蒸馏与吸收知识讲座.ppt

1 制药化工过程及设备 第07章 蒸馏与吸收 2 1 掌握相对挥发度的计算方法 2 掌握精馏原理 熟悉精馏塔分离过程 3 掌握理论板数的计算方法 熟悉回流比的影响与选择以及精馏装置的热量衡算 4 熟悉板式塔和填料塔的基本结构 了解塔板的典型操作现象 掌握填料塔的液泛现象 5 了解恒沸精馏和萃取精馏原理 熟悉水蒸气蒸馏的原理和特点 6 熟悉填料塔吸收过程 了解吸收与解吸的概念 学习目标 蒸馏与吸收 3 第1节蒸馏一 概述 乙醇 液相气相 分离液体混合物 蒸馏与吸收 4 1 蒸馏目的 分离液体混合物 2 分离依据 各组分的挥发度不同 A 挥发度大 沸点低 轻组分 B 挥发度小 沸点高 重组分 第1节蒸馏一 概述 蒸馏与吸收 5 3 分类 按操作流程 连续精馏 间歇精馏 按操作压强 常压精馏 减压精馏 按组分数目 两组分精馏 多组分精馏 加压精馏 第1节蒸馏一 概述 蒸馏与吸收 6 按蒸馏方式 简单蒸馏 特殊精馏 精馏 平衡蒸馏 闪蒸 第1节蒸馏一 概述 蒸馏与吸收 7 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 1 饱和蒸汽压 2 道尔顿分压定律 理想气体 一 溶液蒸气压和拉乌尔定律 蒸馏与吸收 8 3 拉乌尔定律 若为理想溶液 同温度下纯A的饱和蒸汽压 Pa 同样 平衡时 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 9 P已知 气液平衡关系式 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 10 二 温度 组成图 图 饱和液体线 饱和蒸气线 液相区 气液共存区 过热蒸气区 A B 泡点线 C E 露点线 D 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 11 纯组分 沸点不变 泡点 露点 溶液 沸点随组成而变 泡点 露点 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 12 三 汽液平衡图 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 13 特点 平衡线偏离对角线越远 越易精馏 图上读不出温度数据 P对图影响不大 但对图影响很大 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 14 四 双组份非理想溶液 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 15 说明 具有恒沸点的溶液精馏时 产品浓度最高为恒沸组成 若相得到更高纯度的组分 必须采用特殊精馏 恒沸点处的气 液组成一致 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 16 1 挥发度 2 相对挥发度 若为理想溶液 则 五 挥发度及相对挥发度 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 17 理想溶液 气液平衡方程 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 18 若 越大于1 越容易精馏分离 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 19 若 若 则不能采用普通精馏分离 越小于1 越容易精馏分离 此时B为易挥发组分 结论 可以用来判别精馏分离的难易程度 以及用普通精馏方法能否达到分离的目的 t改变 变化不大 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 20 1 简单蒸馏 一 简单蒸馏与平衡蒸馏 第1节蒸馏二 双组分溶液的气液平衡 蒸馏与吸收 21 2 平衡蒸馏 闪蒸 第1节蒸馏三 蒸馏与精馏原理 蒸馏与吸收 22 1 单级分离 A B O 杠杆原则 二 精馏原理 第1节蒸馏三 蒸馏与精馏原理 蒸馏与吸收 23 2 部分汽化与部分冷凝 缺点 收率低 能耗高 第1节蒸馏三 蒸馏与精馏原理 蒸馏与吸收 24 省去中间加热器和冷凝器 最上一级冷凝后部分回流 塔釜加再沸器 必要条件 塔顶液体的回流 塔釜液体的部分气化 塔内温度自顶至底依次升高 第1节蒸馏三 蒸馏与精馏原理 蒸馏与吸收 25 3 精馏塔分离过程 蒸馏与吸收 26 再沸器 提供一定量的上升蒸汽流 冷凝器 提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相回流 蒸馏与吸收 27 4 塔板 1 塔板上的液层和填料表面是气液两相进行热交换和质交换的场所 2 每块塔板相当于一只釜的作用 第1节蒸馏三 蒸馏与精馏原理 蒸馏与吸收 28 第1节蒸馏三 蒸馏与精馏原理 蒸馏与吸收 29 进入第n板 难挥发冷凝多 易挥发汽化多 离开第n板 气相 液相 塔顶 纯A 塔釜 纯B 第1节蒸馏三 蒸馏与精馏原理 蒸馏与吸收 30 第1节蒸馏三 蒸馏与精馏原理 蒸馏与吸收 31 加料板以上 精馏段 加料板及其以下 提馏段 加料位置 与原料液组成和温度相近的板上进料 第1节蒸馏三 蒸馏与精馏原理 蒸馏与吸收 32 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 1 理论板 一 理论板及恒摩尔流假设 蒸馏与吸收 33 2 恒摩尔流假设 注意 V不一定等于V L不一定等于L 恒摩尔液流 恒摩尔气流 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 34 总物料 轻组分 重组分回收率 轻组分回收率 二 全塔物料横算 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 35 若D F过大 则 必 质量和数量互相矛盾 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 36 三 精馏段操作线方程 总物料 轻组分 令 回流比 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 37 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 38 四 提馏段操作线方程 总物料 轻组分 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 39 1 进料热状况参数 五 进料热状况和进料方程 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 40 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 41 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 42 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 43 泡点进料 露点进料 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 44 可得提馏段的操作线方程为 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 45 2 进料方程 q线方程 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 46 作图 q线的作法 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 47 例 在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇0 4与水0 6 摩尔分率 的溶液 进料的热状况参数为1 1 原料液流量为100kmol h 要求塔顶易挥发组分的回收率不低于0 94 釜液组成为0 04 以上均为易挥发组分的摩尔分率 回流比为2 5 试求产品的流量 精馏段和提馏段的操作线方程及提馏段上升的蒸汽流量 假设气液相均为恒摩流动 解 1 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 