天津大学化工传质与分离过程化学工业出版社讲义市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

化工传质与分离过程第1页第一部分 蒸馏1.1概述混合物分离混合物分离均相混合物：均相混合物：气气-气、液气、液-液、固液、固-固三类；均相混合物普通用传质固三类；均相混合物普通用传质过程单元操作处理。过程单元操作处理。净化原料、纯化产物净化原料、纯化产物混合物分离为单一产物混合物分离为单一产物非均相混合物：非均相混合物：气气-液、气液、气-固、液固、液-气、液气、液-液、液液、液-固、固固、固-固等；固等；非均相混合物普通可用沉降、过滤等伎俩分离。非均相混合物普通可用沉降、过滤等伎俩分离。第2页第一部分 蒸馏1.1概述传质过程以及单元操传质过程以及单元操作作1.传质过程：传质过程：物质借助物质借助扩散作用扩散作用由由一相一相转移到转移到另一相另一相过程称为传质过程过程称为传质过程单元操作单元操作适用体系适用体系传质方向传质方向1吸收吸收气体混合物（氨气体混合物（氨-空气分离体系）空气分离体系）气气液液2解吸解吸液体混合物（吸收逆过程）液体混合物（吸收逆过程）液液气气3蒸馏蒸馏液体混合物（苯液体混合物（苯-甲苯分离体系）甲苯分离体系）气气液液4萃取萃取液体混合物（有机物溶解分离）液体混合物（有机物溶解分离）液液液液5结晶结晶液体混合物（水溶液结晶分离）液体混合物（水溶液结晶分离）液液固固6吸附吸附气体混合物、液体混合物气体混合物、液体混合物气气固固液液固固7浸取浸取固体混合物固体混合物（中药有效成份分离）（中药有效成份分离）固固液液8离子交换离子交换液体混合物（水软化）液体混合物（水软化）液液固固2.单元操作单元操作:第3页第一部分 蒸馏1.1概述本部分主要内容n蒸馏基本原理n蒸馏方法、基本理论描述蒸馏过程n精馏塔设计和实际精馏过程分析诊疗n液体（气体）混合物，n挥发度，n易挥发（低沸点、轻组分）组分，n难挥发（高沸点、重组分）组分第4页第一部分 蒸馏1.1概述蒸馏分类n按操作原理n间歇：小规模 非定态n连续：大规模 定态n按蒸馏方式n平衡蒸馏和简单蒸馏：组分挥发度差异大，分离要求低n精馏：组分挥发度差异不大，分离要求高n特殊精馏：组分挥发度差异很小，或恒沸点（萃取精馏、恒沸精馏）n按混合物重组分数n双组分n多组分双组分连续精馏原理与计算第5页第一部分 蒸馏1.1概述研究基本方法n相平衡、物料衡算和热量衡算n相平衡关系、操作线方程、热焓方程（q线）n理论塔板数，浓度、温度分布，产量第6页第一部分 蒸馏1.2两组分溶液气液平衡气液相平衡 体系分类气液平衡自由度:T、P相数理想体系理想气体理想溶液n动态平衡n气液两相组成关系 相平衡关系为组分数C第7页第一部分 蒸馏1.2.1两组分理想体系气液平衡1.相平衡常数法3.气液平衡相图 t-x-y图 x-y图2.相对挥发度法第8页第一部分 蒸馏1.2.2 两组分非理想体系气液平衡非理想溶液理想气体相图第9页第一部分 蒸馏1.2.1 1.相平衡常数法理想气体理想溶液第10页第一部分 蒸馏1.2.1 2.相对挥发度法挥发度相对挥发度理想溶液理想溶液第11页第一部分 蒸馏1.2.1 3.相平衡t-x-y图n两条线：露点（饱和蒸气）线，泡点（饱和液体）线n三个相：液相区，气液共存区，过热蒸气区n平衡气液相：气相浓度液相浓度（易挥发组分）n同一组成：露点温度泡点温度n压力改变，t-x-y相平衡图改变第12页第一部分 蒸馏1.2.1 3.相平衡x-y图n一定压力下n对角线x=y作参考nx-y在对角线上方（易挥发组分在气相中含量比在液相中大）n平衡线越偏离对角线，体系越易分离第13页第一部分 蒸馏回顾1.相平衡常数法3.气液平衡相图 t-x-y图 x-y图2.相对挥发度法两组分理想体系气液平衡两组分理想体系气液平衡第14页第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏流程平衡蒸馏流程减压减压使液体混合物使液体混合物部分部分汽化汽化加热器，节流阀，闪蒸塔加热器，节流阀，闪蒸塔平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理F，xF，t，P1混合物混合物F，xF，T，P2混合物混合物te，P，D，y，W，x气液两相气液两相加热加热节流节流平衡蒸馏特点平衡蒸馏特点一次平衡，可间歇，可连续一次平衡，可间歇，可连续第15页第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏平衡蒸馏计算v 物料衡算物料衡算v 热量衡算热量衡算v 气液平衡关系气液平衡关系x-yt-x-yq，xFx，ytev 例例1-2第16页第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏简单蒸馏 简单蒸馏流程简单蒸馏流程随蒸馏进行，随蒸馏进行，x下降，下降，y下降，下降，t增加增加 简单蒸馏特点简单蒸馏特点微分蒸馏，非定态，用于初步分离微分蒸馏，非定态，用于初步分离 