化工原理 第九章PPT讲稿.ppt

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1、化工原理课件 第九章第1页，共37页，编辑于2022年，星期五2、蒸馏依据、蒸馏依据 混合物中各组分挥发度的差异混合物中各组分挥发度的差异若若 易挥发组分；易挥发组分；难挥发组分难挥发组分则则 或或 即即由此可知：易挥发组分在气相中增浓由此可知：易挥发组分在气相中增浓 难挥发组分在液相中增浓难挥发组分在液相中增浓3、相对挥发度的定义、相对挥发度的定义 第2页，共37页，编辑于2022年，星期五三、工业蒸馏过程三、工业蒸馏过程 平衡蒸馏（闪蒸）：连续定态平衡蒸馏（闪蒸）：连续定态简单蒸馏：间歇简单蒸馏：间歇 注意：蒸馏只能达到有限程度的提浓。注意：蒸馏只能达到有限程度的提浓。第3页，共37页，编

2、辑于2022年，星期五四、蒸馏过程实施四、蒸馏过程实施加热，使混合液部分汽化；再冷凝，达到部分程加热，使混合液部分汽化；再冷凝，达到部分程度的提浓度的提浓 五、蒸馏操作费用和操作压强五、蒸馏操作费用和操作压强操作费用：加热费用和冷却费用操作费用：加热费用和冷却费用加压蒸馏：冷凝温度加压蒸馏：冷凝温度 ，免用冷冻剂，免用冷冻剂 减压蒸馏：沸点减压蒸馏：沸点 ，免用高温载热体，免用高温载热体第4页，共37页，编辑于2022年，星期五 第二节第二节 双组分溶液的气液相平衡双组分溶液的气液相平衡2-1、理想物系的气液相平衡、理想物系的气液相平衡理想物系：液相为理想溶液，服从拉乌尔定律理想物系：液相为理

3、想溶液，服从拉乌尔定律 气相为理想气体，服从理想气体定律气相为理想气体，服从理想气体定律一、汽液两相平衡共存时的自由度一、汽液两相平衡共存时的自由度相律相律现现 ，平衡物系涉及的参数有：平衡物系涉及的参数有：且蒸馏中且蒸馏中 是选定的是选定的故在恒压下双组分平衡物系中存在：故在恒压下双组分平衡物系中存在：液相（或气相）组成与温度间一一对应关系液相（或气相）组成与温度间一一对应关系气、液相组成之间一一对应关系气、液相组成之间一一对应关系第5页，共37页，编辑于2022年，星期五二、液相组成与温度（泡点）关系式二、液相组成与温度（泡点）关系式理想溶液理想溶液:沸腾时：沸腾时：与与 的关系可由的关系

4、可由Antoine方程表示：方程表示：第6页，共37页，编辑于2022年，星期五三、气液两相平衡组成间的关系式三、气液两相平衡组成间的关系式 平衡常数平衡常数 四、气相组成与温度（露点）关系式四、气相组成与温度（露点）关系式 第7页，共37页，编辑于2022年，星期五五、五、图和图和 图图 第8页，共37页，编辑于2022年，星期五六、相平衡曲线六、相平衡曲线 的近似式的近似式 讨论：（讨论：（1）对理想物系，）对理想物系，随温度变化随温度变化 很小很小 （2）是判别分离难易程度的标志。是判别分离难易程度的标志。大易分离；大易分离；小不易分离；小不易分离；，不能用蒸馏方法分离，不能用蒸馏方法分

5、离第9页，共37页，编辑于2022年，星期五2-2 非理想物系的气液相平衡非理想物系的气液相平衡非理想物系：液相属非理想溶液非理想物系：液相属非理想溶液 气相属非理想气体气相属非理想气体一、非理想溶液一、非理想溶液非理想溶液不再遵循乌拉尔定律，此时：非理想溶液不再遵循乌拉尔定律，此时：活度系数：活度系数 称正偏差系统，称正偏差系统，称负偏差系统称负偏差系统当总压不太高时有当总压不太高时有：第10页，共37页，编辑于2022年，星期五当偏差达到一定程度时，会形成恒沸物当偏差达到一定程度时，会形成恒沸物在恒沸组成时气液两相的组成相同，因此不能用在恒沸组成时气液两相的组成相同，因此不能用一般的蒸馏方

