化工原理蒸馏优秀PPT.ppt
《化工原理蒸馏优秀PPT.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《化工原理蒸馏优秀PPT.ppt(140页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、化工原理 蒸馏第1页,本讲稿共140页二、蒸馏过程的分类二、蒸馏过程的分类蒸馏过程可按蒸馏方式、连续性、以及组分数多少等进行分类。蒸馏过程可按蒸馏方式、连续性、以及组分数多少等进行分类。按蒸馏方式分:按蒸馏方式分:简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏精馏、特殊精馏、特殊精馏按操作压力分:按操作压力分:常压蒸馏、真空蒸馏、加压蒸馏常压蒸馏、真空蒸馏、加压蒸馏按操作方式分:按操作方式分:连续蒸馏、间歇蒸馏连续蒸馏、间歇蒸馏按被分离的混合物性质分:按被分离的混合物性质分:双组分蒸馏、多组分蒸馏双组分蒸馏、多组分蒸馏*连续精馏连续精馏是液体混合物分离中首选分离方法。是液体混合物
2、分离中首选分离方法。*本章讨论前提常本章讨论前提常压双组分连续精馏压双组分连续精馏.第2页,本讲稿共140页精馏应用极其广泛精馏应用极其广泛原因原因?不加入新的组分不加入新的组分挥发度差异广泛存在挥发度差异广泛存在汽液平衡和分开很容易实现汽液平衡和分开很容易实现挥发度相差很大挥发度相差很大蒸馏蒸馏挥发度相差适中挥发度相差适中精馏精馏挥发度相差很小挥发度相差很小特种精馏特种精馏挥发度如何描述挥发度如何描述?因此本章首先要讲平衡关系因此本章首先要讲平衡关系第3页,本讲稿共140页三、蒸馏操作费用与操作压强三、蒸馏操作费用与操作压强蒸蒸馏馏操操作作费费用用主主要要是是加加热热和和冷冷凝凝的的费费用用
3、,与与加加热热和和冷冷凝凝的的温温度度有有关关。而而加加热热和和冷冷凝凝的的温温度度均均与与操操作作压压强强有有关关,故故工工业业蒸蒸馏对操作压强应进行适当的选择。馏对操作压强应进行适当的选择。*真空蒸馏使沸点降低,可避免使用高温载热体。真空蒸馏使沸点降低,可避免使用高温载热体。*加压蒸馏使冷凝温度提高,可避免使用冷冻剂。加压蒸馏使冷凝温度提高,可避免使用冷冻剂。四、本章重点:四、本章重点:1、连续精馏过程的基本原理及过程描述的基本方法连续精馏过程的基本原理及过程描述的基本方法2、二元精馏过程的设计以及精馏过程的操作分析与诊断、二元精馏过程的设计以及精馏过程的操作分析与诊断3、精馏过程的塔设备
4、(板式塔)、精馏过程的塔设备(板式塔)第4页,本讲稿共140页连续精馏装置组成连续精馏装置组成全凝器全凝器回流罐回流罐 塔顶产品塔顶产品原料原料塔塔塔釜产品塔釜产品再沸器再沸器再沸器再沸器第5页,本讲稿共140页6-2双组分溶液的汽液相平衡双组分溶液的汽液相平衡一、气液相平衡气液相平衡经长时间接触,当每个组分的分经长时间接触,当每个组分的分子从液相逸出与气相返回的速度相子从液相逸出与气相返回的速度相同,或达到动平衡时,即该过程达同,或达到动平衡时,即该过程达到了相平衡。到了相平衡。平衡时气液两相的组成之间的关平衡时气液两相的组成之间的关系称为相平衡关系。它取决于体系系称为相平衡关系。它取决于体
5、系的热力学性质,是蒸馏过程的热力的热力学性质,是蒸馏过程的热力学基础和基本依据。学基础和基本依据。第6页,本讲稿共140页汽液平衡关系的描述:汽液平衡关系的描述:用用图图来表示来表示(等温图和等压图等温图和等压图)用相对挥发度来表示用相对挥发度来表示用相平衡常数来表示用相平衡常数来表示用用表表表示表示用用方程式方程式表示表示各适用于什么情况各适用于什么情况?平衡关系哪里来平衡关系哪里来?查书、实验、预测查书、实验、预测第7页,本讲稿共140页二、溶液的蒸气压与二、溶液的蒸气压与拉乌尔定律拉乌尔定律1、溶液的蒸气压、溶液的蒸气压饱和蒸气压饱和蒸气压纯液体纯液体A的饱和蒸气压的饱和蒸气压pA0(可
