化工原理蒸馏

1、化工原理蒸馏 工作原理: 利用液体混合物中各组分(component)挥发性(volatility)差异，以热能为媒介使其局部汽化从而在汽相富集轻组分液相富集重组分而别离的方法。 闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液 塔底产品 Q减压阀2理想溶液与拉乌尔定律拉乌尔定律：在一定温度下，汽相中任一组分的分压 等于此纯组分在该温度下的蒸汽压乘以 它在溶液中的摩尔分率。理想溶液：微观 ：fAB= fAA= fBB； 宏观：体积和不变，无热效应。pA=pAoxApB=pBoxB= pBo1-xA3pA 、pB 溶液上方A和B两组分的平衡分压，PapAo、pBo 同温度下，纯组分A和B的饱和蒸汽压，Pa；x

2、A 、 xB 分别为混合液组分A和B的摩尔分率二、 理想溶液气液相平衡一理想溶液t y x关系式 理想液体pA=pAoxA pB=pBoxB= pBo（1-xA）理想气体4汽液两相平衡组成间的关系泡点方程露点方程5二t y x图与y x图三个区：液相区，过冷液体气相区，过热蒸汽两相区，气液共存两相区特点：两相温度一样 y x两条线：液相线泡点线 气相线露点线组成一样，t露点t泡点6对角线y=x为辅助曲线，yx ，平衡线在对角线之上；xy线上各点温度不同；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易别离。73. 理想溶液的气液相平衡方程式 代入相平衡方程讨论: 的物理意义：汽相中两组分组成之比是

3、液相中两 组分组成 之比的倍数。 其值标志着别离的难易程度。8 假设=1，那么普通蒸馏方式将无法别离此混合物。 1。 平均相对挥发度m。三、 非理想溶液气液相平衡一对拉乌尔定律有正偏向的溶液 1无恒沸点的溶液 如甲醇-水溶液pApA理， pBpB理，介于pAo、pBo 之间。92有最低恒沸点的溶液 如乙醇-水二对拉乌尔溶液有负偏向的溶液 1无恒沸点溶液 如氯仿-苯溶液 pApA理， pBpB理，介于pao、pBo 之间。10平衡蒸馏是液体的一次局部汽化或蒸汽的一次局部冷凝的蒸馏操作。消费工艺中溶液的闪蒸别离是平衡蒸馏的典型应用。 闪蒸操作流程：一定组成的料液被加热后经节流阀减压进入闪蒸室，液体

4、因沸点下降变为过热而骤然汽化，汽化耗热使得液体温度下降，汽、液两相温度趋于一致，两相组成趋于平衡。由闪蒸室塔顶和塔底引出的汽、液两相即为闪蒸产品。 11精馏原理：屡次局部冷凝、屡次局部汽化、液相回流及 上升蒸气。进料板：原料液进入的那层塔板精馏段：进料板以上的塔段提馏段：进料板以下包括进料板的塔段塔顶冷凝器和塔低再沸器 精馏：将由挥发度不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中同时屡次进展局部气化和局部冷凝，使其别离成几乎纯态组分的过程。12问题：1. 无液相回流，别离结果如何？无气相回流，别离结果如何？三回流作用连续精馏的充分必要条件：最上要有高纯度易挥发组分的液相：液相回流最下要有高纯度难挥发组

5、分的气相：气相回流(上升蒸气)13精馏流程 连续精馏流程 典型的连续精馏流程如右图所示.预热到一定温度的原料液送入精馏塔的进料板,在每层塔板上, 回流液体与上升蒸气互相接触, 进行热和质的传递。 塔顶冷凝器的作用: 获得塔顶产品及保证有适宜的液相回流.再沸器的作用: 提供一定量的上升蒸气流。 对于间歇精馏: 原料液一次参加塔底, 只有精馏段。 精馏段:加料板以上的塔段.上升汽相中重组分向液相传递，液相中轻组分向汽相传递，完成上升蒸气轻组分精制。 提馏段:加料板及其以下的塔段.下降液体中轻组分向汽相传递，汽相中重组分向液相传递，完成下降液体重组分提浓。 14一、 全塔物料衡算单位时间为基准总物料

