注冊(cè)化工08第八講

例1用連續(xù)精餾塔分離某雙組分混合液,xF=0.4(摩爾分率,下同)，原料以飽和液體狀態(tài)加入塔中部，塔頂全凝，泡點(diǎn)回流。α=2.5，xD=0.8，易揮發(fā)組分ηA=0.9。塔釜間接蒸汽加熱。試求：(1)Rmin；(2)若R=1.5Rmin倍，則進(jìn)入塔頂?shù)谝粔K理論塔板的汽相組成為多少？解：①q=1,xe=xF=0.4

②例2一連續(xù)常壓精餾塔用于分離雙組分混合物。原料液xF=0.40(摩爾分率，下同),進(jìn)料狀況為汽液混合物，其摩爾比為汽/液=3/2，塔頂xD=0.97，塔釜xW=0.02，若該物系的相對(duì)揮發(fā)度α=2，操作時(shí)采用的回流比R=1.6Rmin，試計(jì)算：⑴易揮發(fā)組分的回收率；⑵最小回流比Rmin；⑶提餾段操作線的數(shù)值方程；⑷若在飽和液相組成xθ=0.72的塔板處抽側(cè)線，其量和有側(cè)線時(shí)獲得的塔頂產(chǎn)品量相等，減少采出率，回流比不變，N=∞,

xDmax=?解：⑴⑵

q線方程平衡線方程兩線相交∴x2+3x-1=0

得xe=0.303，ye=0.465⑶R=1.6Rmin=1.6×3.12=5.0提餾段⑷當(dāng)采出率減小時(shí),xDmax受相平衡制約，而不受物料衡算制約,當(dāng)q點(diǎn)與平衡線相遇時(shí)xD達(dá)到最大。第Ⅱ塔段操作線將y=ye，x=xe代入得xDmax=0.8566.2操作參數(shù)對(duì)操作結(jié)果的影響調(diào)節(jié)R,,q;xF變動(dòng),對(duì)xD,

xW的影響①R調(diào)節(jié)，,q不變R↑,操作線向?qū)蔷€靠攏當(dāng)N一定時(shí)，xD↑,xW↓

②調(diào)節(jié)⑴R,q不變，,()⑵,q不變，,(R↓)精餾段提餾段少而精，多而爛③xF變化，,q,R不變輸出與輸入關(guān)系6.3塔頂、塔底極限濃度所受限制①分離能力(α,N,R)②物料衡算(xD≤1,

xW≥0)先分析N=∞時(shí)，xDmax=?

xWmin=?當(dāng)R較小時(shí)，為(b)情況；為分離能力限制；當(dāng)R較大時(shí)出現(xiàn)(a)或(c)情況；為物料衡算限制。①當(dāng)時(shí)，⑴R較小，分離能力限制得得xDmax、xWmin~R

線性關(guān)系⑵R較大，物料衡算限制

xWmin=0,②當(dāng)時(shí)，⑴R較小，分離能力限制xDmax、xWmin~R線性關(guān)系⑵R較大，物料衡算限制

xDmax=1，為提高產(chǎn)品純度，R,

調(diào)節(jié)，哪個(gè)更有效.思考：的誤差與高純度產(chǎn)品關(guān)系？例1用精餾操作分離某雙組分混合物,進(jìn)料x(chóng)F=0.45(輕組分摩爾分率),泡點(diǎn)進(jìn)料,塔頂采出率,輕組分回收率η=0.98。已知物系α=2.5，試求：⑴塔頂、塔底產(chǎn)物的濃度；⑵最小回流比；⑶若回流比取R=1.4；采出率不變，則塔頂產(chǎn)物理論上可達(dá)到的最高濃度為多少？解：⑴,⑵q=1,xe=xF=0.45,⑶此時(shí),可取N=∞，以求算xDmax,若按加料處出現(xiàn)挾點(diǎn)求算，則若按物料衡算求算，按xW=0計(jì)算，所以，主要受物料衡算限制

xDmax=0.9注意：要兩頭兼顧，兩頭驗(yàn)算6.4精餾塔的溫度分布和靈敏板靈敏板—板上液體溫度對(duì)外界干擾因素的反映最靈敏的塔板7間歇精餾操作方式靈活，適用于小批量處理(若搞連續(xù)，沒(méi)達(dá)到穩(wěn)定就要熄火)7.1過(guò)程特點(diǎn)①非定態(tài)⑴R一定，xD不斷下降，因釜中x不斷下降⑵xD一定，R不斷上升②全塔均為精餾段，能耗比連續(xù)精餾高

x~xD一一對(duì)應(yīng)x~R一一對(duì)應(yīng)初態(tài)，瞬時(shí)，終態(tài)釜中量FGW釜中濃度xF

x

xWR一定xD初

xD

xD終xD一定R初

RR終能耗比較,取N=∞，xD保持不變R連續(xù)<間歇,間歇精餾能耗大7.4兩種方式能耗的比較xD恒定,塔頂沒(méi)有不同濃度混合，能耗較低R恒定,塔頂有不同濃度的混合，能耗較高7.5設(shè)計(jì)計(jì)算1.R一定方式：1）

