第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混

第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混2023/12/27第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混第一節(jié)概述

一、蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混合物的分離，以達到提純或回收某組分的目的。

二、蒸餾分離的依據蒸餾過程是利用流體混合物中各組分揮發(fā)能力的差異，則將混合物進行分離的單元操作。

三、蒸餾的分類

1、按操作方式：間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。

2、按蒸餾方法：簡單蒸餾、平衡蒸餾(閃蒸)

精餾、特殊精餾。

3、按操作壓力：常壓；減壓；加壓。

4、雙組分和多組分

第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混第二節(jié)氣液相平衡—泡點方程

1.理想溶液：指其中各個組分都在全部濃度范圍內服從拉烏爾定律2.拉烏爾定律：pA=pAo?xA同理，pB=pBoxB3.道爾頓分壓定律:p=pA+pBpA=pAoxA=pAoxpB=pBo(1-x)液相組成氣液兩相安托因方程

第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混5-2.1相對揮發(fā)度

揮發(fā)度對于理想溶液相對揮發(fā)度

對于理想溶液

第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混5-2.2相平衡方程對于二元理想溶液圖5-2x-y平衡曲線第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混5-2.3非理想溶液一、正偏差：異分子間的排斥傾向起了主導作用，使得溶液的兩組分的平衡分壓都比拉烏爾定律所預計的高，那么t-x線比理想溶液低，因為在較低的溫度下，其總蒸汽壓可與外界壓力相等，即可達到沸點。如甲醇－水溶液。二、負偏差：組分的蒸汽壓比拉烏爾定律低，那么沸點或t-x線比理想溶液高。原因是異分子間的作用力大。當負偏差達到一定程度，會出現(xiàn)最高恒沸點，如硝酸－水物系。當xM＝0.383時，有最低的蒸汽壓。第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混體系為負偏差

體系為正偏差

第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混精餾原理第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混第三節(jié)精餾過程的物料衡算

5-3.1理論板的概念及恒摩爾流假定

一、理論板：指離開該板的氣相組成與離開該板的液相組成之間互成平衡的板。

實際，塔板上氣液兩相間的接觸時間和接觸表面積是有限的；板面上液層濃度不均勻,特別是有溢流的塔板，氣液成錯流時；甚至氣相也不均勻；氣體上升時夾帶液滴—霧沫夾帶；液體向下流動時夾帶氣泡；漏液等等都會影響熱、質的傳遞效果。理論板的提出，便于衡量實際板分離的效果。通常在設計過程中先求出理論板數(shù)，經修正得實際板數(shù)。

第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混二、恒摩爾流假定

1．

恒摩爾汽化

精餾段：V1=V2=…=Vn=V

提餾段：V1′=V2′=…=Vn′=V′

除飽和液體進料q=1以外,其余V≠V′.

2．恒摩爾溢流

精餾段：L1=L2=…=Ln=L

提餾段：L1′=L2′=…=Ln′=L′

除飽和氣體進料q=0以外,其余L≠L′

各流股單位:摩爾流量—[kmol/h]

恒摩爾流假定成立的條件

(1)各組分的摩爾氣化潛熱相等。

(2)氣液接觸時因溫度不同而交換的顯熱可以忽略。

(3)塔設備保溫良好，熱損失可以忽略不計。

第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混5-3.2全塔物料衡算總物料衡算可得：F=D+W對輕組分作物料衡算可得：FXf=DXD+WXw由以上兩式可求出第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混例5-1每小時將15000kg含苯40%（質量%，下同）和甲苯60%的溶液，在連續(xù)精餾塔中進行分離，要求釜殘液中含苯不高于2%，塔頂餾出液中苯的回收率為97.1%。試求餾出液和釜殘液的流量及組成，以摩爾流量和摩爾分率表示。解：苯的分子量為78；甲苯的分子量為92。進料組成：釜殘液組成：原料液的平均分子量：原料液流量：依題意知：所以：全塔物料衡算或解得：第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混精餾段操作線方程物料衡算可得：將上式變形得：將L=RD,V=(R+1)D，上式成為：精餾段的物料衡算第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混加料板（1）1.加料的熱狀態(tài)：五種2.理論板加料料衡算式：相平衡方程：3.精餾段與提餾段的兩相物流關系總物流衡算：

單板物料與熱量衡算

第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混加料板（2）

若定義：

可得：L‘=L+qF

V=V’+(1-q)F

第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混q線方程

在進料板上，同時滿足精餾段和提餾段的物料衡算，故兩操作線的交點落在進料板上。當q為定值，改變塔操作的回流比時，兩操作線交點軌跡即q線。聯(lián)立兩操作線方程式的進料線方程。

因q為一常數(shù)，故一定狀態(tài)進料q線為直線。FXf=DXD+WXw第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混進料熱狀況進料的焓iFq值q/(q+1)q線在x-y圖上的位置冷液體飽和液體氣液混合物飽和蒸汽過熱蒸汽iF>iiF=iiF<IiF=IiF>I>110<q<10<0+∞

