材料工程原理优秀PPT.ppt
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1、材料工程原理1你现在浏览的是第一页,共130页第五章 液体蒸馏概述一、什么是蒸馏?一、什么是蒸馏?利利用用各各组组分分挥挥发发度度的的差差异异将将液液体体混混合合物物加加以分离的单元操作称为以分离的单元操作称为蒸馏蒸馏。沸点低的组分易挥发沸点高的组分难挥发2你现在浏览的是第二页,共130页蒸馏过程的分离依据蒸馏过程的分离依据易挥发组分易挥发组分(或轻组分或轻组分):挥发性高的组分,以挥发性高的组分,以A表示;表示;难挥发组分难挥发组分(或重组分或重组分):挥发性低的组分,以挥发性低的组分,以B表示。表示。蒸馏过程蒸馏过程液体混合物液体混合物 加热加热部分汽化部分汽化液相:液相:xA,xB 汽相
2、:汽相:yA,yB 液相液相冷凝冷凝必有:必有:yA xA,yB x x两条线:液相线(泡点线)两条线:液相线(泡点线)气相线(露点线)气相线(露点线)组成相同,组成相同,t t露点露点tt泡点泡点液相组成x,汽相组成yt1t2t13你现在浏览的是第十三页,共130页tx010.5ty010.5tx(y)010.5tx 关系图(温度与液相组成图)ty 关系图(温度与汽相组成图)txy 关系图(温度与液汽相组成图)14你现在浏览的是第十四页,共130页杠杆原则:杠杆原则:力力 力臂力臂=常数常数量量浓度差浓度差即:液相量即:液相量 L1=汽相量汽相量 L2t1t2t15你现在浏览的是第十五页,共
3、130页对角线对角线y=x为辅助曲线,为辅助曲线,yx,平衡线在对角线之上;平衡线在对角线之上;xy线上各点温度不同;线上各点温度不同;平衡线离对角线越远,挥平衡线离对角线越远,挥发性差异越大,物系越易发性差异越大,物系越易分离。分离。16你现在浏览的是第十六页,共130页压力对压力对txA(yA)图及)图及xy图的影响图的影响压力增加,平衡线靠近对角线,分离难度大压力增加,平衡线靠近对角线,分离难度大17你现在浏览的是第十七页,共130页(二)理想溶液(二)理想溶液t y x关系式关系式 2.1 温度(泡点)与液相组成关系式理想液体理想液体pA=pAoxA pB=pBoxB=pBo(1-xA
4、)当总压不太高时,认为汽相为理想气体,服从当总压不太高时,认为汽相为理想气体,服从道尔顿分压定律,即汽相各组分的分压之和等于总压道尔顿分压定律,即汽相各组分的分压之和等于总压P:泡点方程泡点方程18你现在浏览的是第十八页,共130页汽液两相平衡组成间的关系汽液两相平衡组成间的关系露点方程露点方程2.2 恒压下t-x-y的关系2.3 温度(露点)与汽相组成关系式19你现在浏览的是第十九页,共130页2.4 理想溶液t-y-x关系式的应用二元物系汽液相平衡时,所涉及的变量有:二元物系汽液相平衡时,所涉及的变量有:温度温度t、压力、压力P、汽相组成、汽相组成y、液相组成、液相组成x四个四个。-独立变
5、量只有独立变量只有2个,个,例如:例如:x(y)、P;x、t20你现在浏览的是第二十页,共130页已知量 未知量P,t x,yt,x y,Pt,y x,Px,y P,ty,P t,xx,P t,y例题例题21你现在浏览的是第二十一页,共130页(三)(三)相对挥发度与理想溶液的相对挥发度与理想溶液的y yx x关系关系组分的挥发度组分的挥发度:是该物质挥发难易程度的标志,是该物质挥发难易程度的标志,表示。表示。pA、pB汽液平衡时,组分汽液平衡时,组分A,B在气相中的分压;在气相中的分压;xA、xB汽液平衡时,组分汽液平衡时,组分A,B在液相中的摩尔分率。在液相中的摩尔分率。混合液某组分挥发度
