液体精馏操作课件.ppt

1、模块五 液体精馏操作化工单元操作项目1 认识精馏装置化工生产中，经常需要对均相液体混合物进行分离，以达到提纯和回收有用组分的目的，精馏就是实现这一分离最常用的单元操作。实训任务：认识精馏实训装置及流程实训过程观察精馏塔主体观察全凝器观察塔釜或再沸器观察产品罐、原料罐观察仪表及调节系统检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。一、精馏塔1精馏塔的作用是什么？板式塔和填料塔的气液接触部件有何不同？2根据实物或图片说明板式塔的结构及塔内物料流向。自学、讨论3比较各种类型塔板的结构及特点。筛板3比较各种类型塔板的结构及特点。浮阀塔板浮阀塔板浮阀塔板浮阀塔板圆形浮阀条形

2、浮阀浮阀塔盘方形浮阀喷射型塔板喷射型塔板导向筛板导向筛板3比较各种类型塔板的结构及特点。二、精馏的基础知识1蒸馏的概念 利用混合物中各组分挥发度的不同（即沸点的不同），将混合液加热沸腾汽化，分别收集挥发出的气相和残留的液相，从而将液体混合物中各组分分离。 蒸馏分离的依据：混合物中各组分的挥发性差异。 分离的条件：必须造成气液两相系统。2蒸馏原理（1）拉乌尔定律在一定温度下，溶液上方的蒸气中任一组分的分压等于此纯组分在该温度下的饱和蒸气压乘以该组分在液相中的摩尔分数。*AAApp x*BBBBA(1)pp xpx（2）双组分溶液的气、液相平衡相图两条曲线：t-x线（液相线或泡点线）t-y线（气相

3、线或露点线）三个区域：液相区或过冷区，气相区或过热蒸气区， 气-液共存区泡点：溶液开始沸腾，产生第一个气泡时的温度。露点：蒸气开始冷凝，产生第一个液滴时温度。y-x图平衡曲线：表示液相组成和与之平衡的气相组成间的关系。（3）相对挥发度挥发度：指混合液中某组分在气相中的平衡分压与该组分在液相中的摩尔分数的比值。表示组分挥发的难易程度。对于两组分（A和B）混合液，相对挥发度：对于理想溶液，AAApxBBBpxAAABBBpxpxAB*pp（3）相对挥发度若操作压力不高，气相遵循道尔顿分压定律，则气液平衡方程：若1，则yx，可用普通蒸馏方法进行分离。越大，分离越容易；若1，同上。若1，则yx，气液相

4、组成相等，用普通蒸馏方法不能分离该混合物。AABByxyxAABByxyx11xyx（4）简单蒸馏 操作时，将原料液放在密闭的蒸馏釜中加热，使溶液沸腾部分汽化，产生的蒸气通过管道引入冷凝器中冷凝成液体，由馏出液接受器贮存，残液从釜底排出。馏出液中易挥发组分含量较高，而残液中难挥发组分含量较高。蒸馏原理 当将组成为xf的混合液加入蒸馏釜后，在温度tb时进行部分汽化，产生组成为y1的气相和组成为x1的液相，互成平衡，且y1xFx1。如把蒸气引入全凝器冷凝，就得到易挥发组分含量较高的馏出液，其组成为xDy1。而与之平衡的液相中所含易挥发组分相应减少，x1xf，即残液中难挥发组分含量提高。3精馏的概念

5、 精馏是多次而且同时运用部分汽化和部分冷凝的方法，使混合液得到较完全分离，以分别获得接近纯组分的操作。4精馏原理苯-甲苯溶液，A点（t0，xf）B点（t1），气-液两相气相组成为y1（y1xF），液相组成为x1（x1xf）E点新的气-液平衡的两相（）y1F点（气-液相），y1xF。将气相进行足够多次的部分冷凝，最后得纯苯。组成为x1的液相C点，气-液平衡（x2），（x2x1xf）D点（x3）（x3x2x1xf），将液相进行足够多次的部分汽化，最后可得到纯甲苯。2y2x2y2y3y3y 为实现精馏操作，除需要有足够塔板层数的精馏塔之外，还必须从塔底引入上升蒸气（气相回流）和从塔顶引入下降的液流（

