化学工程与工艺课件精馏单元操作技术02.ppt
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精馏单元操作技术任务任务2:
酒精蒸馏回收工艺条件的:
酒精蒸馏回收工艺条件的确定确定
(1)双组分溶液的气液组成的表示方法双组分溶液的气液组成的表示方法1)质量分率:
混合物中某一组分在混合物中占的百)质量分率:
混合物中某一组分在混合物中占的百分数分数易挥发组分易挥发组分A易挥发组分易挥发组分B2)摩尔分率:
)摩尔分率:
3)换算关系:
)换算关系:
气液相平衡的概念气液相平衡的概念在一封闭容器中在一封闭容器中在一封闭容器中在一封闭容器中,如图所示。
在一定如图所示。
在一定如图所示。
在一定如图所示。
在一定条件下,液相中各组分均有部分分子从条件下,液相中各组分均有部分分子从条件下,液相中各组分均有部分分子从条件下,液相中各组分均有部分分子从介面逸出进入液面上方气相空间,而气相介面逸出进入液面上方气相空间,而气相介面逸出进入液面上方气相空间,而气相介面逸出进入液面上方气相空间,而气相也有部分分子返回液面进入液相内。
经长也有部分分子返回液面进入液相内。
经长也有部分分子返回液面进入液相内。
经长也有部分分子返回液面进入液相内。
经长时间接触,当每个组分的分子从液相逸出时间接触,当每个组分的分子从液相逸出时间接触,当每个组分的分子从液相逸出时间接触,当每个组分的分子从液相逸出与气相返回的速度相同,或达到动平衡时,与气相返回的速度相同,或达到动平衡时,与气相返回的速度相同,或达到动平衡时,与气相返回的速度相同,或达到动平衡时,即该过程达到了相平衡。
把这种气液两相即该过程达到了相平衡。
把这种气液两相即该过程达到了相平衡。
把这种气液两相即该过程达到了相平衡。
把这种气液两相在平衡状态下的浓度关系成为气液相平衡在平衡状态下的浓度关系成为气液相平衡在平衡状态下的浓度关系成为气液相平衡在平衡状态下的浓度关系成为气液相平衡关系。
关系。
关系。
关系。
pA,pB溶液上方溶液上方A、B组分的分压,组分的分压,PaPa;pA0,pB0溶液温度下纯溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压,组分的饱和蒸汽压,PaPa;xA,xB液相中液相中A、B组分的摩尔分率。
组分的摩尔分率。
对于理想溶液,在一定温度下,气液相平衡时,对于理想溶液,在一定温度下,气液相平衡时,气相中任一组份的分压等于该组分的在该温度下的气相中任一组份的分压等于该组分的在该温度下的饱和蒸汽压乘以它在液相中的摩尔分数。
饱和蒸汽压乘以它在液相中的摩尔分数。
1.1.拉乌尔定律(拉乌尔定律(RaoultsLaw)理想溶液的气液相平衡关系理想溶液的气液相平衡关系液相组成液相组成x与温度的关系与温度的关系蒸馏通常是在一定外压下进行,操作过程中溶液的沸点随组成而变,故总压一定下的沸点与组成图是分析精馏过程的基础。
沸点组成图以苯-甲苯混合液为例,在常压下,其txy图如图所示,以温度t为纵坐标,液相组成xA和汽相组成yA为横坐标(x,y均指易挥发组分的摩尔分数)。
沸点组成图图中有两条曲线,下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系,称为液相线,上曲线表示平衡时汽相组成与温度的关系,称为汽相线。
两条曲线将整个txy图分成三个区域,液相线以下代表尚未沸腾的液体,称为液相区。
汽相线以上代表过热蒸汽区。
被两曲线包围的部分为汽液共存区。
沸点组成图在恒定总压下,组成为x,温度为t1(图中的点A)的混合液升温至t2(点J)时,溶液开始沸腾,产生第一个汽泡,相应的温度t2称为泡点,产生的第一个气泡组成为y1(点C)。
同样,组成为y、温度为t4(点B)的过热蒸汽冷却至温度t3(点H)时,混合气体开始冷凝产生第一滴液滴,相应的温度t3称为露点,凝结出第一个液滴的组成为x1(点Q)。
F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。
气液相平衡图yx图表示在恒定的外压下,蒸气组成y和与之相平衡的液相组成x之间的关系。
图2是101.3kPa的总压下,苯甲苯混合物系的yx图,它表示不同温度下互成平衡的汽液两相组成y与x的关系。
图中任意点D表示组成为x1的液相与组成为y1的气相互相平衡。
沸点沸点-组成图组成图(txy图图)两两条线:
气相线(露点线)条线:
气相线(露点线)yAt关系曲线关系曲线液相线(泡点线)液相线(泡点线)xAt关系曲线关系曲线三个三个区域:
液相区区域:
