化工原理精餾演示文稿

化工原理精餾演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五（優(yōu)選）化工原理精餾現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五

§1.1概述1．蒸餾傳質(zhì)（masstransfer）過(guò)程：物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過(guò)程稱為傳質(zhì)（分離）過(guò)程常見(jiàn)傳質(zhì)過(guò)程：通過(guò)加熱造成氣液兩相物系，利用物系中各組分揮發(fā)度不同的特性以實(shí)現(xiàn)分離的單元操作蒸餾、吸收、萃取、干燥現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五2．蒸餾過(guò)程的分類1．按蒸餾方式簡(jiǎn)單蒸餾平衡蒸餾精餾特殊精餾萃取精餾恒沸精餾2．按操作壓強(qiáng)常壓蒸餾加壓蒸餾減壓蒸餾現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五3．按待分離混合物中組分的數(shù)目：雙組分蒸餾多組分蒸餾4．按操作流程：間歇蒸餾：小規(guī)模生產(chǎn)，非定態(tài)操作連續(xù)蒸餾：大規(guī)模，定態(tài)操作本章討論：常壓下的兩組分連續(xù)精餾現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五

vapor-liquidphaseequilibrium§1.2兩組分溶液的氣液平衡1.2.1雙組分理想物系的氣液平衡理想物系：溶液中不同組分的分子間作用力和相同組分的分子間作用力完全相等。液相為理想溶液、氣相為理想氣體的混合物系液相為理想溶液，遵循拉烏爾定律氣相為理想氣體，遵循道爾頓定律現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五1）用飽和蒸氣壓表示氣液平衡關(guān)系的表示法拉烏爾定律：理想溶液氣相中組分的分壓等于純組分在該溫度下的飽和蒸氣壓與其在溶液中摩爾分?jǐn)?shù)乘積A:易揮發(fā)組分，沸點(diǎn)低組分B:難揮發(fā)組分，沸點(diǎn)高組分現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五y:氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；1-y:難揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)x:液相中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；1-x:難揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五溶液沸騰時(shí)，總壓等于各組分的蒸氣壓之和理想氣體混合物服從道爾頓分壓定律：現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五用飽和蒸氣壓表示的氣液平衡關(guān)系現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五2）用相對(duì)揮發(fā)度表示某組分在氣相中的平衡分壓與該組分在液相中的摩爾分率之比某組分由液相揮發(fā)到氣相中的趨勢(shì)，是該組分揮發(fā)性大小的標(biāo)志☆揮發(fā)度定義揮發(fā)度意義現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五雙組分理想溶液☆相對(duì)揮發(fā)度定義溶液中易揮發(fā)組分揮發(fā)度與難揮發(fā)組分揮發(fā)度之比現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五壓強(qiáng)不高，氣相遵循道爾頓分壓定律理想溶液現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五①α>1，表明A比B容易揮發(fā)，α越大，揮發(fā)度差別越大，越容易分離。②若α=1，y=x，說(shuō)明氣液相組成相同，不能采用普通的精餾方法分離對(duì)相對(duì)揮發(fā)度的理解氣液平衡方程現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五3.兩組分理想溶液的氣液平衡相圖苯(A)和甲苯(B)的飽和蒸氣壓和溫度關(guān)系如表，試?yán)美瓰鯛柖珊拖鄬?duì)揮發(fā)度分別計(jì)算苯-甲苯混合液在總壓101.33kPa下的氣液平衡數(shù)據(jù),溫度－組成圖t/℃80.184889296100104108110.8pAo/kPa101.3113.6130143.7160.5179.2199.3221.2233.0pBo/kPa39.344.450.657.665.774.583.393.9101.31）溫度－組成（t-x-y）圖現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五解

(1)利用拉烏爾定律計(jì)算氣液平衡數(shù)據(jù)t/℃80.184889296100104108110.8x1.0000.8220.6390.5080.3760.2560.1550.0580.000y1.0000.9220.8190.7200.5950.4530.3050.1270.000(2)利用相對(duì)揮發(fā)度計(jì)算氣液平衡數(shù)據(jù)求平均揮發(fā)度現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五t---y線，氣相組成與平衡溫度之間的關(guān)系。飽和蒸氣線，露點(diǎn)線t---x線，液相組成與平衡溫度之間的關(guān)系。飽和液相線，泡點(diǎn)線現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五2）x-y圖（1）y>x（2）平衡線離對(duì)角線越遠(yuǎn)，氣液兩相濃度差越大，溶液越易分離現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五1.3.1平衡蒸餾（閃蒸）§1.3平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾操作過(guò)程：混合液經(jīng)加熱器升溫，使溫度高于分離器壓強(qiáng)下液體的沸點(diǎn)，通過(guò)減壓閥降壓進(jìn)入分離器，此時(shí)過(guò)熱的液體混合物被部分汽化得到分離現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五1．