化工原理----精馏完整.ppt

6.精馏精馏X本章重点及难点内容本章重点及难点内容掌握双组分理想溶液气液相平衡的各种表达形式；掌握双组分理想溶液气液相平衡的各种表达形式；掌握进料的不同热状况及其对精馏操作的影响；掌握进料的不同热状况及其对精馏操作的影响；掌握两组分连续精馏塔理论塔板数的的图解法；掌握两组分连续精馏塔理论塔板数的的图解法；掌握回流比对精馏过程的影响；掌握回流比对精馏过程的影响；了解简捷法求理论板层数的方法；了解简捷法求理论板层数的方法；了解各种类型的塔板的特点及性能，掌握筛板塔的流了解各种类型的塔板的特点及性能，掌握筛板塔的流体力学性能。体力学性能。1.X蒸馏：利用液体混合物各组分挥发度的不同，使蒸馏：利用液体混合物各组分挥发度的不同，使其部分气化，从而达到分离的单元操作其部分气化，从而达到分离的单元操作易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分X蒸馏的分类蒸馏的分类按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏 按组分数目分：双组分蒸馏及多组分蒸馏按组分数目分：双组分蒸馏及多组分蒸馏 按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏馏 按操作流程分：连续蒸馏和间歇蒸馏按操作流程分：连续蒸馏和间歇蒸馏 6.概述概述2.6.1 理想溶液的气液相平衡理想溶液的气液相平衡X精馏与吸收的对比精馏与吸收的对比操作过程中相态的变化：精馏时两相同时产生，而吸收操作过程中相态的变化：精馏时两相同时产生，而吸收是操作前已经是两相；是操作前已经是两相；操作结果的不同：精馏能得到较为纯净的分离产物，而操作结果的不同：精馏能得到较为纯净的分离产物，而吸收则必须通过后续的进一步处理才能得到较纯净的物吸收则必须通过后续的进一步处理才能得到较纯净的物质；质；传质的方向不同：精馏过程中既有气相传质，也有液相传质的方向不同：精馏过程中既有气相传质，也有液相传质，而吸收一般只有气相中溶质分子进入吸收剂中，传质，而吸收一般只有气相中溶质分子进入吸收剂中，属于单向传质。属于单向传质。3.6.1 理想溶液的气液相平衡理想溶液的气液相平衡X蒸馏是气液两相间的传热和传质过程蒸馏是气液两相间的传热和传质过程X气液相平衡关系是指溶液与其上方蒸汽达到相平衡气液相平衡关系是指溶液与其上方蒸汽达到相平衡时，汽液相间组成、温度和压强的关系。时，汽液相间组成、温度和压强的关系。X气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础，过程以两相达到平衡为极限理论基础，过程以两相达到平衡为极限X气液相平衡关系可用气液相平衡关系可用 p（分压）（分压）x 或或 t x（或（或 y）或）或 x y 的函数关系或相图来表的函数关系或相图来表示。示。4.6.1 理想溶液的气液相平衡理想溶液的气液相平衡X6.1.1 相平衡相平衡拉乌尔定律拉乌尔定律双组分理想溶液的气液相平衡关系式：双组分理想溶液的气液相平衡关系式：条件：条件：双组分理想溶液双组分理想溶液5.6.1 理想溶液的气液相平衡理想溶液的气液相平衡X6.1.2 相平衡相平衡相图相图t x（或（或 y）图（温度图（温度组成图）组成图）露点线露点线气相区（过热蒸汽）气相区（过热蒸汽）泡点线泡点线气液共存区气液共存区液相区（冷液）液相区（冷液）x1(y1)t4 t3 t2 t1BHJA6.6.1 理想溶液的气液相平衡理想溶液的气液相平衡y x 图（气液组成关系图）图（气液组成关系图）l大多数溶液，平衡线位于对大多数溶液，平衡线位于对角线上方，且偏离对角线愈远，角线上方，且偏离对角线愈远，此溶液愈易分离（传质推动力此溶液愈易分离（传质推动力越大）。越大）。l总压变化不大时外压影响可总压变化不大时外压影响可忽略，但温度的变化对忽略，但温度的变化对 yx 平衡线的影响较大。平衡线的影响较大。7.6.1 理想溶液的气液相平衡理想溶液的气液相平衡X6.1.2 相平衡相平衡相平衡方程相平衡方程纯液体的挥发度：该液体在一定温度下的饱和蒸气压。纯液体的挥发度：该液体在一定温度下的饱和蒸气压。溶液中各组分的挥发度：该组分在蒸气中的分压和与之溶液中各组分的挥发度：该组分在蒸气中的分压和与之相平衡的液相中的摩尔分率之比。相平衡的液相中的摩尔分率之比。相对挥发度：是指溶液中两组分挥发度之比，常以易挥相对挥发度：是指溶液中两组分挥发度之比，常以易挥发组分的挥发度为分子。发组分的挥发度为分子。