（中职）化工原理（第三版)(下册)第六章蒸馏教学课件.ppt

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1、正版可修改PPT课件（中职）化工原理（第三版)(下册)第六章 蒸馏教学课件第六章第六章 蒸蒸 馏馏概概 述述一、蒸馏的应用 蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作，广泛应用于化工、石油、医药、食品、冶金及环保等领域。2 2、蒸馏分离的目的和依据、蒸馏分离的目的和依据目的：目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分依据：依据：液体混合物中各组分挥发性的差异挥发性大（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A）挥发性小（水），称为难挥发组分或重组分（B）液体混合物：(如:酒精-水溶液)在本章各组分含量多少常用摩尔分数表示。表示为：xA、xB。若不加下标表示易挥发组分的摩尔分数。3 3、蒸馏过程的分类、蒸馏过

2、程的分类按物系的组分数双组分蒸馏多组分蒸馏按蒸馏方式：简单蒸馏平衡蒸馏精馏精馏按操作压力常压蒸馏加压蒸馏减压（真空）蒸馏第一节第一节 双组分溶液的汽液相平衡双组分溶液的汽液相平衡一、双组分理想溶液的汽液相平衡1汽液相平衡理想溶液，是指在这种溶液内，组分、分子间作用力f,与纯组分的分子间作用力f或纯组分的分子间作用力f相等。实验证明：理想物系气液平衡关系遵循拉乌尔定律px式中 p溶液上方某组分的平衡分压，a；在当时温度下该纯组分的饱和蒸气压，a；x溶液中组分的摩尔分数。当溶液沸腾（两相平衡）时：总压 pApBAxAB(1xA)整理得 xA 泡点方程同时溶液上方蒸气的组成yA为：yA 露点方程2.

3、汽液平衡相图（1）温度组成（txy）图2.汽液平衡相图（1）温度组成（txy）图两条线：气相线（露点线）yAt 关系曲线 液相线（泡点线）xAt 关系曲线三个区域：液相区 气、液共存区 气相区2.汽液平衡相图（2）相平衡（xy）图 对角线 y=x 为辅助曲线 xy曲线上各点具有不同的温度；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。二、挥发度和相对挥发度1.挥发度 组分的挥发度:是该物质挥发难易程度的标志，表示。pA、pB汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压；xA、xB汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分率。混合液某组分挥发度:理想溶液则:2.相对挥发度(以表示)理想气体：一般物系：对

4、于二元物系：yB=1-yA xB=1-xA由上式解出yA，并略去下标可得 相平衡方程理想溶液：m（）23.平均相对挥发度 若1,则yx。值愈大，表示平衡时的y比x大的愈多（在0 x1范围内），故愈有利于分离。若1，则y=x，即表示平衡时气相组成等于液相组成，这表明这种混合液不能用普通蒸馏方法分开。故相对挥发度值的大小，可以用来判断某种混合液能否用普通蒸馏方法分开及其可被分离的难易程度。的物理意义的物理意义三、二组分非理想溶液的汽液相平衡1.具有正偏差的溶液 一般正偏差：pApA理，pBpB理。正偏差溶液：x=0.894，最低恒沸点，78.15乙醇水溶液相图硝酸水溶液相图负偏差溶液：x=0.38

5、3，最高恒沸点，121.92.具有负偏差的溶液一般负偏差 pApA理，pBpB理。第二节第二节 蒸馏方式蒸馏方式一、简单蒸馏第二节第二节 蒸馏方式蒸馏方式二、精馏1精馏原理(1)多次部分汽化和多次部分冷凝 缺点：1、收率低；2、设备重复量大，设备投资大；3、能耗大，过程有相变。2、有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝 2连续精馏流程 加入原料液的那层塔板称为加料板加料板以上的塔段称为精馏段加料板以下的塔段称为提馏段（包括加料板）馏出液塔顶产品D,kmol/h 组成xD釜残液塔底产品W,kmol/h 组成xW3.间歇精馏流程F、D、Wkmol/hxF、xD、xW摩尔分率F,xFD,xDW,xW第三