简单蒸馏计算简单蒸馏计算微分计算：微分计算：物料平衡物料平衡 气液平衡气液平衡 例例1-3，P13第17页第一部分 蒸馏1.4精馏原理（一）x xW Wy yD Dx xF Ft t3 32 21 11 12 23 3屡次部分屡次部分汽化和汽化和部分部分冷凝可分别得到较纯轻重组分冷凝可分别得到较纯轻重组分F,xF,xF FD,yD,yD DW,xW,xW W重复单级操作重复单级操作，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低第18页第一部分 蒸馏1.4精馏原理（二）屡次部分汽化和冷凝联合操作屡次部分汽化和冷凝联合操作精馏塔精馏塔x xW Wy yD Dx xF Ft t1 13 31 12 23 3D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W2 2第19页精馏原理D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W第20页第一部分 蒸馏1.4精馏原理（三）n下一层板（下一层板（n+1）上升蒸气：）上升蒸气：Vn+1，yn+1，tn+1n上一层板（上一层板（n-1）下降液体：）下降液体：Ln-1,xn-1，tn-1v 第第n块板情况块板情况 进入物流（准备接触两相）进入物流（准备接触两相）离开物流离开物流n第第n板上升蒸气：板上升蒸气：Vn，yn，tnn第第n板下降液体：板下降液体：Ln，,xn，tntn+1tn-1：传热：传热xn-1 x*n+1（与（与yn+1呈相平衡）：传质呈相平衡）：传质n Xnyn+1n使使重组分重组分进入进入液相液相，浓度增高，浓度增高n使使轻组分轻组分进入进入气相气相，浓度增加，浓度增加v 传质结果传质结果第21页第一部分 蒸馏1.4精馏原理（四）v 理论板理论板第第n板上升蒸气（板上升蒸气（Vn，yn）与下降液体（与下降液体（Ln，,xn）呈）呈相平衡相平衡v 精馏操作必要条件精馏操作必要条件上升蒸气上升蒸气气相回流气相回流再沸器再沸器下降液体下降液体液相回流液相回流冷凝器冷凝器精馏操作基本流程：精馏操作基本流程：塔塔、再沸器、冷凝器、再沸器、冷凝器v 几个概念几个概念 进料板进料板 精馏段精馏段 提馏段（含进料板）提馏段（含进料板）第22页作业nP64，4第23页x xW Wy yD Dx xF Ft t1 12 23 31 12 23 3x xW Wy yD Dx xF Ft t3 32 21 11 12 23 3第24页F,xF,xF FD,yD,yD DW,xW,xW W第25页D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W第26页第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏物料衡算q为液化率为液化率对稳定连续过程，对稳定连续过程，q为定值为定值第27页第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏热量衡算加热器加热器:原料液减压降温，放出显热；原料液减压降温，放出显热；显热用于汽化部分物料产生气相（潜热）显热用于汽化部分物料产生气相（潜热）物料热量衡算物料热量衡算第28页第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏例1-2 P11已知：相平衡图已知：相平衡图x-y和和te-x，xF=0.5，汽化率，汽化率60，求，求x，y，texyte-xtexFf 令令x=xF，则，则y=xF，对角线上，对角线上e点点 过过e点作斜率为点作斜率为q/(q-1)直线直线v 物料平衡线作图：物料平衡线作图：v q=1-气化率气化率v 由由x，te-x曲线求曲线求teef(x,y)即为所求即为所求第29页第一部分 蒸馏1.3.2简单蒸馏简单蒸馏计算：L，x+d:+d:L+dL，x+dx，蒸出，蒸出dD、y(与与x平衡）平衡）v d d时间内物料衡算时间内物料衡算积分积分上限：上限：L LF F，x=xx=x1 1下限：下限：L LW W，x=xx=x2 2相平衡关系相平衡关系y=f(x)y=f(x)v 一批操作物料平衡一批操作物料平衡第30页塔设备塔设备板式塔、填料塔板式塔、填料塔第31页F,xFD,yDW,xW123457nXn xn-1，yn+1 yn Xn x7 x6 x5 x4 x3 x2 x1 yn y7 y6 y5 y4 y3 y2 1.31.4小节回顾小节回顾v 平衡蒸馏平衡蒸馏v 简单蒸馏简单蒸馏v 精馏原理精馏原理原理：屡次部分汽化和冷凝，轻组分原理：屡次部分汽化和冷凝，轻组分塔顶塔顶 重组分重组分塔底塔底必要条件：气液两相回流必要条件：气液两相回流基本流程：塔，再沸器，冷凝器基本流程：塔，再沸器，冷凝器一次平衡一次平衡微分蒸馏微分蒸馏塔板：提供传质传热场所塔板：提供传质传热场所几个概念：理论板、进料板、精馏段、提馏段几个概念：理论板、进料板、精馏段、提馏段第33页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5 