蒸馏(液体精馏)授课课件.pptx
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《蒸馏(液体精馏)授课课件.pptx》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 蒸馏 液体 精馏 授课 课件
- 资源描述:
-
1、蒸馏(液体精馏)授课课件分离物系:液-液均相,不能用机械方法达到分离的目的。分离方式:热分离 部分汽化、部分冷凝、汽-液相间的传质。与蒸发区别:蒸发中溶质不挥发 蒸馏中溶质溶剂均为液体,均具挥发性,但有较大差别。蒸馏操作分类:A按流程间歇 小规模连续 大规模B按操作方法简单蒸馏平衡蒸馏(闪蒸)精馏特殊精馏萃取精馏恒沸精馏C按操作压强 减压:高沸组分、热敏组分常压加压:用于特殊精馏,改变平衡性质ABD按组分双组分 重点讨论多组分 简要介绍第一节 双组分溶液的汽-液平衡1-1 相律及拉乌尔定律(Raoults lawRaoults law)1.相律:对于平衡体系,若影响该体系状态的外界条件有n个变
2、量,则体系自由度 fncfn 影响体系状态的外界条件个数 c 体系中组分数 体系中相数特殊地:对大多数体系,影响体系的外界条件主要是温度和压力二因素,故 n=2 对于二元组分的气-液平衡体系:c=2 =2,故 f=n=2 即体系的状态只受温度和压力二外部条件的影响 对于常压蒸馏操作,则 f=1(温度)即在常压下,双组分汽-液平衡体系的状态(组成、分压)只受温度的影响。由此得到 t-x、t-y或x-y图 对于简单蒸馏:在常压下 f=1,这说明只有温度会改变体系的组 成情况,事实亦如此。a.随着时间的进行 液相中x轻,x重 t液 即:t釜液=f(时间)b.随着时间的进行 汽相中y轻,y重 t冷凝
3、即:t冷凝=f(时间)推断:对于某瞬间,若x变化不明显,故增、减加热速度不能明显改变液相温度,而只能增、减汽化速率。2.拉乌尔定律(Raoults law)描述理想溶液上方蒸汽压与其组成xA及同温度下饱和蒸汽压的关系。对于双组分体系,当其汽液达到平衡时,某组分A在汽相中的分压PA与该组分在液相中的摩尔百分浓度成正比,PAxA,其比值PA/xA与平衡体系所处的温度有关,即:)(/0tfPxPAAA对于理想溶液形成的汽-液相:液相:服从拉乌尔定律汽相:理论气体及道尔顿分压定律于是:AAAxPP0BBBxPP0且)(0tfPAA)(0tfPBB 纯物质的饱和蒸汽压1xxBAPPPBA外(混合物沸腾条
4、件)A.液相组成与温度的关系(泡点方程)xPPPPxBBABA1000外或)()(0tfPtfPxBABA外式中:t 泡点温度。即大量液相中出现第一个气泡所对应的温度。B.纯组分饱和蒸汽压P0与温度的关系 安托因(Antoine)经验公式CtBAP0logA、B、C为常数,可由“汽液性质”手册查阅C.汽相组成与温度的关系(露点方程)露点:大量蒸汽中出现第一个液滴时所对应的汽相温度。)1(000 xPxPxPPPyABAAAAAA外)()()()(00000tftftfPPtfPPPPPPxPPyBABABABAAAA外外外外外或式中:t 汽相中出现第一滴组成为xA的液滴时 所对应地温度,即露点
5、t露因此:若已知 t露、xA 则可求出 yA(直接计算)若已知 xA、yA 则可求 t露(试差)若令:KPPA外0可得xkyAA式中:K=f(t)非直线关系图1-2 挥发度与相对挥发度 1.定义 挥发度(volatility)溶液中某组分的挥发度等于其汽相中分压PA与平衡时液相中摩尔分率x之比。即:=P/x于是:xPAAAxPBBB 对于理想溶液:)(00tfPxxPAAAAAA)(00tfPxxPBBBBBB 对非理想溶液:rPAAA0rA 活度系数,由马居里公式求算。附马居里公式:)()(BBTBBAATAAxPPxxPPxRTdpVVnRTGRTGrPmiijNjPTiEiiE0)(.l
