化工原理第六章(蒸馏与精馏原理)课件.ppt

2022-5-15第六章蒸 馏第二节第二节 蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理一、简单蒸馏与平衡蒸馏一、简单蒸馏与平衡蒸馏二、精馏原理二、精馏原理三、实现精馏的装置三、实现精馏的装置2022-5-15一、简单蒸馏与平衡蒸馏一、简单蒸馏与平衡蒸馏1、简单蒸馏、简单蒸馏【定义定义】又称微分蒸馏微分蒸馏，是一种间歇、单级、非稳间歇、单级、非稳态态蒸馏操作，用于液体混合物的初步分离初步分离。 【操作操作】 （1）原料液原料液一次性加入到蒸馏釜中；（2）通过间接加热使之部分汽化部分汽化，产生的蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝液作为馏出液馏出液产品（轻组分浓度高）排入接受器中；（3）蒸馏完成后，未汽化的釜残液釜残液一次性排出。2022-5-15（1）原料液原料液一次性加入到蒸馏釜中；（2）通过间接加热间接加热使之部分汽化部分汽化，产生的蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝液作为馏出馏出液液产品（轻组分浓度高）排入接受器中；（3）蒸馏完成后，未汽化的釜残液釜残液一次性排出。2022-5-15简单蒸馏的操作流程简单蒸馏的操作流程馏出液馏出液釜残液釜残液2022-5-15t/C0 x1y2xfy1yfx2x3加热温度加热温度简单蒸馏的特点简单蒸馏的特点（1）任一瞬时釜内的汽、液相互成平衡平衡；（2）釜内汽、液相温度不断升高，汽、液相组成温度不断升高，汽、液相组成 x、y 也随也随之改变之改变，是一种间歇、单级、非稳态间歇、单级、非稳态蒸馏操作。y3露点线露点线泡点线泡点线液相组成液相组成x汽相组成汽相组成ytt1t2t32022-5-15【产品质量控制原理产品质量控制原理】（1）当馏出液馏出液平均组成或釜残液釜残液组成降低至某规定值后（根据分离任务而定），停止蒸馏操作。xWDx2022-5-15（2）在一批操作中，馏出液可分段收集分段收集，以得到不同组成（或组分）的馏出液。釜残液釜残液馏出液馏出液2022-5-15【说明说明】在蒸酒时，只取第二次换入锡锅里的凉水冷却流出的酒，口味最为香醇，称为“二锅头”。 【掐头去尾掐头去尾 】2022-5-152、 平衡蒸馏平衡蒸馏 【定义定义】又称闪急蒸馏，简称闪蒸闪蒸，是一种连续、连续、单级、稳态单级、稳态的蒸馏操作。【分离原理分离原理】（1）液体混合物的泡点泡点是随压力压力增大而升高，压力越低，泡点就越低。（2）将高压、高温高压、高温液体混合物经过减压减压，使其泡点降低，进入闪蒸罐（分离罐分离罐）。这时，液体混合物温度高于该压力下的泡点。 （3）流体在闪蒸罐中迅速沸腾汽化沸腾汽化，出现两相平衡后并进行两相分离。 2022-5-15分分离离罐罐塔顶产品塔顶产品yAxA加热器加热器原料液原料液 塔底产品塔底产品 Q节流阀节流阀平衡蒸馏的操作平衡蒸馏的操作（1）被分离的混合液先经加加热器加热热器加热，使之温度高于分离分离罐压力下罐压力下料液的泡点；（2）通过减压阀（节流阀）减压阀（节流阀）使之压力降低使之压力降低至规定值后进入进入分离罐分离罐；（3）过热的液体混合物在分离器中部分汽化，将平衡的平衡的汽、液两相分汽、液两相分别从分离器的别从分离器的顶部、底部引顶部、底部引出出。2022-5-15平衡蒸馏的分离原理图平衡蒸馏的分离原理图t/C0露点线泡点线露点露点泡点泡点xAyAxf分离罐顶部汽分离罐顶部汽相组成相组成yA分离罐底部分离罐底部液相组成液相组成xA原料液的加原料液的加热温度热温度t原料液的初原料液的初始温度始温度t2022-5-15平衡蒸馏的操作说明平衡蒸馏的操作说明【应用应用】对液体混合液进行初步分离初步分离。【说明说明】（1）使液体混合物气化的设备不是闪蒸罐，而是减压阀减压阀；（2） 闪蒸罐的作用闪蒸罐的作用是提供液体混合物迅速汽化和汽、液分离的空间。2022-5-15分离罐塔顶产品yAxA加热器原料液 塔底产品 Q节流阀平衡蒸馏的特点平衡蒸馏的特点（2）单级单级。分离罐内只出现一次平衡，只能有限分离。（3）稳态稳态。分离罐内温度（t）不变，塔顶、底产品组成（xA、yA）保持不变保持不变。（1）连续操作连续操作。原料液连续加入，塔顶、底产品不断引出。2022-5-15二、精馏原理二、精馏原理1、部分汽化和部分冷凝、部分汽化和部分冷凝【部分汽化部分汽化】将混合溶液的温度升高到泡点与露点升高到泡点与露点之间之间，其中部分溶液汽化成蒸汽，留下部分溶液未汽化。【部分冷凝部分冷凝】将过热蒸气的温度降低到露点与泡点降低到露点与泡点之间之间，部分蒸汽冷凝成液体，留下部分蒸汽未冷凝。