(xù)精餾高

x~xD一一對應x~R一一對應初態(tài)，瞬時，終態(tài)釜中量FGW釜中濃度xF

x

xWR一定xD初

xD

xD終xD一定R初

RR終能耗比較,取N=∞，xD保持不變R連續(xù)<間歇,間歇精餾能耗大7.4兩種方式能耗的比較xD恒定,塔頂沒有不同濃度混合，能耗較低R恒定,塔頂有不同濃度的混合，能耗較高7.5設計計算1.R一定方式：1）

R=(1.1~2)Rmin2）圖解確定N3）算平均xD4）算每批精餾時間

V=(R+1)D7.5設計計算2.xD一定方式：1）

R=(1.1~2)Rmin2）圖解確定N3）算每批精餾時間8多組分精餾基礎8.1流程方案的選擇

n個組分精餾分離,為獲n個高純度產(chǎn)品，需要(n-1)個塔,塔多方案多如，A、B、C三組分(其揮發(fā)度依次降低)分離兩種流程4組分3塔5流程5組分4塔14流程流程的選擇：經(jīng)濟上優(yōu)化，設備費+操作費最少技術上可行，物性(如熱敏性，聚合結焦傾向)，對產(chǎn)品純度的要求具體：多方案作經(jīng)濟比較，決定合理的流程如：5組分4塔14流程經(jīng)上述原則篩選后，留2~3個方案作進一步的計算8.2精餾的關鍵組分和物料衡算①關鍵組分多組分精餾(如A,B,C,D)，塔頂只能規(guī)定一個組分含量塔底只能規(guī)定一個組分含量其它組分含量由R、N、αij確定關鍵組分—對多組分精餾分離起控制作用的兩個組分揮發(fā)度大的—輕關鍵組分(l)揮發(fā)度小的—重關鍵組分(h)關鍵組分與分離方案有關比輕關鍵組分更易揮發(fā)的—輕組分比重關鍵組分更難揮發(fā)的—重組分②全塔物料衡算總物料衡算F=D+Wi組分FxFi=DxDi+WxWi

(i=1~n-1)歸一方程ΣxDi=1,ΣxFi=1,ΣxWi=1

進料F,xFi(i=1~n-1)

已確定如：已知：xDh，xWl求：及其它xDi，xWi變量分析：3n+3個變量,n+3個式子,已知n+2個,缺n-2個。非關鍵組分在塔頂、塔底？約束條件(R、N、αij)難以簡單方式表達③清晰分割法：塔頂重組分含量為0，塔底輕組分含量為0

A、B、C(l)|D(h)、E塔頂xDl，xDh

0塔底00xWl，xWh條件：αlh較大，xDh、xWl較低實質：給出n-2個0④非清晰分割法由芬斯克方程得或直線關系條件：αih全塔變化不大，R=∞實質：給出n-2個值9特殊精餾

α<1.06時,無法用普通精餾分離,常采用特殊精餾9.1恒沸精餾雙組分非均相恒沸精餾—兩塔聯(lián)合操作雙組分均相恒沸精餾—加挾帶劑，形成新的恒沸物挾帶劑的要求：①與A(或B)或AB形成最低恒沸物，從塔頂蒸出②新恒沸物要便于分離，如非均相，用分層方法回收挾帶劑③新恒沸物中挾帶劑相對含量要少9.2萃取精餾加萃取劑S(揮發(fā)性小),改變A、B組分相對揮發(fā)度萃取劑主要條件：①選擇性高,少量加入,αAB大大提高②揮發(fā)性要小,沸點S>>沸點A、B③與原溶液有足夠的互溶度.流程特點：加吸收段萃取精餾與恒沸精餾比較共同點：均加入第三組分S差別：⑴S可選范圍:是否要求生成恒沸物⑵經(jīng)濟性:恒沸物從塔頂蒸出，潛熱消耗大10.反應精餾利用精餾促進反應：例如，可逆反應