6、液相回流），以建立气-液两相体系。 塔底上升蒸气和塔顶液相回流是保证精馏操作过程连续稳定进行的必要条件。【作业】复习题计算题项目2 精馏基本操作精馏操作最常用的是精馏塔。精馏塔怎样才能正常运行呢?实训任务：精馏基本操作实训过程检查准备加料升温进料正常操作临时停车停车检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。一、精馏操作流程 连续精馏操作中，原料液连续送入精馏塔内，同时从塔顶和塔底连续得到产品（馏出液、釜残液）。进料回流液塔顶气相塔底液相 塔板是供气液两相进行传质和传热的场所。每一块塔板上气液两相进行双向传质，只要有足够的塔板数，就可以将混合液分离成两个较纯净的

7、组分。 以加料板为界分为两段，加料板以上的塔段为精馏段，其作用是逐板增浓上升气相中易挥发组分的浓度。包括加料板在内的以下塔板为提馏段，其作用逐板提取下降的液相中易挥发组分。 再沸器的作用是提供一定流量的上升蒸气流。冷凝器的作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。二、精馏塔的操作1影响精馏操作的主要因素有哪些?操作中应怎样调节?物料平衡，回流比，进料状况，塔釜温度，操作压力自学、讨论2雾沫夹带、气泡夹带、气体沿塔板的不均匀分布、液体沿塔板的不均匀流动等现象分别是由于什么原因造成的？操作中应怎样避免？自学、讨论雾沫夹带二、精馏塔的操作3板式塔的有哪些常见操作故障？应怎样处理？自学、讨论漏液液

8、泛4塔板的负荷性能图（1）漏液线（气相负荷下限线）（2）液沫夹带线（气相负荷上限线）（3）液相负荷下限线（4）液相负荷上限线（5）液泛线五条线所包围的区域适宜操作区。【作业】复习题项目3 正庚烷-甲基环己烷混合液的精馏怎样才能更好的发挥精馏塔的效果？怎样更好地控制精馏产品的质量？实训任务：正庚烷-甲基环己烷混合液的精馏实训过程检查准备加料升温全回流进料调节回流比产品分析停车检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。一、精馏塔的物料衡算以单位时间为基准，总物料衡算：qn,Fqn,Dqn,W易挥发组分：qn,F xFqn,D xDqn,WxWqn,F,xFqn,D

9、,xDqn,W,xW【例5-1】 在连续精馏塔中分离苯和甲苯混合液。已知原料液流量为12000kg/h，苯的组成为40%（质量百分数，下同）。要求馏出液组成为97%，釜残液组成为2%。试求馏出液和釜残液的流量（kmol/h）；馏出液中易挥发组分的回收率和釜残液中难挥发组分的回收率。解：苯的摩尔质量为78 kg/kmol，甲苯的摩尔质量为92kg/kmol。原料液组成：馏出液组成：釜残液组成：原料液的平均摩尔质量kg/kmol原料液摩尔流量：kmol/h由全塔物料衡算，qn,Fqn,Dqn,Wqn,F xFqn,D xDqn,WxW代入数据得qn,Dqn,W=140解得kmol/hkmol/h馏

10、出液中易挥发组分回收率为：釜残液难挥发组分回收率为：F40 780.4440 78+60 92x D97 78=0.97597 78+3 92x W2 78=0.02352 78+98 92xF0.44 780.56 9285.8M ,F1200/85.8=140nq,D,W0.9750.0235140 0.44nnqq,D61.3nq,W78.7nq,DDD,FF61.3 0.9750.9797%140 0.44nnqxqx,WWW,FF(1)78.7 (1 0.0235)0.9898%(1)140 (1 0.44)nnqxqx二、精馏的操作线方程 精馏塔内任意板下降液组成xn及由其下一层板