6、n式中:过剩自由焓的偏摩尔量GEVi i组分实际的偏摩尔体积Vmi i组分在标准状态的摩尔体积2.相对挥发度 溶液中同温度下二组分的挥发度之比即:2121于是:对于A、B双组分溶液:xPxPBBAABAABPPBAAB00 xPxPxPPPyABAAAAAA1000外又:故:xxyAAAABAB11平衡线方程(即平衡时双组分溶液汽、液组成关系)理论上:)(00ttftfPPABBABAAB实际上:AB随t变化不大,可近似为常数或取定性温度下的平均值 对于理想溶液形成的汽-液两相:对非理想溶液:rPrPBBAAAB00 AB 1,则A B或PA0 PB0 即A物质较B物质易挥发,A、B易于分离。
7、AB 1,则A B或PA0t原沸 即由最高恒沸物转变为最低恒沸物(如硝酸-水等负偏差体系)对于 接近xA=1 的一端时,t新沸x 4.简单蒸馏的计算(间歇)设在时刻,釜内液体量为L(kmol)釜内液体组成为x 经时刻d后,蒸出气相量为dD 蒸出气相组成为y*(与时刻的液体组成x成平衡关系)于是:对组分有:y*dD=-d(Lx)=-(Ldx+xdL)对入釜料:-dL=dD 于是:y*dL=Ldx+xdL 积分:t=0时,L=F,x=x0(始初浓度)t=时,L=W,x=xW(残液浓度)于是有:xxxydxLdLWFW0*或:xxxydxWFW0*ln5.关于简单蒸馏的计算方法讨论 当y*=f(x)
8、是用曲线或表格数据表示时,可采用图解积分 或数值积分法。xxxydxW0*于xw,x0之间选一系列xi,由曲线或表中查取相应的yi*xyii*1 作 图 计算xxyiii*1 计算xi=xw至xi=x0之间的曲线下包括面积 当溶液为理想系统 时xxy11*代入积分得:xxxxwwWF0011lnln11ln 当 y*=mx+b 时bmbmmWFxxw11ln11ln0特殊的,当 b=0时,上式简化为xxwmWF0ln11ln 馏出液平均组成 的计算yWDFxWyDxFw0 xqqqxWFxWxFyww1100yxfywwq线方程yw与xw满足平衡线方程关系当F,xf,塔釜终温t,压强p相同时,
9、则:由于一定t、p下,tx关系唯一,故终点相同时二者釜底xw相等。液化率W/F(或q)的比较(当F一定时),即釜中残液量W比较a.对于简单蒸馏:b.对于平衡蒸馏:xxxxxxxxqwfwfwfwfln1111ln111lnln11ln简xqqqxywfw11xxywww11即:xxxxxxxxxxqwfwfwwwffw111111111关于平衡蒸馏与简单蒸馏的比较不难计算出在相同的、时,qq。即:终点状态相同时残液量简单蒸馏较平衡蒸馏多,W简W平。xxwfxxwf11 由结论可知:对塔顶馏出液量,则平衡蒸馏较简单蒸馏多,D简 xw意义:xw相当于使全部进料汽化至剩下最后一滴液体时,该液体的组成
10、。或全部汽相冷凝时出现第一滴液体时的液相组成(露点组成)对于汽相:y 1V(L+F)饱和液体进料,q=1V=V,L=L+F泡-露点间进料,0 q V,L(L+F)饱和蒸汽进料,q=0L=L,V=V+F过饱和蒸汽进料,q V+F,L L五种不同进料状态由于进料板上汽相(进入与离开)V和V其组成较接近,故IVIV。同理:对于液相(进入与离开)L和L其组成亦较接近,故ILIL。于是得:IIIIqLVFVqFLLIIIILVFV即:于是:qFLL FqVV1将该式代入提馏方程:xWLWxWLLywmm1得:xWqFLWxWqFLqFLywmm13.进料板物、热量衡算 物料:进料:热量:LVLVFIFq