R=(1.1~2)Rmin2）圖解確定N3）算平均xD4）算每批精餾時(shí)間

V=(R+1)D7.5設(shè)計(jì)計(jì)算2.xD一定方式：1）

R=(1.1~2)Rmin2）圖解確定N3）算每批精餾時(shí)間8多組分精餾基礎(chǔ)8.1流程方案的選擇

n個(gè)組分精餾分離,為獲n個(gè)高純度產(chǎn)品，需要(n-1)個(gè)塔,塔多方案多如，A、B、C三組分(其揮發(fā)度依次降低)分離兩種流程4組分3塔5流程5組分4塔14流程流程的選擇：經(jīng)濟(jì)上優(yōu)化，設(shè)備費(fèi)+操作費(fèi)最少技術(shù)上可行，物性(如熱敏性，聚合結(jié)焦傾向)，對(duì)產(chǎn)品純度的要求具體：多方案作經(jīng)濟(jì)比較，決定合理的流程如：5組分4塔14流程經(jīng)上述原則篩選后，留2~3個(gè)方案作進(jìn)一步的計(jì)算8.2精餾的關(guān)鍵組分和物料衡算①關(guān)鍵組分多組分精餾(如A,B,C,D)，塔頂只能規(guī)定一個(gè)組分含量塔底只能規(guī)定一個(gè)組分含量其它組分含量由R、N、αij確定關(guān)鍵組分—對(duì)多組分精餾分離起控制作用的兩個(gè)組分揮發(fā)度大的—輕關(guān)鍵組分(l)揮發(fā)度小的—重關(guān)鍵組分(h)關(guān)鍵組分與分離方案有關(guān)比輕關(guān)鍵組分更易揮發(fā)的—輕組分比重關(guān)鍵組分更難揮發(fā)的—重組分②全塔物料衡算總物料衡算F=D+Wi組分FxFi=DxDi+WxWi

(i=1~n-1)歸一方程ΣxDi=1,ΣxFi=1,ΣxWi=1

進(jìn)料F,xFi(i=1~n-1)

已確定如：已知：xDh，xWl求：及其它xDi，xWi變量分析：3n+3個(gè)變量,n+3個(gè)式子,已知n+2個(gè),缺n-2個(gè)。非關(guān)鍵組分在塔頂、塔底？約束條件(R、N、αij)難以簡(jiǎn)單方式表達(dá)③清晰分割法：塔頂重組分含量為0，塔底輕組分含量為0

A、B、C(l)|D(h)、E塔頂xDl，xDh

0塔底00xWl，xWh條件：αlh較大，xDh、xWl較低實(shí)質(zhì)：給出n-2個(gè)0④非清晰分割法由芬斯克方程得或直線關(guān)系條件：αih全塔變化不大，R=∞實(shí)質(zhì)：給出n-2個(gè)值9特殊精餾

α<1.06時(shí),無(wú)法用普通精餾分離,常采用特殊精餾9.1恒沸精餾雙組分非均相恒沸精餾—兩塔聯(lián)合操作雙組分均相恒沸精餾—加挾帶劑，形成新的恒沸物挾帶劑的要求：①與A(或B)或AB形成最低恒沸物，從塔頂蒸出②新恒沸物要便于分離，如非均相，用分層方法回收挾帶劑③新恒沸物中挾帶劑相對(duì)含量要少9.2萃取精餾加萃取劑S(揮發(fā)性小),改變A、B組分相對(duì)揮發(fā)度萃取劑主要條件：①選擇性高,少量加入,αAB大大提高②揮發(fā)性要小,沸點(diǎn)S>>沸點(diǎn)A、B③與原溶液有足夠的互溶度.流程特點(diǎn)：加吸收段萃取精餾與恒沸精餾比較共同點(diǎn)：均加入第三組分S差別：⑴S可選范圍:是否要求生成恒沸物⑵經(jīng)濟(jì)性:恒沸物從塔頂蒸出，潛熱消耗大10.反應(yīng)精餾利用精餾促進(jìn)反應(yīng)：例如，可逆反應(yīng)

