化工原理第九章精.ppt

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1、化工原理第九章第1页，本讲稿共69页（2）q线线方程（方程（进进料方程）料方程）第2页，本讲稿共69页 图示：图示：（1）精馏段操作线（2）q 线 （3）提馏段操作线 第3页，本讲稿共69页意义：意义：一定的进料状态下，操 作回流比改变时，两操 作线交点的轨迹方程。可见：可见：q 的值不影响精馏段操作线，但对提馏段操作线有影响。的值不影响精馏段操作线，但对提馏段操作线有影响。进料状态参数对操作线的影响进料状态参数对操作线的影响精馏段操作线方程:q线方程：提馏段操作线方程:第4页，本讲稿共69页进料状况的影响：进料状况的影响：影影响响到到提提馏馏段段传传质质推推动动力力；影影响响到到再再沸沸器器

2、的的热负荷。热负荷。第5页，本讲稿共69页说明：说明：q，提馏段操作线斜率增大。提馏段操作线与进料量F无关。提馏段操作线方程经变换，与xD，xW，xF，q，R有关。注意q的两个特殊值：饱和液体进料：q=1 饱和蒸汽进料：q=0q=1q10q1q=0q0 xFxDxW第6页，本讲稿共69页（3）逐板逐板计计算法算法精馏塔的逐板计算精馏塔的逐板计算yN-1 D,xD y1 y2 L,xD x1 xn yn+1 V L 1 2n x2 yn V,y1 xN-1 xm+1 L,xN-1 V,yWym V L xm-1 W,xW m+1 m ym+1 N-1 Nxm F,xF N1+1N1xN1 第7页

3、，本讲稿共69页作出精、提馏段操作线、q线；从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止；（4）图图解法解法麦麦 卡卡 勃勃-蒂蒂 列列（Mccabe-Thiele）法，简称）法，简称M-T法法第8页，本讲稿共69页所画的总阶梯数就是全塔所需的理论塔板数（包含再沸器），跨过点d的那块板就是加料板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。第9页，本讲稿共69页D,xDW,xWF,xF最佳位置进料最佳位置进料 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 xy a b c d f xF xW x

4、D 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 理论板数的图解理论板数的图解（5）最佳最佳进进料位置的确定料位置的确定第10页，本讲稿共69页D,xDW,xWF,xF非最佳进料与最佳进料的非最佳进料与最佳进料的比较：进料口下移三块板比较：进料口下移三块板非最佳位置进非最佳位置进料比最佳位置料比最佳位置进料所需的理进料所需的理论板数多。论板数多。0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 x y 1 a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 14 第11页，本讲稿共69页D,xDW,xWF,xF非最佳

5、位置进非最佳位置进料比最佳位置料比最佳位置进料所需的理进料所需的理论板数多。论板数多。1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 x y a b c d f xF xW xD 8 10 2 4 6 3 7 9 11 5 12 13 14 非最佳进料与最佳进料的非最佳进料与最佳进料的比较：进料口上移一块板比较：进料口上移一块板第12页，本讲稿共69页进料位置对分离的影响第13页，本讲稿共69页第14页，本讲稿共69页第15页，本讲稿共69页9.5.2 9.5.2 回流比的回流比的选择选择（1）全回流）全回流 与最少理与最少理论论板数板数L=Vy xD a xW

6、 b 0 xW xD 第16页，本讲稿共69页 最小理论板数的确定最小理论板数的确定:图解法、逐板计算法。a）图解法在平衡线与对角线之间画梯级，直至xnxw为止。第17页，本讲稿共69页b)逐板计算法计算思想：由xD始，依次反复应用平衡关系与操作关系，直至 xnxw为止。平衡关系：对第n块板：n第n块板A组分对B组分的相对挥发度。操作关系：第18页，本讲稿共69页 逐板计算当塔顶为全凝器时：当塔顶为全凝器时：板序号板序号 平衡关系平衡关系 操作关系操作关系 12n整理得：整理得：第19页，本讲稿共69页达到规定的分离要求时对双组分：对双组分：Fenske 方程第20页，本讲稿共69页结论：结论

