《精馏》全册配套完整教学课件.pptx
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1、YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT精馏全册配套完整精馏全册配套完整教学课件教学课件Chapter 1 DistillationYDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT 本章主要内容本章主要内容 1.1.蒸馏的基本原理蒸馏的基本原理 2. 2.常用的蒸馏方法,运用相关的基本理论常用的蒸馏方法,运用相关的基本理论和方法描述蒸馏过程。和方法描述蒸馏过程。 3. 3.精馏主要设计变量或操作条件与分离过精馏主要设计变量或操作条件与分离过程关系。程关系。 4.4.选
2、择适宜设计变量或操作参数,进行精选择适宜设计变量或操作参数,进行精馏塔设计和实际精馏过程的分析诊断。馏塔设计和实际精馏过程的分析诊断。YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUTIntroduction一、一、 蒸馏的应用蒸馏的应用液体产品的精制液体产品的精制汽油汽油煤油煤油柴油柴油其他油品其他油品石油石油煤焦油煤焦油苯苯甲苯甲苯二甲苯等二甲苯等蒸馏是分离液体混合物的一种方法,是蒸馏是分离液体混合物的一种方法,是传质过程中最重要的单元操作之一传质过程中最重要的单元操作之一YDJ,School of Chemical and Che
3、mistry Engineering ,SCUT蒸馏分离操作实例蒸馏分离操作实例:石油炼制中使用的:石油炼制中使用的 250 250 万吨常万吨常减压装置减压装置YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT二、蒸馏分离的二、蒸馏分离的依据和依据和目的目的液体混合物液体混合物乙醇乙醇(沸点(沸点78)易挥发组分或轻组分易挥发组分或轻组分(A)水水(沸点沸点100 )难挥发组分或重组分难挥发组分或重组分(B)YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT液体混合物液体混合物
4、 加热加热部分汽化部分汽化 气相:气相:yA, yB 液相:液相:xA, xB 液相液相冷凝冷凝 yA xA, yB 1, ,则则 yx , ,可用蒸馏方法分离,且可用蒸馏方法分离,且愈大,愈大,平衡线愈远离对角线,混合物系愈易分离;平衡线愈远离对角线,混合物系愈易分离; 若若=1, ,则则 y=x, , 无法用普通蒸馏方法分离。无法用普通蒸馏方法分离。 的影响因素的影响因素 理想体系的理想体系的 仅与温度有关仅与温度有关, ,与组成无关与组成无关 在一定温度范围内在一定温度范围内, ,可近似为常数可近似为常数 增加压力增加压力, ,下降下降, ,分离难度增加分离难度增加 YDJ,School
5、 of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT 温度温度, 各组分蒸汽压各组分蒸汽压,蒸汽压之比变化缓慢,蒸汽压之比变化缓慢,故相对挥发度故相对挥发度ih随温度变化缓慢,在一定温度范围内随温度变化缓慢,在一定温度范围内 可由其平均值代替。可由其平均值代替。温度对温度对的影响的影响常压下苯、甲苯的相对挥发度随温度的变化YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT压力增加,平衡线靠近对角线,分离难度大压力增加,平衡线靠近对角线,分离难度大三、压力对相平衡的影响三、压力对相平衡的影响123ppp
6、 YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT压力对相平衡的影响压力对相平衡的影响P ,t , ,对分离不利,对分离不利, P,t , ,对分离有利,对分离有利 。 故蒸馏压力的选择,优先考虑采用常压操作,只在特殊情况下故蒸馏压力的选择,优先考虑采用常压操作,只在特殊情况下采用加压(处理量增加,塔径不够)或减压(热敏性物料)。采用加压(处理量增加,塔径不够)或减压(热敏性物料)。YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT非理想体系的气、液相平衡关系非理想体系的气、液
7、相平衡关系ABBBAAfff ABBBABAAffff 具有具有正偏差正偏差的溶液的溶液 一般正偏差一般正偏差:pApA理理, pBpB理理,介于,介于pAo、pBo 之间。之间。平衡分压高于拉乌尔定律的计算值,泡点下降。平衡分压高于拉乌尔定律的计算值,泡点下降。YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT平衡分压低于拉乌尔定律的计算值,泡点升高。平衡分压低于拉乌尔定律的计算值,泡点升高。 pApA理,理, pB1则表示组分则表示组分A和和B-,=1则表示组分则表示组分A和和B-。2.精馏操作的基本依据是(精馏操作的基本依据是(
8、)3.溶液中两组分溶液中两组分_之比,称为相对挥发度,之比,称为相对挥发度,4.理想溶液中相对挥发度等于两纯组分的理想溶液中相对挥发度等于两纯组分的_之比之比5.根据蒸馏操作采用的方法不同,分为根据蒸馏操作采用的方法不同,分为_、_和特殊蒸馏;和特殊蒸馏;6.按操作压力不同,蒸馏分为按操作压力不同,蒸馏分为_、_和减压蒸馏;和减压蒸馏;YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT 在沸点组成图上,液相线以下的区域称为在沸点组成图上,液相线以下的区域称为_,液,液相线和气液线之间的区域称为相线和气液线之间的区域称为_; 沸点组成图的