6、混合液某组分挥发度:1.挥发度挥发度纯组分的挥发度:纯组分的挥发度:=pAo22你现在浏览的是第二十二页,共130页理想溶液则理想溶液则:2.相对挥发度相对挥发度(以以表示表示)理想气体:理想气体:或:或:一般物系:一般物系:23你现在浏览的是第二十三页,共130页3.理想溶液的气液相平衡方程式理想溶液的气液相平衡方程式 代入代入相平衡方程相平衡方程讨论讨论:的物理意义:汽相中两组分组成之比是液相中两的物理意义:汽相中两组分组成之比是液相中两 组分组成组分组成 之比的倍数。之比的倍数。其值其值标志着分离的难易程度。标志着分离的难易程度。24你现在浏览的是第二十四页,共130页 若若=1=1,则
7、普通蒸馏方式将无法分离此混合物。,则普通蒸馏方式将无法分离此混合物。1,1 1。平均相对挥发度平均相对挥发度m。三、三、非理想溶液气液相平衡非理想溶液气液相平衡(一)对拉乌尔定律有正偏差的溶液(一)对拉乌尔定律有正偏差的溶液(1)无恒沸点的溶液)无恒沸点的溶液 如甲醇如甲醇-水溶液水溶液pApA理理,pBpB理理,介于,介于pAo、pBo 之间。之间。25你现在浏览的是第二十五页,共130页(2)有最低恒沸点的溶液)有最低恒沸点的溶液 如乙醇如乙醇-水水26你现在浏览的是第二十六页,共130页(2)有最高恒沸点的溶液)有最高恒沸点的溶液 如硝酸如硝酸-水溶液水溶液(二)对拉乌尔溶液有负偏差的溶
8、液(二)对拉乌尔溶液有负偏差的溶液 (1)无恒沸点溶液)无恒沸点溶液 如氯仿如氯仿-苯溶液苯溶液 pApA理理,pBpB理理,介于,介于pao、pBo 之间。之间。27你现在浏览的是第二十七页,共130页28你现在浏览的是第二十八页,共130页第二节第二节 蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理二、精馏原理二、精馏原理一、简单蒸馏与平衡蒸馏一、简单蒸馏与平衡蒸馏29你现在浏览的是第二十九页,共130页(一)简单蒸馏(微分蒸馏)(一)简单蒸馏(微分蒸馏)y原料液原料液x蒸气蒸气xD1xD2xD3冷凝器冷凝器特点:间歇、非定态,特点:间歇、非定态,R=0一、简单蒸馏与平衡蒸馏一、简单蒸馏与平衡蒸馏简单蒸馏原
9、理 30你现在浏览的是第三十页,共130页(二)平衡蒸馏(二)平衡蒸馏特点:特点:1.可连续;可连续;2.定态;定态;3.单级单级分分离离器器塔顶产品塔顶产品yAxA加加热热器器原料液原料液 塔底产品塔底产品 Q减减压压阀阀31你现在浏览的是第三十一页,共130页 为什么利用多次简单蒸馏或多次平衡蒸馏操作为什么利用多次简单蒸馏或多次平衡蒸馏操作实现物系的高纯度分离是不经济的实现物系的高纯度分离是不经济的?能耗大!能耗大!设备投资大!设备投资大!产品量小!产品量小!冷冷凝凝冷冷凝凝冷冷凝凝冷冷凝凝经过多经过多次简单次简单蒸馏,蒸馏,可得到可得到高纯度高纯度的的A经过多经过多次平衡次平衡蒸馏,蒸馏
10、,可得到可得到高纯度高纯度的的A如何经济地将混合物进行高纯度的分离呢?如何经济地将混合物进行高纯度的分离呢?32你现在浏览的是第三十二页,共130页二、精馏原理二、精馏原理(一)(一)精馏塔精馏塔内气液两相的流动、传热与传质内气液两相的流动、传热与传质多次部分汽化和冷凝的图33你现在浏览的是第三十三页,共130页平衡级定义平衡级定义 t xyt-yt-xBT0t0Ay0 x0使使不平衡不平衡的汽液两相(汽相温度高、液相温度低)的汽液两相(汽相温度高、液相温度低)接触,接触,经过经过足够长时间足够长时间充分接触,离开时,充分接触,离开时,汽液两相达到了汽液两相达到了平衡平衡,这个过程称为平衡级。
11、,这个过程称为平衡级。可见,经过一个平衡级后,可见,经过一个平衡级后,易挥发组分易挥发组分A从液相转移到从液相转移到了汽相,同时难挥发组分了汽相,同时难挥发组分B从汽相转移到了液相。即汽从汽相转移到了液相。即汽相浓度得到提浓,而液相浓相浓度得到提浓,而液相浓度得到减浓。而整个过程并度得到减浓。而整个过程并不需要外部提供能量。不需要外部提供能量。34你现在浏览的是第三十四页,共130页原料原料釜液釜液馏出液馏出液精精馏馏段段提提馏馏段段冷凝器冷凝器再沸器再沸器 精精馏馏是是利利用用回回流流手手段段、经经过过多多次次平平衡衡级级,使使物物系系实现实现高纯度分离高纯度分离的操作。的操作。平衡级平衡级