6、由实验测定或经验式计算得)(可由实验测定或经验式计算得)双组分溶液中双组分溶液中A组分的蒸气压组分的蒸气压pA(不同的溶液中(不同的溶液中A、B两组分彼此对蒸气压的影响不同)两组分彼此对蒸气压的影响不同)2、汽液两相共存时的自由度、汽液两相共存时的自由度根据相律,根据相律,F=N-+2(N为独立组分数,为独立组分数,为相数)为相数)汽液两相平衡物系:汽液两相平衡物系:N=2,=2,故故物系的自由度物系的自由度F为为2。第8页,本讲稿共140页平衡物系涉及的参数为平衡物系涉及的参数为:温度温度t压强压强P(常压蒸馏为定值常压蒸馏为定值)气液两相的组成气液两相的组成xA、xB、yA、yB*1对对于
7、于双双组组分分物物系系,一一相相中中某某一一组组分分的的摩摩尔尔分分数数确确定定后后,另另一一组组分分的的摩摩尔尔分分数数也也随随之之而而定定,液液相相或或气气相相组组成成均均可可用用单单参参数数表表示示。即即xA、yA*2因物系的自由度为因物系的自由度为F=2,温度、压强与气液两相的组成三者,温度、压强与气液两相的组成三者中任意规定两个,则物系的状态将被唯一地确定,余下参数中任意规定两个,则物系的状态将被唯一地确定,余下参数已不能任意选择。已不能任意选择。第9页,本讲稿共140页因此,因此,当压强一定时当压强一定时,双组分平衡物系必存在:,双组分平衡物系必存在:*液相(或气相)组成与温度间的
8、一一对应关系液相(或气相)组成与温度间的一一对应关系(txty););*气液相组成之间的一一对应关系(气液相组成之间的一一对应关系(yx)。)。研究气液相平衡关系就是对上述两个关系进行定量的描述。研究气液相平衡关系就是对上述两个关系进行定量的描述。3、理想溶液与拉乌尔定律、理想溶液与拉乌尔定律理想溶液:理想溶液:分子间引力不因混合而有所变化,即无热效应、无容积效应分子间引力不因混合而有所变化,即无热效应、无容积效应非理想溶液:非理想溶液:第10页,本讲稿共140页拉拉乌乌尔尔定定律律:对对于于双双组组分分理理想想溶溶液液,在在一一定定温温度度下下,汽汽相相中中任任一一组组分分的的分分压压等等于
9、于此此纯纯组组分分在在该该温温度度下下的的蒸蒸气气压压乘乘以以它它在在溶液中的摩尔分数。溶液中的摩尔分数。即:即:pA=pA0 xApB=pB0 xB=pB0(1-xA)式中式中pA、pB溶液上方组分溶液上方组分A、B的蒸气压,的蒸气压,Kpa;pA0、pB0纯纯组分组分A、B的蒸气压,的蒸气压,Kpa;xA、xB溶液中组分溶液中组分A、B的摩尔分数。的摩尔分数。*对于非理想溶液,汽液相平衡关系可由实验测定对于非理想溶液,汽液相平衡关系可由实验测定。第11页,本讲稿共140页三、温度组成图(三、温度组成图(tx、ty关系)关系)(等压图等压图)在在一一定定压压力力下下(且且总总压压不不高高时时
10、),溶溶液液的的温温度度随随组组成成而而变变。对对于于理理想想溶溶液液,tx、ty数数据据可可由由拉拉乌乌尔尔定定律律、道道尔尔顿分压定律推导出顿分压定律推导出tx、ty数据计算式。即数据计算式。即p-pB0pA0 xAxA=yA=pA0-pB0P对于理想溶液,用数据作图与实验测定结果完全相符。对于理想溶液,用数据作图与实验测定结果完全相符。对于非理想溶液,对于非理想溶液,tx、ty数据通常由实验测定。数据通常由实验测定。温度组成图可用于对过程的定性分析。温度组成图可用于对过程的定性分析。第12页,本讲稿共140页例:总压为例:总压为101.3kPa下,苯与甲苯混合液的下,苯与甲苯混合液的tx