7、：第21页，本讲稿共69页（2）最小回流比）最小回流比Rmin为为完完成成某某一一分分离离要要求求，所所需需的的理理论论塔塔板板数数为为无无穷穷多多时时的的回回流流比比称称为为最小回流比最小回流比。图解法图解法 解析法解析法第22页，本讲稿共69页第23页，本讲稿共69页特殊平衡关系下的Rmin第24页，本讲稿共69页y yx xe恒浓区在提馏段 dy yx xe恒浓区在精馏段 d第25页，本讲稿共69页（3）回流比的影响和回流比的影响和选择选择第26页，本讲稿共69页适宜回流比适宜回流比第27页，本讲稿共69页说明说明：R N 塔设备费第28页，本讲稿共69页（4）理理论论板数的捷算法板数的

8、捷算法（N、Nmin均包括再沸器在内）均包括再沸器在内）第29页，本讲稿共69页第30页，本讲稿共69页9.5.39.5.3加料加料热热状状态态的的选择选择 q ，Q点右移，提馏段操作线与平衡线距离，提馏段各塔板分离能力，N。第31页，本讲稿共69页1直接蒸汽加热流程直接蒸汽加热流程 （1）全塔物料衡算式形式不同）全塔物料衡算式形式不同与间接蒸汽加热流程相比：与间接蒸汽加热流程相比：9.5.49.5.4双双组组分精分精馏过馏过程的其他程的其他类类型型第32页，本讲稿共69页（2）精、）精、提、提、q线方程形式相同线方程形式相同乙醇乙醇-水精馏体系直接蒸汽加热水精馏体系直接蒸汽加热ab dfxF

9、xWxDxyx*Wb第33页，本讲稿共69页 乙醇乙醇-水精馏体系直接蒸汽加热水精馏体系直接蒸汽加热ab dfxFxWxDxyx*Wb第34页，本讲稿共69页第35页，本讲稿共69页2多股加料流程多股加料流程特点：特点：1.精、提操作线方程不变精、提操作线方程不变 2.两两股股进进料料之之间间的的操操作作线线方方程程可可通通过过虚虚线线范范围内的物料衡算得到：围内的物料衡算得到：第36页，本讲稿共69页从上到下，操作线斜率依次增大。思考：当多股进料时，如何确定最小回流比？第37页，本讲稿共69页第38页，本讲稿共69页多股进料的精馏操作线图示第39页，本讲稿共69页第40页，本讲稿共69页3.

10、侧线出料流程侧线出料流程 第41页，本讲稿共69页第42页，本讲稿共69页4 回收塔流程回收塔流程第43页，本讲稿共69页第44页，本讲稿共69页回收塔的理论板数计算过程第45页，本讲稿共69页9.5.5平衡线为直线时理论板数的解析计算平衡线为直线时理论板数的解析计算当双组分溶液在很低的含量范围内，气液平衡关系近似为一直当双组分溶液在很低的含量范围内，气液平衡关系近似为一直线时，应用于高纯度分离过程所需理论板数的计算。线时，应用于高纯度分离过程所需理论板数的计算。第46页，本讲稿共69页9.6双组分精馏的操作型计算双组分精馏的操作型计算9.6.19.6.1精精馏过馏过程的操作型程的操作型计计算

11、算（1）操作型操作型计计算的命算的命题题对已有的精馏塔，在给定的精馏条件下，核算其可能达到对已有的精馏塔，在给定的精馏条件下，核算其可能达到 的分离程度。如已知的分离程度。如已知对运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时，分析分离效对运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时，分析分离效果的变化，是否能获得合格产品？如不能需采取何措施？果的变化，是否能获得合格产品？如不能需采取何措施？还会产生何影响等。如还会产生何影响等。如第47页，本讲稿共69页（2）精精馏馏塔操作型塔操作型问题问题的分析方法的分析方法定性分析方法定性分析方法第48页，本讲稿共69页定量计算方法定量计算方法需用试差需用试差法法计算公式

12、包括计算公式包括精馏段操作线方程精馏段操作线方程提馏段操作线方程提馏段操作线方程q线方程线方程相平衡方程相平衡方程全塔物料衡算方程全塔物料衡算方程例：一正在运行中的精馏塔，由于前段工序的原因，导致例：一正在运行中的精馏塔，由于前段工序的原因，导致 原料组成原料组成xF下降，试分析下降，试分析L、V、L、D、W、xD、xW 如何变化？如何变化？第49页，本讲稿共69页第50页，本讲稿共69页（3）回流比增加）回流比增加对对精精馏结馏结果的影响果的影响（4）进进料料组组成成变动变动的影响的影响第51页，本讲稿共69页第52页，本讲稿共69页9.6.2 9.6.2 精精馏馏塔的温度分布和灵敏板塔的温