道尔顿分压定律道尔顿分压定律8.6.1 理想溶液的气液相平衡理想溶液的气液相平衡相平衡方程相平衡方程相对挥发度表示的相对挥发度表示的相平衡方程相平衡方程9.6.2 精馏原理精馏原理X6.2.1 精馏工艺精馏工艺精馏流程精馏流程（熟悉相关的概念）（熟悉相关的概念）原料液（进料）、原料液（进料）、馏出液（产品）、馏出液（产品）、回流液和釜液；回流液和釜液；冷凝器（分凝器、冷凝器（分凝器、全凝器）、再沸器全凝器）、再沸器（塔釜加热）；（塔釜加热）；加料板、精馏段和加料板、精馏段和提馏段提馏段10.X6.2.2 精馏原理精馏原理一次部分气化和部分冷一次部分气化和部分冷凝凝 y1xFx1y1加热原料液时产加热原料液时产生的第一个生的第一个 气泡的组成。气泡的组成。x1经过一次气化后经过一次气化后原料剩下的液体的组成。原料剩下的液体的组成。6.2 精馏原理精馏原理 xw x1 xF y1 yFABCDP=定值定值 t11.多次的多次的部分气化和部分冷凝部分气化和部分冷凝部分气化和部分冷凝部分气化和部分冷凝xFx2x1y1x3y2y3冷凝器冷凝器分离分离器器加热器加热器A(y)xm yn xFBP=定值定值 t6.2 精馏原理精馏原理 液体混合物经过多次部分气化和多次部分冷凝液体混合物经过多次部分气化和多次部分冷凝后从气相得到较纯的易挥发组分，而从液相中则得到后从气相得到较纯的易挥发组分，而从液相中则得到较纯的难挥发组分较纯的难挥发组分。12.有回流的多次部分汽化、冷凝有回流的多次部分汽化、冷凝6.2 精馏原理精馏原理具有不同挥发度的组分所具有不同挥发度的组分所组成的混合液，经多次进组成的混合液，经多次进行部分气化和部分冷凝，行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分使其分离成几乎纯态组分的过程。的过程。实现的实现的 条件：条件：回流；回流；塔釜产生的蒸汽塔釜产生的蒸汽xFxDxw13.涉及的主要问题：涉及的主要问题：全塔物料衡算、全塔物料衡算、恒摩尔流假设、操作线方程恒摩尔流假设、操作线方程 、q线方程、（最小）回流比线方程、（最小）回流比、适宜回流比、适宜回流比、（最少）理论塔板数、全塔效率、实际塔板数（最少）理论塔板数、全塔效率、实际塔板数6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算14.X6.3.1 全塔物料衡算全塔物料衡算总物料：总物料：F=D+W 易挥发组分：易挥发组分：F xF=D xD+W xw 应用见应用见P263例例716.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算原料液原料液F,xF,IF馏出液馏出液D,xD,ID釜残液釜残液W,xW,IWLVVL15.6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算X6.3.2 恒摩尔流的假设恒摩尔流的假设塔顶采用全凝器，塔釜间接加热塔顶采用全凝器，塔釜间接加热 离开每块塔板的气液相达到平衡离开每块塔板的气液相达到平衡 每段各板上的气液摩尔流量各自恒定（不一定相等）每段各板上的气液摩尔流量各自恒定（不一定相等）满足恒摩尔流的满足恒摩尔流的 条件条件 各组分的摩尔汽化潜热相等；各组分的摩尔汽化潜热相等；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；塔设备保温好，无热损失。塔设备保温好，无热损失。16.X6.6.3 操作线方程操作线方程研究研究相邻两块塔板相邻两块塔板 气气液组成之间的关系液组成之间的关系精馏段精馏段操作方程操作方程 对精馏段作物料衡算对精馏段作物料衡算 V=L+DV yn+1=L xn+D xD6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算馏出液馏出液D,xD,IDLV y1L x1V y2L x2L xnV yn+112n17.6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算精馏段操作线方程：精馏段操作线方程：表示表示xn与与yn+1之间的关系之间的关系是直线是直线关系关系，斜率为，斜率为 R/(R+1)，截距为，截距为 xD/(R+1)xDab18.提馏段操作线方程提馏段操作线方程对提馏段物料衡算对提馏段物料衡算 L=V+WL xn=V ym+1+W xw6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算釜液釜液W,xw,IwL xmV ym+1m+119.由于提馏段下降液体由于提馏段下降液体量量L不易确定，所以提馏段不易确定，所以提馏段操作线的实际应用价值不大。操作线的实际应用价值不大。但提馏段操作线一定通过但提馏段操作线一定通过C点（点（xW，xW）（间接蒸汽加）（间接蒸汽加热方式）热方式）操作线的应用举例详见操作线的应用举例详见教材教材P265 例例 7 72 2、例、例 7 73 36.