11、上升的蒸气组成yn1之间关系称为操作关系。 描述这种关系的方程称为操作线方程。1精馏段操作线方程对右图阴影范围作物料衡算，以单位时间为基准。令回流比得精馏段操作线方程qn,D,xD nn+1xnyn+1qn,F,xFqn,V,y1qn,L,xD,D,L,Vnnnqqq,DD,L,V+1nnnnnqxqxqy,L,D+1D,L,D,L,D+nnnnnnnnqqyxxqqqqD+1+1+1nnxRyxRR,L,DnnqRq 精馏段操作线方程反映了一定操作条件下，精馏段内自任意第n层塔板下降的液相组成xn与其相邻的下一层塔板上升的蒸气组成yn1之间的关系。 该方程为直线方程，其斜率为，截距为。直线a

12、b即为精馏段操作线。+1RRD+1xR2提馏段操作线方程 对阴影范围进行物料衡算，得提馏段操作线方程 反映了在一定的操作条件下，提馏段内自任意第m板下降的液相组成与其相邻的下一层塔板上升的蒸气组成了之间的关系。 上页图中直线cg即为精馏段操作线。精馏段操作线和提馏段操作线相交于d点。 ,xWmm+11mymx,L,W+1W,L,W,L,Wnnmmnnnnqqyxxqqqq,Wnq,Vnqmyqn,F,xF,Vnq,Lnqmx1my【例5-2】 用精馏塔分离丙酮-正丁醇混合液。原料液含丙酮35%，馏出液含丙酮96%（均为摩尔分数），加料量为14.6kmol/h，馏出液量为5.14kmol/h。进

13、料状态为沸点状态，回流比为2。求精馏段、提馏段操作线方程。解：精馏段操作线方程全塔物料衡算解得qn,W9.46kmol/hxW0.019kmol/h提馏段操作线方程D20.960.670.32112 12 1xRyxxxRR,W14.65.14nq,WW14.6 0.355.14 0.96nqx,L,L,F2 5.14 14.624.88nnnqqq,L,WW,L,W,L,W24.880.019 9.461.610.01224.889.4624.889.46nnnnnnqqxyxxxqqqq3进料热状况的影响和进料线方程（1）进料五种热状况在实际生产中，引入精馏塔内的原料可能有五种不同状况低于

14、泡点的冷液体 tt泡泡点下的饱和液体 tt泡气、液混合物 t泡tt露饱和蒸气 tt露过热蒸气tt露（2）进料热状况对上升蒸气量和下降液体量的影响（a）冷液体进料；（b）饱和液体进料；（c）气、液混合物进料；（d）饱和蒸气进料；（e）过热蒸气进料（3）进料热状态参数q 为便于表达进料量和进料热状态之间的关系，引入进料热状态参数q。其物理意义是：若进料总量为qn,F，则引入进料板的液体量为qqn,F。 所以，提馏段的回流量比精馏段增加了qqn,F，同时进入精馏段的上升蒸气量比提馏段增加了（1q）qn,F。 不同进料时q值及精馏塔内两段的气、液相流量关系如下：冷液体进料（q1），饱和液体进料（q1）

15、，气液混合物进料（q01），饱和蒸气进料（q0），过热蒸气进料（q0）， ，,L,L,Fnnnqqq,V,Vnnqq，,L,L,Fnnnqqq,V,Vnnqq，,L,L,Fnnnqqq,V,Vnnqq，,L,Lnnqq,V,V,Fnnnqqq，,L,Lnnqq,V,V,Fnnnqqq（4）进料方程（q线方程） 在y-x图上为一条直线，并必与两操作线相交于一点。 进料热状况不同，q值便不同，q线的位置也不同，故q线和精馏段操作线的交点随之而变，从而提馏段操作线的位置也相应变动。 进料组成、回流比和分离要求一定时，五种不同进料状况对q线及操作线的影响如图。F11xqyxqq三、理论塔板数与塔板效率