物料衡算總物料：易揮發(fā)組分：F，D，W---原料液、氣相、液相產(chǎn)品摩爾流量,kmol/sxF，y，x---原料液、氣相、液相產(chǎn)品的組成，摩爾分?jǐn)?shù)q：液化分率現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五2．熱量衡算對(duì)加熱器熱量衡算原料液減壓進(jìn)入分離器，物料放出的顯熱等于部分汽化所需潛熱原料液離開(kāi)加熱器的溫度現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五1.3.2簡(jiǎn)單蒸餾（微分蒸餾）①得不到大量高純度的產(chǎn)品②釜液與蒸氣的組成都是隨時(shí)間而變化的，是一種非穩(wěn)態(tài)過(guò)程③只能進(jìn)行初步分離，而且生產(chǎn)能力低，適合于當(dāng)組分揮發(fā)度相差較大的情況。特點(diǎn)：現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五※蒸餾---當(dāng)生產(chǎn)上對(duì)產(chǎn)品的純度要求不高，只需要初步分離時(shí)采用的分離方法；※平衡、簡(jiǎn)單蒸餾是單級(jí)分離過(guò)程→一次部分汽化→混合物部分分離※精餾是多級(jí)分離過(guò)程→多次部分汽化和部分冷凝→混合物幾乎完全分離※精餾---當(dāng)產(chǎn)品的純度要求高，特別是在混合物揮發(fā)度比較接近時(shí)采用的分離方法。蒸餾與精餾的區(qū)別現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五§1.4精餾原理和流程1.4.1精餾過(guò)程原理和條件液體混合物經(jīng)多次部分氣化后，在液相中獲得高純度的難揮發(fā)組分氣體混合物經(jīng)多次部分冷凝后，在氣相中獲得高純度的易揮發(fā)組分現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五條件結(jié)果現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五將原料液進(jìn)入的層板稱為加料板，加料板以上的塔段，作用是把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進(jìn)一步提濃，稱為精餾段；加料板以下的塔段（包括加料板），其作用是從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段1.4.2精餾操作流程現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五

1.5.1理論板的概念和恒摩爾流假定理論板：在其上氣、液兩相都充分混合，且傳質(zhì)及傳熱過(guò)程阻力均為零的理想化塔板，無(wú)論進(jìn)入理論板的氣、液兩相組成如何，離開(kāi)該板時(shí)氣、液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，即兩相溫度相等，組成互成平衡，組成關(guān)系可由平衡關(guān)系來(lái)確定§1.5兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五1.恒摩爾氣流精餾段提餾段2.恒摩爾液流精餾段提餾段恒摩爾流：每層塔板的上升蒸氣的摩爾流量恒定,下降液體的摩爾流量也恒定?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五在精餾塔的塔板上氣液兩相接觸時(shí)，若有nkmol/h的蒸氣冷凝，相應(yīng)有nkmol/h液體氣化?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五1.全塔物料衡算總物料：易揮發(fā)組分：F，D，W---原料液、餾出液、釜?dú)堃耗柫髁?kmol/sxF，xD，xW---易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)1.5.2物料衡算與操作線方程現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五塔頂易揮發(fā)組分的回收率：分離要求的表示方法（1）規(guī)定易揮發(fā)組分在餾出液和釜?dú)堃旱慕M成；（2）規(guī)定餾出液組成xD和塔頂易揮發(fā)組分回收率；（3）規(guī)定餾出液組成xD和塔頂采出率D/F（4）塔底難揮發(fā)組分的回收率現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五在連續(xù)精餾塔中分離苯－甲苯混合液。已知原料液流量為10000kg/h,苯的組成為40％（質(zhì)量）。要求餾出液組成為97％，釜?dú)堃航M成為2％。試求餾出液和釜?dú)堃旱牧髁浚╧mol/h）及餾出液中易揮發(fā)組分的回收率？苯的摩爾質(zhì)量為78kg/kmol;甲苯的摩爾質(zhì)量為92kg/kmol現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五2.精餾段操作線方程總物料易揮發(fā)組分現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五回流比①物理意義：n板下降的液相組成與相鄰的n+1板上升蒸氣組成之間的關(guān)系②由恒摩爾流的假定，L為定值，且連續(xù)定態(tài)操作中D和xD也是定值，R是常量,直線方程現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五3.