9、主要用途是求取任一沸点下的沸点组成图的主要用途是求取任一沸点下的_和说明和说明_; 理想溶液中,各组分混合成溶液时,既没有理想溶液中,各组分混合成溶液时,既没有_变变化,也没有化,也没有_产生;产生; 非理想溶液中,同种分子与不同种分子之间的引力非理想溶液中,同种分子与不同种分子之间的引力_;YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT 某二元混合物,其中某二元混合物,其中A为易挥发组份,液相组成为为易挥发组份,液相组成为x=0.5时相应的泡点为时相应的泡点为t1,气相组成,气相组成y=0.3时相应的露时相应的露点为点为t2,则(
10、,则( );); A、t1=t2; B、t1t2 ; D、无法判断、无法判断 某二元混合物,其中某二元混合物,其中A为易挥发组份,液相组成为为易挥发组份,液相组成为xA=0.5时相应的泡点为时相应的泡点为t1与之相平衡的气相组成与之相平衡的气相组成y=0.75时相应的露点为时相应的露点为t2,则(,则( );); A、t1=t2; B、t1t2 ; D、无法判断、无法判断。YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT1.3 简单蒸馏与平衡蒸馏简单蒸馏与平衡蒸馏YDJ,School of Chemical and Chemistry
11、 Engineering ,SCUT1.3.1 简单蒸馏一次进料xD, xW不是一对平衡组成微分蒸馏,瑞利蒸馏u间歇非稳态操作间歇非稳态操作unsteady batch operation)。u加入蒸馏釜的原料液持加入蒸馏釜的原料液持续吸热沸腾汽化,产生的续吸热沸腾汽化,产生的蒸汽由釜顶连续引入冷凝蒸汽由釜顶连续引入冷凝器得馏出液产品。器得馏出液产品。y原料液原料液x蒸气蒸气xD1xD2xD3冷凝器冷凝器YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT简 单 蒸 馏YDJ,School of Chemical and Chemistr
12、y Engineering ,SCUTYDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUTYDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT 动态过程;动态过程; 易挥发组分更多地传递到气相中去,釜液温度不断升高;易挥发组分更多地传递到气相中去,釜液温度不断升高; 浓度随时间变化,浓度随时间变化,t 增加增加,馏出液的浓度馏出液的浓度y,x降低降低 瞬时蒸气与釜中液体处于平衡状态。瞬时蒸气与釜中液体处于平衡状态。 分离效果不高,适合于分离效果不高,适合于 大的组分大的组分对对A部分
13、提纯部分提纯, 粗分粗分t / Cx(y)01.0露点线露点线泡点线泡点线xAyA1=xD1xfyA2=xD2YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT1.3.2、平衡蒸馏平衡蒸馏(又叫闪蒸又叫闪蒸)闪闪蒸蒸罐罐塔顶产品塔顶产品yAxA加加热热器器原料液原料液 塔底产品塔底产品 Q减减压压阀阀液体的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸馏操作。液体的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸馏操作。物料被加热后经物料被加热后经节流阀减压节流阀减压进入闪蒸进入闪蒸室。室。液体因液体因沸点下降变为过热而骤然汽化沸点下降变为过热而骤然汽化,汽
14、化耗热使得液体温度下降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。的汽、液两相即为闪蒸产品。 YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUTYDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT T,P和浓度是恒定的,稳态过程,可连续和间歇操和浓度是恒定的,稳态过程,可连续和间歇操作,生产能力较大。作,生产能力较大。 产品的汽相产品的汽相y和液相和
15、液相x成平衡状态成平衡状态 得不到高纯产品,只适用于产品的初步分离得不到高纯产品,只适用于产品的初步分离yDxBxxy)1(1YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUTtx(y)xeye简单蒸馏平衡蒸馏简单蒸馏与平衡蒸馏的比较简单蒸馏与平衡蒸馏的比较ymaxYDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUTv相同点:相同点:二者分离程度都不高,只适用于初步分离。二者分离程度都不高,只适用于初步分离。v不同点:不同点:简单蒸馏:简单蒸馏:间歇、不稳定,生产能力小间歇、不稳定
16、,生产能力小平衡蒸馏:平衡蒸馏:连续和间歇、稳态、生产能力大连续和间歇、稳态、生产能力大v简单蒸馏获得相对好的分离效果简单蒸馏获得相对好的分离效果当原料组成、原料的量和最终的温度相同时,二元理想溶液的二者比较:当原料组成、原料的量和最终的温度相同时,二元理想溶液的二者比较:xD简单简单 xD平衡平衡YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT当原始组成、料液量、压力和最终温度都相同,则二元理想溶液的简单蒸馏和平衡蒸当原始组成、料液量、压力和最终温度都相同,则二元理想溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏(闪蒸)的结果比较是馏(闪蒸)的结果比较是
17、1 1) 得到的馏出物浓度(平均得到的馏出物浓度(平均-;2 2) 得到的残液浓度得到的残液浓度-;3 3) 馏出物总量馏出物总量-。(1)X d 简简 X d平平 (2) 相同相同 (3) )D简简 x11.4.1 精馏原理YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT多次部分汽化和多次部分冷凝 xFy1x1y2x2y3x3y3y2213 x1 y1 x2 x3x3YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUTy1y2y3.x2x3xWPure A and Pure B