醋酸乙醇醋酸乙酯水利用反應(yīng)促進(jìn)精餾：對(duì)二甲苯Px與間二甲苯Mx的分離，用異丙苯鈉IpNaIpNa+Mx←→Ip+MxNa11.分子精餾1）高真空下進(jìn)行(10-1~10-2Pa)2）蒸發(fā)面與冷凝面間距<分子平均自由程汽液傳質(zhì)設(shè)備基本上分為兩大類(lèi)：逐級(jí)接觸式(如板式塔)微分接觸式(如填料塔)主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：⑴通過(guò)能力—生產(chǎn)能力⑵傳質(zhì)效率—板效率，等板高度HETP⑶壓降—板壓降，每m填料壓降⑷操作彈性—汽液通量上、下限⑸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低1板式塔1.1概述①設(shè)計(jì)意圖⑴使汽液兩相在塔板上充分接觸，減少傳質(zhì)阻力⑵在總體上使兩相保持逆流流動(dòng)，在塔板上使兩相呈均勻的錯(cuò)流接觸，以獲得最大傳質(zhì)推動(dòng)力②篩板塔的構(gòu)造⑴篩孔—?dú)怏w通道，Φ3~8mm⑵溢流堰—保證板上有液體⑶降液管及入口堰—液體下降通道1.2篩板上的汽液接觸狀態(tài)①鼓泡接觸狀態(tài)②泡沫接觸狀態(tài)—?dú)怏w為分散相③噴射接觸狀態(tài)—液體為分散相轉(zhuǎn)相點(diǎn)接觸狀態(tài)選擇:獲得大的氣液界面液膜要穩(wěn)定，液滴要不穩(wěn)定，有利于破碎，正系統(tǒng)：當(dāng)輕組分從液→氣時(shí)選泡沫接觸狀態(tài)有利1.3氣液兩相的非理想流動(dòng)①液沫夾帶—?dú)怏w帶液滴②氣泡夾帶—液體在降液管中來(lái)不及脫氣

τ>3~5秒③液體沿塔板的不均勻流動(dòng)1.4不正常操作現(xiàn)象①夾帶液泛同樣氣速下,

e’↑,使L+e’↑,

液層厚度↑

e’↑↑,形成惡性循環(huán)②溢流液泛降液管通過(guò)能力的限制③漏液嚴(yán)重漏液會(huì)使板上不能積液1.5效率的各種表示方法①點(diǎn)效率與兩相接觸狀態(tài)有關(guān)②默弗里板效率與點(diǎn)效率、板上流動(dòng)情況有關(guān)③濕板效率考慮板間eV

正常操作漏液可忽略例精餾段：表觀氣相濃度表觀操作線濕板效率測(cè)定方法：全回流，④全塔效率塔效率≠板效率1.6塔板的負(fù)荷性能圖⑴過(guò)量液沫夾帶線eV=0.1kg液/kg干氣⑵漏液線⑶溢流液泛線⑷液量下限線⑸液量上限線1.7篩板塔的設(shè)計(jì)主要尺寸,直徑D,高度H的估計(jì)NT由過(guò)程計(jì)算求得ET按經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)D~HT由表10-1作初選HT對(duì)液沫夾帶，溢流液泛，液量上限有影響D由處理量與液泛氣速所決定由處理量求兩相流動(dòng)參數(shù)動(dòng)量之比,開(kāi)方氣體負(fù)荷因子Cf

20液泛速度設(shè)計(jì)氣速塔截面積求塔直徑D詳細(xì)設(shè)計(jì)尚有很多因素要考慮2填料塔填料材質(zhì)：陶瓷，金屬，塑料，合成材料要求：液體潤(rùn)濕表面死區(qū)—對(duì)傳質(zhì)無(wú)貢獻(xiàn)填料層堆放方式：①亂堆填料：有液體均布能力，有液體向壁偏流現(xiàn)象，要有再分布器②整砌填料：無(wú)液體均布能力，無(wú)偏流現(xiàn)象，要有嚴(yán)格的預(yù)分布器2.2填料特性：①比表面a,m2/m3②空隙率ε③填料的幾何形狀填料尺寸≤優(yōu)良填料還要滿足：制造容易，造價(jià)低廉，耐腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度2.3氣液兩相在填料層內(nèi)的流動(dòng)和傳質(zhì)①液體在填料表面上的膜狀流動(dòng)低氣速下，u氣對(duì)δL影響不大高氣速下，u氣對(duì)δL有明顯影響選填料的必要條件：對(duì)液體浸潤(rùn)②載點(diǎn)和泛點(diǎn)

L一定,lgΔp~lgV氣關(guān)系載點(diǎn)---