精馏-(2).ppt

第四节 精馏,从简单蒸馏过程分析已知液体混合物的分离只能达到,部分增浓，不能得到高纯度产品（纯轻组分或重组分），,如何利用两组分挥发度的差异来实现高纯度分离是要讨,论的基本内容。,1,、欲高纯度分离为什么必须采用回流,2,、精馏过程的实现,料液,x,F,Feed,塔顶产品,x,D,Overhead product,塔底产品,x,W,Bottoms product,液相回流,Liquid reflux,汽相回流,Vapor reflux,精馏段,Rectifying section,提馏段,Stripping section,再沸器,Reboiler,冷凝器,condenser,精馏示意图原料,A,+,B,汽,液,全凝器,液相回流,馏出液,A,(,B,),气相回流,再沸器,残液,B,(,A,),连续精馏装置流程,（,1,）从,t,x,（,y,）相图来看精馏过程,A,液体混合物组成,x,f,、温度,t,o,加热至,t,C,，液相组成不变，不能分离,C,液相,x,f,，气相平衡浓度,y,2,，,加热至温度,t,E,E,组成：,y,1,与,x,1,成平衡，,y,1,x,1,继续加热，液体量减少,H,组成：,y,f,=,x,f,，液相平衡浓度,x,2,加热,B,过热蒸汽，组成不变不能分离,1,、欲高纯度分离必须采用回流技术,气相区,液相区,x,1,A,C,E,B,H,x,2,y,1,y,2,x,f,（,y,f,）,t,B,t,E,t,H,t,C,t,0,（,2,）,精馏过程原理,在气液共存区,E,点,x,1,与,y,1,平衡，移走,y,1,，剩余的,x,1,液体继,续加热，又得到互成平衡的气相和液相,如此反复进行多次汽化，则易挥发组分浓度，最终可得到纯的重组分。,反之，若将蒸汽混合物采用,部分冷凝方法按上述相反程序,操作，则最终将得到几乎纯的轻组分。,液相区,气相区,x,1,A,C,E,B,H,x,2,y,1,x,f,液体混合物进行多次部分汽化，重组分在液相中得到富集。混和蒸汽进行多次部分冷凝，轻组分在气相中得到富集。,例：多级逆流接触板式塔,板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系为：,n-,1,t,n-1,n,t,n,n+,1,t,n+1,y,n+2,y,n+1,y,n,y,n-1,x,n-2,x,n,-,1,x,n,x,n+1,精馏过程分析,：,（,1,）加料口位置以上,传质过程,结果：下流液体中的重组分浓度增大，上升蒸汽中轻组分浓度增大。塔的上半部完成了上升蒸汽的精制，因此称之为,精馏段,。,F,x,F,D,x,D,V,L,W,x,W,精馏塔,（,2,）加料口位置以下,传质过程：,结果：液相轻组分浓度降至很低，可得到高纯度重组分。塔的下半部完成了液体中重组分的提浓，即提出了轻组分，称为,提馏段,F,x,F,D,x,D,V,L,W,x,W,精馏塔,回流是构成汽、液两相接触的必要条件；,没有回流就没有精馏；,精馏过程的基础仍然是组分挥发度的差异。,小结：,F,x,F,D,x,D,V,L,W,x,W,精馏塔,二、精馏过程的数学描述,1,、全塔物料衡算,总物料,F,=,D,+,W,联立求解可得：,轻组分,Fx,f,=,Dx,D,+,Wx,w,F,x,F,D,x,D,V,L,W,x,W,塔顶产品,塔底产品,公式记忆：符合,杠杆定律,x,W,x,f,x,D,W,F,D,2,、回流比,R,回流量的相对大小，塔顶回流量,L,与塔顶产品量,D,之比,讨论：,当,F,（进料量）确定，同时规定了塔顶及塔底的产品组成，增加回流比,R,是否意味着,D,减少？,并不意味着D,减少，而是意味着上升蒸汽量增加；增大回流比的措施是增大塔底的加热速率和塔顶的冷凝量；,增大回流比的代价是能耗的增大,。