《化工基础 6 精馏》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工基础 6 精馏（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 精 馏,第一节 精馏原理 第二节 简单蒸馏 第三节 连续精馏 第四节 连续精馏理论塔板数的计算 第五节 板式塔,2018/10/21,第六章 精 馏,2,2.压力： 常压、真空、加压。 3.组分：双组分、多组分。 4.连续性：间歇、连续。,一.精馏操作在化工生产中的应用,用于均相液体混合物的分离,达到提纯或回收组分的目的。,二.精馏分离的依据,利用液体混合物中各组分挥发能力的差异。,三.精馏操作的分类,1.操作方式:,蒸馏方式可分为简单蒸馏、 平衡蒸馏、精馏、恒沸精馏、萃取精馏、水蒸气精馏等。,2018/10/21,第六章 精 馏,3,第一节 精馏原理,一、溶液的蒸汽压根据溶液中同分子
2、间的与异分子间的作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。溶液的蒸汽压与纯组分时不同 1. 气液相平衡：单位时间从液相进入气相的分子数与从气相进入液相的分子数相等。 摩尔分率：混合物中某组分的摩尔数与混合物总摩尔数的比值，以x表示,2018/10/21,第六章 精 馏,4,2、基本概念,易挥发组分：通常将沸点低的组分称为易挥发组分。,难挥发组分：通常将沸点高的组分称为难挥发组分。, 表示液相中易挥发组分的摩尔分率， （1-）表示难挥发组分的摩尔分率； 表示气相中易挥发组分的摩尔分率， （1-）表示难挥发组分的摩尔分率。,理想溶液：在这种溶液内，组分A、B分子间作用力FAB与纯组分A的
3、分子间作用力FAA或纯组分B的分子间作用力FBB相等。,2018/10/21,第六章 精 馏,5,二、理想的二组分互溶体系,在一定温度下,气相中任一组分的分压等于此纯组分在该温度下的饱和蒸汽压与它在溶液中的摩尔分率的乘积。,pA=pA* x A,严格地说，理想溶液是不存在的。,由性质极相近、分子结构极相似的组分所组成的溶液，例如苯-甲苯，甲醇-乙醇，烃类同系物等都可视为理想溶液。,对于非理想溶液的气液平衡关系可用修正的拉乌尔定律或实验数据来表示。,1、拉乌尔定律,2018/10/21,第六章 精 馏,6,由这些公式，可求出各温度下的x、y值；,由求出的各温度下的x、y值，可以做出t-x-y相图
4、；,2018/10/21,第六章 精 馏,7,2018/10/21,第六章 精 馏,8,2、（t-x-y）相图,t1,t2,t3,t4,t5,t,x(y),液相线（泡点线）,气相线（露点线）,三区：液相区、汽液共存区汽相区,两线：泡点曲线、露点曲线,五点：A、B、C、D、E,一原理：扛杆原理,L(x-x)=V(y-x),2018/10/21,第六章 精 馏,9,3 、气液相平衡图（x-y图）,沸点-组成（t-x-y)图 txy 图,x-y图,t1,t2,x1,x2,y1,y2,y1,y2,x1,x2,2018/10/21,第六章 精 馏,10,对角线为 x=y 的直线，作查图时参考用。,平衡线
5、一般都位于对角线上方。,平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。,在总压变化不大时，外压的影响可忽略。,2018/10/21,第六章 精 馏,11,三、挥发度及相对挥发度,1、挥发度：,若为纯液体时， A =p*A。,A = pA / xA B = pB / xB,2、相对挥发度,溶液中两组分挥发度之比。,在一定温度下，某组分在蒸气中的分压和与之平衡的液相中该组分的 摩尔分率之比。,2018/10/21,第六章 精 馏,12,对近似理想的体系，AB随温度变化小，,2018/10/21,第六章 精 馏,13,3、用相对挥发度表示的气液相平衡方程,=1，yA=xA，不可分离；,1 ，可以分离；,
