理解蒸馏的原理与分类课件.ppt
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1、1,第1章 蒸馏,2,要求:1.理解蒸馏的原理与分类;2.理解两组分溶液的气液平衡关系;3.掌握相对挥发度的概念及应用;4.理解简单蒸馏和平衡蒸馏;5.掌握精馏的原理及两组份连续精馏的计算;6.了解间歇精馏的特点及计算方法。,3,重 点:1.掌握相对挥发度的概念及应用;2.掌握精馏的原理及两组分连续精馏的计算。,4,传质过程或分离操作:物质在相间的转移过程。蒸馏:将液体混合物部分气化,利用各组分的挥发度不同的性质以实现分离目的的操作。易挥发组分(轻组份):沸点低的组分难挥发组分(重组份):沸点高的组分,5,蒸馏分类:操作流程,蒸馏方式,简单蒸馏 平衡蒸馏(闪蒸)精馏特殊精馏,间歇精馏连续精馏,
2、较易分离或分离要求不高 较难分离很难分离,6,常压加压 混合物在常压下为气态减压 沸点较高又是热敏性的混合物,两(双)组分多组分 工业生产中常见,原理及 计算方法无本质区别。,操作压强,组分数目,7,第一节 两组分溶液的气液平衡,1-1-1 相律和拉乌尔定律,一、相律 表示平衡物系中的自由度数、相数、独立组分数之间的关系。,8,9,例:两组分的气液平衡C=2=2 F=2+2-2 可变化的参数有四个:温度 T、压强 P、一组分在液相中的组成 x 及在气相中的组成 y(另一组分的组成不独立),自由度数为 2,即只要知道T、P、x、y中的任意两个,可确定其余两个。若固定P,则 T、x、y 中只有一个
3、独立变量。,10,二、拉乌尔定律(Raoults Law)理想溶液:,11,若平衡的气相为理想气体,可用道尔顿分压定律:,12,所以,恒P时,已知t x,y 恒P时,已知x(或y)t,y(或x)(试差)两组分的气液平衡关系:恒P,t-x(y),x-y相图,13,1-1-2 相对挥发度,相对挥发度的引入使得气液平衡的表示更为简便。,14,15,16,1-1-3 两组分理想溶液的气液相图,常用:恒P下,t-x(y)或 x-y一、温度组分图t-x(y)图,17,图1-1 苯甲苯混合溶液的图,18,由图可看出:温度相同时,yx,组成相同时,露点温度高于泡点温度。注意:P对t-x(y)图影响较大。,19
4、,二、x-y图,y x P对x-y图影响较小。,20,1-1-4 两组分非理想溶液的气液相图,恒沸组成:正偏差溶液:两组分分压以及总压均大于拉乌尔定律的计算值,图中有最高点。负偏差溶液:两组分分压以及总压均小于拉乌尔定律的计算值,图中有最低点。恒沸组成与压强有关。,21,22,23,24,25,第二节 平衡蒸馏和简单蒸馏,1-2-1 平衡蒸馏,是一种单级蒸馏操作。物料衡算 热量衡算 汽液平衡,26,27,一、物料衡算,F、D、W:分别为原料液、气相、液相的流量,kmol/h或mol/s;xF、y、x:分别为原料液、气相、液相的组成,摩尔分率。,28,29,30,二、热量衡算对加热器作热量衡算,
5、忽略热损失,则:,Q:加热器的热负荷,kJ/h;F:原料液流量,kmol/h;Cp:原料液平均比热,kJ/(kmol0C);tF:原料液温度,0C;T:原料液离开加热器后的温度,0C。,31,原料液经节流减压后进入分离器,物料放出的显热等于部分气化所需的潜热,即:,te:分离器中物料的平衡温度,0C;r:平均摩尔气化潜热,kJ/kmol。,32,三、气液平衡关系t-x(y)or x y相图理想溶液,理想气体:,33,1-2-2 简单蒸馏,简单蒸馏又称微分蒸馏,也是一种单级蒸馏,常间歇操作。是不稳定过程,瞬间形成的蒸气与液相达相平衡,全部蒸气与剩余的液体达不到相平衡。,34,35,设瞬间釜中液相
6、量为 L kmol,组成为 x,经微分时间 d 后,蒸出气量为dD,其组成为 y。在 d时间内,对总组分和易挥发组分分别作物料衡算,可得:,36,37,38,求解方法:若x-y平衡关系用曲线或表格表示时,则应用图解法或数值积分。若溶液为理想溶液:,39,若在操作范围内,平衡关系 x-y为一直线,即y=mx+b,则可得:,40,简单蒸馏和平衡蒸馏分离效果的比较。(理想溶液),若气化率相同,41,42,若残液温度相同(残液浓度也相同),43,第三节 精馏原理,1-3-1 多次部分气化和多次部分冷凝,1.要想使混合物得到比较完全的分离,有必要进行多次部分气化和多次部分冷凝。,44,图1-9 一次部分
7、气化示意图,45,图1-10 一次部分气化的图,46,一次部分气化 x1 xF y1,x1 xW,y1 xD,故一次部分气化分离程度不高,需采用多次部分气化和冷凝,使得 x1 xW,y1 xD。,47,2.多次部分气化和多次部分冷凝的实现。两个过程分开:收率很低,能耗高,设备庞杂;同时进行:必须将塔顶产品部分引入塔中(回流);再沸器使溶液部分气化产生上升蒸气。收率高,气化所需的能量可由冷凝过程提供。设备:板式塔、填料塔,48,图1-11 多次部分气化的分离示意图,49,图1-13 无中间产品及中间加热器与冷凝器的多次部分气化(冷凝)分离示意图,50,图1-12 多次部分气化和冷凝的示意图,51
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