化工原理-精馏课件.ppt
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- 化工 原理 精馏 课件
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1、吸收16 6. . 精馏精馏X本章重点及难点内容本章重点及难点内容 掌握双组分理想溶液气液相平衡的各种表达形式;掌握双组分理想溶液气液相平衡的各种表达形式; 掌握进料的不同热状况及其对精馏操作的影响;掌握进料的不同热状况及其对精馏操作的影响; 掌握两组分连续精馏塔理论塔板数的的图解法;掌握两组分连续精馏塔理论塔板数的的图解法; 掌握回流比对精馏过程的影响;掌握回流比对精馏过程的影响; 了解简捷法求理论板层数的方法;了解简捷法求理论板层数的方法; 了解各种类型的塔板的特点及性能,掌握筛板塔的流了解各种类型的塔板的特点及性能,掌握筛板塔的流体力学性能。体力学性能。吸收2X蒸馏:利用液体混合物各组分
2、挥发度的不同,使蒸馏:利用液体混合物各组分挥发度的不同,使其部分气化,从而达到分离的单元操作其部分气化,从而达到分离的单元操作 易挥发组分:沸点低的组分,又称为轻组分易挥发组分:沸点低的组分,又称为轻组分 难挥发组分:沸点高的组分,又称为重组分难挥发组分:沸点高的组分,又称为重组分X蒸馏的分类蒸馏的分类 按操作方式分:简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精按操作方式分:简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏馏 按组分数目分:双组分蒸馏及多组分蒸馏按组分数目分:双组分蒸馏及多组分蒸馏 按操作压力分:常压蒸馏、加压蒸馏、减压(真空)按操作压力分:常压蒸馏、加压蒸馏、减压(真空)蒸馏蒸馏 按操作流程分:连续蒸
3、馏和间歇蒸馏按操作流程分:连续蒸馏和间歇蒸馏 6 6. . 概述概述吸收36 6. .1 1 理想溶液的气液相平理想溶液的气液相平衡衡X 精馏与吸收的对比精馏与吸收的对比 操作过程中相态的变化:精馏时两相同时产生,而吸收操作过程中相态的变化:精馏时两相同时产生,而吸收是操作前已经是两相;是操作前已经是两相; 操作结果的不同:精馏能得到较为纯净的分离产物,而操作结果的不同:精馏能得到较为纯净的分离产物,而吸收则必须通过后续的进一步处理才能得到较纯净的物吸收则必须通过后续的进一步处理才能得到较纯净的物质;质; 传质的方向不同:精馏过程中既有气相传质,也有液相传质的方向不同:精馏过程中既有气相传质,
4、也有液相传质,而吸收一般只有气相中溶质分子进入吸收剂中,传质,而吸收一般只有气相中溶质分子进入吸收剂中,属于单向传质。属于单向传质。吸收46 6. .1 1 理想溶液的气液相平理想溶液的气液相平衡衡X 蒸馏是气液两相间的传热和传质过程蒸馏是气液两相间的传热和传质过程X 气液相平衡关系是指溶液与其上方蒸汽达到相平气液相平衡关系是指溶液与其上方蒸汽达到相平衡时,汽液相间组成、温度和压强的关系。衡时,汽液相间组成、温度和压强的关系。 X 气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础,过程以两相达到平衡为极限的理论基础,过程以两相达到平衡为极限X 气液
5、相平衡关系可用气液相平衡关系可用 p p(分压)(分压) x x 或或 t xt x(或(或 y y )或)或 x y x y 的函数关系或相图的函数关系或相图来表示。来表示。 吸收56 6. .1 1 理想溶液的气液相平理想溶液的气液相平衡衡X 6.1.1 6.1.1 相平衡相平衡拉乌尔定律拉乌尔定律)1 (000ABBBBAAAxpxppxpp000BABApppPxAAAxPpy0双组分理想溶液的气液相平衡关系式:双组分理想溶液的气液相平衡关系式: 和和蒸蒸汽汽压压组组分分在在系系统统温温度度下下的的饱饱:纯纯和和蒸蒸汽汽压压组组分分在在系系统统温温度度下下的的饱饱:纯纯:系系统统的的总