两组分连续精馏计算两组分连续精馏计算主要内容：主要内容：n确定产品流量与组成确定产品流量与组成n确定精馏塔类型（板式塔、填料塔），确定理论板数、填料高度确定精馏塔类型（板式塔、填料塔），确定理论板数、填料高度n确定塔径、塔高确定塔径、塔高n板式塔结构尺寸、流体力学验算板式塔结构尺寸、流体力学验算n填料类型与尺寸、流体流动阻力填料类型与尺寸、流体流动阻力n冷凝器与再沸器负荷、类型、尺寸冷凝器与再沸器负荷、类型、尺寸第34页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.1理论板概念与恒摩尔假理论板概念与恒摩尔假定定离开板气液两相呈平衡离开板气液两相呈平衡板上液相均匀板上液相均匀 板上气液接触时间有限板上气液接触时间有限流动阻力等原因，板上液相组成份布不均流动阻力等原因，板上液相组成份布不均v 理论板是一个理想板理论板是一个理想板v 理论板概念理论板概念v“理论板理论板”意义意义 衡量实际板分离效率依据和标准衡量实际板分离效率依据和标准 由理论板和板效率，确定实际板数由理论板和板效率，确定实际板数第35页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.1理论板概念与恒摩尔假理论板概念与恒摩尔假定定v 恒恒摩尔摩尔假定假定恒摩尔汽流恒摩尔汽流恒摩尔液流恒摩尔液流精馏段：精馏段：V1V2.Vn提馏段：提馏段：V1=V2=.=Vm精馏段：精馏段：L1L2.Ln提馏段：提馏段：L1=L2=.=Lmv 恒摩尔假定成立条件恒摩尔假定成立条件板上情况是：板上情况是：1 mol蒸气冷凝蒸气冷凝1 mol 液体汽化液体汽化 各组分摩尔汽化热相等各组分摩尔汽化热相等 交换显热可忽略交换显热可忽略（接触两相温度不一样）（接触两相温度不一样）忽略热损失忽略热损失v“恒摩尔假定恒摩尔假定”意义意义 简化计算简化计算 有些系统基本满足条件有些系统基本满足条件第36页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 物料衡算与操作线方程物料衡算与操作线方程v 全塔物料衡算全塔物料衡算v 回收率回收率v 例例1-4，P18，利用回收率概念，利用回收率概念第37页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 精馏段操作线方程精馏段操作线方程n精馏段操作线方程推导精馏段操作线方程推导v 精馏段操作线方程特点精馏段操作线方程特点 定态操作下，直线方程，斜率定态操作下，直线方程，斜率R/（R+1）、截踞）、截踞xD/(R+1)作图：过点（作图：过点（xD,xD)、截踞、截踞xD/(R+1)xD/(R+1)xDv 精馏段操作线意义精馏段操作线意义相邻两板间物料组成关系相邻两板间物料组成关系：第：第n板板下降液相下降液相xn、下一层板、下一层板n+1上升上升气相气相yn+1第38页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 提馏段操作线方程提馏段操作线方程v 提馏段操作线方程推导提馏段操作线方程推导v 提馏段操作线方程特点提馏段操作线方程特点v 提馏段操作线意义提馏段操作线意义 定态操作下，直线方程定态操作下，直线方程L与进料状态相关与进料状态相关 作图：过点（作图：过点（xW,xW)、截踞、截踞WxW/(L-W)相邻两板间物料组成关系相邻两板间物料组成关系xW第39页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.3 进料热情况影响进料热情况影响五种热情况五种热情况v温度低于泡点冷液体温度低于泡点冷液体abcdetx(y)v饱和液体饱和液体v气液混合液气液混合液v饱和蒸气饱和蒸气v过热蒸气过热蒸气第40页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.3 进料热情况影响进料热情况影响进料热情况参数进料热情况参数v 进料热情况参数进料热情况参数q计算计算LILLILVIVVIVFIFv 进料热情况参数进料热情况参数q意义意义v 进料热情况参数进料热情况参数q应用应用提馏段操作线方程表示提馏段操作线方程表示v 例例1-5，P22提馏段操作线方程截踞很小提馏段操作线方程截踞很小第41页作业nP64 5，6第42页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 精馏段操作线方程推精馏段操作线方程推导导第43页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 提馏段操作线方程推导提馏段操作线方程推导第44页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.3 进料热情况影响进料热情况影响 进料热情况参数进料热情况参数q计算计算LILLILVIVVIVFIF 进料板物料衡算进料板物料衡算 进料板热量衡算进料板热量衡算第45页第46页第47页化工传质与分离过程第48页第一部分 蒸馏回顾1.