11、IqFIFVLF1ILIVILIVIFLVLVF式中:I 饱和液体/蒸汽的摩尔焓值(kJ/kmol)原料液汽化潜热量汽化为饱和蒸汽所需热状况进料将kmolIkmolF11 泡-露点之间进料:此时IL IF IV,0 q IV,q 0 故q值既可为正,亦可为负或零Tttf平衡板思考题:设进料时q=1.1,0.5和q=-0.3,问进料中液体/进料量=?注意:此节q(q值参数)与前叙液化率q=W/F的联系与区别:联系:均反映液化率问题区别:在精馏中还反映了原料的进料状态 在精馏中q取值在(-,+)间,而在平衡或简单蒸馏中0 q 1rrtCqP4.q值参数讨论:泡点(饱和液体)进料:此时IF=IL,q
12、=1 露点(饱和蒸汽)进料:此时IF=IV,q=0 冷态进料:此时IF 1试证明:冷态进料时4-4 理论板数的求法:1.逐板计算法:xyD1(全冷凝)xfyxfynnnn1即:xxxyxyxFnnRD线线线线222111 xxxyxxwmmWWn12121线线线线(第n块为进料板)(规定值)精馏段(n-1)提馏段(m-1)加料板 1(m+n-1)=总理论塔板数NT优点:精确。每一块板组成、温度分布可求。2.图解法 作yn=f(xn)及y=x(对角线)于图中;作精馏线:由方程可见:当 x=xD时y=xD 该点A(xD,xD=y)处在对角线上 再以 为斜率(或 为截距)作过A点直线 作提馏线:同理
13、:当 x=xw 时 y=xw 该点(xw,y=xw)落在对角线B处xRxRRyDnn11111RR1RxD 以 为斜率或 为截距作过点B的直线 q 线方程法:由于提馏线与精馏线相交于C点(yq,xq),则WqFLqFLWqFLxWw11RxxRRyDqqWqFLxWxWqFLqFLywqq解得交点 q:qRxqxRyDfqqRxqxRxDfq11即有:xqxqqyFqq111或由:xWxLyVWDDxLxVyFWDFxWxDxqFLL FqVV1xqqxqyf111(进料板方程,q线方程)(1)(2)(1)(2)式表明:随着q的不同,(xq,yq)点位置在变化。由(3)式可知:当xq=xf 时
14、yq=xf 即此点处于对角线上D(xf,xf)(3)WDF于是提馏线的作法为:a.过D(xf,xf)点作 为斜率的q线交精馏线于C(xq,yq)b.连C(xq,yq),B(xw,xw)即为提馏线。1qq 作梯级 从A点(或B点)开始在精馏(提馏)线与平衡线之间作梯级。当梯级跨越C点后改用在提馏线(精馏线)与平衡线之间继续作至x超过或刚好等于xw(xD)为止。作图法道理和理论依据:逐板计算法的直观表示。数梯级(理论板NT)精馏段:从塔顶至对应交点C梯级之前的级数 提馏段:从交点C对应梯级的以后梯级 加料板:交点C对应的梯级 实际板:E 总塔(板)效率ENNT实注意:理论板可精确读到0.1块。优点
15、:直观、简便。3.进料状态(q值参数)讨论及进料板位置的确定 进料状态(q值)讨论:如图:随着q值不同,q线斜率发生变化。可见,当分离要求xD、xW、R一定时,q值越大,达到相同分离要求时所需的理论板数越少。进料板位置的确定 原因:过交点改用操作线作梯级时,所需理论板最少,故交点上方的梯形即为进料板位置。否则理论板增加。结论:进料尽量采用非过热态流体,加热由釜底完成。4.关于再沸器与冷凝器的理论板问题:冷凝器:对于全冷凝器:因 y1=xD 故全冷凝器无增浓作用,精馏段的理论板即 为塔内精馏段理论板数。对于分凝器:因分凝器起部分冷凝作用故相 当于一块理论板。故用图解法求得的理论板数中已包括了再沸