液相区气、液共存区气、液共存区气相区气相区气液平衡图气液平衡图xy图图对角线对角线y=x为辅助为辅助线线;xy曲线上各点具有曲线上各点具有不同的温度;不同的温度;对于大多数溶液,对于大多数溶液,平衡时平衡时yx,故平衡曲线,故平衡曲线在对角线的上方;在对角线的上方;平衡线离对角线越远,平衡线离对角线越远,挥发性差异越大,物系挥发性差异越大,物系越易分离。
越易分离。
压力压力对对txy图及图及xy图的图的影响影响压力增加,平衡线靠近对角线,分离难度加大。
压力增加,平衡线靠近对角线,分离难度加大。
正偏差溶液:
正偏差溶液:
x=0.894,最低恒沸点,最低恒沸点,78.15乙醇水溶液相图乙醇水溶液相图非理想溶液的气液相平衡关系非理想溶液的气液相平衡关系1.具有正偏差的溶液具有正偏差的溶液硝酸水溶液相图硝酸水溶液相图负偏差溶液:
负偏差溶液:
x=0.383,最高恒沸点,最高恒沸点,121.92.具有负偏差的溶液具有负偏差的溶液挥发度与挥发度与相对挥发度相对挥发度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在液相中的摩尔分数。
在液相中的摩尔分数。
混合液某组分挥发度混合液某组分挥发度:
1.1.挥发度挥发度意义:
是该物质意义:
是该物质挥发难易程度挥发难易程度的标志的标志。
定义:
气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液定义:
气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液相中的该组分摩尔分数之比,用符号相中的该组分摩尔分数之比,用符号表示表示。
理想溶液:
理想溶液:
理想溶液:
理想溶液:
一般溶液:
一般溶液:
2.相对挥发度相对挥发度(以以表示表示)定义:
溶液中两组分挥发度之比定义:
溶液中两组分挥发度之比。
对于二元理想溶液对于二元理想溶液:
yB=1-yAxB=1-xA即即相平衡方程相平衡方程理想溶液:
理想溶液:
则3.3.平均相对挥发度平均相对挥发度式中式中顶顶塔顶的相对挥发度塔顶的相对挥发度釜釜塔釜的相对挥发度塔釜的相对挥发度44.的物理意义的物理意义气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比的倍数;比的倍数;标志着分离的难易程度标志着分离的难易程度;若若1,则则yx,可用蒸馏方法分离,且可用蒸馏方法分离,且愈大,愈大,x-y图中平衡线愈远离对角线,物系愈易分离;图中平衡线愈远离对角线,物系愈易分离;=1,=1,无法用普通蒸馏方法分离。
无法用普通蒸馏方法分离。
简单蒸馏和平衡蒸馏简单蒸馏和平衡蒸馏简单蒸馏又称为微分蒸馏,瑞利(简单蒸馏又称为微分蒸馏,瑞利(简单蒸馏又称为微分蒸馏,瑞利(简单蒸馏又称为微分蒸馏,瑞利(Rayleigh)1902Rayleigh)1902Rayleigh)1902Rayleigh)1902年提出年提出年提出年提出了该过程数学描述方法,故该蒸馏又称之为瑞利蒸馏。
了该过程数学描述方法,故该蒸馏又称之为瑞利蒸馏。
了该过程数学描述方法,故该蒸馏又称之为瑞利蒸馏。
了该过程数学描述方法,故该蒸馏又称之为瑞利蒸馏。
1.装置装置2.特点特点:
间歇非定态。
间歇非定态。
一次进料。
一次进料。
xD,xW不是一对平不是一对平衡组成。
衡组成。
适合于适合于大的组分。
大的组分。
一一一一、简单蒸馏简单蒸馏简单蒸馏简单蒸馏二、平衡蒸馏二、平衡蒸馏(又叫闪蒸又叫闪蒸)1.流程流程2.特点特点:
一次进料,粗分一次进料,粗分xi,yi是一对平衡是一对平衡组成组成W(液液)、xD(气气)、y三、简单蒸馏和平衡蒸馏的比较三、简单蒸馏和平衡蒸馏的比较简单蒸馏:
相当简单蒸馏:
相当简单蒸馏:
相当简单蒸馏:
相当于分批多次采用于分批多次采用于分批多次采用于分批多次采用一个理论塔板进一个理论塔板进一个理论塔板进一个理论塔板进行蒸馏,故同一行蒸馏,故同一行蒸馏,故同一行蒸馏,故同一理论板相当多次理论板相当多次理论板相当多次理论板相当多次发挥作用。
发挥作用。
发挥作用。
发挥作用。
平衡蒸馏:
相当于平衡蒸馏:
相当于平衡蒸馏:
相当于平衡蒸馏:
相当于总进料一次通过一总进料一次通过一总进料一次通过一总进料一次通过一个理论板,进行一个理论板,进行一个理论板,进行一个理论板,进行一次分离。
分离效果次分离。
分离效果次分离。
分离效果次分离。
分离效果不及简单蒸馏。
不及简单蒸馏。
不及简单蒸馏。
不及简单蒸馏。
精馏原理精馏原理无回流的多次部分汽化和多次部分冷凝无回流的多次部分汽化和多次部分冷凝缺点:
缺点:
1.1.收率低;收率低;2.2.设备重复量大,设备投资大;设备重复量大,设备投资大;3.3.能耗大,过程有相变。
能耗大,过程有相变。
问题:
工业上如何实现?