12、平衡级平衡级平衡级平衡级汽相汽相汽相汽相液相液相液相液相高纯度高纯度A高纯度高纯度B35你现在浏览的是第三十五页,共130页精馏原理精馏原理:多次部分冷凝、多次部分汽化、液相回流及:多次部分冷凝、多次部分汽化、液相回流及 上升蒸气。上升蒸气。进料板:进料板:原料液进入的那层塔板原料液进入的那层塔板精馏段精馏段:进料板以上的塔段:进料板以上的塔段提馏段:提馏段:进料板以下(包括进料板)的塔段进料板以下(包括进料板)的塔段塔顶冷凝器和塔低再沸器塔顶冷凝器和塔低再沸器36你现在浏览的是第三十六页,共130页yn-1*xn+1*n+1nn-1tn+1tntn-1xn-1yn+1xnyn(二)塔板上气液
13、两相的传质与传热(二)塔板上气液两相的传质与传热yn-1xn+1TT37你现在浏览的是第三十七页,共130页两相传热两相传热 两相传质两相传质 液相中的易挥发组分部分汽化向气相传递;液相中的易挥发组分部分汽化向气相传递;气相中的难挥发组分部分冷凝向液相传递;气相中的难挥发组分部分冷凝向液相传递;平衡:平衡:离开该级的气液两相温度相等;离开该级的气液两相温度相等;理论级:离开该级的气液两相组成相平衡。理论级:离开该级的气液两相组成相平衡。38你现在浏览的是第三十八页,共130页问题:问题:1.精馏过程的能耗在何处?精馏过程的能耗在何处?2.无液相回流,分离结果如何?无液相回流,分离结果如何?3.
14、无气相回流,分离结果如何?无气相回流,分离结果如何?(三)回流作用(三)回流作用连续精馏的充分必要条件:连续精馏的充分必要条件:最上方要有高纯度易挥发组分的液相:最上方要有高纯度易挥发组分的液相:液相回流液相回流最下方要有高纯度难挥发组分的气相:最下方要有高纯度难挥发组分的气相:气相回流气相回流(上升蒸气上升蒸气)39你现在浏览的是第三十九页,共130页40你现在浏览的是第四十页,共130页第三节第三节 双组分连续精馏的计算与分析双组分连续精馏的计算与分析一、一、全塔物料衡算全塔物料衡算二、二、恒摩尔流量的假定恒摩尔流量的假定三、三、进料热状态参数进料热状态参数q q四、四、操作线方程与操作线
15、方程与q q线方程线方程五、五、理论板数的计算理论板数的计算 六、六、回流比与进料热状态对精馏的影响回流比与进料热状态对精馏的影响九、九、精馏塔的操作计算精馏塔的操作计算八、八、理论板数的捷算法计算理论板数的捷算法计算七、七、塔顶回流比的选择塔顶回流比的选择41你现在浏览的是第四十一页,共130页设计目标:设计目标:1)根据分离任务,确定产品流量)根据分离任务,确定产品流量D,W;2)选择操作条件)选择操作条件R、进料状态;、进料状态;3)确定塔板数及加料位置;)确定塔板数及加料位置;4)选择塔型,确定塔径,塔内结构尺寸,)选择塔型,确定塔径,塔内结构尺寸,流体力学验算;流体力学验算;5)冷凝
16、器及再沸器热负荷及设计计算。)冷凝器及再沸器热负荷及设计计算。42你现在浏览的是第四十二页,共130页一、一、全塔物料衡算全塔物料衡算单位时间为基准单位时间为基准总物料衡算:总物料衡算:F=D+W易挥发组分物料衡算:易挥发组分物料衡算:F*xF=D*xD+W*xWF、D、W:kmol/sxF、xD、xW:摩尔分数摩尔分数F,xFD,xDW,xW43你现在浏览的是第四十三页,共130页分离要求的不同形式:分离要求的不同形式:2)组分回收率:)组分回收率:1)规定规定xD、xW可解出两个变量。可解出两个变量。总物料衡算总物料衡算44你现在浏览的是第四十四页,共130页二、恒摩尔流量的假定二、恒摩尔
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