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1、化工单元操作制作：一、蒸馏在化工生产中的应用一、蒸馏在化工生产中的应用 1.1.定义定义：将液体均相混合物加热，使之沸腾汽化，利用各：将液体均相混合物加热，使之沸腾汽化，利用各 组分沸点（挥发度）不同的特性进行分离的一种单元操作组分沸点（挥发度）不同的特性进行分离的一种单元操作 。 2.2.实质实质：传热和传质过程：传热和传质过程 3.3.处理对象处理对象：液体均相混合物，如将石油分离为汽油、煤：液体均相混合物，如将石油分离为汽油、煤 油、柴油及重油等；又如从粮食、薯类的发酵液中制酒精油、柴油及重油等；又如从粮食、薯类的发酵液中制酒精 ；将液态空气分离得到氧和氮等。；将液态空气分离得到氧和氮等
2、。 4.4.过程特征过程特征： 1 1）全部汽化、全部冷凝）全部汽化、全部冷凝不能分离不能分离2 2）部分汽化、部分冷凝）部分汽化、部分冷凝能够分离能够分离 5.5.专有名词专有名词：塔顶产品、塔底产品；易挥发组份（轻组分：塔顶产品、塔底产品；易挥发组份（轻组分 ）、难挥发组份（重组分）难挥发组份（重组分）模块七模块七 蒸馏蒸馏任务一任务一 了解蒸馏过程及其应用了解蒸馏过程及其应用按操作压力：常压蒸馏、加压蒸馏、负压蒸馏按分离组分数目：两组分精馏、多组分精馏按蒸馏方法：简单蒸馏、精馏、特殊精馏按操作方式：间歇蒸馏、连续蒸馏 二、蒸馏操作的分类三、蒸馏流程（一）平衡蒸馏与简单蒸馏 1 1简单蒸馏
3、简单蒸馏 混合液在蒸馏釜中受热后部分混合液在蒸馏釜中受热后部分 气化，产生的蒸气随即进入冷凝器气化，产生的蒸气随即进入冷凝器 中冷凝，冷凝液不断流入接受器中中冷凝，冷凝液不断流入接受器中 ，作为馏出液产品。由于气相组成，作为馏出液产品。由于气相组成y y 大于液相组成大于液相组成x x，因此随着过程的进，因此随着过程的进 行，釜中液相组成不断下降，使得行，釜中液相组成不断下降，使得 与之平衡的气相组成（馏出液组成与之平衡的气相组成（馏出液组成 ）亦随时降低，而釜内液体的沸点）亦随时降低，而釜内液体的沸点 逐渐升高。逐渐升高。 1.1.平衡蒸馏平衡蒸馏混合液先经加热器加热，使混合液先经加热器加热
4、，使 液体温度高于分离器压强下液体液体温度高于分离器压强下液体 的沸点，然后通过减压阀使其降的沸点，然后通过减压阀使其降 压后进入分离器中，此时过热的压后进入分离器中，此时过热的 液体混合物即被部分气化，平衡液体混合物即被部分气化，平衡 的气液两相在分离器中得到分离的气液两相在分离器中得到分离 。这种蒸馏方法可以连续进料这种蒸馏方法可以连续进料 ，连续移出蒸汽和液相，是一个，连续移出蒸汽和液相，是一个 连续的稳定过程，所以可以得到连续的稳定过程，所以可以得到 稳定浓度的气相和液相，但分离稳定浓度的气相和液相，但分离 程度仍然不高。程度仍然不高。 （二）精馏原理和流程（二）精馏原理和流程1. 1
5、. 精馏过程原理精馏过程原理精馏是利用各组分沸点（挥发度）不同，进行精馏是利用各组分沸点（挥发度）不同，进行多次多次 部分气化和多次部分冷凝部分气化和多次部分冷凝的过程，可使混合液得到近乎的过程，可使混合液得到近乎 完全的分离。完全的分离。气液相每通过一层塔板，同时发生一次部分气化和部气液相每通过一层塔板，同时发生一次部分气化和部 分冷凝。分冷凝。上升气流和液体回流上升气流和液体回流是造成气液两相以实现精馏是造成气液两相以实现精馏 定态操作的必要条件。定态操作的必要条件。若气液两相在塔板上充分接触，则离开该板的气液两若气液两相在塔板上充分接触，则离开该板的气液两 相互呈平衡，即两相温度相等，气