相平衡常数法3.气液平衡相图 t-x-y图 x-y图2.相对挥发度法两组分理想体系气液平衡两组分理想体系气液平衡第49页第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏流程平衡蒸馏流程减压减压使液体混合物使液体混合物部分部分汽化汽化加热器，节流阀，闪蒸塔加热器，节流阀，闪蒸塔平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理F，xF，t，P1混合物混合物F，xF，T，P2混合物混合物te，P，D，y，W，x气液两相气液两相加热加热节流节流平衡蒸馏特点平衡蒸馏特点一次平衡，可间歇，可连续一次平衡，可间歇，可连续第50页第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏平衡蒸馏计算v 物料衡算物料衡算v 热量衡算热量衡算v 气液平衡关系气液平衡关系x-yt-x-yq，xFx，ytev 例例1-2第51页第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏简单蒸馏 简单蒸馏流程简单蒸馏流程随蒸馏进行，随蒸馏进行，x下降，下降，y下降，下降，t增加增加 简单蒸馏特点简单蒸馏特点微分蒸馏，非定态，用于初步分离微分蒸馏，非定态，用于初步分离 简单蒸馏计算简单蒸馏计算微分计算：微分计算：物料平衡物料平衡 气液平衡气液平衡 例例1-3，P13第52页第一部分 蒸馏1.4精馏原理（一）x xW Wy yD Dx xF Ft t3 32 21 11 12 23 3屡次部分屡次部分汽化和汽化和部分部分冷凝可分别得到较纯轻重组分冷凝可分别得到较纯轻重组分F,xF,xF FD,yD,yD DW,xW,xW W重复单级操作重复单级操作，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低第53页第一部分 蒸馏1.4精馏原理（二）屡次部分汽化和冷凝联合操作屡次部分汽化和冷凝联合操作精馏塔精馏塔x xW Wy yD Dx xF Ft t1 13 31 12 23 3D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W2 2第54页精馏原理D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W第55页第一部分 蒸馏1.4精馏原理（三）n下一层板（下一层板（n+1）上升蒸气：）上升蒸气：Vn+1，yn+1，tn+1n上一层板（上一层板（n-1）下降液体：）下降液体：Ln-1,xn-1，tn-1v 第第n块板情况块板情况 进入物流（准备接触两相）进入物流（准备接触两相）离开物流离开物流n第第n板上升蒸气：板上升蒸气：Vn，yn，tnn第第n板下降液体：板下降液体：Ln，,xn，tntn+1tn-1：传热：传热xn-1 x*n+1（与（与yn+1呈相平衡）：传质呈相平衡）：传质n Xnyn+1n使使重组分重组分进入进入液相液相，浓度增高，浓度增高n使使轻组分轻组分进入进入气相气相，浓度增加，浓度增加v 传质结果传质结果第56页第一部分 蒸馏1.4精馏原理（四）v 理论板理论板第第n板上升蒸气（板上升蒸气（Vn，yn）与下降液体（与下降液体（Ln，,xn）呈）呈相平衡相平衡v 精馏操作必要条件精馏操作必要条件上升蒸气上升蒸气气相回流气相回流再沸器再沸器下降液体下降液体液相回流液相回流冷凝器冷凝器精馏操作基本流程：精馏操作基本流程：塔塔、再沸器、冷凝器、再沸器、冷凝器v 几个概念几个概念 进料板进料板 精馏段精馏段 提馏段（含进料板）提馏段（含进料板）第57页作业nP64，4第58页x xW Wy yD Dx xF Ft t1 12 23 31 12 23 3x xW Wy yD Dx xF Ft t3 32 21 11 12 23 3第59页F,xF,xF FD,yD,yD DW,xW,xW W第60页D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W第61页第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏物料衡算q为液化率为液化率对稳定连续过程，对稳定连续过程，q为定值为定值第62页第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏热量衡算加热器加热器:原料液减压降温，放出显热；原料液减压降温，放出显热；显热用于汽化部分物料产生气相（潜热）显热用于汽化部分物料产生气相（潜热）物料热量衡算物料热量衡算第63页第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏例1-2 