11、、ty图图ttytx汽相区汽相区ty汽相线以上区域汽相线以上区域露点露点ty线又称为露点曲线线又称为露点曲线xx或或y汽液共存区汽液共存区tx线与线与ty线之间区域线之间区域泡点泡点tx线又称为泡点曲线线又称为泡点曲线液相区液相区tx液相线以下区域液相线以下区域*由由txy图可知,双元理想溶液与纯液体的区别:图可知,双元理想溶液与纯液体的区别:双元理想溶液的沸点不是一个定值,而是一个范围;双元理想溶液的沸点不是一个定值,而是一个范围;双元理想溶液组成一定时,泡点与露点不相等。双元理想溶液组成一定时,泡点与露点不相等。第13页,本讲稿共140页三个区三个区沸点沸点(boilingpoint)泡点
12、泡点(bubblepoint)露点露点(dewpoint)相平衡时:相平衡时:如何由如何由xA求求T?用泡点线用泡点线.如何由如何由xA求求yA?用泡点线和露点线用泡点线和露点线如何由如何由yA求求T?用露点线用露点线.第14页,本讲稿共140页四、汽液相平衡图(四、汽液相平衡图(yx图)图)pA0 xAyA=P或或yA=KxA其中其中K称为相平衡常数,且称为相平衡常数,且K=pA0/P。当总压不变时当总压不变时K随温度而变。随温度而变。汽液相平衡关系可用于对过程的定量解析。汽液相平衡关系可用于对过程的定量解析。汽液相平衡关系可用汽液相平衡关系可用yx图表示,图表示,yx图可根据平图可根据平衡
13、数据直接绘制。衡数据直接绘制。以下为苯以下为苯甲苯混合液的甲苯混合液的xy图:图:第15页,本讲稿共140页 *1 yx线与对角线(线与对角线(y=x)的关系)的关系*2 总压对总压对yx线的影响线的影响总压变化不大时,可忽略总压变化不大时,可忽略P对对yx线的影响线的影响(变化达30%时,影响小于2%)总压变化大于一倍时,总压变化大于一倍时,P对对yx线的影响不能忽略线的影响不能忽略当总压低于两纯组分的临界压强时,蒸馏可在全含量范围内操作当总压低于两纯组分的临界压强时,蒸馏可在全含量范围内操作*3 P对对tx、ty线的影响不能忽略线的影响不能忽略第16页,本讲稿共140页五、挥发度与相对挥发
14、度五、挥发度与相对挥发度挥发度挥发度v对于纯溶液,对于纯溶液,v=p0对于混合溶液中某一组分,对于混合溶液中某一组分,vi=pi/xi对于理想溶液,对于理想溶液,vA=pA0vB=pB0相对挥发度相对挥发度:溶液中两组分挥发度之比:溶液中两组分挥发度之比vApA/xApA0=vBpB/xBpB0原则上原则上是温度的函数,但是温度的函数,但pA0/pB0比值与温度比值与温度关系较小,通常在操作温度范围内取一平均值。关系较小,通常在操作温度范围内取一平均值。第17页,本讲稿共140页根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律yAxBy(1-x)=yBxAx(1-y)即即xy=1+
15、(-1)x该式称为该式称为相平衡方程相平衡方程。取值方法取值方法已知已知时可根据上式确定时可根据上式确定yx平衡关系。平衡关系。若若=1,则,则yA=xA,此时不能用蒸馏方法分离该混合物。,此时不能用蒸馏方法分离该混合物。若若1,则,则yAxA,此时可以用蒸馏方法分离该混合物。,此时可以用蒸馏方法分离该混合物。第18页,本讲稿共140页六、双组分非理想溶液六、双组分非理想溶液1、具有正偏差的非理想溶液、具有正偏差的非理想溶液fABfAA、fBB(氯仿-丙酮 系统)溶液的平衡分压较理想溶液高,当偏差达到一定程度时,具有最高恒沸点。溶液的平衡分压较理想溶液高,当偏差达到一定程度时,具有最高恒沸点。