6、法将恒沸物中两组分分离。一般的蒸馏方法将恒沸物中两组分分离。第11页，共37页，编辑于2022年，星期五二、非理想气体二、非理想气体三、总压三、总压 对相平衡的影响对相平衡的影响对同一物系，蒸馏的压强增高，泡点升高，相对挥对同一物系，蒸馏的压强增高，泡点升高，相对挥发度发度 减小，分离困难。减小，分离困难。第12页，共37页，编辑于2022年，星期五 第三节第三节 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏3-1、平衡蒸馏、平衡蒸馏一、物料衡算一、物料衡算 第13页，共37页，编辑于2022年，星期五二、热量衡算二、热量衡算加热炉的热流量：加热炉的热流量：节流减压后：节流减压后：料液加热温度：料液加

7、热温度：三、过程特征方程式：三、过程特征方程式：相平衡方程相平衡方程：理想溶液理想溶液 泡点方程泡点方程：第14页，共37页，编辑于2022年，星期五四、过程计算四、过程计算 给定气化率给定气化率 联立方程联立方程 可得气液相组成可得气液相组成 第15页，共37页，编辑于2022年，星期五3-2 简单蒸馏简单蒸馏一、过程数学描述一、过程数学描述对微元时间做易挥发组分的物料衡算：对微元时间做易挥发组分的物料衡算：略去二阶无穷小量略去二阶无穷小量，则，则：积分得：积分得：相平衡方程式相平衡方程式：第16页，共37页，编辑于2022年，星期五二、过程计算二、过程计算 理想溶液理想溶液：代入物料衡算式

8、中代入物料衡算式中 积分可得积分可得：馏出液平均组成馏出液平均组成 第17页，共37页，编辑于2022年，星期五例题：如例题：如 相同，且平衡蒸馏所得液相组成相同，且平衡蒸馏所得液相组成 与简单蒸馏终了的液相组成与简单蒸馏终了的液相组成 相同，试比较相同，试比较简单蒸馏所得汽相浓度简单蒸馏所得汽相浓度 和平衡蒸馏所得汽相和平衡蒸馏所得汽相浓度浓度 的大小的大小第18页，共37页，编辑于2022年，星期五 第四节第四节 精馏精馏4-1 精馏过程精馏过程一、精馏原理一、精馏原理 精馏段：除去重组分，精馏段：除去重组分，完成上升蒸汽的精制。完成上升蒸汽的精制。提馏段：脱除轻组分，提馏段：脱除轻组分，

9、完成下降液体中重组完成下降液体中重组 分的提浓。分的提浓。可将双组分混合物高可将双组分混合物高 纯度地分离为轻重两纯度地分离为轻重两 组分。组分。第19页，共37页，编辑于2022年，星期五精馏与蒸馏的区别：回流精馏与蒸馏的区别：回流回流目的：产生不平衡两相，造成传质的条件回流目的：产生不平衡两相，造成传质的条件回流必须解决的问题：回流必须解决的问题：（1）必须造成有利的传质方向）必须造成有利的传质方向 塔顶全凝器塔顶全凝器 相平衡关系相平衡关系 轻组分向气相转移，轻组分向气相转移，重组分向液相转移。重组分向液相转移。第20页，共37页，编辑于2022年，星期五（2）回流量必须只是产品的一部分

10、）回流量必须只是产品的一部分 物料衡算：物料衡算：设塔无限高，设塔无限高，成平衡，成平衡，即无须上升蒸汽全部做回流即无须上升蒸汽全部做回流 由以上分析可知：精馏过程的基础依然是组分挥由以上分析可知：精馏过程的基础依然是组分挥发度的差异发度的差异第21页，共37页，编辑于2022年，星期五二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算 ，（1）已规定，已规定，则则 亦随之而定亦随之而定（2）规定）规定 ，则则 亦随之而定亦随之而定另：另：，不宜过大不宜过大第22页，共37页，编辑于2022年，星期五三、回流比与精馏的能耗三、回流比与精馏的能耗精馏段：相当于吸收过程，液气比精馏段：相当于吸收过程，液气比 ，有利

11、于，有利于 塔顶产品提纯。塔顶产品提纯。回流比回流比 ，若分离要求一定，若分离要求一定，加热速率加热速率 ，冷凝量，冷凝量 ，能耗，能耗 。提馏段：相当于解吸过程，气液比提馏段：相当于解吸过程，气液比 ，有利于，有利于 塔底产品提纯，即增大塔釜加热速率塔底产品提纯，即增大塔釜加热速率结论：结论：有利于精馏；但能耗有利于精馏；但能耗第23页，共37页，编辑于2022年，星期五4-2 精馏过程数学描述的基本方法精馏过程数学描述的基本方法4-3 塔板上过程的数学描述塔板上过程的数学描述 一、单块塔板的物料衡算（非加料板）一、单块塔板的物料衡算（非加料板）第24页，共37页，编辑于2022年，星期五二