P11已知：相平衡图已知：相平衡图x-y和和te-x，xF=0.5，汽化率，汽化率60，求，求x，y，texyte-xtexFf 令令x=xF，则，则y=xF，对角线上，对角线上e点点 过过e点作斜率为点作斜率为q/(q-1)直线直线v 物料平衡线作图：物料平衡线作图：v q=1-气化率气化率v 由由x，te-x曲线求曲线求teef(x,y)即为所求即为所求第64页第一部分 蒸馏1.3.2简单蒸馏简单蒸馏计算：L，x+d:+d:L+dL，x+dx，蒸出，蒸出dD、y(与与x平衡）平衡）v d d时间内物料衡算时间内物料衡算积分积分上限：上限：L LF F，x=xx=x1 1下限：下限：L LW W，x=xx=x2 2相平衡关系相平衡关系y=f(x)y=f(x)v 一批操作物料平衡一批操作物料平衡第65页塔设备塔设备板式塔、填料塔板式塔、填料塔第66页F,xFD,yDW,xW123457nXn xn-1，yn+1 yn Xn x7 x6 x5 x4 x3 x2 x1 yn y7 y6 y5 y4 y3 y2 1.5.11.5.3小节回顾小节回顾n恒恒摩尔摩尔假定假定n 回收率回收率n精馏段操作线方程精馏段操作线方程n提馏段操作线方程特点提馏段操作线方程特点n进料热情况参数进料热情况参数q第69页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4理论板层数求法理论板层数求法q线方程线方程n问题提出问题提出nq线方程推导线方程推导nq线方程意义线方程意义提馏段操作线较难作图提馏段操作线较难作图找出精馏段和提馏段操作线找出精馏段和提馏段操作线交点交点交点与（交点与（xw,xw)作图作图xW精馏段和提馏段操作线精馏段和提馏段操作线交点轨迹方程交点轨迹方程第70页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4理论板层数求法理论板层数求法q线方程线方程nq线方程特点及作图线方程特点及作图n提馏段操作线作图提馏段操作线作图n进料热情况对进料热情况对q线影响（表线影响（表1-2，P24）直线：过点直线：过点(xF,xF),斜率斜率q/(q-1)xD/(R+1)xDxFxWabced斜率斜率q/(q-1)第71页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4理论板层数求法理论板层数求法逐板计算逐板计算法法已知：气液平衡关系，操作线方程已知：气液平衡关系，操作线方程Y1=xD(全凝器全凝器)交替使用平衡、操作关系交替使用平衡、操作关系使用一次平衡关系即为一块理论板使用一次平衡关系即为一块理论板再沸器相对于一块理论板再沸器相对于一块理论板在加料处以下（含加料板）用在加料处以下（含加料板）用提馏段操作线方程，在加料处提馏段操作线方程，在加料处以上用精馏段操作线方程以上用精馏段操作线方程第72页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4理论板层数求法理论板层数求法图解法图解法分凝器相当于一块理论板分凝器相当于一块理论板再沸器、再沸器、全全凝器：凝器：理论塔板数理论塔板数NT梯级数梯级数-1再沸器、再沸器、分分凝器：凝器：理论塔板数理论塔板数NT梯级数梯级数-2第73页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4图解法图解法梯级意义梯级意义任一梯级表示该块理论塔板操作情况任一梯级表示该块理论塔板操作情况梯级三角形梯级三角形bncbnc顶点顶点b b、n n和和c c坐标分别表示坐标分别表示第第n n块理论塔板上方，该板和下方，这三块理论塔板上方，该板和下方，这三对汽、液相组成。对汽、液相组成。边边ncnc和和bnbn分别表示汽相和液相经过该理论分别表示汽相和液相经过该理论塔板后组成改变，亦即其增浓度程度或分塔板后组成改变，亦即其增浓度程度或分离能力。离能力。第74页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4图解法图解法适宜进料板位适宜进料板位置置跨过交点阶梯为适宜进料位置跨过交点阶梯为适宜进料位置此时所需理论板数最少，图此时所需理论板数最少，图1-22，P26例例1-6，P26难点：难点：q计算：冷进料计算：冷进料 气液共存进料气液共存进料第75页作业nP64，9第76页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏 q线方程推导线方程推导第77页第78页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4小节回顾小节回顾vq线方程线方程v提馏段操作线作图提馏段操作线作图图解法求图解法求NT交替使用平衡、操作关系交替使用平衡、操作关系逐板计算法求逐板计算法求NTv