6、衡算：F=D+W易挥发组分物料衡算：FxF=DxD+WxWF、D、W：kmol/sxF、xD、xW：摩尔分数F, xFD, xDW, xW15别离要求的不同形式：2组分回收率：1 规定xD、xW二、恒摩尔流量的假定16即：V1=V2=V=常数 V1=V2=V=常数 V-精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h; V-提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。 1精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都 相等，提馏段也一样。但两段的上升蒸汽的摩尔流量不一定相等。17即：L1=L2= L=常数 L1=L2= L=常数但两段下降的液体摩尔流量不一定相等。式中：L-精馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h; L

7、-提馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h。2精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量 都相等，提馏段也一样。18 两组分的摩尔汽化潜热相等； 两相接触因温度不同交换的显热忽略不计； 塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。19三、 进料热状态参数q过冷液体P饱和液体C汽液混合物G饱和蒸汽D过热蒸汽HH20一精馏段操作线方程总物料衡算：V=L+D易挥发组分的物料衡算：Vyn+1=Lxn+DxD精馏段的操作线方程四、 操作线方程与q线方程21令R=L/D，R称为回流比 精馏段的操作线方程二提馏段操作线方程总物料衡算：易挥发组分：提馏段的操作线方程22塔釜的气相回流比23 q线对两操作线的影响对精馏操作线无

8、影响，对提馏操作线有影响， q 提馏操作线斜率推动力 。24五、 理论板数计算 一理论板数的图解法计算 梯级的物理意义理论板上浓度特征：xnyn相平衡，落到平衡线上。某截面浓度特征： xnyn+1操作关系，落到操作线上。图解法求理论板数25 图解法-McCabe-Thiele, M-T法图解法求理论板层数的根本原理与逐板计算法的完全一样,只不过是用平衡曲线和操作线分别代替平衡方程和操作线方程,用简便的图解法代替繁杂的计算而已,图解法中以直角梯级图解法最为常用.虽然图解的准确性较差,但因其简便,目前在两组分精馏中仍被广泛采用。 1) 操作线的作法 首先根据相平衡数据, 在直角坐标上绘出待分离混合

9、物的x-y 平衡曲线, 并作出对角线. 如图所示. 在x=xD 处作沿垂线, 与对角线交于点a, 再由精馏段操作线的截距xD /(R+1) 值, 在y 轴上定出点b, 联ab. ab为精馏段操作线. 在x=xF 处作沿垂线, 与对角线交于点e, 从点e作斜率为q /(q-1)的q线ef, 该线与ab交于点d. 在x=xW 处作沿垂线, 与对角线交于点c, 联cd. cd为提馏段操作线.262) 求N 的步骤 自对角线上a点始, 在平衡线与精馏段操作线间绘出水平线及沿垂线组成的梯级. 如图所示。 当梯级跨过两操作线交点d 时, 则改在平衡线与提馏操作线间作梯级, 直至某梯级的垂直线达到或小于xW

10、为止。 每一个梯级代表一层理论板. 梯级总数即为所需理论板数。27图解法求理论板数讨论：确定最正确进料位置 最优进料位置：塔内汽相或液相组成与进料组成 相等或相近的塔板。 图解法最优进料板：跨越两操作线交点的梯级， NT最少。28二理论板数的逐板计算法全凝器泡点回流泡点进料间接蒸汽加热F, xFD, xDW, xWyWm-112nx1x2xnxm-1y2y1ym-1精馏段：y1=xD精馏段塔板数：n-1n平衡关系的次数29提馏段：平衡关系：操作关系：或提馏段塔板数：m-1(不含再沸器30 例 常压下用连续精馏塔别离含苯44%的苯一甲苯混合物. 进料为泡点液体，进料流量取100 kmol/h为计算基准。要求馏出液中含苯不小于 94 %. 釜液中含苯不大于8 %(以上均为摩尔百分率). 设该物系为理想溶液相对挥发度为2.47. 塔顶设全凝器，泡点回流，选用的回流比为3. 试计算精馏塔两端产品的流量及所需的理论塔板数。 解：由全塔物料衡算：FDW ;FxFDxDWxW提馏段操作方程为:精馏段操作方程为: 泡点液体进料时q=1,相平衡方程为31对于泡点进料, xF =xq 设由塔顶开场计算(从上往下)，第1块板上升蒸气组成y1=xD=0.94. 第1块板