注册化工08第八讲

例1用连续精馏塔分离某双组分混合液,xF=0.4(摩尔分率,下同)，原料以饱和液体状态加入塔中部，塔顶全凝，泡点回流。α=2.5，xD=0.8，易挥发组分ηA=0.9。塔釜间接蒸汽加热。试求：(1)Rmin；(2)若R=1.5Rmin倍，则进入塔顶第一块理论塔板的汽相组成为多少？解：①q=1,xe=xF=0.4

②例2一连续常压精馏塔用于分离双组分混合物。原料液xF=0.40(摩尔分率，下同),进料状况为汽液混合物，其摩尔比为汽/液=3/2，塔顶xD=0.97，塔釜xW=0.02，若该物系的相对挥发度α=2，操作时采用的回流比R=1.6Rmin，试计算：⑴易挥发组分的回收率；⑵最小回流比Rmin；⑶提馏段操作线的数值方程；⑷若在饱和液相组成xθ=0.72的塔板处抽侧线，其量和有侧线时获得的塔顶产品量相等，减少采出率，回流比不变，N=∞,

xDmax=?解：⑴⑵

q线方程平衡线方程两线相交∴x2+3x-1=0

得xe=0.303，ye=0.465⑶R=1.6Rmin=1.6×3.12=5.0提馏段⑷当采出率减小时,xDmax受相平衡制约，而不受物料衡算制约,当q点与平衡线相遇时xD达到最大。第Ⅱ塔段操作线将y=ye，x=xe代入得xDmax=0.8566.2操作参数对操作结果的影响调节R,,q;xF变动,对xD,

xW的影响①R调节，,q不变R↑,操作线向对角线靠拢当N一定时，xD↑,xW↓

②调节⑴R,q不变，,()⑵,q不变，,(R↓)精馏段提馏段少而精，多而烂③xF变化，,q,R不变输出与输入关系6.3塔顶、塔底极限浓度所受限制①分离能力(α,N,R)②物料衡算(xD≤1,

xW≥0)先分析N=∞时，xDmax=?

xWmin=?当R较小时，为(b)情况；为分离能力限制；当R较大时出现(a)或(c)情况；为物料衡算限制。①当时，⑴R较小，分离能力限制得得xDmax、xWmin~R

线性关系⑵R较大，物料衡算限制

xWmin=0,②当时，⑴R较小，分离能力限制xDmax、xWmin~R线性关系⑵R较大，物料衡算限制

xDmax=1，为提高产品纯度，R,

调节，哪个更有效.思考：的误差与高纯度产品关系？例1用精馏操作分离某双组分混合物,进料xF=0.45(轻组分摩尔分率),泡点进料,塔顶采出率,轻组分回收率η=0.98。已知物系α=2.5，试求：⑴塔顶、塔底产物的浓度；⑵最小回流比；⑶若回流比取R=1.4；采出率不变，则塔顶产物理论上可达到的最高浓度为多少？解：⑴,⑵q=1,xe=xF=0.45,⑶此时,可取N=∞，以求算xDmax,若按加料处出现挟点求算，则若按物料衡算求算，按xW=0计算，所以，主要受物料衡算限制

xDmax=0.9注意：要两头兼顾，两头验算6.4精馏塔的温度分布和灵敏板灵敏板—板上液体温度对外界干扰因素的反映最灵敏的塔板7间歇精馏操作方式灵活，适用于小批量处理(若搞连续，没达到稳定就要熄火)7.1过程特点①非定态⑴R一定，xD不断下降，因釜中x不断下降⑵xD一定，R不断上升②全塔均为精馏段，能耗比连续精馏高

x~xD一一对应x~R一一对应初态，瞬时，终态釜中量FGW釜中浓度xF

x

xWR一定xD初

xD

xD终xD一定R初

RR终能耗比较,取N=∞，xD保持不变R连续<间歇,间歇精馏能耗大7.4两种方式能耗的比较xD恒定,塔顶没有不同浓度混合，能耗较低R恒定,塔顶有不同浓度的混合，能耗较高7.5设计计算1.R一定方式：1）

R=(1.1~2)Rmin2）图解确定N3）算平均xD4）算每批精馏时间

V=(R+1)D7.5设计计算2.xD一定方式：1）

R=(1.1~2)Rmin2）图解确定N3）算每批精馏时间8多组分精馏基础8.1流程方案的选择

n个组分精馏分离,为获n个高纯度产品，需要(n-1)个塔,塔多方案多如，A、B、C三组分(其挥发度依次降低)分离两种流程4组分3塔5流程5组分4塔14流程流程的选择：经济上优化，设备费+操作费最少技术上可行，物性(如热敏性，聚合结焦倾向)，对产品纯度的要求具体：多方案作经济比较，决定合理的流程如：5组分4塔14流程经上述原则筛选后，留2~3个方案作进一步的计算8.2精馏的关键组分和物料衡算①关键组分多组分精馏(如A,B,C,D)，塔顶只能规定一个组分含量塔底只能规定一个组分含量其它组分含量由R、N、αij确定关键组分—对多组分精馏分离起控制作用的两个组分挥发度大的—轻关键组分(l)挥发度小的—重关键组分(h)关键组分与分离方案有关比轻关键组分更易挥发的—轻组分比重关键组分更难挥发的—重组分②全塔物料衡算总物料衡算F=D+Wi组分FxFi=DxDi+WxWi