NT使用一次平衡关系即为一块理论板使用一次平衡关系即为一块理论板NT梯级数梯级数-1NT梯级数梯级数-2v适宜进料位置适宜进料位置第79页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5几个特殊情况下几个特殊情况下NT求法求法 直接蒸气加热直接蒸气加热n条件条件水溶液，水为难挥发组分水溶液，水为难挥发组分v提馏段操作线提馏段操作线v提馏段操作线特点提馏段操作线特点过（过（xW，0)直线直线v特点：特点：直接接触传热，提升传热效率；节约一台再沸器；直接接触传热，提升传热效率；节约一台再沸器；塔板数增加塔板数增加第80页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5几个特殊情况下几个特殊情况下NT求法求法侧线侧线出料出料目：液相出料液相出料气相出料气相出料取得不一样浓度产品取得不一样浓度产品v出料状态：出料状态：气相或液相（饱和气相或液相（饱和）v操作性方程操作性方程I段同精馏段，段同精馏段，III段同提馏段，段同提馏段，II物料平衡求出物料平衡求出v特点：特点：与无侧线相比，操作线靠近与无侧线相比，操作线靠近平衡线，塔板数增加平衡线，塔板数增加第81页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5几个特殊情况下几个特殊情况下NT求法求法侧线侧线进料进料目组成不一样原料，不一样进料位置组成不一样原料，不一样进料位置v例例1-7，P29第82页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.6 R影响及选择影响及选择全回流和最少全回流和最少NTv全回流全回流D0，F0，W0v全回流操作线全回流操作线v全回流时，全回流时，NT最少（最少（Nmin）R增加，操作线远离平衡线，增加，操作线远离平衡线，NT降低降低解析法解析法Fenske方程方程vNmin确定确定图解法图解法v全回流应用全回流应用开工阶段，或试验研究开工阶段，或试验研究第83页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.6 R影响及选择影响及选择最小最小Rv恒浓区（夹紧区）恒浓区（夹紧区）R降低，操作线近平衡线，传质推进力降低降低，操作线近平衡线，传质推进力降低Rmin，操作线交点，操作线交点d落在平衡线落在平衡线(即即e)，传质推进力为零，传质推进力为零无穷多无穷多NT，d点前后气液两相组成基本不变点前后气液两相组成基本不变vRmin意义意义图解法图解法vRmin确定确定R Rmin,可精馏操作可精馏操作解析法解析法第84页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.6 R影响及选择影响及选择适宜适宜Rv操作费用与操作费用与R关系关系v设备费用与设备费用与R关系关系v总费用与适宜总费用与适宜R操作费用：冷却器中冷却剂量、再沸器中加热蒸气量操作费用：冷却器中冷却剂量、再沸器中加热蒸气量操作费用与操作费用与R成正比成正比设备费用：塔、再沸器、冷凝器尺寸设备费用：塔、再沸器、冷凝器尺寸RRmin.NT，设备，设备费用费用R略略Rmin,NT有限，有限，设备设备费用有限费用有限R增加增加,NT继续减小，继续减小，设备设备费用继续减小费用继续减小R继续增加继续增加,NT减小幅度小，但减小幅度小，但V和和V增加，塔径、换热设备尺寸增加，增加，塔径、换热设备尺寸增加，设备设备费用反而增加费用反而增加总费用最低总费用最低时时R为为适宜适宜R，普通为（，普通为（1.11.2）Rmin第85页作业nP65，12，13第86页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏Fenske 方程方程v条件：全回流时条件：全回流时yn+1=xn;全凝器全凝器y1=xD；气液平衡关系气液平衡关系v推导：推导：第87页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏图解法确定图解法确定Rminv正常气液平衡曲线正常气液平衡曲线v不正常气液平衡曲线不正常气液平衡曲线操作线与平衡线交点操作线与平衡线交点e(xq.yq)过过(xD,xD)向平衡线作切线，由切线斜率或截踞求向平衡线作切线，由切线斜率或截踞求Rmin第88页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏解析法确定解析法确定Rmin正常气液平衡关系正常气液平衡关系第89页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5直接蒸气加热操作线推导直接蒸气加热操作线推导蒸气蒸气V0,y0W,xWV,ym+1L,xmmm+1第90页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.51.5.6小节回顾小节回顾v直接蒸气加热直接蒸气加热v多侧线塔多侧线塔v全回流与全回流与NTminvRmin与与NT