16、 精馏操作要达到工业上的分离要求，精馏塔需要有足够层数的塔板。 理论塔板是指离开该板的气、液两相达到平衡状态，且两相温度相等的塔板。理论板是不存在的，它仅用作衡量实际塔板分离效率的一个标准。1逐板计算法求理论塔板数 交替使用平衡方程和精馏段操作线方程重复计算，直至计算到xnxF（仅指饱和液体进料情况），表示第n层理论板是进料板（属于提馏段）。此后，改用提馏段操作线方程和平衡方程，求提馏段理论板数，直至计算到xmxW为止。 在计算过程中使用了n次相平衡方程即为求得的理论板数（包括再沸器在内）。nDxxyxyx操作关系平衡关系操作关系平衡关系2211wmxxyxyx3221平衡关系操作关系平衡关系

17、操作关系2图解法求理论塔板数（1）在y-x图上作出平衡曲线和对角线。（2）作精馏段操作线、提馏段操作线和进料线。（3）画直角梯级。3塔板效率塔板效率分单板效率和全塔效率两种。（1）全塔效率（总板效率，ET）简单地反映了整个塔内所有塔板的平均效率，其值小于1。（2）单板效率（EM）是指气相或液相经过一层实际塔板前后的组成变化与经过一层理论塔板前后的组成变化的比值。可由实验测定。4实际塔板数先求理论板层数，再用塔板效率予以校正%100PTTNNE四、回流比的选择 回流比是保证精馏过程能连续定态操作的基本条件，其大小直接影响精馏的操作费用和投资费用，也影响精馏塔的分离程度。 回流比有两个极限值，上限

18、为全回流，下限为最小回流比，适当的回流比介于两极限值之间。1全回流和最少理论板数 全回流：冷凝液全部回流至塔内，既不向塔内加料，也不从塔内取走产品。 全回流时回流比为 全回流时塔内气、液两相间的传质推动力最大，对完成同样的分离任务，所需的理论板数为最少，以Nmin表示。,L,DnnqRq 2最小回流比（1）最小回流比 当回流比减小到两操作线的交点d落在平衡曲线上时，相应的回流比称为最小回流比，以Rmin表示。 在最小回流比下，所需理论板数为无穷大。两操作线和平衡线的交点d称为挟点，而在点d前后各板之间（通常在进料板附近）区域气、液两相组成基本上没有变化，即无增浓作用，故此区域称恒浓区（又称挟紧

19、区）。（2）最小回流比的确定方法DqminqqxyRyx3适宜回流比的选择 适宜的回流比是指操作费用（主要包括冷凝器冷却介质和再沸器加热介质的消耗量及动力消耗的费用等）和设备费用（主要指精馏塔、再沸器、冷凝器等费用）之和为最低时的回流比。 对于难分离的体系，相对挥发度接近1，此时应采用较大的回流比，以降低塔高并保证产品的纯度； 对于易分离体系，相对挥发度较大，可采用较小的回流比，以减少加热蒸气消耗量，降低操作费用。 计算中，操作回流比常采用经验值。根据生产数据统计适宜回流比的数值范围可取为R（1.12.0）Rmin【例5-3】在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。原料液组成为0.46（摩尔分数

20、，下同），馏出液组成为0.97，釜残液组成为0.05。操作条件下物系的平均相对挥发度为2.47。试求饱和液体进料和饱和蒸气进料时的最小回流比。解：（1）饱和液体进料因饱和液体进料：故：（2）饱和蒸气进料因饱和蒸气进料：故：由计算结果可知，不同进料热状况下，Rmin值是不同的。qF0.46xxqqq2.470.460.6781112.4710.46xyxDqminqq0.970.6781.340.6780.46xyRyxqF0.46yxqqq0.462.510.460.256yxyDqminqq0.970.462.50.460.256xyRyx【作业】分析并比较下列各组概念的联系与区别：沸点过冷液体简单蒸馏适宜回流比操作线再沸器泡点饱和液体平衡蒸馏最小回流比平衡线分凝器露点饱和蒸气精馏全回流q线全凝器恒沸点过热蒸气间歇精馏液相回流连续精馏气相回流挥发度部分汽化精馏段相对挥发度部分冷凝提馏段计算题END.