醋酸乙醇醋酸乙酯水利用反應促進精餾：對二甲苯Px與間二甲苯Mx的分離，用異丙苯鈉IpNaIpNa+Mx←→Ip+MxNa11.分子精餾1）高真空下進行(10-1~10-2Pa)2）蒸發(fā)面與冷凝面間距<分子平均自由程汽液傳質設備基本上分為兩大類：逐級接觸式(如板式塔)微分接觸式(如填料塔)主要評價標準：⑴通過能力—生產(chǎn)能力⑵傳質效率—板效率，等板高度HETP⑶壓降—板壓降，每m填料壓降⑷操作彈性—汽液通量上、下限⑸結構簡單成本低1板式塔1.1概述①設計意圖⑴使汽液兩相在塔板上充分接觸，減少傳質阻力⑵在總體上使兩相保持逆流流動，在塔板上使兩相呈均勻的錯流接觸，以獲得最大傳質推動力②篩板塔的構造⑴篩孔—氣體通道，Φ3~8mm⑵溢流堰—保證板上有液體⑶降液管及入口堰—液體下降通道1.2篩板上的汽液接觸狀態(tài)①鼓泡接觸狀態(tài)②泡沫接觸狀態(tài)—氣體為分散相③噴射接觸狀態(tài)—液體為分散相轉相點接觸狀態(tài)選擇:獲得大的氣液界面液膜要穩(wěn)定，液滴要不穩(wěn)定，有利于破碎，正系統(tǒng)：當輕組分從液→氣時選泡沫接觸狀態(tài)有利1.3氣液兩相的非理想流動①液沫夾帶—氣體帶液滴②氣泡夾帶—液體在降液管中來不及脫氣

τ>3~5秒③液體沿塔板的不均勻流動1.4不正常操作現(xiàn)象①夾帶液泛同樣氣速下,

e’↑,使L+e’↑,

液層厚度↑

e’↑↑,形成惡性循環(huán)②溢流液泛降液管通過能力的限制③漏液嚴重漏液會使板上不能積液1.5效率的各種表示方法①點效率與兩相接觸狀態(tài)有關②默弗里板效率與點效率、板上流動情況有關③濕板效率考慮板間eV

正常操作漏液可忽略例精餾段：表觀氣相濃度表觀操作線濕板效率測定方法：全回流，④全塔效率塔效率≠板效率1.6塔板的負荷性能圖⑴過量液沫夾帶線eV=0.1kg液/kg干氣⑵漏液線⑶溢流液泛線⑷液量下限線⑸液量上限線1.7篩板塔的設計主要尺寸,直徑D,高度H的估計NT由過程計算求得ET按經(jīng)驗關聯(lián)D~HT由表10-1作初選HT對液沫夾帶，溢流液泛，液量上限有影響D由處理量與液泛氣速所決定由處理量求兩相流動參數(shù)動量之比,開方氣體負荷因子Cf

20液泛速度設計氣速塔截面積求塔直徑D詳細設計尚有很多因素要考慮2填料塔填料材質：陶瓷，金屬，塑料，合成材料要求：液體潤濕表面死區(qū)—對傳質無貢獻填料層堆放方式：①亂堆填料：有液體均布能力，有液體向壁偏流現(xiàn)象，要有再分布器②整砌填料：無液體均布能力，無偏流現(xiàn)象，要有嚴格的預分布器2.2填料特性：①比表面a,m2/m3②空隙率ε③填料的幾何形狀填料尺寸≤優(yōu)良填料還要滿足：制造容易，造價低廉，耐腐蝕，機械強度2.3氣液兩相在填料層內的流動和傳質①液體在填料表面上的膜狀流動低氣速下，u氣對δL影響不大高氣速下，u氣對δL有明顯影響選填料的必要條件：對液體浸潤②載點和泛點

L一定,lgΔp~lgV氣關系載點---