v适宜适宜R普通为（普通为（1.11.2）Rmin第91页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.7简捷法求简捷法求NTv简捷法特点：简捷法特点：采取经验关联，简便，应用广泛，准确定稍差，初步设计计算采取经验关联，简便，应用广泛，准确定稍差，初步设计计算v简捷法简捷法吉利兰图吉利兰图曲线交点，确定（曲线交点，确定（N-Nmin）/(N+2)由（由（R-Rmin）/(R+1)确定横坐标，交曲线确定横坐标，交曲线全回流全回流，确定，确定N Nminmin确定确定N Nv简捷法应用条件：简捷法应用条件：组分数组分数211，五种进料情况，五种进料情况，Rmin 0.537.0，相对挥发度相对挥发度1.264.05，N 2.443.1v例例1-9，P37第92页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.8 塔高和塔径计算塔高和塔径计算塔高塔高v板效率和实际板数板效率和实际板数塔板平均效率，经验数据塔板平均效率，经验数据单板效率单板效率E EM M（MurphreeMurphree效率）效率）全塔效率全塔效率E E 实际板数实际板数N NP P v理论板当量高度和填料高度理论板当量高度和填料高度相当于一层理论板所需填料高度相当于一层理论板所需填料高度,经验数据经验数据理论板当量高度理论板当量高度HETPHETP 填料高度填料高度H HH HHETPNHETPNT Tv塔有效高度塔有效高度HH HN NP PHHT T第93页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.8 塔高和塔径计算塔高和塔径计算塔径塔径v塔径塔径D计算公式计算公式Vs m3/s;空塔气速空塔气速u m/sv精馏段精馏段DV(kmol/h)换算为换算为Vs，由由Vs计算计算Dv提馏段提馏段DV(kmol/h)换算为换算为Vs，由由Vs计算计算DvD和和D统一和园整统一和园整D和和D相差不大，则统一为一个值，即相差不大，则统一为一个值，即取大者取大者，并园整，并园整第94页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.9连续精馏装置热量衡算连续精馏装置热量衡算v冷凝器（全凝）冷凝器（全凝）v再沸器再沸器v例例1-10，P41第95页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.7.1恒沸精馏恒沸精馏v原理原理在恒沸溶液中加入第三组分（夹带剂），形成新恒沸液在恒沸溶液中加入第三组分（夹带剂），形成新恒沸液v流程流程醇水常压下恒沸点为醇水常压下恒沸点为78.3其恒沸点组成是乙醇其恒沸点组成是乙醇0.894、水、水0.006（摩尔分数，下同）（摩尔分数，下同）在较低温度下，苯与乙醇、水不互溶而分层，可将苯分离出来在较低温度下，苯与乙醇、水不互溶而分层，可将苯分离出来。加入苯，形成更低沸点三元恒沸物。其组成是：苯加入苯，形成更低沸点三元恒沸物。其组成是：苯0.544、乙醇、乙醇0.23、水、水0.226，沸点为，沸点为64.6。塔：三元恒沸物从塔顶排出，塔底取得无水乙醇塔：三元恒沸物从塔顶排出，塔底取得无水乙醇三元恒沸物冷凝分层，苯相返回塔顶，水相进入三元恒沸物冷凝分层，苯相返回塔顶，水相进入塔回收残余苯，而苯形成三元恒沸物返回塔塔回收残余苯，而苯形成三元恒沸物返回塔塔釜液送入塔回收废水中乙醇。乙醇以二塔釜液送入塔回收废水中乙醇。乙醇以二元恒沸物形式返回塔进料，重新分离。元恒沸物形式返回塔进料，重新分离。v夹带剂选择标准（夹带剂选择标准（P49）第96页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.7.2萃取精馏萃取精馏v原理原理加入第三组分，增加原组分加入第三组分，增加原组分 常压下环乙烷与苯常压下环乙烷与苯靠近，加入糠醛，靠近，加入糠醛，大大增加（大大增加（P50，表，表1-3）v流程流程在糠醛作用下，环乙烷成为易挥发组分，从塔顶取得环乙烷产品。在糠醛作用下，环乙烷成为易挥发组分，从塔顶取得环乙烷产品。糠醛和苯从塔底排出，进入第二塔，从塔顶分离出糠醛和苯从塔底排出，进入第二塔，从塔顶分离出苯产品，塔底回收萃取剂糠醛，返回前塔循环使用。苯产品，塔底回收萃取剂糠醛，返回前塔循环使用。为防止糠醛进入环乙烷中，在糠醛入塔上方，也必为防止糠醛进入环乙烷中，在糠醛入塔上方，也必须确保适宜塔板数，以脱出蒸气中糠醛。须确保适宜塔板数，以脱出蒸气中糠醛。