6、总压压强强BA 00BAppP条件:条件:双组分理想溶液双组分理想溶液吸收66 6. .1 1 理想溶液的气液相平理想溶液的气液相平衡衡X 6.1.2 6.1.2 相平衡相平衡相图相图t x t x (或(或 y y) 图(温度图(温度组成图)组成图)露点线露点线气相区(过热蒸汽)气相区(过热蒸汽)泡点线泡点线气液共存区气液共存区液相区(冷液)液相区(冷液) x x1 1(y(y1 1) ) t t4 4 t t3 3 t t2 2 t t1 1B BH HJ JA A吸收76 6. .1 1 理想溶液的气液相平理想溶液的气液相平衡衡y x y x 图(气液组成关系图)图(气液组成关系图)l大
7、多数溶液,平衡线位于对大多数溶液,平衡线位于对角线上方,且偏离对角线愈远,角线上方,且偏离对角线愈远,此溶液愈易分离(传质推动力此溶液愈易分离(传质推动力越大)。越大)。 l总压变化不大时外压影响可总压变化不大时外压影响可忽略,但温度的变化对忽略,但温度的变化对 yx yx 平衡线的影响较大。平衡线的影响较大。吸收86 6. .1 1 理想溶液的气液相平理想溶液的气液相平衡衡X 6.1.2 6.1.2 相平衡相平衡相平衡方程相平衡方程 纯液体的挥发度:该液体在一定温度下的饱和蒸气压。纯液体的挥发度:该液体在一定温度下的饱和蒸气压。 溶液中各组分的挥发度:该组分在蒸气中的分压和与之溶液中各组分的
8、挥发度:该组分在蒸气中的分压和与之相平衡的液相中的摩尔分率之比。相平衡的液相中的摩尔分率之比。 相对挥发度:是指溶液中两组分挥发度之比,常以易挥相对挥发度:是指溶液中两组分挥发度之比,常以易挥发组分的挥发度为分子。发组分的挥发度为分子。BBBAAAxpxp ,BBAABAxpxp yPpA 道尔顿分压定律道尔顿分压定律BABAxxyy 吸收96 6. .1 1 理想溶液的气液相平理想溶液的气液相平衡衡 相平衡方程相平衡方程 BxAxByAy AyBy 1AxBx 1xxy)1(1 AxAxAyAy 11 相对挥发度表示的相对挥发度表示的相平衡方程相平衡方程吸收106 6. .2 2 精馏原理精
9、馏原理X 6.2.1 6.2.1 精馏工艺精馏工艺 精馏流程精馏流程(熟悉相关的概念)(熟悉相关的概念) 原料液(进料)、原料液(进料)、馏出液(产品)、馏出液(产品)、回流液和釜液;回流液和釜液; 冷凝器(分凝器、冷凝器(分凝器、全凝器)、再沸器全凝器)、再沸器(塔釜加热);(塔釜加热); 加料板、精馏段和加料板、精馏段和提馏段提馏段吸收11X 6.2.2 6.2.2 精馏原理精馏原理 一次部分气化和部分冷一次部分气化和部分冷凝凝 y y1 1xxF Fxx1 1y y1 1加热原料液时产加热原料液时产生的第一个生的第一个 气泡的组气泡的组成。成。x x1 1经过一次气化后经过一次气化后原料
10、剩下的液体的组成。原料剩下的液体的组成。6 6. .2 2 精馏原理精馏原理 xw x1 xF y1 yFABCDP=定值定值 t吸收12 多次的多次的xFx2x1y1x3y2y3冷凝器冷凝器分离分离器器加热器加热器A (y) xm yn xFBP=定值定值 t6 6. .2 2 精馏原理精馏原理吸收13 有回流的多次部分汽化、冷凝有回流的多次部分汽化、冷凝6 6. .2 2 精馏原理精馏原理具有不同挥发度的组分具有不同挥发度的组分所组成的混合液,经多次所组成的混合液,经多次进行部分气化和部分冷凝,进行部分气化和部分冷凝,使其分离成几乎纯态组分使其分离成几乎纯态组分的过程。的过程。实现的实现的
11、 条件:条件:回流;回流;塔釜产生的蒸汽塔釜产生的蒸汽xFxDxw吸收14涉及的主要问题:涉及的主要问题: 全塔物料衡算、恒摩尔流假设、操作线全塔物料衡算、恒摩尔流假设、操作线方程方程 、q q线方程、(最小)回流比线方程、(最小)回流比 、适宜回流、适宜回流比比 、(最少)理论塔板数、全塔效率、实际塔板、(最少)理论塔板数、全塔效率、实际塔板数数6 6. .3 3 双组分连续精馏塔的计双组分连续精馏塔的计算算吸收15X6.3.1 6.3.1 全塔物料衡算全塔物料衡算总物料:总物料: F=D+WF=D+W 易挥发组分:易挥发组分:F xF xF F=D x=D xD D+W x+W xw w