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算 xW xD c d 20.X6.3.4 进料热状况进料热状况q 线方程线方程提馏段操作线不易确定，但可以通过两条操作线的交点提馏段操作线不易确定，但可以通过两条操作线的交点（轨迹）来确定（两点一线）（轨迹）来确定（两点一线）精馏段操作线：精馏段操作线：V yn+1=L xn+D xDA提馏段操作线：提馏段操作线：L xn=V ym+1+W xwB则交点轨迹：则交点轨迹：（VV）y（LL）x（DxDWxW）C由全塔物料衡算：由全塔物料衡算：F xF=D xD+W xw，（C）式为）式为6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算21.对加料板作物料衡算对加料板作物料衡算VVLLF令令 则有：则有：q 线方程，精馏段操作线和提线方程，精馏段操作线和提馏段操作线的交点，但经馏段操作线的交点，但经过过 点。点。6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算L ILV IVL ILV IVF IF加料板加料板（xF，xF）22.对加料板作热量衡算对加料板作热量衡算F IF+VIV +LIL=VIV+LIL IVIV ，ILIL（条件：恒摩尔流，加料板上）（条件：恒摩尔流，加料板上）（VV）IV（LL）IL F IF即即6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算23.q q值重要的物理意义值重要的物理意义1)1)以以1kmol/h1kmol/h进料为基准时，提馏段中的液进料为基准时，提馏段中的液体流量较精馏段中液体流量增大的体流量较精馏段中液体流量增大的kmol/hkmol/h数；数；2 2）对于饱和液体、气液混合物及饱和蒸气）对于饱和液体、气液混合物及饱和蒸气三种进料，三种进料，q q值与进料中的液相分率相等。值与进料中的液相分率相等。6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算24.q值对进料的影响值对进料的影响6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算LVLVFL VLVFLVLVFLVLVFLVLVF冷液进料冷液进料饱和液体进料饱和液体进料气液混合物进料气液混合物进料饱和蒸气进料饱和蒸气进料过热蒸气进料过热蒸气进料25.不同不同 q值对应的值对应的 q线方程线方程6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算进料状况进料状况进料的焓进料的焓 IF q值值 q线斜率线斜率 q/q-1冷液体冷液体IF1+饱和液体饱和液体IF=IL q=1无穷大无穷大气液混合物气液混合物ILIFIV 0 q IVq 1q=10 q 1q=0q 1q=10 q 1q=0q 0 exF fxWxDq值不同改变的值不同改变的是提馏段的操作线是提馏段的操作线方程。当进料组成、方程。当进料组成、回流比及分离要求回流比及分离要求一定时，一定时，q值的减少值的减少使提馏段操作线越使提馏段操作线越来越靠近平衡线。来越靠近平衡线。6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算27.X6.3.5 NT及加料板位置的确定及加料板位置的确定N NT T：理论塔板数，即在一定的操作条件下，为实理论塔板数，即在一定的操作条件下，为实现分离工艺的要求，所需的气液平衡级数（每经现分离工艺的要求，所需的气液平衡级数（每经过一次气液相平衡，气相浓度增加）。过一次气液相平衡，气相浓度增加）。理论加料板位置：理论加料板位置：理论加料板位置：理论加料板位置：当进料组成与塔内某处的气液当进料组成与塔内某处的气液组成相同，且在该处气液两相恰好处于平衡状态组成相同，且在该处气液两相恰好处于平衡状态时，该处既对应着一块理论塔板，同时也是加料时，该处既对应着一块理论塔板，同时也是加料的恰当位置（实际上这样的位置尽管存在，但却的恰当位置（实际上这样的位置尽管存在，但却很难确定，一般只能选择在相邻的两块塔板之间）。很难确定，一般只能选择在相邻的两块塔板之间）。6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算28.NT计算的方法计算的方法逐板计算法、图解法和捷算法逐板计算法、图解法和捷算法重点掌握逐板计算法和图解法，二者实质是一重点掌握逐板计算法和图解法，二者实质是一样的。