《精餾操作型計算》課件

精餾操作型計算精餾操作型計算是化工過程模擬的重要組成部分。它涉及各種參數(shù)的計算，例如進(jìn)料組成、塔板數(shù)、回流比等。by課程簡介1概述本課程深入講解精餾操作型計算，涵蓋基本原理、模型和應(yīng)用。2目標(biāo)幫助學(xué)生掌握精餾操作型計算方法，并能應(yīng)用于實際工程問題。3內(nèi)容課程內(nèi)容包括相平衡、塔設(shè)備設(shè)計、優(yōu)化和應(yīng)用實例分析。4學(xué)習(xí)方法理論講解結(jié)合實際案例，通過習(xí)題練習(xí)加深理解。精餾的應(yīng)用領(lǐng)域石油化工精餾是石油精煉的核心工藝，用于分離原油中的不同烴類組分，生產(chǎn)汽油、柴油等燃料。化工生產(chǎn)精餾廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)中，用于分離和提純各種化學(xué)物質(zhì)，例如乙醇、丙酮、甲醇等。食品工業(yè)精餾在食品工業(yè)中用于生產(chǎn)酒精飲料，例如啤酒、白酒和葡萄酒。制藥行業(yè)精餾用于制藥行業(yè)，分離和提純藥物成分，例如抗生素、維生素和激素。精餾基本原理分離原理精餾利用不同組分沸點差異，將混合物分離成純度更高的組分。操作過程在精餾塔中，混合物加熱蒸發(fā)，上升蒸汽與下降液體相互接觸，進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，從而實現(xiàn)分離。塔體結(jié)構(gòu)精餾塔通常由塔頂、塔身、塔底和塔板組成，塔板的設(shè)計影響分離效率。理論基礎(chǔ)相平衡理論、傳質(zhì)傳熱理論是精餾操作的理論基礎(chǔ)。相平衡圖相平衡圖是描述液相和汽相之間物質(zhì)平衡關(guān)系的圖形。圖中橫坐標(biāo)表示液體組分的摩爾分?jǐn)?shù)，縱坐標(biāo)表示氣相組分的摩爾分?jǐn)?shù)。相平衡圖是用于精餾設(shè)計和操作的關(guān)鍵工具。相平衡數(shù)據(jù)的獲取與處理1實驗測定常用的方法包括氣液平衡釜法和氣液色譜法。2預(yù)測模型采用熱力學(xué)模型來預(yù)測相平衡數(shù)據(jù)，如Wilson方程、NRTL方程和UNIQUAC方程。3數(shù)據(jù)處理對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和回歸，以獲得準(zhǔn)確的相平衡數(shù)據(jù)。獲取準(zhǔn)確可靠的相平衡數(shù)據(jù)是進(jìn)行精餾操作型計算的基礎(chǔ)。實驗測定方法可以獲得精確的數(shù)據(jù)，但成本較高，而且過程較為復(fù)雜。預(yù)測模型可以降低成本，但需要選擇合適的模型和參數(shù)，才能獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。相平衡數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析相關(guān)性影響溫度影響相平衡壓力影響相平衡組分影響相平衡理想溶液理論定義理想溶液是指各組分之間相互作用力與組分自身之間的相互作用力相等，且溶液形成過程無體積變化和熱效應(yīng)的溶液。特點理想溶液遵循拉烏爾定律，即各組分的蒸汽壓與其摩爾分?jǐn)?shù)成正比，混合熱為零，溶液的體積等于各組分體積之和。非理想溶液理論非理想溶液并非所有液體混合物都遵循理想溶液的性質(zhì)。分子間作用力偏差源于組分間相互作用力的差異。偏差類型正偏差：相互排斥，負(fù)偏差：相互吸引。活度系數(shù)模型活度系數(shù)活度系數(shù)用于修正理想溶液理論的偏差，反映非理想溶液中組分偏離理想行為的程度。活度系數(shù)的大小取決于體系的溫度、壓力和組成，以及溶液中各組分之間的相互作用。模型分類常用的活度系數(shù)模型包括：Wilson模型、NRTL模型、UNIQUAC模型和UNIFAC模型等。這些模型都基于不同的假設(shè)和參數(shù)化方法，適用于不同類型的非理想溶液體系。Gamma-Phi方法1氣相組成計算氣相中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)2液相組成計算液相中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)3平衡關(guān)系運用相平衡關(guān)系計算相平衡常數(shù)Gamma-Phi方法是一種常用的精餾計算方法。