16、器这一块板。再沸器 一次汽-液平衡作用。即为一块理论板。kakabxkabxNfWTln)()(lniii 对于分凝器:DRV1xRDyDyVDD1111RyRxRyDDxxyDDD11xyDD 当平衡线为直线y=kx,操作线为y=ax+b时,NT的理论解析计算4-5 特殊情况下理论板数的求法:1.直接蒸汽加热:特点:精馏线不变 q线不变(因进料状态与之无关)提馏线发生改变 目的:省去再沸器,设备投资下降,占地减少。应用场所:水溶液系统 水为难挥发组分提馏段方程:WVLV0 xWyVxLyVwmm10000yVV0WL 即:xVWxVWywmm001 当分离要求xD、xw及进料情况F、xf不变
17、时,间接法和直接法的比较(2)馏出量,残液和回收率的比较WDFxWxDxFwDf直接法WDFV110 xWxDVxFwDf1100由比较可得:WVxxxWWwDD01DVxxxDDwDw01 因此可见:塔顶馏出液量减少 塔底残液量增多 塔的回收率 下降,残液中组分流失量W1、xW增大xFxDfD1 反过来说:当要求达到相同的D、xD、时,直接蒸馏法所要求的理论板增多,此时将要求xw比原xw更低(由物料衡算方程得)VWW0 xDVFDFxww0 对于水蒸汽直接加热 当 x=xw 时 y=0 对于常规蒸汽加热 当 x=xw 时 y=xw间接法(1)图形的比较结论结论:由于直接蒸汽的稀释作用,故在x
18、F、q、R不变时,欲得到相同的xD、D,其理论板多于间接加热时所需的理论板数(因为此时要求xw xw才能保证回收率不变)(图A)对于一定的塔(理论板一定时),采用直接法蒸馏得到相同要求的xD、D,由于理论板数需要增加,故实际效率下降(回收率也下降)图(B)蒸汽用量V0=f(塔顶产品量D),当q、D一定时,R越大,则所需V0越大,即:V0=f(R)此点对间、直接蒸馏均相同。2.侧线塔 二种类型:抽出型:为了获得不同规格产品,根据塔中浓度分布情况,在某一块 板塔侧位置抽出产品。输入型:为了对不同组成原料进行有效分离。塔的分段:若塔身有i个侧线,全塔则分为(i+1)段。A.输入型计算:上部精馏线方程
19、(黑框内)111RxxRRyDnn 包含第一进料口在内的上段方程(红框内)DLFV1xDxLxFyVDsFS111计算原则:列各段物料衡算关系得操作线方程 与常规塔一样采用理论计算或图解法求理论塔板数 F1进料状态:(q1)若为饱和蒸汽:若为饱和液体:DRVV1FLL1FVV1LL一般地FqDRFqVV111111FqLL11故VxFxDVxLyFDsS111FqDRxFxDxFqDRFqLFDs111111111111(侧线方程)全塔物料衡算WDFF21xWxDxFxFWDFF2121 q1线方程xqqxqqyFqq111111111q2线方程xqqxqqyFqq222112222下段提馏方
20、程xWFqLWxWFqLFqLyWmm2222221作图:作平衡线、对角线;精馏线:由(xD,xD)点及斜率 确定;q1线:由(xf1,xf1)点及斜率 确定得与精馏线交点Q1 侧线由q1线与精馏线交点Q1及斜率 确定 作侧线方程 ys+1=f(xs)(亦可由截距 确定)q2线:同前。得q2线与侧线方程交于Q2 由点(xW,xW)和点Q2作直线即为下部提馏线方程 作理论板数梯级,确定加料位置1RR111qqFqDRFqL11111FqDRxFxDFD111111B.抽出型计算 上部精馏线方程xRxRRyDnn1111 红框中操作线方程LDDV1xLxDxDyVsDDs111LDDxDxDxLD
展开阅读全文