《精餾楊保俊》課件

精餾理論與實踐本課件介紹精餾操作的基本原理和應(yīng)用。內(nèi)容包括：精餾的基本概念、精餾塔的設(shè)計、操作和控制、精餾過程的優(yōu)化等。課程簡介課程概述本課程介紹精餾分離技術(shù)，包含基本原理、過程分析、設(shè)備設(shè)計等內(nèi)容。課程內(nèi)容從相平衡原理到塔內(nèi)傳質(zhì)過程，涵蓋精餾過程中的關(guān)鍵要素。課程目標(biāo)掌握精餾分離技術(shù)，并能應(yīng)用于實際工程問題。課程目標(biāo)本課程旨在幫助學(xué)生掌握精餾理論和操作技術(shù)，并能夠運用相關(guān)知識解決實際問題。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生將能夠了解精餾的基本原理、操作方法、設(shè)計計算以及應(yīng)用實例。此外，課程還將培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，為其今后的學(xué)習(xí)和工作打下堅實基礎(chǔ)。精餾基本概念1分離技術(shù)精餾是利用混合物中各組分沸點不同，將混合物分離成單一組分的技術(shù)。2相變過程精餾過程中，混合物在塔內(nèi)反復(fù)蒸發(fā)和冷凝，實現(xiàn)組分分離。3理論基礎(chǔ)精餾過程基于相平衡原理，通過塔內(nèi)不同高度的溫度和壓力控制相平衡。4應(yīng)用廣泛精餾技術(shù)廣泛應(yīng)用于化工、石油、醫(yī)藥等領(lǐng)域，例如汽油提煉、酒精生產(chǎn)等。相平衡原理相平衡原理是精餾過程的基礎(chǔ)。它描述了在特定條件下，兩種或多種組分在不同相（氣相和液相）之間達(dá)到平衡時的組成關(guān)系。1相平衡當(dāng)液相和氣相達(dá)到平衡時，兩相中各組分的濃度保持恒定。2氣液平衡常數(shù)表示組分在氣相和液相中的濃度之比。3相對揮發(fā)度表示組分在氣相中與液相中濃度比值之比。4Raoult定律描述了理想溶液中各組分蒸汽壓與摩爾分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。相平衡原理在精餾過程中起著至關(guān)重要的作用，它為我們提供了預(yù)測和設(shè)計精餾過程所需的理論基礎(chǔ)。精餾過程分類1連續(xù)精餾連續(xù)進(jìn)料，連續(xù)出料2間歇精餾間歇進(jìn)料，間歇出料3特殊精餾萃取精餾、加壓精餾等精餾過程可以根據(jù)進(jìn)料方式和操作方式進(jìn)行分類。連續(xù)精餾是指原料和產(chǎn)品連續(xù)進(jìn)出精餾塔的精餾方式。間歇精餾則是在精餾塔內(nèi)間歇進(jìn)料和出料的精餾方式。特殊精餾指的是在常規(guī)精餾的基礎(chǔ)上，加入輔助物料或改變操作條件的精餾方式。單級精餾分析物料平衡分析進(jìn)料、餾出物和釜殘液的物料平衡，建立質(zhì)量平衡方程。能量平衡分析進(jìn)料、餾出物和釜殘液的能量平衡，建立熱量平衡方程。相平衡根據(jù)進(jìn)料組成和操作條件，應(yīng)用相平衡關(guān)系計算平衡組成。分離效率評估單級精餾過程對目標(biāo)組分的有效分離程度，并分析影響因素。多級精餾分析多級精餾塔結(jié)構(gòu)多級精餾塔由多個塔板組成，塔板之間相互連接，形成多個蒸餾段。每個蒸餾段進(jìn)行一次分離，最終實現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的分離。多級精餾塔工作原理混合物在塔底加熱蒸發(fā)，上升氣體通過塔板上的孔口進(jìn)入下一級，與下降的液體進(jìn)行接觸，進(jìn)行物質(zhì)交換，實現(xiàn)分離。McCabe-Thiele圖解法McCabe-Thiele圖解法是一種圖形化的精餾塔設(shè)計方法。它以平衡線、操作線和進(jìn)料線為基礎(chǔ)，將塔內(nèi)各級物料平衡和相平衡關(guān)系表示在圖上，并用圖解法求解塔板數(shù)、回流比和進(jìn)料位置等參數(shù)。該方法簡單直觀，易于理解和使用。該方法基于以下假設(shè)：塔內(nèi)汽液相平衡，各級汽液相流量恒定，熱量損失可忽略。它可以用于多組分體系，但需要進(jìn)行簡化處理。