化工原理蒸馏5课件.ppt
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- 化工 原理 蒸馏 课件
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1、nxn-1yn+1ynxn汽汽相相理理论论增增浓浓程程度度汽汽相相实实际际增增浓浓程程度度 mVE11 nnnnyyyyyn*-汽相默弗里板效*11nnnnxxxx 液液相相理理论论减减浓浓程程度度液液相相实实际际减减浓浓程程度度 mLExn*-液相默弗里板效一、一、塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数1单板效率单板效率EmV、EmL 1-3-5 塔径与塔高的计算塔径与塔高的计算2全塔效率全塔效率ET 与实际塔板数与实际塔板数理论板理论板即离开诸板的气液两相达到了气液平衡即离开诸板的气液两相达到了气液平衡状态。但实际情况是除了塔釜的再沸器相当于一状态。但实际情况是除了塔釜的再沸器相当于一块
2、理论板外,塔内其余各板,都起不到一块理论块理论板外,塔内其余各板,都起不到一块理论板的作用。板的作用。v流动状况:流动状况:汽、液相的流速汽、液相的流速v物性参数:物性参数:主要为汽液两相的物性如密度、粘度、主要为汽液两相的物性如密度、粘度、表面张力、相对挥发度、扩散系数等;表面张力、相对挥发度、扩散系数等;v塔板结构参数:塔板结构参数:主要为塔板的结构如塔板型式、板间距、主要为塔板的结构如塔板型式、板间距、板上开孔和排列情况等;板上开孔和排列情况等;v操作参数:操作参数:温度、压力等。温度、压力等。影响塔板效率的因素:影响塔板效率的因素:nxn-1yn+1ynxn一般在实际工作中,塔板效率由
3、一般在实际工作中,塔板效率由实验测定,在缺乏实验数据时也实验测定,在缺乏实验数据时也可以选择某些经验公式进行计算。可以选择某些经验公式进行计算。.实际板层数实际板层数 理论塔板数可以是整数也可以不是整数,但实理论塔板数可以是整数也可以不是整数,但实际塔板数必须是整数,当求出的不是整数时必须进际塔板数必须是整数,当求出的不是整数时必须进行圆整。行圆整。二、塔高的计算二、塔高的计算 在此,塔高指的是塔内的有效高度,即安在此,塔高指的是塔内的有效高度,即安装塔板的高度。装塔板的高度。实际塔高中还包括塔釜、塔顶的高度,加实际塔高中还包括塔釜、塔顶的高度,加料板处及开人孔、手孔等处的板间距也需要料板处及
4、开人孔、手孔等处的板间距也需要另做调整。另做调整。.板式塔的有效塔高:板式塔的有效塔高:TPHNz)1(D,xDF,xFW,xW-分离效果相当于一层理论分离效果相当于一层理论 板的一段填料层高度板的一段填料层高度影响影响HETP的因素:的因素:物性参数、结构参数和操作参数、填料性质物性参数、结构参数和操作参数、填料性质2.填料塔的填料层高度:填料塔的填料层高度:)(HETPNzTv塔的有效高度计算途径:v板式塔:v填料塔:先计算等板高度HETP(效能相当于一层理论板的高度)PTNN实际塔板层数塔板效率 HETPNZT填料层高度 三、塔径的计算三、塔径的计算注意:塔径往往需要将精馏段和提馏段分段
5、计算。其中的蒸汽注意:塔径往往需要将精馏段和提馏段分段计算。其中的蒸汽 体积流量应为每段塔内蒸汽的平均流量。体积流量应为每段塔内蒸汽的平均流量。计算出来的值需要进一步园整为标准尺寸。计算出来的值需要进一步园整为标准尺寸。uDVs24 4 uVDS或。流量,塔内上升蒸气的体积;空塔速度,;精馏塔内径,式中smVS/m/su mD 3VVsMVV量和平均密度塔内上升蒸气平均分子:、MVVV:摩尔流量,摩尔流量,kmol/s为体积流量,即1精馏段Vs的计算 3600vmSVMV。平均分子量,;,强和温度下气相的密度在精馏段平均操作压;精馏摩尔流量,式中kmolkgMmkgm/kmol/hV 3v体混
