化工原理-精餾課件

化工原理-精餾課件歡迎來(lái)到化工原理精餾課程。本課程將深入探討精餾技術(shù)的原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用。我們將從基礎(chǔ)概念出發(fā)，逐步深入復(fù)雜的工程實(shí)踐。精餾概述定義精餾是一種利用組分沸點(diǎn)差異進(jìn)行物質(zhì)分離的單元操作。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于石油化工、制藥等行業(yè)，用于分離液體混合物。優(yōu)勢(shì)能夠?qū)崿F(xiàn)高純度分離，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。精餾分離原理1氣化混合液體在再沸器中加熱氣化。2上升蒸汽上升，與下降液體逆向接觸。3冷凝塔頂蒸汽冷凝，部分回流以增強(qiáng)分離。相平衡理論熱力學(xué)基礎(chǔ)相平衡是精餾過(guò)程的理論基礎(chǔ)。它描述了不同相之間組分的分配關(guān)系。平衡條件溫度、壓力和化學(xué)勢(shì)相等是相平衡的必要條件。這決定了精餾的可行性和效率。相圖的基本類(lèi)型溫度-組成圖描述混合物在不同溫度下的相態(tài)變化。壓力-組成圖展示混合物在不同壓力下的相態(tài)行為。三角相圖用于三組分系統(tǒng)，直觀顯示三相區(qū)域。氣-液相平衡拉烏爾定律描述理想溶液中溶質(zhì)的蒸氣壓與其在純態(tài)下的蒸氣壓的關(guān)系。亨利定律適用于稀溶液，氣體溶解度與其分壓成正比。活度系數(shù)用于修正非理想溶液的偏差，反映分子間相互作用。單組分系統(tǒng)的相圖1氣相2液相3固相單組分系統(tǒng)相圖展示了物質(zhì)在不同溫度和壓力下的相態(tài)。三相點(diǎn)和臨界點(diǎn)是重要特征。理想溶液相圖定義分子間作用力相似的混合物，遵循拉烏爾定律。特征線性關(guān)系，無(wú)偏差，混合焓為零。應(yīng)用簡(jiǎn)化計(jì)算，為非理想系統(tǒng)提供參考。非理想溶液相圖正偏差實(shí)際蒸氣壓高于理想值，如乙醇-水系統(tǒng)。負(fù)偏差實(shí)際蒸氣壓低于理想值，如氯仿-丙酮系統(tǒng)。非理想系統(tǒng)蒸汽壓曲線1理想曲線線性關(guān)系2正偏差曲線上凸3負(fù)偏差曲線下凹非理想系統(tǒng)的蒸汽壓曲線反映了分子間相互作用的復(fù)雜性。理解這些曲線有助于優(yōu)化分離過(guò)程。非理想系統(tǒng)沸騰點(diǎn)1恒沸點(diǎn)某些非理想混合物在特定組成下表現(xiàn)出恒定沸點(diǎn)。2最大沸點(diǎn)沸點(diǎn)曲線出現(xiàn)峰值，高于純組分沸點(diǎn)。3最小沸點(diǎn)沸點(diǎn)曲線出現(xiàn)谷值，低于純組分沸點(diǎn)。非理想系統(tǒng)凝固點(diǎn)共晶點(diǎn)兩種固相同時(shí)結(jié)晶的最低溫度點(diǎn)。凝固點(diǎn)降低溶質(zhì)的加入導(dǎo)致溶液凝固點(diǎn)低于純?nèi)軇?。固溶體某些系統(tǒng)形成固溶體，凝固點(diǎn)曲線連續(xù)。薩菲定律定義描述了非理想混合物中組分的相對(duì)揮發(fā)度。應(yīng)用用于預(yù)測(cè)非理想系統(tǒng)的氣液平衡數(shù)據(jù)。局限性對(duì)于強(qiáng)非理想系統(tǒng)，可能需要引入修正因子。經(jīng)驗(yàn)相圖預(yù)測(cè)方法1UNIFAC法基于官能團(tuán)貢獻(xiàn)的方法，適用于多種有機(jī)系統(tǒng)。2NRTL方程非隨機(jī)雙液體模型，廣泛用于非理想液體混合物。3Wilson方程考慮局部組成，適用于極性和非極性混合物。分離度的定義及其影響因素定義分離度是衡量?jī)煞N組分易于分離程度的指標(biāo)。它反映了精餾過(guò)程的難易程度。影響因素相對(duì)揮發(fā)度操作壓力回流比進(jìn)料狀態(tài)分離度的計(jì)算方法相對(duì)揮發(fā)度法基于組分在氣液相中的分配比。