因此，它適用于初步設(shè)計和教學(xué)。Ponchon-Savarit圖解法熱量平衡該方法基于熱量平衡原理，利用焓值作為坐標(biāo)軸，構(gòu)建圖形來分析精餾過程。物料平衡同時考慮物料平衡，將物料流和熱量流整合在一個圖中，直觀地展現(xiàn)了精餾過程的復(fù)雜性。多組分體系適用于多組分體系的精餾計算，能夠更加準(zhǔn)確地預(yù)測分離效果，為塔的設(shè)計提供可靠的理論基礎(chǔ)。精餾塔設(shè)計塔體結(jié)構(gòu)精餾塔主要由塔體、塔板或填料層、進(jìn)料口、回流管、冷凝器、再沸器等組成。塔體一般為圓柱形，可由鋼材、不銹鋼等材料制成。塔板或填料層用于實現(xiàn)氣液兩相的接觸傳質(zhì)，提高分離效率。關(guān)鍵參數(shù)塔徑、塔高、板數(shù)、板距、進(jìn)料位置、回流比等參數(shù)都需要根據(jù)具體工藝要求進(jìn)行設(shè)計計算。需要考慮塔內(nèi)流量、傳質(zhì)過程、熱量平衡、壓降等因素，確保精餾塔高效穩(wěn)定運行。進(jìn)料位置的選擇最佳進(jìn)料位置進(jìn)料位置選擇影響塔板負(fù)荷和分離效果。進(jìn)料位置過高會導(dǎo)致塔板負(fù)荷過高。進(jìn)料位置過低會導(dǎo)致分離效果不佳。計算方法使用McCabe-Thiele圖或Ponchon-Savarit圖確定最佳進(jìn)料位置。根據(jù)進(jìn)料的摩爾分?jǐn)?shù)和進(jìn)料溫度確定進(jìn)料線的斜率。將進(jìn)料線與塔板的平衡線相交，交點即為最佳進(jìn)料位置?；亓鞅鹊拇_定回流比是精餾塔中重要的操作參數(shù)，對分離效果有重要影響?；亓鞅仍礁?，塔頂產(chǎn)品純度越高，但能耗也越高。回流比過低，則分離效果差，無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。塔頂產(chǎn)品純度能耗實際操作中，通常根據(jù)經(jīng)濟效益選擇最佳回流比，以確保在滿足分離要求的情況下，能耗最低。塔頂溫度和塔底溫度塔頂溫度塔底溫度通常為輕組分沸點通常為重組分沸點控制輕組分揮發(fā)控制重組分殘留影響塔頂產(chǎn)品純度影響塔底產(chǎn)品濃度塔頂溫度和塔底溫度是精餾塔運行的重要參數(shù)。它們直接影響著產(chǎn)品的純度和濃度。塔高的確定精餾塔高度決定了塔內(nèi)氣液接觸的理論板數(shù)，直接影響分離效率和能耗。根據(jù)理論板數(shù)、每塊板的實際高度和塔頂、塔底距離計算塔高。10板數(shù)根據(jù)McCabe-Thiele圖或Ponchon-Savarit圖確定0.5板高根據(jù)塔徑、板型和操作條件確定10間距通常為0.5-1米，確保氣液充分接觸塔徑的確定11.塔內(nèi)氣速塔徑確定基于塔內(nèi)氣速，確保塔內(nèi)氣液接觸充分，提高分離效率。22.塔體材質(zhì)不同材質(zhì)的塔體，具有不同的承壓能力和腐蝕抵抗力，需要根據(jù)工藝要求選擇。33.塔體結(jié)構(gòu)塔體結(jié)構(gòu)包括塔體壁厚、塔板類型和塔內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)等，影響塔徑的確定。44.設(shè)計安全系數(shù)為了確保塔體安全運行，需要預(yù)留一定的設(shè)計安全系數(shù)，確保塔徑足夠大。板數(shù)和板距的選擇板數(shù)影響分離效率塔高板距影響塔內(nèi)流體分布塔內(nèi)壓降板數(shù)和板距的選擇需要綜合考慮分離效率、塔高、塔內(nèi)壓降等因素。板數(shù)越多，分離效率越高，但塔高也越高。板距過小，容易造成塔內(nèi)液泛，影響分離效率。板距過大，塔內(nèi)壓降過高，不利于操作。塔內(nèi)流量計算物料平衡塔內(nèi)每一層都遵循物料平衡，進(jìn)料量等于出料量。能量平衡熱量輸入等于熱量輸出，包括汽化熱、冷凝熱和傳熱損失。摩爾流量根據(jù)物料組成和分子量計算每種組分的摩爾流量，用于后續(xù)計算。質(zhì)量流量將摩爾流量乘以分子量，得到每種組分的質(zhì)量流量，方便進(jìn)行質(zhì)量平衡計算。