6、液相组成呈平衡关系，相互呈平衡，即两相温度相等，气液相组成呈平衡关系， 这种塔板称为这种塔板称为理论板。理论板。 2. 精馏装置流程原料经预热器加热到指定温度后原料经预热器加热到指定温度后 ，送入精馏塔的，送入精馏塔的进料板进料板，在进料板上，在进料板上 与自塔上部下降的回流液体汇合后，与自塔上部下降的回流液体汇合后， 逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在在每层塔板每层塔板上，回流液体与上升上，回流液体与上升 蒸气互相接触，进行热和质的传递过蒸气互相接触，进行热和质的传递过 程。操作时，塔底液体流入程。操作时，塔底液体流入再沸器再沸器进进 行加热，部分气化产生的蒸
7、汽回流至行加热，部分气化产生的蒸汽回流至 塔底，依次通过各层塔板，没气化的塔底，依次通过各层塔板，没气化的 液体作为液体作为塔底产品（釜残液）塔底产品（釜残液）。塔顶。塔顶 蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将 部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液 体，其余部分经进一步冷却后被送出体，其余部分经进一步冷却后被送出 作为作为塔顶产品（馏出液）塔顶产品（馏出液）。塔设备性能的主要指标： 生产能力； 分离效率； 气体流动阻力； 操作弹性； 设备结构简单与否。 一、板式塔的结构 塔体； 塔板； 气体及液体进口装置。任务二任务二 认知蒸馏设备认知蒸
8、馏设备塔板的作用:汽、液在塔板上 直接接触以实现热、质的传递 加料板：原料液进入的那层板 精馏段：加料板以上的塔段 提馏段：加料板以下的塔段（ 包括加料板） 回流的作用：回流是精馏与普通蒸馏的本质 区别。建立每板上气液两相体 系； 维持每板上的物料平衡 。 降液管：塔板间液流通道，也 是溢流液中所夹带气体得以分 离的场所板式塔的结构示意图板式塔的结构示意图（）泡罩塔主要元件为升气管用泡罩。泡罩的下部周边有很多齿缝 ，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。二、板式塔的类型二、板式塔的类型 泡罩塔板 （a）泡罩塔板的结构：（b）圆形泡罩 1-塔板：2-升气管；3-泡罩；4-溢流堰 ；5-降液管泡罩塔的优点
9、：因升气管高出液层，不易发生漏液现象， 有较好的操作弹性，即当气液有较大的波动时，仍能维持 几乎恒定的板效率；塔板不易堵塞，适于处理各种物料。 缺点：塔板结构复杂，金属耗量大，造价高；板上液层厚 ，气体流经曲折，塔板压降大，雾沫夹带现象较严重，限 制了气速的提高，致使生产能力及板效率均较低。（）筛板塔筛孔塔板简称筛板，塔板上开有许多均匀的小孔，筛 孔在塔板上按一定的规律排列，塔板上设置溢流堰，使板 上保证一定厚度的液层。优点优点：结构简单，造价：结构简单，造价 低廉，气体压降小，板低廉，气体压降小，板 上液面落差也较小，生上液面落差也较小，生 产能力及板效率均较泡产能力及板效率均较泡 罩塔高。
10、罩塔高。缺点缺点：操作弹：操作弹 性小，易泄漏，筛孔小性小，易泄漏，筛孔小 时容易堵塞时容易堵塞 。图图7-97-9 筛板塔 筛板塔 （）浮阀塔板在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上 下浮动的阀片。阀片连有几个阀腿，而使阀片不被气体吹 走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气流很小时 ，保持阀片与塔板间有一定的间距。图图7-10 7-10 几种浮阀形式几种浮阀形式 三、板式塔流体力学性能：1 1塔板上气、液接触状况塔板上气、液接触状况泡沫接触状态与喷射接触状态泡沫接触状态与喷射接触状态均为优良的工作状态，均为优良的工作状态， 但喷射状态是塔板操作的极限，液沫夹带较多，所以多数但喷射
11、状态是塔板操作的极限，液沫夹带较多，所以多数 塔操作均控制在泡沫接触状态。塔操作均控制在泡沫接触状态。 2塔板上的不正常现象 （1 1）漏液：）漏液：漏液是液体不经正常的降液管通道流到下一层塔板。漏液是液体不经正常的降液管通道流到下一层塔板。 产生漏液的原因是因为气速过小或气体分布不均匀所致。产生漏液的原因是因为气速过小或气体分布不均匀所致。严重漏液是塔板上不能积累液层，使板上气液两相不严重漏液是塔板上不能积累液层，使板上气液两相不 能良好接触，致使塔板不能正常操作。能良好接触，致使塔板不能正常操作。 （2 2）夹带）夹带液沫夹带液沫夹带 塔板上的部分液体产生与液体主体流动方塔板上的部分液体产