6、节第三节 双组分混合液连续精馏的分析和计算双组分混合液连续精馏的分析和计算一、精馏塔的全塔物料衡算 二、精馏塔的操作线方程1理论板的概念及恒摩尔流的假定（1）恒摩尔气流 精馏操作时，在精馏塔的精馏段内，每层塔板上升的蒸气摩尔流量都是相等的；提馏段内也是这样。但两段的上升蒸气摩尔流量不一定相等，即 n m式中 精馏段中上升蒸气的千摩尔流量，kmolh；提馏段中上升蒸气的千摩尔流量，kmolh。下标表示塔板的序号。（2）恒摩尔液流 精馏操作时，在塔的精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都是相等的，提馏段内也是这样。但两段的液体摩尔流量不一定相等，即 n m式中 精馏段中下降液体的千摩尔流量，kmo

7、lh；提馏段中下降液体的千摩尔流量；kmolh。下标表示塔板的序号。恒摩尔流假定成立，必须满足以下条件：各组分的摩尔汽化潜热相等；气液两相接触时，因温度不同而交换的显热可以忽略；精馏塔保温良好，热损失可以忽略不计。2精馏段操作线方程总物料量 易挥发组分量 ynxnxD 令 回流比 精馏段操作线方程此将式中的xn、yn+1的下标去掉，即得方程y 精馏段操作线精馏段操作线3提馏段操作线方程提馏段操作线方程 ，除了与有关以外，还受操作中进料量及其进料热状况的影响。4进料热状况的影响 进料热状况对的影响可通过进料热状况参数q来表示。q的定义式为 L=L+qFV=V+(1-q)F 三、理论板层数的求法

8、1逐板计算法F,xFD,xDW,xWyWm-112nx1x2xnxm-1y2y1ym-1塔顶设全凝器，泡点回流。xnyn符合平衡关系；yn+1 xn符合操作关系。精馏段（饱和液体进料时）：精馏段（n-1）块板，第n块为加料板。提馏段：提馏段（m-1）块板 2图解法xy图解法求理论板层数的步骤如下：（1）在xy坐标图上作出平衡曲线和对角线。（2）在xy坐标图上作出操作线。精馏段操作线的作法精馏段操作线与对角线的交点，其坐标为xxDyxD 得点a。依xD(+1)值定出在y轴的截距，得点b。连接a、b两点的直线即为精馏段操作线。提馏段操作线的作法 由提馏段操作线与对角线的交点坐标为xxW、yxW，得

9、点c。为了反映进料热状况的影响，另一点通常找提馏段操作线与精馏段操作线的交点d点。联立两操作线方程式，可得出两操作线交点的轨迹方程。q线方程或进料方程将进料方程与对角线方程联立，解得xx、yx，得点e。再从e点作斜率为q（q1）的直线ef,，即为q线。ef线与精馏段操作线ab相交于点d，连接c、d两点的直线，即得到提馏段操作线cd。进料热状况对q线及操作线的影响 进料热状况q值q线的斜率q线在xy图上的位置冷 液 体饱 和 液 体汽液混合物饱 和 蒸 气过 热 蒸 气110q100ef1（向上偏右）ef2（垂直向上）ef3（向上偏左）ef4（水平线）ef5（向下偏左）（3）图解方法 如图所示，

10、自对角线上的点a开始，在精馏段操作线与平衡线之间作由水平线和铅垂线构成的直角梯级。当梯级跨过两操作线交点d时，则改用在提馏段操作线与平衡线间绘梯级，直到梯级的垂线达到或超过点c（xW,xW）为止。其中过d点的梯级为进料板，最后一个梯级为再沸器。（4）阶梯数目减1即为所需的塔板数（不包括再沸器）。3适宜进料位置的确定 四、实际塔板数的确定全塔效率 式中 全塔效率，；理论板数；实际板数。全塔效率，一般采用来自生产及中间实验的数据，或用经验式估算。五、回流比的影响及其选择五、回流比的影响及其选择 1全回流和最少理论板层数全回流与最少理论板数全回流与最少理论板数若塔顶上升蒸气经冷凝后，全部回流到塔内，