塔內(nèi)傳質(zhì)過程1氣液傳質(zhì)塔內(nèi)氣液兩相接觸，發(fā)生質(zhì)量傳遞，氣相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入液相，液相中的難揮發(fā)組分進(jìn)入氣相。2傳質(zhì)阻力傳質(zhì)過程受到氣膜、液膜和界面阻力的影響，阻力越大，傳質(zhì)效率越低。3傳質(zhì)效率傳質(zhì)效率與塔板類型、板間距、氣液負(fù)荷等因素有關(guān)，影響分離效果。蒸發(fā)和凝結(jié)過程蒸發(fā)過程塔內(nèi)液體在加熱后沸騰，部分液體蒸發(fā)成氣體。蒸發(fā)過程需要吸收熱量，導(dǎo)致塔內(nèi)液體溫度降低。凝結(jié)過程塔頂氣體被冷卻至露點溫度，部分氣體凝結(jié)成液體。凝結(jié)過程會釋放熱量，導(dǎo)致塔頂氣體溫度升高。出料組成分析塔頂產(chǎn)品塔頂產(chǎn)品中，目標(biāo)產(chǎn)物濃度較高，雜質(zhì)含量較低。塔底產(chǎn)品塔底產(chǎn)品中，目標(biāo)產(chǎn)物濃度較低，雜質(zhì)含量較高。影響因素進(jìn)料組成回流比塔板效率操作壓力溫度回流比對分離效果的影響回流比越高，塔頂餾出液中輕組分濃度越高，分離效果越好，但同時也會導(dǎo)致能耗增加。因此，選擇合適的回流比需要綜合考慮分離效果和能耗成本。精餾分離效率精餾分離效率是指實際分離效果與理論分離效果的比值，通常用分離因子表示。分離因子越大，表示分離效果越好。精餾分離效率受到多種因素的影響，包括進(jìn)料組成、回流比、塔板效率、塔徑、塔高等。90%分離因子衡量分離效果的指標(biāo)5-10%實際分離實際分離效果與理論分離效果的差異30-50%塔板效率塔板對物質(zhì)分離的效率10%塔徑塔的直徑影響分離效率精餾塔的熱量平衡精餾塔的熱量平衡是塔內(nèi)能量守恒的體現(xiàn)。能量守恒是指系統(tǒng)內(nèi)能量的總量保持不變，只是形式發(fā)生變化，例如，熱能可以轉(zhuǎn)化為機械能，反之亦然。精餾塔內(nèi)發(fā)生的熱量傳遞過程主要包括：進(jìn)料加熱、蒸汽冷凝、液相冷卻、塔內(nèi)熱量損失等。這些熱量傳遞過程相互影響，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。1進(jìn)料進(jìn)料溫度和熱量對塔內(nèi)溫度和熱量分布有重要影響。2回流回流液的溫度和熱量影響塔頂溫度和產(chǎn)物純度。3冷凝冷凝器的冷卻水溫度和流量影響塔頂溫度和產(chǎn)物純度。4加熱加熱器的蒸汽溫度和流量影響塔底溫度和產(chǎn)物純度。精餾塔的壓降計算1流體阻力塔內(nèi)流體流動會產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致壓降。2板層阻力塔板自身結(jié)構(gòu)和操作條件也會造成壓降。3塔內(nèi)氣速氣速越高，壓降越大，需要考慮氣速對壓降的影響。4塔內(nèi)液速液速過高也會導(dǎo)致壓降增加，需要合理控制液速。精餾優(yōu)化與控制精餾過程的優(yōu)化和控制至關(guān)重要，可以提高分離效率，降低能耗，并保證產(chǎn)品質(zhì)量。優(yōu)化目標(biāo)包括提高產(chǎn)品純度、降低能耗、提高操作穩(wěn)定性等?？刂撇呗灾饕ㄟM(jìn)料流量、回流比、塔頂溫度、塔底溫度等參數(shù)的調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)精餾過程的穩(wěn)定運行。精餾應(yīng)用實例石油化工精餾廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域，用于分離原油中的各種烴類，生產(chǎn)汽油、柴油、煤油等燃料，以及各種化工原料。醫(yī)藥行業(yè)精餾用于分離和提純藥物中間體和最終產(chǎn)品，確保藥物的純度和有效性。食品飲料酒精飲料的生產(chǎn)，如白酒、啤酒和葡萄酒，利用精餾分離和提純酒精，并去除雜質(zhì)。小結(jié)與討論本課程介紹了精餾的基本原理、操作方法和設(shè)備設(shè)計，并討論了精餾過程優(yōu)化與控制。課程內(nèi)容涵蓋了相平衡、精餾過程分類、McCabe-Thiele圖解法、精餾塔設(shè)計和分離效率等重要概念。