18、The amount of A and B is few, 缺点:1.收率低;(大量的中间产品)2.设备重复量大,设备投资大;3.能耗大,过程有相变。多次部分汽化和多次部分冷凝 是精馏分离的必要条件YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT问题:工业上如何实现?xFx1y2x2y3x3y1321y2213 x1y1xDx2x3y3 有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝 YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT缺点缺点:设备复杂设备复杂y3x3y4y2213x2x4
19、 x1y1xDx2x3y3引入回流最上层冷凝器 提供下降液流最下层加热器 提供上升蒸汽YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUTSchool of Chemistry and Chemical Engineering, SCUT , Yang dongjie uIn a distillation column the stages (referred to as sieve plates or trays) in a distillation tower are arranged vertically, )(333222111D
20、Fxtyxtyxtyxx)(333222111DFxtyxtyxtyxx)(333222111DFxtyxtyxtyxx)(333222111DFxtyxtyxtyxx)(333222111DFxtyxtyxtyxx)(333222111DFxtyxtyxtyxx)(333222111DFxtyxtyxtyxx)(333222111DFxtyxtyxtyxxYDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUTSchool of Chemistry and Chemical Engineering, SCUT , Yang dongjie精
21、馏塔塔板结构.AVIYDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT 塔板的作用 塔板提供了汽液分离的场所;每一块塔板是一个混合分离器;足够多的板数可使各组分较完全分离。YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUTSchool of Chemistry and Chemical Engineering, SCUT , Yang dongjieYDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT精馏与简单蒸馏的区别:精
22、馏与简单蒸馏的区别:汽相汽相和液相的和液相的部分部分回流。也是精馏回流。也是精馏操作的基本条件。操作的基本条件。料液料液, , x xF F FeedFeed塔顶产品塔顶产品, xDOverhead product塔底产品塔底产品, xWB o t t o m s product液相回流液相回流L i q u i d reflux汽相回流汽相回流V a p o r reflux精馏段精馏段R e c t i f y i n g section提馏段提馏段S t r i p p i n g section再沸器再沸器Reboiler冷凝器冷凝器condenser 进料板以上称为进料板以上称为精馏
23、段 精制汽相中的易挥发组分。精制汽相中的易挥发组分。 进料板以下(包括进料板)称为进料板以下(包括进料板)称为提馏段提浓液相中难挥发组分提浓液相中难挥发组分。塔顶产品称为塔顶产品称为馏出液 富含易挥富含易挥发组分。发组分。塔底产品称为塔底产品称为釜液 富含难挥发富含难挥发组分组分。YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUTSchool of Chemistry and Chemical Engineering, SCUT , Yang dongjieynxnyn-1yn+1nn+1n-1xn+1xn-1 xmymxDF,xFco
24、ndenserreboilerlxn-1 yn+1.BottomTopTBottomTTopPBottomPTopxDxWYDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系为板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系为 111111nnnnnnnnnyyyxxxtttn-1 tn-1ntnn+1tn+1yn+2yn+1ynyn-1xn-2xn-1xnxn+1YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT塔顶回流液回流液:在任意塔板上,上一块塔板下
25、来的液体,轻组分含量高,温度低。YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT塔釜汽相回流回流汽:任意塔板上,下一块塔板上来的汽体,重组分含量高,温度高;YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT浓度变化浓度变化xn+1yn-1yn+1xn-1YDJ,School of Chemical and Chemistry Engineering ,SCUT 传质推动力传质推动力 yx 热量传递过程热量传递过程 液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。
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