McCabe-Thiele法圖解法，直觀展示理論板數(shù)。Fenske方程用于計(jì)算最小理論板數(shù)。塔板理論1理想塔板2實(shí)際塔板3板效率4傳質(zhì)單元數(shù)塔板理論是精餾設(shè)計(jì)的核心。理想塔板假設(shè)氣液達(dá)到完全平衡，而實(shí)際塔板則考慮傳質(zhì)限制。塔板效率定義實(shí)際塔板性能與理想塔板的比值，反映傳質(zhì)效果。影響因素包括物性、流速、塔板結(jié)構(gòu)等。提高方法優(yōu)化塔板設(shè)計(jì)，調(diào)整操作條件。流程設(shè)計(jì)流程圖繪制包括主要設(shè)備、物料流向和控制點(diǎn)。物料衡算確定各流股的組成和流量。能量平衡計(jì)算熱負(fù)荷，優(yōu)化能耗。操作條件設(shè)計(jì)操作壓力影響相對(duì)揮發(fā)度和能耗，需權(quán)衡選擇?；亓鞅扔绊懏a(chǎn)品純度和能耗，通常采用最小回流比的1.2-1.5倍。進(jìn)料位置直接影響分離效果，可通過(guò)McCabe-Thiele圖解法確定。塔內(nèi)流程分析1精餾段位于進(jìn)料點(diǎn)以上，濃縮輕組分。2提餾段位于進(jìn)料點(diǎn)以下，去除重組分。3進(jìn)料區(qū)原料引入點(diǎn)，是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)區(qū)域。精餾塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)塔體材料選擇直徑計(jì)算高度確定塔頂設(shè)備冷凝器回流罐塔底設(shè)備再沸器產(chǎn)品冷卻器精餾塔內(nèi)部構(gòu)件設(shè)計(jì)塔板包括篩板、泡罩板和浮閥板等，選擇取決于操作條件。填料規(guī)則填料或不規(guī)則填料，適用于小直徑或真空操作。液體分布器確保液體均勻分布，提高傳質(zhì)效率。熱力平衡計(jì)算焓平衡考慮進(jìn)出塔的物料焓和熱量。汽化潛熱計(jì)算相變所需能量。熱損失估算塔體散熱。精餾塔性能預(yù)測(cè)1理論板數(shù)計(jì)算使用McCabe-Thiele法或Ponchon-Savarit法。2實(shí)際板數(shù)確定考慮板效率，通常采用O'Connell相關(guān)式。3產(chǎn)品純度估算基于操作線和平衡線的相對(duì)位置。熱量傳遞計(jì)算冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算冷凝面積，選擇冷卻介質(zhì)。考慮傳熱系數(shù)和溫差。再沸器設(shè)計(jì)確定加熱面積，選擇加熱方式。蒸汽加熱或熱油循環(huán)是常見(jiàn)選擇。物料平衡計(jì)算1總量平衡進(jìn)料=頂產(chǎn)品+底產(chǎn)品2組分平衡考慮每個(gè)組分的分配3板間平衡分析每塊塔板上的物料流動(dòng)物料平衡是精餾設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。準(zhǔn)確的計(jì)算確保產(chǎn)品規(guī)格和塔內(nèi)操作的穩(wěn)定性。能耗及成本分析40%蒸汽消耗再沸器加熱所需的主要能源，通常占總能耗的40%。30%冷卻水用于冷凝器，約占總能耗的30%。20%電力用于泵和控制系統(tǒng)，約占20%。精餾工藝分析及優(yōu)化能量集成利用塔頂蒸汽預(yù)熱進(jìn)料，減少能耗。分布式控制實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整操作參數(shù)，提高穩(wěn)定性。新型塔內(nèi)件采用高效填料或結(jié)構(gòu)化塔板，提高分離效率。精餾過(guò)程中的問(wèn)題及其解決液泛降低氣速或增加塔徑。泡沫添加消泡劑或調(diào)整液位。腐蝕選用耐腐蝕材料或添加緩蝕劑。實(shí)例介紹1乙醇-水分離利用恒沸精餾技術(shù)突破恒沸點(diǎn)限制。2原油