提餾段操作線方程總物料：易揮發(fā)組分：現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五②根據(jù)恒摩爾流的假定，L’為定值，且連續(xù)定態(tài)操作中W和xW也是定值，是直線方程①物理意義：m板下降的液相組成與相鄰的m+1板上升蒸氣組成之間的關(guān)系現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五在某兩組分連續(xù)精餾塔中，精餾段內(nèi)自第n層理論板下降的液相組成為0.65（易揮發(fā)組分摩爾分?jǐn)?shù)），進(jìn)入該板的氣相組成為0.75，塔內(nèi)氣液摩爾流量比V/L=2，物系的相對(duì)揮發(fā)度為2.5，試求R、yn、xn-1現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五物料衡算：熱量衡算：一、進(jìn)料熱狀況參數(shù)1.5.3進(jìn)料熱狀態(tài)的影響現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五令：q:進(jìn)料熱狀況參數(shù)現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五精餾段和提餾段的氣、液相流量與進(jìn)料量及進(jìn)料熱狀況參數(shù)之間的基本關(guān)系現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五提餾段操作線方程例題1-5現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五二、進(jìn)料熱狀況：(1)溫度低于泡點(diǎn)的冷液體；(2)泡點(diǎn)溫度的飽和液體；(3)溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的氣液混合物；(4)露點(diǎn)溫度的飽和蒸氣；(5)溫度高于露點(diǎn)的過(guò)熱蒸氣。進(jìn)料熱狀況影響L、L’及V、V’之間的關(guān)系現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五L’包括三部分:①L;②F;③因原料溫度低于加料板上氣液溫度，故原料進(jìn)入加料板后將一部分從提餾段上升蒸氣冷凝下來(lái)（1）冷液進(jìn)料：現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五（2）飽和液體進(jìn)料原料進(jìn)入加料板后全部以原來(lái)液體的狀況進(jìn)入提餾段現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五原料含有一部分液體（往下流），一部分氣體（上升）（3）氣液混合物進(jìn)料現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五（4）飽和蒸氣進(jìn)料原料進(jìn)入加料板后全部以原來(lái)氣體的狀況上升現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五因原料溫度高于加料板上氣液溫度，故原料進(jìn)入加料板后勢(shì)必將原塔內(nèi)下降的液體加熱氣化上升。（5）過(guò)熱蒸氣進(jìn)料現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五例1－8分離例1－6中的苯－甲苯混合液，若進(jìn)料為飽和液體，R=3.5,試求提餾段操作方程，截距和斜率例1－9分離例1－8中的苯－甲苯混合液，若將進(jìn)料熱狀態(tài)變?yōu)?0℃的冷液體，試求提餾段的上升蒸氣流量和下降液體流量。已知操作條件下苯的汽化熱為389kJ/kg，甲苯的汽化熱為360kJ/kg，原料液的平均比熱容為158kj/(kmol.℃)。苯－甲苯混合液的氣液平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)圖。原料液的平均氣化熱現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五1.5.4理論塔板數(shù)的求法1.逐板計(jì)算法

精餾段第一塊（全凝）第一板上升的蒸氣被全部冷凝并在泡點(diǎn)下回流，故塔頂餾出液組成及回流液組成與第一層板的上升蒸氣相同現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五第二塊……....離開(kāi)每層理論板的氣液相平衡第n塊加料板屬于提餾段，故精餾段所需塔板數(shù)為(n-1)……....現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五再沸器相當(dāng)一塊理論板,提餾段所需板數(shù)(m-1)提餾段：……現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五精餾塔所需的總理論板數(shù)現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五2.梯級(jí)圖解法2.1在x-y坐標(biāo)圖上作出平衡曲線和對(duì)角線2.2在x-y坐標(biāo)圖上作出操作線(1)精餾段操作線的作法精餾段操作線精餾段操作線現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五(2)提餾段操作線的作法(3)q線方程精餾段操作線與提餾段操作線交點(diǎn)的軌跡方程現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五畫(huà)q線方程q線方程，進(jìn)料方程現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五過(guò)e點(diǎn)作斜率為q/(q-1)的直線ef，即為q線ef現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五(4)進(jìn)料熱狀況對(duì)q線及操作線的影響進(jìn)料熱狀況q值q線的斜率q/(q-1)冷液體>1+飽和液體1∞氣、液混合物0<q<1-飽和蒸氣00過(guò)熱蒸氣<0+現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五q線在x-y圖上的位置現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五2.3圖解方法圖解法求理論板數(shù)現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五2.4適宜的進(jìn)料位置進(jìn)料位置不當(dāng)，將使理論板數(shù)增多。