13、度分布和灵敏板（1）精）精馏馏塔的温度分布塔的温度分布 溶液的泡点与总压及组成有关。精馏塔内各块塔板上物料的组成及总压并不相同，因而塔顶至于塔底形成某种温度分布。（2）灵敏板）灵敏板 仔细分析操作条件变动前后温度分别的变化，即可发现在精馏段或提馏段的某些塔板上，温度变化量最为显著。或者说，这些塔板的温度对外界干扰因素的反映最灵敏，故将这些塔板称之为灵敏板。第53页，本讲稿共69页9.7其他精馏方式与其他精馏方式与多元精馏多元精馏一、水蒸汽蒸馏一、水蒸汽蒸馏原理：使沸点降低原理：使沸点降低适用范围：不相溶物系（其中一相为水）适用范围：不相溶物系（其中一相为水）水蒸汽消耗量的计算：水蒸汽消耗量的计

14、算：由于水蒸汽与液体接触时间有限，由于水蒸汽与液体接触时间有限，A的实际分压的实际分压一般用直接蒸汽时，由于接触时间较短，一般用直接蒸汽时，由于接触时间较短，所带出的所带出的A的分压达不到饱和状态。的分压达不到饱和状态。第54页，本讲稿共69页消耗水消耗水水蒸汽蒸馏的代价水蒸汽蒸馏的代价负荷增加负荷增加由于多一组分水，对传质不利，由于多一组分水，对传质不利，同样要求下，所需板数将增加。同样要求下，所需板数将增加。第55页，本讲稿共69页思考：间间歇歇精精馏馏与与简简单单蒸蒸馏馏有有何何相相同同和不同之处？和不同之处？间间歇歇精精馏馏通通常常有有恒恒回回流流比比、恒恒馏馏出出液液组组成成这这两两

15、种操作方式种操作方式二、间歇精馏二、间歇精馏第56页，本讲稿共69页1恒回流比操作恒回流比操作2恒馏出液组成操作恒馏出液组成操作第57页，本讲稿共69页 在在被被分分离离的的混混合合液液中中加加入入第第三三组组分分，以以改改变变原原混混合合物组分间的相对挥发度，从而用精馏将它们分离。物组分间的相对挥发度，从而用精馏将它们分离。三、特殊精馏三、特殊精馏第58页，本讲稿共69页1 恒沸精馏恒沸精馏第59页，本讲稿共69页乙醇水共沸物无水乙醇废水乙醇水共沸物补充苯稀乙醇无水乙醇生产共沸精馏工艺流程无水乙醇生产共沸精馏工艺流程第60页，本讲稿共69页恒沸剂的选择原则：恒沸剂的选择原则：（1）新新的的最

16、最低低恒恒沸沸物物沸沸点点要要与与另另一一从从塔塔底底排排出出的的组组分分要要有有足足够够大的差别，一般要求大于大的差别，一般要求大于10。（2）希希望望能能与与料料液液中中含含量量较较少少的的那那个个组组分分形形成成恒恒沸沸物物，而而且且夹夹带带组组分分的的量量要要尽尽可可能能高高，这这样样夹夹带带剂剂用用量量较较少少，能耗较低。能耗较低。（3）最最好好能能形形成成非非均均相相恒恒沸沸物物，以以便便于于回回收收其其中中的的夹夹带带剂剂。如如在在环环己己烷烷苯苯恒恒沸沸精精馏馏中中的的萃萃取取加加精精馏馏的的办办法法，乙醇水恒沸精馏中静置分层的办法。乙醇水恒沸精馏中静置分层的办法。（4）还还应

17、应满满足足其其它它的的工工业业要要求求，如如具具备备热热稳稳定定性性、无无毒毒、不不腐腐蚀、来源容易、价格低廉等。蚀、来源容易、价格低廉等。第61页，本讲稿共69页 2萃取精馏萃取精馏第62页，本讲稿共69页乙醇水无水乙醇乙二醇水乙二醇水无水乙醇生产萃取精馏工艺流程无水乙醇生产萃取精馏工艺流程第63页，本讲稿共69页萃取剂的选择原则：萃取剂的选择原则：（1）选择性高）选择性高 加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大。加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大。（2）溶解度大溶解度大 能能和和任任何何浓浓度度的的原原溶溶液液互互溶溶，以以避避免免分分层层，否否则则难难以以充充分分