6、合物,则时,气相可视为理想气若精馏段操作压强较低 36004.22 00PTVTPVS。和标准状况下的压强,分别为操作的平均压强;湿度,和标准状况下的热力学分别为操作的平均温度,式中PaPPKTT00,2提馏段Vs 的计算 若已知提馏段的摩尔流量 V(kmol/h),则可按 前述同样方法计算提馏段的体积流量1-3-6 连续精馏的热量衡算连续精馏的热量衡算一、全凝器一、全凝器v如图作热量衡算,以单位时间为基准,并忽略热损失,则)(LDLDVDCDILIVIQ代入上式并整理得因,)1(DRDLV 1 )()(LDVDCIIDRQ。塔顶馏出液的焓,;塔顶上升蒸气的焓,;全凝器的热负荷,式中kmolk
7、JIkmolkJIhkJQLDVDC/式计算,即冷却介质消耗量可按下 )(12ttcQWpcCC。,凝器的进出口处的温度分别为冷却介质在冷,;冷却介质的比热容,;冷却介质消耗量,式中CCkgkJchkgWpcC 21t t )/(/kmolkJIkmolkJIkmolkJIhkJQhkJQLmLWVWLB/板下降液体的焓,提馏段底层塔;釜残液的焓,;的焓,再沸器中上升蒸气;再沸器的热损失,;再沸器的热负荷,式中二、再沸器二、再沸器如图对再沸器作热量衡算,以单位时间为基准 )(,LLWVWBLmLWQIIVQWLVII则且因若近似取式中 r加热蒸汽的汽化热,kJ/kg;Wh加热介质消耗量kg/h
8、。量可按下式计算,即出,则加热蒸汽消耗冷凝液在饱和温度下排若用饱和蒸汽加热,且 rQWBh1-3-7 精馏塔的操作和调节精馏塔的操作和调节v保持定态操作的条件是保持定态操作的条件是:在连续定态和最经济条件下处理更多的原料液,达到预定的分离要求(规定的xD和xW)或组分的回收率。v精馏塔操作的基本要求精馏塔操作的基本要求:1、塔压稳定;2、进出塔系统的物料量平衡和稳定;3、进料组成和热状况稳定;4、回流比稳定;5、再沸器和冷凝器的传热条件稳定;6、塔系统和环境间散热稳定。精馏塔的产品质量控制和调节:精馏塔的产品质量控制和调节:1.物料平衡的影响和制约2.回流比的影响3.进料组成和进料热状况的影响
9、4.精馏塔的温度分布1-4 其它类型的蒸馏和精馏方式其它类型的蒸馏和精馏方式一一.平衡蒸馏装置与流程平衡蒸馏装置与流程 平衡蒸馏又称闪蒸,是一种连续、稳态的单平衡蒸馏又称闪蒸,是一种连续、稳态的单级蒸馏操作。被分离的混合液先经加热器加级蒸馏操作。被分离的混合液先经加热器加热,使之温度高于分离器压力下料液的泡点,热,使之温度高于分离器压力下料液的泡点,然后通过减压阀使之压力降低至规定值后进然后通过减压阀使之压力降低至规定值后进入分离器。过热的液体混合物在分离器中部入分离器。过热的液体混合物在分离器中部分汽化,将平衡的汽、液两相分别从分离器分汽化,将平衡的汽、液两相分别从分离器的顶部、底部引出,即
10、实现了混合液的初步的顶部、底部引出,即实现了混合液的初步分离。分离。特特点点:连连续续、稳稳定定,分分离离程程度度不不高高。V yD PF xF t高温高温高压高压 L xW t B A xW xF yD x 或或 y 流程流程:二、简单蒸馏装置与流程二、简单蒸馏装置与流程 简单蒸馏又称微分蒸馏,是一种间歇、单简单蒸馏又称微分蒸馏,是一种间歇、单级蒸馏操作。随着蒸馏过程的进行,釜液中级蒸馏操作。随着蒸馏过程的进行,釜液中易挥发组分的含量不断降低,与之平衡的汽易挥发组分的含量不断降低,与之平衡的汽相组成(即馏出液组成)也随之下降,釜中相组成(即馏出液组成)也随之下降,釜中液体的泡点则逐渐升高。当
11、馏出液平均组成液体的泡点则逐渐升高。当馏出液平均组成或釜液组成降低至某规定值后,即停止蒸馏或釜液组成降低至某规定值后,即停止蒸馏操作。在一批操作中,馏出液可分段收集,操作。在一批操作中,馏出液可分段收集,以得到不同组成的馏出液。简单蒸馏多用于以得到不同组成的馏出液。简单蒸馏多用于液体混合物的初步分离。液体混合物的初步分离。特特点点:分分离离程程度度不不高高 y x WD,xDW1,x1 加热加热x2W2流程:流程:v平衡蒸馏和简单蒸馏为平衡蒸馏和简单蒸馏为单级单级分离过程,即仅分离过程,即仅对液体混合物进行一次对液体混合物进行一次部分部分汽化和冷凝,故汽化和冷凝,故只能对液体混合物进行只能对液