實(shí)際操作中，進(jìn)料位置過(guò)高，餾出液中難揮發(fā)組分含量增高；反之進(jìn)料位置過(guò)低，使釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分含量增高離開(kāi)該板的液相組成x≤xd，如上圖中的4塊塔板為最優(yōu)加料位置最優(yōu)加料板位置的確定：現(xiàn)在是63頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五例1－10在常壓連續(xù)精餾塔中，分離苯－甲苯混合液。已知原料液流量為116.6kmol/h,苯的組成為0.44（摩爾分?jǐn)?shù)）。要求餾出液組成為0.975，釜?dú)堃航M成為0.0235，回流比為3.5，相對(duì)揮發(fā)度為2.47,塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)下回流。塔釜采用間接蒸汽加熱，試用逐板計(jì)算法求理論板數(shù)?，F(xiàn)在是64頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五例1－11在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯－甲苯混合液，試用圖解法求理論板數(shù)（1）在直角坐標(biāo)上利用平衡方程繪制平衡曲線及對(duì)角線；（2）在對(duì)角線上定點(diǎn)a（0.975,0.975），在y軸上截距為：在y軸上定出點(diǎn)b，連接ab即為精餾段方程（3）在對(duì)角線上定點(diǎn)e（0.44,0.44）,過(guò)點(diǎn)e作斜率為3.76的直線ef，即為q線。與精餾段操作線相交于點(diǎn)d現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五（4）在對(duì)角線上定點(diǎn)c（0.0235,0.0235），連接cd，該直線即為提餾段操作線自點(diǎn)a開(kāi)始在平衡線和精餾段操作線間由水平線和垂直線所構(gòu)成的梯級(jí)，當(dāng)梯級(jí)跨過(guò)點(diǎn)d后更換操作線，即在平衡線和提餾段操作線間畫(huà)梯級(jí)，直到梯級(jí)達(dá)到或跨過(guò)點(diǎn)c為止現(xiàn)在是66頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五1.5.5回流比的影響及其選擇回流比有兩個(gè)極限值，上限是全回流，下限為最小回流比回流比：1.全回流和最少理論板層數(shù)現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五全回流時(shí)，操作線距平衡線最遠(yuǎn)，表示塔內(nèi)氣液兩相間的傳質(zhì)推動(dòng)力最大，因此達(dá)到給定分離任務(wù)所需理論板數(shù)最少，最少理論板數(shù)Nmin精餾段操作線與對(duì)角線重合操作線方程：提餾段操作線與對(duì)角線重合理論板數(shù)：現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五芬斯克方程全塔平均相對(duì)揮發(fā)度，可取塔頂和塔底的平均值全回流時(shí)最小理論板層數(shù)（不包括再沸器）現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五最小理論塔板數(shù)的圖解法現(xiàn)在是70頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五當(dāng)回流比減少到某一極限值時(shí)，兩條操作線的交點(diǎn)d落在相平衡線上，此時(shí)梯級(jí)無(wú)法跨過(guò)d，所需的理論塔板數(shù)為無(wú)窮大，這時(shí)的回流比稱為最小回流比Rmin２.最小回流比當(dāng)回流比小于Rmin,操作線和q線的交點(diǎn)落在平衡線外，精餾操作無(wú)法完成現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五最小回流比的求法（1）作圖法現(xiàn)在是72頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五（2）解析法現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五飽和液體進(jìn)料飽和蒸氣進(jìn)料現(xiàn)在是74頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五3.最適宜回流比的選擇?一般原則：現(xiàn)在是75頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五1.5.6簡(jiǎn)捷法求理論板層數(shù)1．吉利蘭（Gilliland）圖R、Rmin、N、Nmin的關(guān)聯(lián)圖現(xiàn)在是76頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五吉利蘭圖應(yīng)用條件:組分?jǐn)?shù)：2~11；進(jìn)料熱狀況：5Rmin=0.53~7.0；相對(duì)揮發(fā)度：1.26~4.05理論板層數(shù)：2.4~43.1李德（Liddle）回歸方程適用條件：現(xiàn)在是77頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五2．簡(jiǎn)捷法求理論板層數(shù)的步驟①計(jì)算Rmin，選擇R現(xiàn)在是78頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五④確定進(jìn)料板位置②計(jì)算Nmin③計(jì)算橫坐標(biāo)（R-Rmin）/（R+1）→縱坐標(biāo)（N-Nmin）/（N+2）→算出理論板層數(shù)例題1-8現(xiàn)在是79頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五1.5.8塔高和塔徑的計(jì)算1．塔高的計(jì)算1）板式塔有效高度的計(jì)算實(shí)際板層數(shù)板間距有效高度，不包括塔釜和塔頂空間高度現(xiàn)在是80頁(yè)\一共有92頁(yè)\編輯于星期五2）塔板效率反映實(shí)際塔板的氣、液兩相傳質(zhì)的程度（1）總板效率（全塔效率）：