12、生与液体主体流动方 向相反的流动，即大、小液滴被上升的气体带到上层塔板向相反的流动，即大、小液滴被上升的气体带到上层塔板 上。上。气泡夹带气泡夹带 塔板上部分气体产生与主体流动方向相反塔板上部分气体产生与主体流动方向相反 的流动，即气泡被下降的液体卷入下层塔板上。的流动，即气泡被下降的液体卷入下层塔板上。 液沫夹带和气泡夹带均属液沫夹带和气泡夹带均属“ “返混现象返混现象” ”，其结果均使传，其结果均使传 质推动力减小，故对传质不利。质推动力减小，故对传质不利。（3 3）液泛（淹塔）液泛（淹塔） 一种是降液管液泛，它是由于塔内气气速过大使降液一种是降液管液泛，它是由于塔内气气速过大使降液 管内
13、液面升高至上层塔板的溢流堰顶，或塔内液体流量过管内液面升高至上层塔板的溢流堰顶，或塔内液体流量过 大，使降液管不能及时将液体排出而使降液管内液面升高大，使降液管不能及时将液体排出而使降液管内液面升高 导致液泛。导致液泛。另一种情况是过量液沫夹带液泛，即由于气速过大使另一种情况是过量液沫夹带液泛，即由于气速过大使 液沫夹带量过大而使降液管无法及时将板上液体排至下一液沫夹带量过大而使降液管无法及时将板上液体排至下一 层塔板上所致。层塔板上所致。总之，液泛是塔操作的上限。为防止液泛产生，应选总之，液泛是塔操作的上限。为防止液泛产生，应选 择适宜的操作气速，以保证塔的正常操作。择适宜的操作气速，以保证
14、塔的正常操作。四、塔板负荷性能图负荷性能图即是将维持塔的正常操作所允许的气、液负荷范围的图示。1-极限液沫夹带线2-溢流液泛线3-液相负荷上限线4-漏液线5-液相负荷下限线 1.负荷性能图是由五条线围成。由五条线所包围的区域为塔板的正常操作区。塔的实际操作液气比应在此区域内。2.对一定的物系，负荷性能图依塔板的类型、结构尺寸不同而异。对同一类型塔板，塔板开孔率、板间距不同，负荷性能图亦不同。操作线上气体负荷的上、下极限量之比称塔板的操作弹性。任务三任务三 获取蒸馏知识获取蒸馏知识（一）双组分理想溶液的气液相平衡（一）双组分理想溶液的气液相平衡 1.1.什么是理想物系？什么是理想物系？液相：理想
15、溶液液相：理想溶液遵循拉乌尔定律遵循拉乌尔定律汽相：理想气体汽相：理想气体遵循理想气体状态方程遵循理想气体状态方程一、蒸馏的气液相平衡一、蒸馏的气液相平衡2.什么是理想溶液?对于双组分溶液,当两组分（A+B）的性质相近、液相内相同分子间的作用力（AA、BB）与不同分子间的作用力（AB）相近、各组分分子体积大小相近。宏观上表现：两组分混合时既无热效应又无体积效应，这种溶液称为理相溶液。在一定温度下，溶液上方某组分的蒸汽压等于同温度下 该纯组分的饱和蒸汽压乘它在溶液中的摩尔分数。即：PA=PA xA PB=PB xB = PB（1 xA）3.气液相平衡关系：道尔顿分压定律道尔顿分压定律混合物的总压
16、等于分压之和混合物的总压等于分压之和 : :P= P P= PA A+P+PB BP= P=PPA Ax xA A+ +PPB Bx xB B拉乌尔定律拉乌尔定律理想溶液的汽-液平衡方程：泡点方程泡点方程露点方程露点方程4.相对挥发度挥发度物质挥发的难易程度。用“”表示。当当=1=1时，两组分在汽、液相中浓度相同，用普通精馏是时，两组分在汽、液相中浓度相同，用普通精馏是 不能分离的；不能分离的； 当当 1 1时，汽相浓度大于液相浓度，时，汽相浓度大于液相浓度， 愈大，愈易分离。愈大，愈易分离。 相对挥发度相对挥发度混合液中两组分挥发度之比称为该两组分混合液中两组分挥发度之比称为该两组分 的相对挥发度，用的相对挥发度，用 表示，表示，相对挥发度视为常数相对挥发度视为常数