(i=1~n-1)归一方程ΣxDi=1,ΣxFi=1,ΣxWi=1

进料F,xFi(i=1~n-1)

已确定如：已知：xDh，xWl求：及其它xDi，xWi变量分析：3n+3个变量,n+3个式子,已知n+2个,缺n-2个。非关键组分在塔顶、塔底？约束条件(R、N、αij)难以简单方式表达③清晰分割法：塔顶重组分含量为0，塔底轻组分含量为0

A、B、C(l)|D(h)、E塔顶xDl，xDh

0塔底00xWl，xWh条件：αlh较大，xDh、xWl较低实质：给出n-2个0④非清晰分割法由芬斯克方程得或直线关系条件：αih全塔变化不大，R=∞实质：给出n-2个值9特殊精馏

α<1.06时,无法用普通精馏分离,常采用特殊精馏9.1恒沸精馏双组分非均相恒沸精馏—两塔联合操作双组分均相恒沸精馏—加挟带剂，形成新的恒沸物挟带剂的要求：①与A(或B)或AB形成最低恒沸物，从塔顶蒸出②新恒沸物要便于分离，如非均相，用分层方法回收挟带剂③新恒沸物中挟带剂相对含量要少9.2萃取精馏加萃取剂S(挥发性小),改变A、B组分相对挥发度萃取剂主要条件：①选择性高,少量加入,αAB大大提高②挥发性要小,沸点S>>沸点A、B③与原溶液有足够的互溶度.流程特点：加吸收段萃取精馏与恒沸精馏比较共同点：均加入第三组分S差别：⑴S可选范围:是否要求生成恒沸物⑵经济性:恒沸物从塔顶蒸出，潜热消耗大10.反应精馏利用精馏促进反应：例如，可逆反应

醋酸乙醇醋酸乙酯水利用反应促进精馏：对二甲苯Px与间二甲苯Mx的分离，用异丙苯钠IpNaIpNa+Mx←→Ip+MxNa11.分子精馏1）高真空下进行(10-1~10-2Pa)2）蒸发面与冷凝面间距<分子平均自由程汽液传质设备基本上分为两大类：逐级接触式(如板式塔)微分接触式(如填料塔)主要评价标准：⑴通过能力—生产能力⑵传质效率—板效率，等板高度HETP⑶压降—板压降，每m填料压降⑷操作弹性—汽液通量上、下限⑸结构简单成本低1板式塔1.1概述①设计意图⑴使汽液两相在塔板上充分接触，减少传质阻力⑵在总体上使两相保持逆流流动，在塔板上使两相呈均匀的错流接触，以获得最大传质推动力②筛板塔的构造⑴筛孔—气体通道，Φ3~8mm⑵溢流堰—保证板上有液体⑶降液管及入口堰—液体下降通道1.2筛板上的汽液接触状态①鼓泡接触状态②泡沫接触状态—气体为分散相③喷射接触状态—液体为分散相转相点接触状态选择:获得大的气液界面液膜要稳定，液滴要不稳定，有利于破碎，正系统：当轻组分从液→气时选泡沫接触状态有利1.3气液两相的非理想流动①液沫夹带—气体带液滴②气泡夹带—液体在降液管中来不及脱气

τ>3~5秒③液体沿塔板的不均匀流动1.4不正常操作现象①夹带液泛同样气速下,

e’↑,使L+e’↑,

液层厚度↑

e’↑↑,形成恶性循环②溢流液泛降液管通过能力的限制③漏液严重漏液会使板上不能积液1.5效率的各种表示方法①点效率与两相接触状态有关②默弗里板效率与点效率、板上流动情况有关③湿板效率考虑板间eV

正常操作漏液可忽略例精馏段：表观气相浓度表观操作线湿板效率测定方法：全回流，④全塔效率塔效率≠板效率1.6塔板的负荷性能图⑴过量液沫夹带线eV=0.1kg液/kg干气⑵漏液线⑶溢流液泛线⑷液量下限线⑸液量上限线1.7筛板塔的设计主要尺寸,直径D,高度H的估计NT由过程计算求得ET按经验关联D~HT由表10-1作初选HT对液沫夹带，溢流液泛，液量上限有影响D由处理量与液泛气速所决定由处理量求两相流动参数动量之比,开方气体负荷因子Cf

20液泛速度设计气速塔截面积求塔直径D详细设计尚有很多因素要考虑2填料塔填料材质：陶瓷，金属，塑料，合成材料要求：液体润湿表面死区—对传质无贡献填料层堆放方式：①乱堆填料：有液体均布能力，有液体向壁偏流现象，要有再分布器②整砌填料：无液体均布能力，无偏流现象，要有严格的预分布器2.2填料特性：①比表面a,m2/m3②空隙率ε③填料的几何形状填料尺寸≤优良填料还要满足：制造容易，造价低廉，耐腐蚀，机械强度2.3气液两相在填料层内的流动和传质①液体在填料表面上的膜状流动低气速下，u气对δL影响不大高气速下，u气对δL有明显影响选填料的必要条件：对液体浸润②载点和泛点

L一定,lgΔp~lgV气关系载点---