16、*1具有恒沸点的溶液用一般蒸馏方法最多达到恒沸组成,就不能再进一步分离。具有恒沸点的溶液用一般蒸馏方法最多达到恒沸组成,就不能再进一步分离。*2当当总总压压改改变变时时,txy图图线线不不仅仅上上下下移移动动,形形状状也也可可能能发发生生变变化化,即可以改变恒沸组成。即可以改变恒沸组成。*3非理想溶液不一定都有恒沸点。非理想溶液不一定都有恒沸点。*4溶液的恒沸点数据可从手册上查得。溶液的恒沸点数据可从手册上查得。第19页,本讲稿共140页汽液平衡关系的描述:汽液平衡关系的描述:用用图图来表示来表示1、(、(tx、ty)图)图2、yx图图用用方程式方程式表示表示1、拉乌尔定律、拉乌尔定律2、用相
17、平衡常数来表示、用相平衡常数来表示3、用相对挥发度来表示、用相对挥发度来表示各适用于什么情况各适用于什么情况?平衡关系哪里来平衡关系哪里来?查书、实验、预测查书、实验、预测第20页,本讲稿共140页63蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理一、简单蒸馏一、简单蒸馏Simpledistillation过程及原理过程及原理第21页,本讲稿共140页特点:特点:间歇操作,产品浓度随时间而变,间歇操作,产品浓度随时间而变,只能达到有限程度的提浓只能达到有限程度的提浓请在等压图上描述简单蒸馏过程。请在等压图上描述简单蒸馏过程。过程计算:过程计算:求某一瞬间气、液相组成及馏出液的平均组成求某一瞬间气、液相组成及馏出
18、液的平均组成第22页,本讲稿共140页1、求某一瞬间气、液相组成、求某一瞬间气、液相组成由物料衡算得某一瞬间气、液相组成关系为由物料衡算得某一瞬间气、液相组成关系为Wx=ydW+(W-dW)()(x-dx)W某一瞬间蒸馏釜中的液体量,随时间而变,由初态某一瞬间蒸馏釜中的液体量,随时间而变,由初态W1终态终态W2;x某一瞬间蒸馏釜中液体的组成,由初态某一瞬间蒸馏釜中液体的组成,由初态x1终态终态x2;y某一瞬间蒸馏釜蒸出的气相组成,随时间而变。某一瞬间蒸馏釜蒸出的气相组成,随时间而变。略去二阶无穷小量,上式写为:略去二阶无穷小量,上式写为:dW/W=dx/(y-x)积分得:积分得:W1dxln=
19、W2(y-x)y=f(x)第23页,本讲稿共140页若为理想液体若为理想液体xy=1+(-1)xW11x11-x2则则ln=ln+lnW2-1x21-x1当已知当已知W1、W2、x1、x2中三个量时,即可根据上式中三个量时,即可根据上式求出另一未知量。求出另一未知量。第24页,本讲稿共140页2、馏出液的平均组成、馏出液的平均组成对全过程易挥发组分物料衡算式:对全过程易挥发组分物料衡算式:y平均平均(W1-W2)=W1x1-W2x2故故W2y平均平均=x1+(x1-x2)W1-W2y平均平均冷凝液(塔顶产品)的平均浓度。冷凝液(塔顶产品)的平均浓度。第25页,本讲稿共140页二、平衡蒸馏二、平
20、衡蒸馏Equilibriumdistillation过程及原理:过程及原理:特点:特点:连续操作、产品浓度不随时连续操作、产品浓度不随时间而变且满足相平衡方程式、间而变且满足相平衡方程式、只能达到有限程度的提浓只能达到有限程度的提浓过程计算:过程计算:求:气、液相组成。求:气、液相组成。气、液相组成根据物料衡算式、热量衡算式及相平衡方程式求取。(P80)请在等压图上描述闪蒸过程。请在等压图上描述闪蒸过程。第26页,本讲稿共140页三、精馏三、精馏1、原理、原理多次部分汽化、部分冷凝多次部分汽化、部分冷凝如何实现多次部分汽化、部分冷凝?如何实现多次部分汽化、部分冷凝?第27页,本讲稿共140页2