12、应用见应用见P263P263例例7 71 16 6. .3 3 双组分连续精馏塔的计双组分连续精馏塔的计算算 原料液原料液F , xF , IF馏出液馏出液D , xD , ID釜残液釜残液W , xW , IWLVVL吸收166 6. .3 3 双组分连续精馏塔的计双组分连续精馏塔的计算算X6.3.2 6.3.2 恒摩尔流的假设恒摩尔流的假设 塔顶采用全凝器,塔釜间接加热塔顶采用全凝器,塔釜间接加热 离开每块塔板的气液相达到平衡离开每块塔板的气液相达到平衡 每段各板上的气液摩尔流量各自恒定(不一定相等)每段各板上的气液摩尔流量各自恒定(不一定相等)满足恒摩尔流的满足恒摩尔流的 条件条件 各组
13、分的摩尔汽化潜热相等;各组分的摩尔汽化潜热相等; 气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略;气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略; 塔设备保温好,无热损失。塔设备保温好,无热损失。吸收17X6.6.3 6.6.3 操作线方程操作线方程研究研究相邻两块塔板相邻两块塔板 气气液组成之间的关系液组成之间的关系 精馏段精馏段操作方程操作方程 对精馏段作物料对精馏段作物料衡算衡算 V=L+DV=L+DV yV yn+1n+1=L x=L xn n+ D x+ D xD D6 6. .3 3 双组分连续精馏塔的计双组分连续精馏塔的计算算馏出液馏出液D , xD , xD D , I, ID DL LV
14、 V y y1 1L L x x1 1V V y y2 2L L x x2 2L L x xn nV V y yn+1n+11 12 2n n吸收186 6. .3 3 双组分连续精馏塔的计双组分连续精馏塔的计算算DnnxDLDxDLLy 1回回流流比比)令令 ( DLR DnnxRxRRy1111 精馏段操作线方程:精馏段操作线方程:表示表示x xn n与与y yn+1n+1之间的关系之间的关系是直线是直线关系关系,斜率为,斜率为 R/(R+1)R/(R+1),截距为,截距为 x xD D/(R+1)/(R+1) xD1 RxDa ab b吸收19 提馏段操作线方程提馏段操作线方程对提馏段物
15、料衡算对提馏段物料衡算 L=V+WL=V+WL xL xn n =V y =V ym+1m+1+ + W xW xw w6 6. .3 3 双组分连续精馏塔的计双组分连续精馏塔的计算算釜液釜液W , xw , IwL xmV ym+1m+1WmmxWLWxWLLy 1吸收20由于提馏段下降液体由于提馏段下降液体量量LL不易确定,所以提馏段不易确定,所以提馏段操作线的实际应用价值不大。操作线的实际应用价值不大。但提馏段操作线一定通过但提馏段操作线一定通过C C点点(x xW W,x xW W)(间接蒸汽加热)(间接蒸汽加热方式)方式) 操作线的应用举例详操作线的应用举例详见教材见教材P265P2
16、65 例例 、例、例 6 6. .3 3 双组分连续精馏塔的计双组分连续精馏塔的计算算 xW xD c d 吸收21X6.3.4 6.3.4 进料热状况进料热状况q q 线方程线方程提馏段操作线不易确定,但可以通过两条操作线的交点提馏段操作线不易确定,但可以通过两条操作线的交点(轨迹)来确定(两点一线)(轨迹)来确定(两点一线)精馏段操作线:精馏段操作线:V yV yn+1n+1=L x=L xn n+ D x+ D xD DA A提馏段操作线:提馏段操作线: L xL xn n =V y =V ym+1m+1+ W + W x xw wB B则交点轨迹:则交点轨迹:(VVV V)y y(LL
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