11、这种操作方式称为全回流全回流。操作线与对角线重合，所需的理论板数最少，以min表示2最小回流比 当回流从全回流逐渐减小时，精馏段操作线的截距则随之逐渐增大，操作线的位置向平衡线靠近，为达到给定分离要求所需理论板数也逐渐增多，特别是当回流比减小到两段操作线交点逼近平衡线时，理论板层数的增加就更为明显。而当回流比减小到使两操作线的交点正落在平衡线上时，此时若在平衡线和操作线之间绘梯级就无法通过点d，而且需要无限多的梯级才能达到点d，这种情况下的回流比称为最小回流比，以min表示。对于给定的分离要求，它是回流比的下限值。最小回流比的计算（1）正常的相平衡曲线整理上式可得 min式中 xq、yqq线与

12、平衡线的交点坐标，可由图中读出。（2）有恒沸点的平衡曲线 当操作线与q线的交点尚未落到平衡线上之前，操作线已与平衡线相切。对于这种情况下的min的求法是由点a(xD，xD)向平衡线作切线，再由切线的截距或斜率求之。如图所示的情况，即可依下式计算min。3适宜回流比的选择 在通常情况下，一般并不进行详细的经济衡算，而是根据经验选取。适宜的回流比可取为最小回流比的1.12倍，即（1.12）nim六、影响精六、影响精馏馏操作的主要因素操作的主要因素 1.保持精馏装置进出物料平衡是保证稳定操作的必要条件。2.塔顶回流的影响。增大，分离效果变好。3.进料组成和进料热状况的影响。对特定的精馏塔，若x减小，

13、则将使x和x均减小，欲保持x不变，则应增大回流比。第四节第四节 板板 式式 塔塔一、板式塔主要类型的结构与特点 图6-33 板式塔结构类型1泡罩塔图6-34 泡罩塔板1泡罩；2升气管；3堰板；4溢流堰图6-35 泡罩的结构优点：是操作性能稳定，操作弹性大；塔板不易堵塞，能处理含少量污垢的物料。缺点：塔板结构复杂、金属耗量大、造价高、安装和维修不便；气体流动路线曲折，气体流动阻力大；液体流过塔板时因阻力而有液面落差，板上液层深浅不同；致使气量分布不均，影响了板效率的提高。2浮阀塔图6-38 浮阀塔板上气液接触情况优点：（1）生产能力大（2）操作弹性大（3）塔板效率高（4）气体压强降及液面落差较小

14、（5）结构较简单，安装亦较方便。3.筛板塔筛板塔的主要结构主要结构：1.筛孔 提供气体上升的通道；2.溢流堰 维持塔板上一定高度的液层，以保证在 塔板上气液两相有足够的接触面积；3.降液管 作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。优点：是结构简单，金属耗量小，造价低廉；气体压强降小，板上液面落差也较小，而生产能力及板效率较泡罩塔为高。缺点：是操作弹性范围较窄，小孔筛板容易堵塞。二、板式塔的操作性能1.塔板上的异常操作现象定义定义：液体进塔量大于出塔量，结果使塔内不 断积液，直至塔内充满液体，破坏塔内 正常操作，称为液泛。(1)液泛液泛包括：夹带液泛、溢流液泛。液泛包括：夹带液泛、溢流液泛。夹带液泛 原因原因：由液沫夹带引起 汽速过大。溢流液泛（降液管液泛）原因原因：由降液管通过液体能力不够而引起 液量过大液量过大。综上所述，造成液泛的原因主要是液量过大液量过大、板压降过大板压降过大（即气量过大）或降液管堵塞降液管堵塞。(2)液（雾）沫夹带 液沫夹带是指板上液体被上升气流带入上一层塔板的现象。为维持正常操作，一般允许的液沫夹带量为0.1kg液/kg气以下。（）泄漏（漏液）气量过小；塔板开孔率大。当气体孔速过小或气体分布不均匀时，使有的筛孔无气体通过，从而造成液体短路，大量液体由筛孔漏下。产生原因产生原因塔板的负荷性能图