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1、第五章 蒸馏与精馏,通过本章学习，应掌握两组分理想物系 的气液平衡关系；精馏的原理与流程；两组 分连续精馏的基本计算方法。了解间歇精馏 与特殊精馏过程。掌握板式塔的结构、塔板 类型、以及填料塔的结构等。,学习目的 与要求,5.1 蒸馏操作在化工生产中的应用,5.1.1 蒸馏的原理及其应用,5.1.1.1 蒸馏的概念,蒸馏是分离均相液体混合物的一种方法。利用液体混合物中各组分挥发度的不同实现各组分分离的单元操作,一、蒸馏过程的原理,蒸馏操作原理,液体混合物,多次部分汽化、多次部分冷凝,各组分挥发度不同,易挥发组分,液相,难挥发组分,相际间的质量传递,易挥发组分,最终气相,气相,液相,液相,气相,
2、气相,最终液相,难挥发组分,液体混合物分离,二、蒸馏过程的应用,混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等。,气体混合物分离,空气液化蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。,固体混合物分离,固体脂肪酸加热融化后用蒸馏方法分离。,加压液化,加热熔化,三、蒸馏分离的特点,通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品,蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离,蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题,蒸馏分离具有以下特点,适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物,按蒸馏操作方式分类,蒸馏,按蒸馏操作流程分类,四、蒸馏过程的分类,简单蒸馏,平衡蒸馏,精 馏,特殊精馏,蒸馏,间歇蒸馏,连续蒸馏,按物系中组分数目分类,蒸馏,两组分蒸
3、馏,多组分蒸馏,按操作压力分类,蒸馏,常压蒸馏,加压蒸馏,减压蒸馏,本章主要内容： 常压双组分连续精馏的原理,5.2.1 平衡蒸馏,5.2 蒸馏方式,5.2.2 简单蒸馏,小结 平衡蒸馏和简单蒸馏是工业上最简单的蒸馏方式，它们的原理是混合液的一次部分气化，因此分离效果非常有限，只能用于分离程度要求不高的物系或物系的初步分离。 平衡蒸馏与简单蒸馏属于平衡过程。其计算途径是联立求解物料衡算、热量衡算和相平衡方程。由于简单蒸馏为非稳态过程，所以计算中要采用微积分方法。,5.2.3 精馏,原理:,工业上实现高纯度分离最常采用的方法是精馏，精馏原理可概括为：分离依据(组分挥发度差异)、工程手段(回流液、
4、气相回流)、多次、同时部分气化和部分冷凝实现高纯度分离。,多次部分汽化和部分冷凝的 t- x- y 图,A,B,精馏塔模型,塔板上的操作情况,一、连续精馏操作流程,化工生产以连续精馏为主。操作时，原料液连续地加入精馏塔内，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。,5.2.3.2 精馏操作流程,连续精馏装置示意图,精馏段,提馏段,1精馏塔,2再沸器,3冷凝器,二、间歇精馏操作流程,与连续精馏不同之处是：原料液一次
5、加入精馏釜中，因而间歇精馏塔只有精馏段而无提馏段。在精馏过程中，精馏釜的釜液组成不断变化，在塔底上升蒸气量和塔顶回流液量恒定的条件下，馏出液的组成也逐渐降低。当釜液达到规定组成后，精馏操作即被停止。,间歇精馏装置示意图,1精馏塔,2再沸器,3冷凝器,4观察罩,5储 槽,1 全塔物料衡算,5.2.3.3 两组分连续精馏的计算,总物料 易挥发组分 塔顶易挥发组分回收率 塔底难挥发组分回收率,例1： 每小时将15000kg含苯40（质量，下同）和甲苯60的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。试求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表
6、示。 解：,5.3 精馏设备,5.3.1 塔式板的结构和类型,1 逐级接触式气液传质设备 2 液相为连续相，气相为分散相 3 错流塔板：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔 4 逆流塔板：筛板塔、栅缝板、波纹板,1 泡罩塔板 结构：升气管，泡罩 优点：不易漏液，操作弹性高，不易堵塞，适于处理各种物料 缺点：结构复杂，造价高；板上液层厚，气体流径曲折，塔板压降大；雾沫夹带严重，生产能力及板效率均较低,塔板类型,2 筛板塔 结构：筛孔，直径38mm，正三角形排列；溢流堰 优点：结构简单，造价低；气体压降小，液面落差小；生产能力大，板效率高,3 浮阀塔板 结构：浮阀，F1、V-4、T型 优点：生产能力大，操作弹性
7、大，塔板效率高，气体压降小及液面落差小，造价低 缺点：易堵，不易处理易结焦或粘度大的物料,4 喷射型塔板 （1）舌形塔板,（2）斜孔塔板,1 塔板上气液两相的接触状态 鼓泡状，蜂窝状，泡沫状，喷射状 2 塔板压降 干板阻力，液层静压强阻力，表面张力阻力 3 液泛 定义：塔板上的液体不能正常流下，产生积液，也叫淹塔 原因：气体或液体流量过大，气速过高，塔板间距过小 种类：降液管液泛，雾沫夹带液泛 结果：塔板压降升高，不能正常操作,板式塔的流体力学性能,4 雾沫夹带 定义：上升气流将板上液体带入上一层塔板的现象 结果：造成液相反混，降低板效率 规定：雾沫夹带量不超过10或ev0.1kg(液)/kg
8、(气) 5 漏液 原因：气速太小，板面液面落差大 规定：小于液体流量的10 6 液面落差 原因：流动阻力，与结构、塔径、液体流量有关 大小：泡罩塔，浮阀塔，筛板塔,1 结构,5.3.2 填料塔的结构与特点,2 特点 结构简单，生产能力大 分离效率高，持液量小 操作弹性大，压降低 可处理腐蚀性物料 特别适用于真空精馏 造价高 不易处理含有悬浮物的原料，易聚合的物料 不适宜有侧线出料的场合,1 填料特性 （1）比表面积 （2）空隙率 （3）填料因子/ 3 干填料因子，湿填料因子 选择填料的原则 比表面积要大，空隙率要大，润湿性能要好，质量轻，造价低，足够的力学强度,填料,2 填料类型 1）分类 （
9、1）按结构 实体填料：环形、鞍形、栅板、波纹板 网体填料：鞍形网、网、波纹网 （2）按装填方法 乱堆填料 整砌填料 2）散装填料 3）规整填料,拉西环，鲍尔环，阶梯环，弧鞍，矩鞍，波纹板及网,填料,4）填料材料 陶瓷，金属，塑料 5）填料因子 与填料的类型、尺寸、材质、装填方式有关 与气、液物性，操作条件有关 3 填料的选择 种类、规格、材质 分离要求，物料性质，填料性质,1 填料支撑装置 作用：支承填料及塔内持液质量 要求：机械强度，自由截面大于填料层的自由截面 种类：栅板式，升气管式,填料塔附件,2 液体分布装置 作用：使液体均匀分布 种类：莲蓬式，盘式，齿槽式，多孔环管式等,3 液体再分布装置 原因：液体有偏向塔壁流动的现象 作用：重新汇集液体并引向塔中央区域 设置：一般6m内需加装 整砌填料无需液体再分布器 种类：截锥式,4 除沫装置 作用：除去出口气流中的液滴 种类：折流板式，旋流板式，丝网式等,5 填料压紧装置 作用：防止填料层松动和跳动 种类：填料压板，床层限制压板,