48 2 精馏段操作线方程 3 提馏段操作线方程 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 49 4 另 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 50 1 逐板计算法 精馏段 若塔顶为全凝器 则 六 理论板数的计算 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 51 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 52 当时 则第n层为加料板 即 若是其它进料热状况 泡点进料 操作线交点处的液相组成 加料板算在提馏段 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 53 提馏段 已知 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 54 总层数 当时 结束 则 再沸器 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 55 2 图解法 精馏段操作线的作法 作图 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 56 提馏段操作线的作法 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 57 梯级图解法 蒸馏与吸收 58 例 某苯与甲苯的混合原料 苯的摩尔分率为0 4 拟采用精馏塔加以分离 原料液处理量为100kmol h 要求塔顶产品含量为0 9 苯的回收率不低于90 原料预热至泡点加入塔内 塔顶采用全凝器冷凝 回流比为1 875 已知在操作条件下 物系的相对挥发度为2 47 求为完成分离任务所需要的理论板数及加料位置 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 59 解 1 求D W 2 求精馏段操作线方程 1 逐板计算法 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 60 3 求提馏段操作线方程 4 求相平衡方程 由 5 计算精馏段理论板数 蒸馏与吸收 61 由 第5块板为加料板 以下计算提馏段操作线方程代替精馏段操作线方程 蒸馏与吸收 62 6 计算提馏段理论板数 由 蒸馏与吸收 63 2 梯级图解法 蒸馏与吸收 64 1 全回流和最少理论板层数 若D 0 通常也有F 0 W 0 七 回流比的影响及选择 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 65 2 最小回流比 分析 平衡线与操作线越近 当四条线交于一点时 交点附近板上无增浓作用 即 挟紧点 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 66 的求取 1 作图法 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 67 非正常平衡曲线的 蒸馏与吸收 68 2 解析法 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 69 泡点进料 露点进料 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 70 3 适宜回流比的选择 选择依据 总费用 操作费用 设备费 费用最低 1 精馏操作费主要取决于 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 71 2 设备费包括精馏塔 再沸器 冷凝器的费用 精馏塔费用高 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 72 难分离物系 一般取 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 73 1 冷凝器的热负荷及冷却介质的消耗量 热负荷 冷却介质的消耗量 八 连续精馏装置的热量衡算 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 74 2 再沸器的热负荷及加热介质的消耗量 热负荷 加热介质的消耗量 第1节蒸馏四 双组分连续精馏塔的计算 蒸馏与吸收 75 一 板式塔 第1节蒸馏五 精馏塔 1 塔板 蒸馏与吸收 76 2 塔板的典型操作现象 1 气液接触状态 鼓泡接触 泡沫接触 喷射接触 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 77 2 漏液 危害性 产生原因 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 78 3 雾 液 沫夹带 分析 产生原因 确定原则 防范措施 适当加大板间距 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 79 4 液泛 淹塔 危害性 产生原因 防范措施 优化板结构 增大板间距 可提高液泛气速 操作被完全破坏 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 80 二 填料塔 蒸馏与吸收 81 1 填料 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 82 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 83 金属鞍环 鲍尔环矩鞍环阶梯环 集 的优点 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 84 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 85 1 支承装置 作用 支承填料和持有的液体 要求 机械强度高 自由截面积应较填料层中的大 分类 栅板式 陶瓷多孔板 耐腐蚀 升气管式 圆型 条型 气体流量大 2 填料塔附件 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 86 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 87 2 液体分布器 作用 使液体初布均匀 要求 喷淋点多且均布 挡板式 莲蓬式 齿槽式 盘式 筛孔式 溢流管式 多孔管式 环管式 直管式 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 88 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 89 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 90 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 91 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 92 3 液体再分布装置 作用 将液体重新引回塔中部 要求 截锥式 带支承板 不带支承板 不占空间 可分段装卸填料 自由截面积应较填料层中的大 防液泛 第1节蒸馏五 精馏塔 蒸馏与吸收 93 第1节蒸馏六 特殊精馏 一 共沸精馏 通过加入第三组分 形成新的共沸物 蒸馏与吸收 94 二 萃取精馏 通过加入第三组分 改变相对挥发度 第1节蒸馏六 特殊精馏 蒸馏与吸收 95 1 定义 气相液相 2 依据 溶解度不同 第2节吸收一 吸收过程的基本概念 NH3 气相液相 蒸馏与吸收 96 3 相关概念 吸收质 溶质 A 尾气 B A 惰性组分 载体 B 吸收剂 S 吸收液 S A 蒸馏与吸收 第2节吸收一 吸收过程的基本概念 97 A有用 回收 A有害 净化 制备A的S溶液 第2节吸收二 吸收的工业应用 蒸馏与吸收 98 第2节吸收三 吸收的分类 性质 溶质数目 热效应 物理 化学 无明显化学反应 有 等温 非等温 温变小 温变大 单组分 多组分 A为1个 A为多个 蒸馏