12、、单块塔板热量衡算及简化（非加料扳）二、单块塔板热量衡算及简化（非加料扳）对饱和蒸汽：对饱和蒸汽：简化：忽略温度与组成所引起的饱和液体焓简化：忽略温度与组成所引起的饱和液体焓 及及汽化潜热化汽化潜热化 的差别，即的差别，即则物料衡算、热量衡算联列，可得：则物料衡算、热量衡算联列，可得：第25页，共37页，编辑于2022年，星期五 ，以上称恒摩尔流假定，即：在精馏塔内没有加以上称恒摩尔流假定，即：在精馏塔内没有加料和出料的任一塔段中，各板上升的蒸汽量、料和出料的任一塔段中，各板上升的蒸汽量、下降的液体量相等。下降的液体量相等。：精馏段气液流量：精馏段气液流量 ：提馏段气液流量：提馏段气液流量 恒

13、摩尔流假定的条件是：恒摩尔流假定的条件是：（1）沸点相差较小）沸点相差较小 （2）汽化潜热相近）汽化潜热相近第26页，共37页，编辑于2022年，星期五三、塔板传质过程的简化三、塔板传质过程的简化理论板：气液两相充分混合，传质、传热阻力理论板：气液两相充分混合，传质、传热阻力为零。为零。过程特征方程：过程特征方程：板效率：表达实际板和理论板的差异板效率：表达实际板和理论板的差异第27页，共37页，编辑于2022年，星期五理论板与分离要求、相平衡关系、塔内气液两相流理论板与分离要求、相平衡关系、塔内气液两相流率比有关，反映了分离的难易程度。率比有关，反映了分离的难易程度。板效率与物性、流动情况、

14、设备结构有关，反映了板效率与物性、流动情况、设备结构有关，反映了设备分离性能的优劣。设备分离性能的优劣。第28页，共37页，编辑于2022年，星期五四、加料板过程分析四、加料板过程分析（1）加料的热状态）加料的热状态（2）理论加料板）理论加料板不论进入加料板物流不论进入加料板物流的组成、热状态及接的组成、热状态及接触方式如何，离开加触方式如何，离开加料板的气液两相温度料板的气液两相温度相等，组成互为平衡。相等，组成互为平衡。物料衡算式：物料衡算式：相平衡方程：相平衡方程：第29页，共37页，编辑于2022年，星期五（3）精馏段与提馏段两相流量关系）精馏段与提馏段两相流量关系总物料衡算：总物料衡

15、算：热量衡算：热量衡算：联立以上两式：联立以上两式：令：令：第30页，共37页，编辑于2022年，星期五 ：加料热状态参数，大小等于每加入：加料热状态参数，大小等于每加入1kmol原料使原料使提馏段液体所增加的提馏段液体所增加的kmol数。数。五种加料热状态：五种加料热状态：饱和蒸汽进料：饱和蒸汽进料 ：气液混合物进料：气液混合物进料 ：泡点进料：泡点进料 ：冷液进料：冷液进料 ：过热蒸汽进料：过热蒸汽进料第31页，共37页，编辑于2022年，星期五五、精馏塔内的摩尔流率五、精馏塔内的摩尔流率塔顶设全凝器、泡点回流：塔顶设全凝器、泡点回流：精馏段精馏段：提馏段：提馏段：塔顶全凝器的热负荷：塔顶

16、全凝器的热负荷：塔釜热负荷塔釜热负荷：第32页，共37页，编辑于2022年，星期五4-4 精馏塔的操作方程精馏塔的操作方程一、精馏段操作线方程一、精馏段操作线方程对控制体作物料衡算：对控制体作物料衡算：精馏段任意两塔板之间，上升蒸气组成精馏段任意两塔板之间，上升蒸气组成与下降液体组成与下降液体组成 的关系受上式约束。的关系受上式约束。第33页，共37页，编辑于2022年，星期五二、提馏段操作线方程二、提馏段操作线方程对控制体作物料衡算：对控制体作物料衡算：提馏段任意两塔板之间，上升蒸气组成提馏段任意两塔板之间，上升蒸气组成与下降液体组成与下降液体组成 的关系受上式约束。的关系受上式约束。第34页，共37页，编辑于2022年，星期五三、三、线方程线方程联列精馏段、提馏段操作线方程，得联列精馏段、提馏段操作线方程，得 上式为操作线交点的轨迹方程，称为上式为操作线交点的轨迹方程，称为 线方程线方程第35页，共37页，编辑于2022年，星期五四、操作方程的图示四、操作方程的图示操作线操作线第36页，共37页，编辑于2022年，星期五五、理论板的增浓度五、理论板的增浓度 三角形三角形ABC表达了一块理论板的工作状态表达了一块理论板的工作状态第37页，共37页，编辑于2022年，星期五