问题:
工业上如何实现?
有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝多次部分汽化和多次部分冷凝多次部分汽化和多次部分冷凝精馏原理精馏原理通过多次部分气化和多通过多次部分气化和多次部分冷凝,最终可以次部分冷凝,最终可以获得几乎纯态的易挥发获得几乎纯态的易挥发组分和难挥发组分,但组分和难挥发组分,但得到的气相量和液相量得到的气相量和液相量却越来越少。
却越来越少。
精馏模型精馏模型进料板:
进料板:
原料液进入的原料液进入的那层塔板那层塔板。
精馏段:
精馏段:
进料板以上的进料板以上的塔段塔段。
提馏段:
提馏段:
进料板以下(包进料板以下(包括进料板)的塔段括进料板)的塔段。
1.3.3连续精馏装置流程连续精馏装置流程.连续精馏装置连续精馏装置2.2.塔板的作用塔板的作用塔板提供了塔板提供了汽液汽液分离的场所;分离的场所;每一块塔板是一每一块塔板是一个个混合分离器;混合分离器;足够多的板数足够多的板数可可使各组分使各组分较完全分较完全分离。
离。
特点:
特点:
回流的作用:
回流的作用:
回流的作用:
回流的作用:
提供不平衡的气液两相,是构成气液两提供不平衡的气液两相,是构成气液两提供不平衡的气液两相,是构成气液两提供不平衡的气液两相,是构成气液两相传质的必要条件。
相传质的必要条件。
相传质的必要条件。
相传质的必要条件。
精馏的主要特点就是有回流精馏的主要特点就是有回流精馏的主要特点就是有回流精馏的主要特点就是有回流。
3.3.精馏过程的回流精馏过程的回流回流包括:
回流包括:
塔顶回流液塔顶回流液塔底回流汽塔底回流汽塔顶回流液塔顶回流液回流液回流液:
在任意塔板上,上一块塔板下来的液:
在任意塔板上,上一块塔板下来的液体,轻组分含量高,温度低。
体,轻组分含量高,温度低。
塔釜汽相回流塔釜汽相回流回流汽回流汽:
任意塔板上,下一块塔板上来的汽:
任意塔板上,下一块塔板上来的汽体,重组分含量高,温度高;体,重组分含量高,温度高;理论板的概念和恒摩尔流的假设理论板的概念和恒摩尔流的假设假设假设
(1)两组分的摩尔汽化潜热相等;两组分的摩尔汽化潜热相等;
(2)两两相相接接触触因因两两相相温温度度不不同同而而交交换换的的显显热热可可忽忽略略不计不计;(3)塔设备保温良好,热损失可以忽略不计。
)塔设备保温良好,热损失可以忽略不计。
2.恒摩尔流的假设恒摩尔流的假设1.理论板的概念理论板的概念所谓理论塔板是指这样一块塔板,当汽液两相在其上所谓理论塔板是指这样一块塔板,当汽液两相在其上所谓理论塔板是指这样一块塔板,当汽液两相在其上所谓理论塔板是指这样一块塔板,当汽液两相在其上进行接触传质时,离开该塔板的两相在传热、传质方面都进行接触传质时,离开该塔板的两相在传热、传质方面都进行接触传质时,离开该塔板的两相在传热、传质方面都进行接触传质时,离开该塔板的两相在传热、传质方面都达到了平衡,即汽液两相的温度相同、组成互呈平衡。
达到了平衡,即汽液两相的温度相同、组成互呈平衡。
达到了平衡,即汽液两相的温度相同、组成互呈平衡。
达到了平衡,即汽液两相的温度相同、组成互呈平衡。
精精馏馏段段,每每层层塔塔板板上上升升的的蒸蒸汽汽
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- 化学工程 工艺 课件 精馏 单元 操作 技术 02