0+Q1(↗)Q2(↑)Q3(↖)Q4(←)Q5(↙)第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混q值隨q值減小，則提餾段操作線斜率增大，說明提餾段液、氣比在增大，氣、液兩相組成更接近平衡線，意味著提餾段單位流量液體所用蒸氣在不斷減少，提餾段操作線更靠近平衡曲線，將導致提餾段分離能力不斷下降。即每塊理論板的傳質推動力減小。完成相同分離任務，所需理論板數(shù)會增加，也會導致塔兩段負荷不均勻，影響塔徑設計。第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混提餾段操作方程物料衡算可得：或又L‘=L+qFV=V’+(1-q)F圖5-5提餾段物料衡算第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混板效率理論板是一個氣、液兩相皆充分混合而且傳熱與傳質過程的阻力皆為零的理想化板。表達塔板上傳遞過程的特征方程式可簡化為：泡點方程：相平衡方程：實際板與理論板的傳質差別可用板效率來度量：y*n——與離開第n塊板液相組成xn成平衡的氣相組成

Emv——氣相的默弗里板效率第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混理論板數(shù)的計算

逐板計算法圖解法捷算法第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混逐板計算法過程xD=y1

由氣液平衡x1由操作線方程y2依此類推至xn≤

xF按提留段操作線方程由xF=x′1y′2由氣液平衡x′2依此類推至x′m

≤

xW第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混逐板計算法由y1=xD,步驟算到xm﹤xw時，計算終止，在計算過程中使用平衡方程的次數(shù)n，就是所需要的理論板數(shù)。由于塔釜相當于一塊理論板所以實際所需要的理論板數(shù)應為n+m-1塊。第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混圖解法第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混回流比的選擇一、回餾比對精餾過程設備和操作費用的影響二、全回餾與最小理論板數(shù)A圖解法求最小理論板數(shù)BFenske方程計算法三、最小回流比Rmin

A最小回流比的定義B最小回流比的求取四、最適宜回流比的選取(一般取(1.2～2.0）Rmin)五、理論板數(shù)的捷算法第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混回流比的影響與選擇

第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混回流比的影響與選擇第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混圖解法求最小理論板數(shù)說明：1.由于全回餾所以R為無窮大,所以其操作線與對角線重合,此時達到分離要求所需的理論板數(shù)最少。2.最少理論板數(shù)可用圖解法和逐板計算法。第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混BFenske方程計算法說明：上式中Nmin包括塔釜.第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混A最小回餾比的定義當R減少時，兩操作線向平衡線靠近，達到指定的分離要求所需的理論板增多。當回流比減少到某一數(shù)值時，兩操作線的交點e就落在平衡線上，此時達到指定的分離要求所需的理論板就無窮多，液體組成也不能跨過e點，此即為達到指定的分離要求的最小回流比。第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混B最小回流比的求取根據交點e點的坐標及直線ae的斜率可得Rmin.第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混回流比對精餾過程設備和操作費用的影響第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混5、回流比的影響及其選擇①、回流比對操作的影響：影響精餾操作的穩(wěn)定性；在精餾中，回流比是影響設備費用和操作費用的一個重要因素。②、適宜回流比的選擇：使操作費用與設備折舊費用之和為最小的回流比，即為適宜回流比。一般據經驗選?。籖=（1.1~2）Rmin第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混五、理論板數(shù)的捷算法1.Gilliland圖求解。2.用下面經驗公式求解。第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混4、實際塔板數(shù)和塔效率實際塔板：因為實際塔板上不能達到平衡狀態(tài)，故實際所需塔板數(shù)總是大于理論塔板數(shù)。Er=NrN式中｛

Er—塔板效率；Nr—理論塔板數(shù)；N—實際塔板數(shù)。第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混5.6.7雙組分精餾過程的其它類型A直接蒸汽加熱B多股加料（了解）C側線進料（了解）D回收塔（了解）第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混A直接蒸汽加熱當待分離的物系為某種輕組分和水混合時,往往可將加熱蒸汽直接通入塔釜以汽化釜液。為了便于計算,通常設通入的加熱蒸汽為飽和蒸汽。按恒摩爾流的假設,塔釜的蒸發(fā)量V‘與加入蒸汽量相等。由于精餾段與間接加熱精餾相同,所以其精餾段操作線不變。提餾段操作線同樣需要對提餾段進行物料衡算：L‘+S=V‘+WL‘xn=V‘yn+1+Wxw由上式可得：說明:1.該提餾方程為一條通過點(xw,0)直線;2.與間接蒸汽加熱精餾相比,在同等分離要求下所需的理論板多。第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混5.7間歇精餾一、間歇精餾過程的特點A非定態(tài)的過程B只有精餾段沒有提餾段間歇精餾過程操作

恒流出組成操作

恒回流比操作先恒回流比操作操作后恒流出組成間歇精餾過程計算間歇精餾第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混5.8恒沸精餾與萃取精餾當體系的相對揮發(fā)度很小或二元體系的兩組分形成共沸物時用普通蒸餾無法進一步分離此時需要用特殊蒸餾,如：恒沸精餾與萃取精餾.一、恒沸精餾與萃取精餾定義二、恒沸精餾流程舉例三、萃取精餾流程舉例四、第三組分的選擇第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混一、恒沸精餾與萃取精餾定義兩種精餾都是在被分離的溶液中加入第三組分以改變原溶液中各組分的相對揮發(fā)度而實現(xiàn)分離的。若加入的第三種組分與原溶液中某一或兩個組分形成最低共沸物，從塔頂蒸出就稱為恒沸精餾。若加入的第三種組分不與原溶液中某一或兩個組分形成共沸物，僅改變各組分之間的相對揮發(fā)度，第三組分隨高沸點液體從塔底出來則稱為萃取精餾。第一節(jié)概述一蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混二、恒沸精餾流