v萃取剂选择标准（萃取剂选择标准（P50）第97页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.8.1多组分精馏多组分精馏v精馏塔数目精馏塔数目n组分，塔数目你组分，塔数目你n-1v流程方案（略流程方案（略P51）第98页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.8.3一些概念一些概念v关键组分：轻、重关键组分关键组分：轻、重关键组分P57v清楚分割法（清楚分割法（P57）v非清楚分割法（非清楚分割法（P58）第99页作业nP65：15，18第100页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏例例1-9v求解求解 v已知条件：已知条件：x xD D,x,xF F,x,xW W,R,R,R,Rminmin,塔顶、低、进料条件塔顶、低、进料条件下纯组分饱和蒸气压，苯下纯组分饱和蒸气压，苯-甲苯体系甲苯体系v求求N N、进料位置、进料位置 和平均和平均m m（R-Rmin）/(R+1)、（、（N-Nmin）/(N+2)中，中，确定确定Nmin和精馏段和精馏段NminNmin和和NminN和和NN13（不含再沸器）（不含再沸器）N6.3，第，第7块板为进料板块板为进料板第101页第一部分第一部分 蒸馏蒸馏单板效率单板效率EM 对第对第n n块板，气相组成改变块板，气相组成改变 对第对第n n块板，液相组成改变块板，液相组成改变 单板效率单板效率E EM M特点：特点：同一板上，同一板上，E EMLML和和E EMVMV值不一样，不一样板值不一样，不一样板E EM M不一样不一样第102页第二部分第二部分 吸收吸收概述概述v吸收处理对象吸收处理对象v吸收基本原理吸收基本原理v吸收分类吸收分类吸收目：气体混合物气体混合物各组分各组分溶解度溶解度差异差异物理吸收：物理吸收：化学吸收：化学吸收：气体混合物各组分能否在溶剂中发生化学反应气体混合物各组分能否在溶剂中发生化学反应制取产品及回收有用物质，如用水吸制取产品及回收有用物质，如用水吸HCL气体制取盐酸。气体制取盐酸。净化气体：原料气净化，预防污染。净化气体：原料气净化，预防污染。制备溶液制备溶液物理，化学吸收物理，化学吸收单组分，多组分吸收单组分，多组分吸收等温，非等温吸收等温，非等温吸收第103页第二部分第二部分 吸收吸收概述概述v关于吸收几个概念关于吸收几个概念v吸收与精馏差异吸收与精馏差异v吸收举例吸收举例：混合气体混合气体（A+B)吸收剂吸收剂S吸收尾气吸收尾气（B少许少许A）吸收液吸收液（AS）吸吸收收塔塔溶质溶质A载体或惰性气体载体或惰性气体Bv吸收过程方向和程度吸收过程方向和程度溶质在相平衡中平衡关系溶质在相平衡中平衡关系溶质实际分压溶质实际分压平衡分压，从气相到液相，吸收平衡分压，从气相到液相，吸收溶质实际分压溶质实际分压概述概述主要内容主要内容 吸收过程中气液相平衡关系表示方法吸收过程中气液相平衡关系表示方法吸收过程传质机理吸收过程传质机理吸收过程传质模型及传质速率表示吸收过程传质模型及传质速率表示吸收操作物料衡算吸收操作物料衡算填料层高度计算方法填料层高度计算方法解析过程计算解析过程计算传质设备，填料吸收塔设计传质设备，填料吸收塔设计第105页第二部分第二部分 吸收吸收2.1气气-液相平衡液相平衡溶解度溶解度v溶解度溶解度溶质在液相中饱和浓度溶质在液相中饱和浓度平衡关系平衡关系v溶解度影响原因：溶解度影响原因：一样浓度溶液：一样浓度溶液：易溶易溶气体上方气体上方分压小分压小，难溶难溶气体上方气体上方分压大分压大一样温度、分压下：一样温度、分压下：易溶易溶气体（如氨）在液相（如水）气体（如氨）在液相（如水）溶解度大溶解度大同一溶剂（如水），不一样溶质（如氨、同一溶剂（如水），不一样溶质（如氨、H2S、氧）溶解度不一样、氧）溶解度不一样温度影响：同一溶质，温度升高，溶解度降低温度影响：同一溶质，温度升高，溶解度降低v溶解度曲线规律反应：溶解度曲线规律反应：加压和降温加压和降温提升气体溶解度，有利于提升气体溶解度，有利于吸收吸收减压和升温减压和升温提升气体溶解度，有利于提升气体溶解度，有利于解吸解吸第106页第二部分第二部分 吸收吸收2.1气气-液相平衡液相平衡亨利定律亨利定律v亨利定律条件：总压不太高（如小于亨利定律条件：总压不太高（如小于0.5MPa）、）、稀稀溶液溶液v亨利定律不一样表示形式亨利定律不一样表示形式 p*=Ex，理想溶液，则，理想溶液，则p*=p0 x，即，即Ep0 表表2-1：难难溶气体溶气体E值大值大；温度；温度升高升高，E值值增增大大X 摩尔分率摩尔分率E 亨利系数亨利系数C 体积摩尔浓度体积摩尔浓度H 溶解度系数溶解度系数 p*=c/H H与与E关系式关系式 难难溶气体，溶气体，H值值小小；温度升高，；温度升高，H值减小值减小x,y 摩尔分率摩尔分率m 相平衡常数相平衡常数 y*=mx m与与E关系式关系式m=E/P难难溶气体，溶气体，m值值大大；温度升高、总压；温度升高、总压P下降，则下降，则m值增大值增大X,Y 摩尔比摩尔比p-x关系关系p-c关系关系x-y关系关系X-Y关系关系例例2-1，2-2，P7576第107页第二部分第二部分 吸收吸收2.1气气-液相平衡液相平衡吸收剂选择吸收剂选择v溶解度溶解度溶质溶质A较大溶解度；操作条件改变，溶解度改变大较大溶解度；操作条件改变，溶解