化工原理课件ppt.ppt
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1、第三章第三章 蒸蒸 馏馏教学要求教学要求3 31 1 概述概述3 32 2 双组分溶液的汽双组分溶液的汽液平衡液平衡3 34 4 精馏原理精馏原理3-53-5两组分连续精馏的两组分连续精馏的计算计算3 36 6 平衡蒸馏平衡蒸馏,简单简单蒸馏蒸馏,间歇精馏间歇精馏教学要求教学要求基本概念:基本概念:挥发度、相对挥发度、泡点、露点、挥发度、相对挥发度、泡点、露点、恒摩尔流假设、进料热状况、最小恒摩尔流假设、进料热状况、最小 回流比、全回流、点效率、板效率回流比、全回流、点效率、板效率 和塔效率和塔效率重重 点:点:两组分的相平衡关系;两组分的相平衡关系;两组分连续精馏的计算。两组分连续精馏的计算
2、。教学要求教学要求基本公式:基本公式:拉乌尔定律、拉乌尔定律、泡点方程、露点方程、泡点方程、露点方程、两组分物系的汽液平衡关系,全塔物两组分物系的汽液平衡关系,全塔物 料衡算、精馏段和提馏段操作线方程,料衡算、精馏段和提馏段操作线方程,进料热状况参数进料热状况参数q的计算,的计算,q线方程、线方程、最小回流比的计算、理论板数的确定最小回流比的计算、理论板数的确定 (图解法,逐板计算法及简捷法);精(图解法,逐板计算法及简捷法);精 馏装置的热衡算;馏装置的热衡算;教学要求教学要求基本原理:基本原理:t-x-y图及其应用,精馏原理,回流比、图及其应用,精馏原理,回流比、进料温度进料温度、进料位置
3、等对精馏过程的、进料位置等对精馏过程的 影响,精馏塔全塔效率及点效率的测影响,精馏塔全塔效率及点效率的测 定方法。定方法。了解内容:了解内容:平衡蒸馏、简单蒸馏的特点及计算,间平衡蒸馏、简单蒸馏的特点及计算,间 歇精馏的特点及计算步骤;恒沸精馏、歇精馏的特点及计算步骤;恒沸精馏、萃取精馏的概念。萃取精馏的概念。31 概述概述一、蒸馏一、蒸馏 蒸馏蒸馏利用溶液中各组分挥发性的差异,加利用溶液中各组分挥发性的差异,加 热溶液使之部分汽化而分离溶液的操热溶液使之部分汽化而分离溶液的操 作。作。轻组分:易挥发组分,沸点低、饱和蒸汽压高。轻组分:易挥发组分,沸点低、饱和蒸汽压高。重组分:难挥发组分,沸点
4、高、饱和蒸汽压低。重组分:难挥发组分,沸点高、饱和蒸汽压低。31 概述概述本章重点:双组分常压连续精馏的原理和计算本章重点:双组分常压连续精馏的原理和计算二、蒸馏分类二、蒸馏分类按操作原理按操作原理平衡蒸馏平衡蒸馏简单蒸馏简单蒸馏按组分数按组分数精馏精馏特殊精馏特殊精馏按操作压强按操作压强减压蒸馏减压蒸馏常压蒸馏常压蒸馏加压蒸馏加压蒸馏多组分精馏多组分精馏双组分精馏双组分精馏31 概述概述精馏精馏在精馏设备内,使上升蒸汽与回流液体在精馏设备内,使上升蒸汽与回流液体 相互作用,进行多次部分汽化和多次部相互作用,进行多次部分汽化和多次部 分冷凝,使溶液得以较完全分离的操作。分冷凝,使溶液得以较完全
5、分离的操作。特殊精馏特殊精馏加盐精馏;反应精馏加盐精馏;反应精馏共沸精馏;萃取精馏共沸精馏;萃取精馏精馏的发展精馏的发展精馏操作的节能精馏操作的节能新型的精馏设备(新型塔板,填料)新型的精馏设备(新型塔板,填料)计算机在精馏过程中的应用计算机在精馏过程中的应用32 双双组组分溶液的汽液平衡分溶液的汽液平衡一、相律一、相律在在t,P,x,y 四个变量中,四个变量中,f=2。当当Pconst,f=1 t-x-y 关系即为平衡关系。关系即为平衡关系。二、拉乌尔定律及相对挥发度二、拉乌尔定律及相对挥发度1.拉乌尔定律拉乌尔定律32 双双组组分溶液的汽液平衡分溶液的汽液平衡2.相对挥发度相对挥发度挥发度
6、:挥发度:相对挥发度相对挥发度:完全理想系:完全理想系:v=pi032 双双组组分溶液的汽液平衡分溶液的汽液平衡讨论:讨论:1时时,yx 三、三、t-x-y,x-y图图数数值值偏离偏离1的程度表的程度表征了分离的征了分离的难难易程易程度。度。1时时,yx =1时时,y=x 1.t-x-y图图t-x-y 图的应用:图的应用:A.分析精馏原理分析精馏原理 B.确定物料的温度确定物料的温度t-x-y 图图四点、两线四点、两线、三区、三区32 双双组组分溶液的汽液平衡分溶液的汽液平衡作图:作图:A.由测取的由测取的t-x-y数据绘图数据绘图 B.由泡、露点方程计算值绘图由泡、露点方程计算值绘图由由Pp