該方法通過計算氣相和液相的組成，運用相平衡關(guān)系求解相平衡常數(shù)，進(jìn)而確定各組分的分配比例。Phi-Phi方法定義Phi-Phi方法是一種基于活度系數(shù)模型的精餾計算方法。該方法使用相平衡數(shù)據(jù)和活度系數(shù)模型來預(yù)測氣液平衡，并計算出不同階段的組成和溫度。步驟該方法首先使用活度系數(shù)模型計算出氣相和液相的活度系數(shù)，然后利用這些信息來預(yù)測相平衡。之后，將這些信息應(yīng)用于平衡階段理論模型，以確定不同階段的組成和溫度。優(yōu)點Phi-Phi方法的優(yōu)點在于其能夠準(zhǔn)確地預(yù)測非理想溶液的相平衡，并能夠有效地處理多組分體系的精餾計算。應(yīng)用該方法廣泛應(yīng)用于化工、石油化工、制藥等領(lǐng)域，用于優(yōu)化精餾過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。蒸汽壓相關(guān)性蒸汽壓是指在給定溫度下，液體或固體物質(zhì)的蒸汽與液相或固相達(dá)到平衡時的壓力。蒸汽壓與溫度密切相關(guān)，溫度越高，蒸汽壓越高。沸點相關(guān)性沸點是物質(zhì)在一定壓力下沸騰時的溫度。沸點是表征物質(zhì)的一個重要物理性質(zhì)，它與物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、分子間作用力、分子量等因素有關(guān)。沸點與壓力密切相關(guān)，壓力越高，沸點越高。沸點與物質(zhì)的分子量和分子間作用力有關(guān)，分子量越大，分子間作用力越強，沸點越高。100沸點沸點是指液體在一定壓力下氣化時的溫度。101壓力壓力越高，沸點越高。102分子量分子量越大，沸點越高。103分子間作用力分子間作用力越強，沸點越高。平衡階段理論1理論基礎(chǔ)平衡階段理論基于每個階段達(dá)到平衡的假設(shè)。平衡階段理論描述的是在理想情況下，一個理論性分離級如何進(jìn)行物質(zhì)交換。2多級接觸平衡階段理論假設(shè)流體之間的混合和分離發(fā)生在多個連續(xù)的接觸階段中。每個階段都達(dá)到了平衡，允許組分在液相和汽相之間進(jìn)行最大程度的轉(zhuǎn)移。3理論模型該模型建立在物質(zhì)和能量平衡方程的基礎(chǔ)上，描述了每個階段中各組分的濃度和溫度。此理論模型可以用于分析和設(shè)計精餾塔等分離設(shè)備。4應(yīng)用價值平衡階段理論為精餾操作提供了理論基礎(chǔ)，并為設(shè)計和優(yōu)化精餾塔提供了理論指導(dǎo)。該理論有助于理解不同操作參數(shù)對分離效率的影響。McCabe-Thiele圖法1基本原理McCabe-Thiele圖法是基于平衡階段理論，用圖形方法進(jìn)行二元混合物精餾塔的設(shè)計計算。2操作線在精餾塔中，根據(jù)物料衡算，可以確定操作線，它表示塔內(nèi)各段的液體和蒸汽組成之間的關(guān)系。3平衡曲線平衡曲線表示在給定壓力下，液體和蒸汽的組成處于平衡狀態(tài)時的關(guān)系，可以由相平衡數(shù)據(jù)得到。Ponchon-Savarit圖法1焓平衡該方法利用焓平衡原理，通過焓-濃度圖，直觀地展示精餾過程的能量變化。2圖形化表示Ponchon-Savarit圖法將精餾過程中的物料流和熱量流用圖形的方式表示出來，便于理解和分析。3復(fù)雜混合物適用于處理多組分混合物，可以準(zhǔn)確計算出塔頂和塔底產(chǎn)品的組成和流量，以及各段的熱量和物料流量。噴射塔內(nèi)的物質(zhì)和熱量平衡物質(zhì)平衡噴射塔內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)交換，進(jìn)料、蒸汽和產(chǎn)品之間存在質(zhì)量守恒關(guān)系。熱量平衡噴射塔內(nèi)存在熱量交換，進(jìn)料、蒸汽和產(chǎn)品之間存在能量守恒關(guān)系。平衡方程根據(jù)物質(zhì)和熱量平衡原理，可以建立相應(yīng)的方程，計算塔內(nèi)的操作參數(shù)。噴射塔內(nèi)的溫度分布溫度梯度噴射塔內(nèi)溫度梯度是影響精餾效率的關(guān)鍵因素。溫度梯度越大，分離效果越好，但同時能耗也會增加。溫度控制為了實現(xiàn)最佳分離效果，需要根據(jù)物料性質(zhì)和操作條件，合理控制噴射塔內(nèi)各部分的溫度。溫度測量噴射塔內(nèi)溫度測量是進(jìn)行過程控制和性能評估的重要手段。