18、发挥萃取精馏的作用。发挥萃取精馏的作用。（3）挥发性小）挥发性小 其其沸沸点点比比混混合合液液的的其其它它组组分分高高得得多多，以以保保证证塔塔顶顶产产品品的的质质量量，也也易易与与另另一一组组分分分分离离，但但沸沸点点也也不不能能太太高高，否否则则会会造造成成回回收困难。收困难。（4）具具有有稳稳定定性性、无无毒毒、不不腐腐蚀蚀、来来源源容容易易、价价格格低低廉廉等等其其它它工业要求。工业要求。第64页，本讲稿共69页多元精馏多元精馏一、多元精馏的特点一、多元精馏的特点 将将多多个个组组分分进进行行精精馏馏分分离离的的单单元元操操作作过过程程。对对n个个组组分分，一一般般需要需要n 1个精馏

19、塔。个精馏塔。塔序的排列原则：塔序的排列原则：对热敏性物质，应优先分出；对热敏性物质，应优先分出；对纯度要求高的组分，应设计从塔顶采出或侧线采出；对纯度要求高的组分，应设计从塔顶采出或侧线采出；如有难分离的相邻组分，应置于最后（原因是在最后负荷如有难分离的相邻组分，应置于最后（原因是在最后负荷 最小，此时需理论板数较多，回流比较大，较经济）；最小，此时需理论板数较多，回流比较大，较经济）；各组分在流程中的汽化、冷凝次数应尽可能减小，以降低各组分在流程中的汽化、冷凝次数应尽可能减小，以降低 设备的负荷和能耗。设备的负荷和能耗。单塔分离重点：单塔分离重点：关键组分关键组分 第65页，本讲稿共69页

20、二、多元精馏的计算简介二、多元精馏的计算简介1.多元物系的相平衡多元物系的相平衡相对挥发度：相对挥发度：相平衡常数：相平衡常数：2.多元精馏的物料衡算多元精馏的物料衡算清晰分割清晰分割 只考虑轻、重关键组分，只考虑轻、重关键组分，比轻关键组分更轻的组分全部从塔顶蒸出，釜出忽略不计比轻关键组分更轻的组分全部从塔顶蒸出，釜出忽略不计；比重关键组分更重的组分全部从塔釜排出，顶出忽略不计。比重关键组分更重的组分全部从塔釜排出，顶出忽略不计。非非清晰分割清晰分割 全塔整体考虑全塔整体考虑。第66页，本讲稿共69页本章小结本章小结一一 概念概念理想溶液理想溶液理想物系理想物系挥发度挥发度iiixpv=相对

21、挥发度相对挥发度BAvv=a aBBAAxpxp=BBAAxyxy=平衡级平衡级理论板理论板恒摩尔流假定恒摩尔流假定精馏原理精馏原理最佳位置进料最佳位置进料易挥发组分回收率易挥发组分回收率1=FDFxDxh h难挥发组分回收率难挥发组分回收率)1()1(2 =FWxFxWh h五种进料状态五种进料状态回流比回流比DLR=单板效率单板效率 11*)(+=nnnnmVyyyynE*)(11nnnnmLxxxxnE =、全塔效率全塔效率eNNE=0等板高度等板高度有分凝器的流程有分凝器的流程多股进料流程多股进料流程间歇精馏间歇精馏特殊精馏特殊精馏第67页，本讲稿共69页二二 公式公式1 理想物系的相

22、平衡关系理想物系的相平衡关系拉乌尔定律拉乌尔定律 =BBBAAAxppxpp00 xxy)1(1+=a aa atxy相图、相图、yx相图相图2 流程、特点、计算流程、特点、计算平衡蒸馏平衡蒸馏简单蒸馏简单蒸馏 3 精馏计算精馏计算全全塔塔：+=+=WDFWxDxFxWDF第68页，本讲稿共69页精精：111+=+RxxRRyDnn，+=DRVRDL)1(min)21.1(RR=eeeDxyyxR =minq：11 =qxxqqyFFiIiIq =01qqq饱和蒸汽时：饱和蒸汽时：液相分率液相分率饱和液、汽混合物时：饱和液、汽混合物时：饱和液体时：饱和液体时：提提：1VWxxVLyWmm=+，+=+=FqVVqFLL)1(理论板数理论板数N：图解法图解法逐板法逐板法第69页，本讲稿共69页