,3,、塔板传质过程的简化,理论板和板效率,目的,：,简化计算,条件,：两组分的汽化热相等,结果,：可省去各板（级）字母下标，,（,1,）恒摩尔流假定,用,V,、,L,表示精馏段内各板蒸汽量和液体流量,精镏段,各板上升的蒸汽量,V,相等，各板下降的液体量,L,相等,提馏段,各板上升的蒸汽量,相等，各板下降的液体量 相等,定义：气、液两相均充分混合，而且传质与传热过程的阻力皆为零的理想化塔板。不论进入塔板的气、液组成如何，离开板的两相达到传质、传热平衡。,（,2,）理论板,目的：简化传质过程，,从而可先计算,N,T,。,传质平衡：离开板的两相组成互成平衡,传热平衡：离开板的两相温度相同,特征,y,n,y,n,+,1,x,n,-,1,x,n,n,y,n,*,默弗里板效率（单板效率）,（,3,）板效率,实际塔板与理论板的差异,y,n,y,n,+,1,x,n,-,1,x,n,n,y,n,*,y,n,与,x,n,为平衡关系，,y,n+1,与,x,n,为操作关系,4,、操作线方程,某一截面（取两塔板之间）处，上升蒸汽组成,y,n+1,与下降液体组成,x,n,之间关系的数学表达式,（,1,）精馏段操作线方程,轻组分物衡,V y,n+1,=,L x,n,+,D x,D,总物衡V,=,L,+,D,y,1,x,1,y,2,y,n+1,x,n,直线方程斜率,y,1,x,1,y,2,y,n+1,x,n,（,2,）提馏段操作线方程,故,基本式,直线方程斜率,1,物料衡算,操作线讨论：,“,精”“提”线都是直线,:,恒摩尔流的体现,图示时掌握点、斜率,x,y,0,1.0,1.0,x,D,A,B,x,W,C,d,e,5,、加料板过程分析,q,线方程,物料衡算,热量衡算,将（,3,）代入（,4,）,F,x,f,i,f,V,y,n,I,L,x,n-1,i,第,n,板,（,1,）冷凝分率,q,（加料热状态参数）,I,：饱和蒸汽热焓，,i,：饱和液体热焓，,i,F,：进料热焓，,I,i,=,r,为摩尔汽化热，,I,-,i,F,为,1mol,原料变成饱和蒸汽的需要的热焓,入塔原料的五种热状态：,(1)温度低于泡点的冷液体，,i,F,1,；,(2),泡点下的饱和液体，,i,F,=i,，,q,=1,；,(3),温度在泡点和露点间的汽液两相混合物，,ii,F,I,，,0,q,I,，,q,1,L,F,V,（2）饱和液体，,q=,1,L,F,V,（3）汽液混合物，,0,q,1,L,F,V,（4）饱和蒸气,，,q=,0,L,F,V,（5）过热蒸气,，,q,0,（,2,）,q,与塔板上蒸气量与液相量的关系,F,V,L,第,n,板,根据精馏段与提馏段两相流量之间的关系,可以计算各种进料状态下的 与,L,及 与,V,的关系,如,q,=0,进料（露点）,则,如,q,=1,进料（泡点）,则,推论：,q,取值的讨论：,（,1,）,q,值表示加料中饱和液体所占的分率，原料经预热或部,分汽化，则,q,值减小。,（,2,）,“提”斜率,只要回流比,R,一定，,q,值的变化不影响精馏段操作线的位置，但改变提馏段操作线的位置。,（,3,）,q,线方程,进料线方程,d,（,x,q,，,y,q,）为二操作线交点，,其坐标适合两方程：,-,q,线方程（直线方程）,0,1,1,e,d,因为当进料组分,x,=,x,f,时，则将,x,f,代入方程，得,y,q,=,x,f,，表明,在,y,-,x,图上，,q,线必将通过点,f,（,y,=,x,f,，,x,=,x,f,），斜率为,f,a,c,b,d,q,0,q,=0,0,q,1,0,1.0,x,W,y,1.0,x,D,x,F,不同加料热状态下的,q,线,q,线方程,示例,q,=2/3,，表明总量为,3,，含液体量,2,，汽体量为,1,则进料液,q,=,液体量,/,总量,=2/3,，,作业,P99,：,6,、,9,e,a,c,b,d,q,0,q,=0,0,q,1,0,1.0,x,W,y,1.0,x,D,x,F,不同加料热状态下的,q,线,