常用的溫度測量儀器包括熱電偶、熱電阻等。噴射塔的操作參數(shù)優(yōu)化效率優(yōu)化提高噴射塔的效率，降低能耗，減少成本，并盡可能地回收目標(biāo)產(chǎn)物。穩(wěn)定性優(yōu)化確保噴射塔在最佳工作狀態(tài)下穩(wěn)定運行，保持產(chǎn)物質(zhì)量和產(chǎn)量。控制優(yōu)化優(yōu)化噴射塔的控制系統(tǒng)，提高其自動化程度和安全性，降低人工操作的影響。多效蒸餾系統(tǒng)設(shè)計熱量傳遞分析多效蒸餾系統(tǒng)中，熱量從第一效蒸發(fā)器傳遞到其他效蒸發(fā)器，最終被冷凝器吸收。蒸汽壓差每個蒸發(fā)器的操作壓力不同，導(dǎo)致蒸汽壓差，驅(qū)動蒸汽從一效到多效流動。物料平衡計算每個蒸發(fā)器中進(jìn)料和出料物料的量，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。能量平衡考慮系統(tǒng)中熱量輸入、輸出和損失，優(yōu)化系統(tǒng)效率。經(jīng)濟評估評估多效蒸餾系統(tǒng)的設(shè)計成本和運行成本，確保經(jīng)濟效益。固定床反應(yīng)器模型11.反應(yīng)器模型固定床反應(yīng)器模型是一種常用的反應(yīng)器模型，它模擬了固體催化劑顆粒固定在床層中的情況，并模擬了反應(yīng)物和產(chǎn)物的流動方式。22.反應(yīng)器模型該模型主要包括以下幾個部分：流體力學(xué)模型、傳質(zhì)模型、反應(yīng)動力學(xué)模型和熱力學(xué)模型。33.反應(yīng)器模型流體力學(xué)模型描述了反應(yīng)物和產(chǎn)物在床層中的流動模式，傳質(zhì)模型描述了反應(yīng)物和產(chǎn)物在床層中的擴散和對流。44.反應(yīng)器模型反應(yīng)動力學(xué)模型描述了反應(yīng)速率與溫度、濃度和催化劑活性的關(guān)系，熱力學(xué)模型描述了反應(yīng)系統(tǒng)的能量平衡。固定床反應(yīng)器的設(shè)計計算1確定反應(yīng)器尺寸計算反應(yīng)器體積和高度2選擇合適的填料根據(jù)反應(yīng)條件和催化劑特性選擇3確定傳熱和傳質(zhì)方式選擇合適的傳熱介質(zhì)和填料配置4模擬和優(yōu)化操作參數(shù)利用仿真軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計固定床反應(yīng)器的設(shè)計計算需要考慮多個因素，包括反應(yīng)動力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)和傳質(zhì)等。需要根據(jù)具體情況選擇合適的模型和計算方法，才能確保反應(yīng)器能安全高效地運行。流化床反應(yīng)器模型固體顆粒流化床反應(yīng)器中，固體顆粒被流體向上帶動，形成懸浮狀態(tài)。流體流動流體以一定的速度流過床層，使固體顆粒懸浮起來。傳熱傳質(zhì)反應(yīng)器中，熱量和物質(zhì)在固體顆粒和流體之間進(jìn)行傳遞。化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)物在固體顆粒表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成產(chǎn)物。流化床反應(yīng)器的設(shè)計計算1確定反應(yīng)器尺寸根據(jù)物料平衡和反應(yīng)速率確定2選擇流化床類型氣固流化床、液固流化床3計算流體動力學(xué)參數(shù)最小流化速度、床層膨脹度4進(jìn)行熱量平衡計算反應(yīng)器所需的熱量流化床反應(yīng)器設(shè)計計算需要綜合考慮反應(yīng)器類型、流體動力學(xué)參數(shù)、熱量平衡等因素。間歇式反應(yīng)器模型實驗室反應(yīng)器實驗室反應(yīng)器通常采用玻璃材質(zhì)，便于觀察反應(yīng)過程。它們通常用于小規(guī)模的反應(yīng)，用于研究反應(yīng)機理和優(yōu)化反應(yīng)條件。工業(yè)反應(yīng)器工業(yè)反應(yīng)器通常采用金屬材質(zhì)，具有較大的容積，可以滿足大規(guī)模生產(chǎn)需求。它們通常用于生產(chǎn)化學(xué)品、醫(yī)藥、食品等各種產(chǎn)品。間歇式反應(yīng)器的設(shè)計計算1反應(yīng)時間確定反應(yīng)時間以達(dá)到