样的。6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算第第1块块:（x1，y1）第第2块块:（x2，y2）精馏段精馏段l逐板法逐板法29.6.3 双组分连续精馏塔的计算双组分连续精馏塔的计算第第n块块:（xn，yn）第第1 1块块:（x1，y1）当当xn xF时，下降液体流到了加料板上，此时该板属于提时，下降液体流到了加料板上，此时该板属于提馏段。由精馏段操作线与馏段。由精馏段操作线与 q线方程求交点（线方程求交点（xq，yq），由（），由（xq，yq与（与（xW，yW）两点确定提馏段操作线方程。）两点确定提馏段操作线方程。提馏段提馏段第第mm块块:（xm，ym）当当xmx2（挥发性差（挥发性差异的表现）；异的表现）；2）多次的汽化、多次的）多次的汽化、多次的冷凝；冷凝；3）回流；）回流；4）最终使得）最终使得 气相气相y很高，很高，液相液相x很小，实现组分的很小，实现组分的分离，且产量较高。（分离，且产量较高。（如图）如图）xw x1 xF y1 yFABCDP=定值定值 t1、试在、试在tyx图中阐述精馏的原理。图中阐述精馏的原理。62.答：答：全回流是指在精馏操作过程中上升蒸汽冷凝后全回流是指在精馏操作过程中上升蒸汽冷凝后全部回流进入精馏塔内的操作方式，有利于精馏塔全部回流进入精馏塔内的操作方式，有利于精馏塔内各塔板汽液迅速达到相平衡，一般适用在开车及内各塔板汽液迅速达到相平衡，一般适用在开车及出现较大异常的情形；最小回流比是指当回流量太出现较大异常的情形；最小回流比是指当回流量太小，恰好使得在塔内某处的操作线与平衡线相交即小，恰好使得在塔内某处的操作线与平衡线相交即汽液达到平衡状态，此时已无法通过精馏的方式实汽液达到平衡状态，此时已无法通过精馏的方式实现分离；一般现分离；一般 R（1.02.0）Rmin。2、全回流与最小回流比的意义是什么？各有什么用、全回流与最小回流比的意义是什么？各有什么用处？一般适宜回流比为最小回流比的多少倍？处？一般适宜回流比为最小回流比的多少倍？6.6 习题课习题课63.3、塔板负荷性能图可用于判断塔的操作状况，检验塔的设计是否合理，、塔板负荷性能图可用于判断塔的操作状况，检验塔的设计是否合理，以及指导塔板操作性能的改进。以及指导塔板操作性能的改进。请示意地画出负荷性能图，并说明图的请示意地画出负荷性能图，并说明图的组成曲线以及它们所表征的操作状态；组成曲线以及它们所表征的操作状态；如何从负荷性能图确定塔板的操如何从负荷性能图确定塔板的操作弹性与操作控制的上、下限？作弹性与操作控制的上、下限？答：答：1）负荷性能图见右图，操作）负荷性能图见右图，操作线为线为OS，15为精馏塔的不同操为精馏塔的不同操作极限，分别对应了液相下限作极限，分别对应了液相下限（液量均布线）、液量上限（气（液量均布线）、液量上限（气泡夹带线）、气相负荷下限（漏泡夹带线）、气相负荷下限（漏液线）、气相负荷上限（雾沫夹液线）、气相负荷上限（雾沫夹带）及液泛线；带）及液泛线；2）以）以OS为例，为例，对应塔的操作弹性是指气相介于对应塔的操作弹性是指气相介于 V下下V上上，液相介于，液相介于LminL之间之间的区域内，操作均可正常进行，的区域内，操作均可正常进行，即操作控制参数有较大的调节范即操作控制参数有较大的调节范围。围。6.6 习题课习题课64.6.6 习题课习题课65.6.6 习题课习题课66.6.6 习题课习题课67.6.6 习题课习题课F2,xF，2馏出液馏出液D,xD,ID釜残液釜残液W,xW,IWLVVLF1,xF，1SS1V,yS+1L,xS附图附图168.6.6 习题课习题课69.6.6 习题课习题课yx0b1b212345679870.6.6 习题课习题课Ly1x0 xD71.6.6 习题课习题课72.6.6 习题课习题课73.（3）分凝器传热效率下降对产品的影响）分凝器传热效率下降对产品的影响 分凝器的传热效率下降，则其传热量分凝器的传热效率下降，则其传热量Q下降，导致分凝器中下降，导致分凝器中冷凝量减少，即回流量减少，则塔的分离效果变差，塔顶产品组冷凝量减少，即回流量减少，则塔的分离效果变差，塔顶产品组成成xD下降，塔底产品组成下降，塔底产品组成xW上升。上升。6.6 习题课习题课74.6.6 习题课习题课yx075.6.6 习题课习题课76.6.6 习题课习题课yx00.26512345678977.6.6 习题课习题课78.6.6 习题课习题课79.6.6 习题课习题课F,xFD1,xD1W,xWL1VVLV，yL2，xD2,xD280.6.6 习题课习题课81.6.6 习题课习题课82.6.6 习题课习题课yx00.2661234567890.38510111283.