21、、分类、分类连续精馏、间歇精馏连续精馏、间歇精馏3、连续精馏流程、连续精馏流程装置组成装置组成全凝器全凝器回流罐回流罐 塔顶产品塔顶产品原料原料塔塔再沸器再沸器塔釜产品塔釜产品第28页,本讲稿共140页各部分的作用各部分的作用塔顶:冷凝器、回流罐塔顶:冷凝器、回流罐塔塔塔身:加料板、精馏段、提馏段塔身:加料板、精馏段、提馏段塔底:再沸器塔底:再沸器连续、稳定操作的必要条件连续、稳定操作的必要条件塔顶回流液塔顶回流液塔底上升蒸汽塔底上升蒸汽第29页,本讲稿共140页小结:小结:1、简单蒸馏、平衡蒸馏、简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、精馏原理、特点、用于什么情况、区别原理、特点、用于什么情况、区别2、精
22、馏原理精馏原理(为什么这么做为什么这么做)3、精馏用何设备实现、精馏用何设备实现(塔塔)第30页,本讲稿共140页64双组分连续精馏塔计算双组分连续精馏塔计算精馏设计计算精馏设计计算给出原料的量和组成给出原料的量和组成提出产品的质量要求提出产品的质量要求(收率要求收率要求)设计内容设计内容(理论板数理论板数,回流比回流比)塔板数:高度塔板数:高度直径:粗细直径:粗细回流比回流比R:能耗:能耗即已知:料液组成即已知:料液组成xF、料液量、料液量F、产品组成、产品组成xD求:产品量求:产品量D、釜液量、釜液量W、塔板数、塔高、塔径、塔板数、塔高、塔径第31页,本讲稿共140页一、全塔物料衡算一、全
23、塔物料衡算物料衡算式物料衡算式VDF=D+WLFxF=DxD+WxWF易挥发组分的回收率易挥发组分的回收率DxDV=100%LWFxF第32页,本讲稿共140页难挥发组分的回收率难挥发组分的回收率W(1-xW)=100%F(1-xF)回流量回流量L(对塔顶冷凝器作物料衡算对塔顶冷凝器作物料衡算)L/D=RR回流比回流比L+D=VV上升蒸汽量上升蒸汽量*料液处理量一定时,料液处理量一定时,L,即,即R,xD;*料料液液处处理理量量一一定定时时,L,并并不不意意味味D,而而是是意意味味着着V的的增增加,即加热速率、冷凝速率要增加,能耗大。加,即加热速率、冷凝速率要增加,能耗大。第33页,本讲稿共1
24、40页全塔物料衡算全塔物料衡算确定整个精馏系统进出物料量及浓度之间确定整个精馏系统进出物料量及浓度之间的关系。的关系。完成分离任务对塔的要求如何确定?完成分离任务对塔的要求如何确定?经每块塔板浓度变化情况及相互关系经每块塔板浓度变化情况及相互关系塔板上塔板上-相平衡关系相平衡关系塔板间塔板间-物料衡算物料衡算第34页,本讲稿共140页二、理论板与恒摩尔流假说二、理论板与恒摩尔流假说1、理论板、理论板ynxn-1板上传递过程的特征方程:板上传递过程的特征方程:物料衡算式物料衡算式Vyn+1+Lxn-1=Vyn+Lxn相平衡方程相平衡方程yn=f(xn)xnyn+12、恒摩尔流假说、恒摩尔流假说
25、a、恒摩尔汽化恒摩尔汽化:精馏段:精馏段V1=V2=V=定值定值 提馏段提馏段V1=V2=V=定值定值 b、恒摩尔溢流恒摩尔溢流:精馏段:精馏段L1=L2=L=定值定值 提馏段提馏段L1=L2=L=定值定值以上以上假设成立条件假设成立条件:各组分摩尔汽化焓相等各组分摩尔汽化焓相等汽、液相接触时因温度不同而交换的显热忽略汽、液相接触时因温度不同而交换的显热忽略热损失忽略热损失忽略第35页,本讲稿共140页三、操作线方程(三、操作线方程(yx操作关系)操作关系)1、精馏段精馏段对精馏段中某一塔板(第对精馏段中某一塔板(第n+1块)至塔顶作物料衡算块)至塔顶作物料衡算V=L+DVyn+1=Lxn+D
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化工原理 蒸馏优秀PPT 化工 原理 蒸馏 优秀 PPT
限制150内