2022-5-15t/C0露点线泡点线露点泡点xAxfyAxfxf部分汽化和部分冷凝示意图部分汽化和部分冷凝示意图汽相中汽相中轻组分的浓度增大增大，重组分的浓度降低降低。液相中液相中重组分的浓度增大增大，轻组分的浓度降低降低。加热（冷凝）温度加热（冷凝）温度2022-5-15（1）什么是精馏？）什么是精馏？2、精馏原理、精馏原理【定义定义】根据液体混合物中各组分挥发性的差异，通过多次的部分汽通过多次的部分汽化和部分冷凝化和部分冷凝，使液体混合物得到比较彻底的分离比较彻底的分离的单元操作。2022-5-15【有关说明有关说明】（1）通过普通的精馏操作，得不到纯组分得不到纯组分；（2）如要得到纯组分，则必须采用其他的分离操作方法。【例如例如】要得到无水乙醇，则可以苯为夹带剂苯为夹带剂，采用恒沸精馏恒沸精馏的方法实现。2022-5-15t/C0露点线泡点线露点泡点x1y1xfy2y3x2x3加热温度加热温度（2）多次部分汽化和部分冷凝）多次部分汽化和部分冷凝【结论结论】通过多次部分汽化和部分冷凝，可以获得纯度很高的轻、重组分，但不能获得纯轻重组分。2022-5-15【说明说明】（1）各釜内的料液均为同一物系同一物系； （2）各釜内的料液均处在泡点泡点状态。（3）实现多次部分汽化和部分冷凝的装置）实现多次部分汽化和部分冷凝的装置操作条件：操作条件：xnxn-1 tnyn-1xFx1x2x3y1y2y3ynt1t2t3全凝器全凝器热量热量xn2022-5-15（4）维持精馏操作稳定的必要条件）维持精馏操作稳定的必要条件回流回流xFx1x2x3y1y2y3ynt1t2t3全凝器全凝器热量热量xn【工艺要求工艺要求】多釜串连模型中每一个釜的状况为：各釜内的料液处在泡点泡点状态； tnxn-1 。2022-5-15【回流回流】将上一级蒸馏釜内部分料液引一部分到下一级蒸馏釜中，从而实现蒸馏过程中每一个釜内的参数（温度、组成参数（温度、组成）维持不变）维持不变。回流操作示意图回流操作示意图xFx1x2x3y1y2y3ynt1t2t3全凝器全凝器热量热量xn成品成品【结论结论】回流是精馏操作必不回流是精馏操作必不可少的可少的，是精馏与简单蒸馏的主要区别。2022-5-15（5）进料的位置）进料的位置 为得到较纯的轻组分与重组分，原料液既不能在最上面的釜加入（只经过了一次部分汽化只经过了一次部分汽化），也不能在最下面的釜中加入（只经过了一次部分冷凝只经过了一次部分冷凝），而只能在中间某一个釜中加入只能在中间某一个釜中加入。【确定进料位置的原则确定进料位置的原则】 原料液的组成应与进料釜内料液的组成相等或接近。即：原料液的组成原料液的组成 进料釜内料液的组成进料釜内料液的组成2022-5-15原料液的组成原料液的组成 进料釜内料液的组成进料釜内料液的组成xFxnnFxx 进料釜以上的各釜使汽相中汽相中的轻组分轻组分浓度不断增大。进料釜以下的各釜使液相中液相中的重组分重组分浓度不断增大。2022-5-15二、实现精馏的工业装置二、实现精馏的工业装置 尽管可以采用多釜多釜串联串联装置实现精馏，但工业过程并不采用。其原因是：（1）设备庞杂； （2）能量消耗大； （3）占地面积宽。1、连续精馏塔、连续精馏塔 2022-5-15板式塔原理示意图板式塔原理示意图【说明说明】每一每一块塔板相当于块塔板相当于一个蒸馏釜。一个蒸馏釜。y1y2y3x1x2x32022-5-15塔板的作用示意图塔板的作用示意图【特点特点】穿过塔板的蒸汽蒸汽与塔板上的料液料液接触，进行热量热量和质量质量的交换。2022-5-15塔板结构示意图塔板结构示意图蒸汽蒸汽回流液回流液出口堰出口堰入口堰入口堰2022-5-152022-5-152022-5-15（1）原料液原料液连续地加入精馏塔内。（2）连续地从再沸器再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液釜残液）。（3）塔顶蒸汽进入全（冷）凝器全（冷）凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液馏出液）采出。 2、连续精馏操作流程、连续精馏操作流程 2022-5-152022-5-152022-5-152022-5-15【进料板进料板】原料液加入的那层塔板称为进料板（加加料板料板）；【精馏段精馏段】进料板以上的塔段；【提馏段提馏段】进料板以下的塔段（包括进料板包括进料板）。 【说明说明】精馏段和提馏段内的塔板所起的作用是相作用是相同的同的。因此，精馏段和提馏段内的塔板的结构也是塔板的结构也是一样的一样的。 3、几个概念、几个概念2022-5-15在精馏段内，上升汽相中难挥发组分向液相中传递，易挥发组分的含量逐渐增高，最终实现了上升汽相的精制上升汽相的精制。在提馏段内，完成下降液体中易挥发组分的提易挥发组分的提出出，从而提高塔顶易挥发组分的收率，同时获得高含量的难挥发组分塔底产品。精馏段与提馏段的作用精馏段与提馏段的作用