7、A0,pB0取取 t算算x,y作图作图2.x-y图图x-y 图的应用图的应用精馏计算精馏计算查查32 双双组组分溶液的汽液平衡分溶液的汽液平衡例:例:已知苯甲苯混合液可视为理想溶液,两纯已知苯甲苯混合液可视为理想溶液,两纯 组分的蒸汽压由安托因公式可算。试计算含组分的蒸汽压由安托因公式可算。试计算含 苯浓度苯浓度20(mol%)的溶液在总压为的溶液在总压为800mmHg 和和32.5mmHg下的相对挥发度。下的相对挥发度。两组分的安托因公式如下:两组分的安托因公式如下:式中式中:t pi0 mmHg 34 精精馏馏原理原理x(y)tPxFxDxWL1V1y1V2x1y2xmyn问题:问题:1.
8、中间产物多中间产物多2.中间多次换热中间多次换热3.产品量少产品量少多次部分汽化多次部分汽化多次部分冷凝多次部分冷凝思考:如何解决?思考:如何解决?34 精精馏馏原理原理N+1NN-1LNLN-1VN+1VNLN-1VN+1LN-1VN+1x(y)tLN-1=LN-1(l)+L LN-1N-1(g g)VN+1=VN+1(l)+VN+1N+1(g)LNVNLN-1(g)VN+1(l)温度如何分布?温度如何分布?问题:塔顶第一块板?问题:塔顶第一块板?塔底最后一块板?塔底最后一块板?结论:什么是完整的结论:什么是完整的精馏塔精馏塔?思考:精馏塔塔顶、塔底温度如何确定?思考:精馏塔塔顶、塔底温度如
9、何确定?35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算 主要内容:主要内容:1.塔顶、底产品流量及组成塔顶、底产品流量及组成2.回流比的确定回流比的确定3.理论塔板数理论塔板数35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算F,xFD,xDW,xWF=D+WFxF=DxD+WxWD/F馏出率馏出率DxD/FxF轻组分馏出率轻组分馏出率杠杆定律杠杆定律xFWDFxWxD35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算二、二、恒摩尔流假设恒摩尔流假设2.恒摩尔气流恒摩尔气流精馏段:精馏段:V1=V2=V提馏段:提馏段:V1=V2=V1.恒摩尔液流恒摩尔液流精
10、馏段:精馏段:L1=L2=L提馏段:提馏段:L1=L2=L35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算3.条件及证明条件及证明(1)各组分摩尔汽化潜热相等)各组分摩尔汽化潜热相等(2)各相的焓相等(显热可忽略)各相的焓相等(显热可忽略)(3)热损失不计)热损失不计对第对第N板进行物热衡算板进行物热衡算N+1NN-1LNLN-1VN+1VNVN+1+LN-1=VN+LNVN+1I+LN-1i=VNI+LNiI=r+i35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算三、操作线方程三、操作线方程 1.精馏段操作线精馏段操作线V,yN+1L,xND,xDLVV=L+DVyN+1=LxN+DxD
11、令:令:回流比回流比35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算abPyxDx(xD,xD)特点:特点:直线直线,斜率,斜率R/(R+1),过(过(xD,xD)及(及(0,xD/(R+1)35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算2.提馏段操作线提馏段操作线V,ymL,xm-1LVW,xWL=V+WLxm-1=Vym+WxW特点特点:直线,斜率直线,斜率L/V,过(过(xW,xW)截距:截距:35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算abcdPxyxDxW035 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算3.进料热状况进料热状况q进料热状况参数(每千摩尔进料能为提馏段进
12、料热状况参数(每千摩尔进料能为提馏段 带入的液体千摩尔数)带入的液体千摩尔数)L=L+qF=RD+qFV=V-(1-q)F=(R+1)D-(1-q)F五种进料热状况五种进料热状况q值的求取值的求取FLLVV对进料板进行物热衡算对进料板进行物热衡算FLVLV冷液进料冷液进料泡点进料泡点进料FLVLVFqF(1-q)FLV LV汽液混合进料汽液混合进料35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算FLVLV过热蒸汽进料过热蒸汽进料FLVLV饱和蒸汽进料饱和蒸汽进料35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算F+V+L=L+VFIF+VI+