12、体混合物进行初步初步地分离。若使液地分离。若使液体混合物得到几乎完全的分离,必须进行多体混合物得到几乎完全的分离,必须进行多次部分汽化和冷凝,即精馏。次部分汽化和冷凝,即精馏。三、间歇精馏三、间歇精馏v间歇精馏又称间歇精馏又称分批精馏分批精馏。在间歇精馏过程中,被处。在间歇精馏过程中,被处理物料一次加入精馏釜中,然后加热汽化,自塔顶理物料一次加入精馏釜中,然后加热汽化,自塔顶引出的蒸汽经冷凝后,一部分作为馏出液产品,另引出的蒸汽经冷凝后,一部分作为馏出液产品,另一部分作为回流送回塔内,待釜液组成降到规定值一部分作为回流送回塔内,待釜液组成降到规定值后,停止精馏操作,将釜液一次排出,再进行下一后
13、,停止精馏操作,将釜液一次排出,再进行下一批的精馏操作。批的精馏操作。v间歇精馏的特点:间歇精馏的特点:(1)间歇精馏为非稳态过程。间歇精馏为非稳态过程。由于釜中液相的组成随精由于釜中液相的组成随精馏过程的进行而不断降低,因此塔内操作参数(如馏过程的进行而不断降低,因此塔内操作参数(如温度、组成)不仅随位置而变,也随时间而变化。温度、组成)不仅随位置而变,也随时间而变化。(2)对间歇精馏塔来说,恒为塔底饱和蒸汽进料,故间对间歇精馏塔来说,恒为塔底饱和蒸汽进料,故间歇精馏塔歇精馏塔只有精馏段只有精馏段。间歇精馏主要用于以下场合:间歇精馏主要用于以下场合:v精馏的原料液是由分批生产得到的,这时分精
14、馏的原料液是由分批生产得到的,这时分离过程也要分批进行;离过程也要分批进行;v在实验室或科研室的精馏操作一般处理量较在实验室或科研室的精馏操作一般处理量较少,且原料的品种、组成及分离程度经常变少,且原料的品种、组成及分离程度经常变化,采用间歇精馏更为灵活方便;化,采用间歇精馏更为灵活方便;v多组分混合液的初步分离,要求获得不同馏多组分混合液的初步分离,要求获得不同馏分(组成范围)的产品。分(组成范围)的产品。间歇精馏有两种基本操作方式:间歇精馏有两种基本操作方式:v其一其一恒馏出液组成恒馏出液组成是用不断加大回流比是用不断加大回流比来保持馏出液组成恒定;来保持馏出液组成恒定;v其二是其二是恒回
15、流比恒回流比。回流比保持定,馏出液组。回流比保持定,馏出液组成逐渐减小成逐渐减小。v实际生产中,往往采用联合操作方式实际生产中,往往采用联合操作方式四、四、直接蒸汽加热直接蒸汽加热 v若待分离的物系为水若待分离的物系为水溶液,且水为难挥发组溶液,且水为难挥发组分,则采用直接水蒸汽分,则采用直接水蒸汽加热,以省掉再沸器并加热,以省掉再沸器并提高加热蒸汽利用率。提高加热蒸汽利用率。D,xD W*,xW*F,xF S,yS=0 V L WDFxWDxSFxWDSF0直直:WDFWxDxFxWDF间间:若若F、xF、q、D、xD、R相相同同,则则SWW *WWWxxW WW*WWxx (1)全塔物料衡
16、算式形式不同)全塔物料衡算式形式不同与间接蒸汽加热流程相比:与间接蒸汽加热流程相比:直接蒸汽加热精馏塔的计算直接蒸汽加热精馏塔的计算适用范围适用范围:水溶液水溶液,且水为难挥发组分。且水为难挥发组分。精馏段精馏段:11 RxxRRyD提馏段提馏段:VxWxVLyW (2)精线、)精线、q线、提线方程形式相同线、提线方程形式相同 D,xD W*,xW*F,xF S,yS=0 V L -过点(过点(xW,0)与间接蒸汽加热相比,直接蒸汽加热有何优缺点?与间接蒸汽加热相比,直接蒸汽加热有何优缺点?优点:优点:可以用结构简单的塔釜鼓泡器可以用结构简单的塔釜鼓泡器代替造价昂贵的再沸器,且需要的代替造价昂
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