13、Li=Li+VIq冷液:冷液:ttb泡点:泡点:t=tb q=1露点:露点:t=td q=0混合物:混合物:tbttd 0q1过热蒸气:过热蒸气:q035 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算两操作线交点轨迹方程两操作线交点轨迹方程FxF=DxD+WxWV-V=(1-q)FL-L=qFVy=Lx-WxWVy=Lx+DxD联解方程组:联解方程组:特点:特点:直线直线,斜率,斜率q/q-1过(过(xF,xF)称为称为进料方程进料方程交点坐标:交点坐标:35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算过(过(xD,xD)及(及(0,xD/(R+1).过(过(xW,xW)及(及(xq,yq)
14、过(过(xF,xF),斜率,斜率q/q-1.小结小结L=L+qF=RD+qFV=V-(1-q)F=(R+1)D-(1-q)F35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算四、理论板数求取四、理论板数求取已知:已知:F,xF,tF,xD,xW,R,平衡关系平衡关系塔顶采用全凝(泡点回流)塔顶采用全凝(泡点回流)1.逐板计算法逐板计算法 主要用于求取塔特殊位置汽液两相组成主要用于求取塔特殊位置汽液两相组成由全塔物料衡算求取由全塔物料衡算求取D、W、xD、xW中的未知项中的未知项算算q,得,得xq或画出或画出q线方程线方程写出(画出)精馏段及提馏段操作线方程写出(画出)精馏段及提馏段操作线方程准
15、备:准备:35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算xD=y1平衡平衡精操精操x1平衡平衡xnxnxq,进入提馏段,进入提馏段,N精精n-1提操提操xn=x1平衡平衡y2平衡平衡xmxmxw,计算结束计算结束N提提 mxmxwxm=xwN含再沸器含再沸器35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算2.图解法图解法yxP10(xD,xD)(xW,xW)(xF,xF)qxDxWxFxqx4x7(含再沸器)含再沸器)第四块板进料第四块板进料35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算yxP10(xD,xD)(xW,xW)(xF,xF)qxDxWxFxqx4x73.适宜的进料位置适
16、宜的进料位置试分析原因试分析原因N=6.3N=7.6提前进料呢?提前进料呢?35 双双组组分分连续连续常常压压yxP10q0.90.10.550.40.30.625某二元连续精馏某二元连续精馏过程如图所示。过程如图所示。试求:试求:1.产品组成;产品组成;2.原料组成;原料组成;3.回流比;回流比;4.最小回流比;最小回流比;5.理论板数;理论板数;6.进料热状况。进料热状况。35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算例要在常压操作的连续精馏塔中把含例要在常压操作的连续精馏塔中把含0.4苯及苯及 0.6甲苯溶液加以分离,以便得到含甲苯溶液加以分离,以便得到含0.95苯苯 的馏出液和的馏
17、出液和0.04苯(以上均为摩尔分率)苯(以上均为摩尔分率)的釜液。回流比为的釜液。回流比为3,泡点进料,进料摩尔,泡点进料,进料摩尔 流量为流量为100kmol/h。求从冷凝器回流入塔顶。求从冷凝器回流入塔顶 的回流液的摩尔流量及自釜升入塔底的蒸气的回流液的摩尔流量及自釜升入塔底的蒸气 的摩尔流量。的摩尔流量。35 双双组组分分连续连续常常压压精精馏计馏计算算例:在连续精馏塔中,例:在连续精馏塔中,精馏段操作线为精馏段操作线为 yn+1=0.75xn+0.2075,q线方程线方程y=-0.5x+1.5xF,塔顶采用全凝器,泡,塔顶采用全凝器,泡 点回流,操作压力下的平均相对挥发度为点回流,操作
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