6、=f(T,p),可采用几何平均值：,2018/10/21,第六章 精 馏,14,2018/10/21,第六章 精 馏,15,最大误差只有2%左右。,2018/10/21,第六章 精 馏,16,四、 双组分非理想溶液,1、具有正偏差的体系,乙醇-水,在这种溶液内，组分A、B分子间作用力FAB比纯组分A的分子间作用力FAA或纯组分B的分子间作用力FBB小。,蒸汽压偏高。 汽相线下移。 一定条件下具有最低恒沸点。 不能得到某一组分的纯物质。,乙醇-苯，乙醇-乙酸乙酯，丙醇-水， 水-丁醇，戊醇-乙酸戊酯，水-丙酸等,2018/10/21,第六章 精 馏,17,2018/10/21,第六章 精 馏,1
7、8,硝酸-水（负偏差）,2、具有负偏差的体系,在这种溶液内，组分A、B分子间作用力FAB比纯组分A的分子间作用力FAA或纯组分B的分子间作用力FBB大。,蒸汽压偏低。 液相线上移。 一定条件下具有最高恒沸点。 不能得到某一组分的纯物质。,水-硫酸，氯化氢-水，溴化氢-水， 水-过氯酸，丙酮-氯仿等体系。,2018/10/21,第六章 精 馏,19,2018/10/21,第六章 精 馏,20,2018/10/21,第六章 精 馏,21,1、压力变化不大时,对泡点有明显影响，对t-x-y相图影响较大；对相对挥发度影响小，对x-y相图影响小。,2、压力有显著变化时,(1) 压力显著增加,相对挥发度减
8、小，x-y相图上平衡线下移。压力过度增加，平衡线与对角相交，形成恒沸点。恒沸点组成随压力的增加程度而变化。,五、压力对汽液平衡的影响,2018/10/21,第六章 精 馏,22,压力对于N2-O2体系平衡的影响,2018/10/21,第六章 精 馏,23,(2) 压力显著减小,相对挥发度增加，x-y相图上平衡线上移。恒沸点组成发生变化。压力降低到一定程度，原来的恒沸点消失。组分的相对分子质量越大，沸点降低的趋势越大。,2018/10/21,第六章 精 馏,24,2018/10/21,第六章 精 馏,25,作业：P243- 1，8,2018/10/21,第六章 精 馏,26,第二节 简单蒸馏,一
9、、简单蒸馏,使混合液在蒸馏釜中逐渐受热气化，并不断将生成的蒸气引入冷凝器，以达到混合液中各组分得以分离的方法，称为简单蒸馏或微分蒸馏。,1、原理,x1,y1,2018/10/21,第六章 精 馏,27,2、简单蒸馏特点：,只能得到不同沸程段的馏出液。,一次加料，釜内及馏出液的含量不断变化。,产物组成与残液间只存在物料衡算关系，无平衡关系。,沸点差较大的混合液； 分离含量要求不高的情况； 粗加工过程。,3、应用：,2018/10/21,第六章 精 馏,28,二、平衡蒸馏（闪蒸）,将混合液加热到泡点以上，保持汽液共存进入闪发塔，闪发分离出蒸汽和残液的蒸馏。,1、原理,t,x(y),2018/10/
10、21,第六章 精 馏,29,2、特点：,也只能得到混合物而不能得到纯净物。,较低温度下获得较多气体馏分。,产物组成与残液间存在相平衡关系。,高温易分解的物料分离； 石油精馏前的预处理； 粗加工过程。,3、应用：,2018/10/21,第六章 精 馏,30,第三节 连续精馏,连续精馏的概念 连续精馏操作就是在同一设备内多次而且同时运用部分气化和冷凝的方法，以得到接近于纯的易挥发组分和接近于纯的难挥发组分的操作。,2018/10/21,第六章 精 馏,31,一、 精馏原理,1、部分气化部分冷凝,液相进行多次的部分气化可以得到纯的难挥发组分。,汽相进行多次的部分冷凝可以得到纯的易挥发组分。,2018
11、/10/21,第六章 精 馏,32,2018/10/21,第六章 精 馏,33,2、汽液两相有温差,组成相近的体系，其露点高于泡点，有温差，能自动进行热量传递，同时就使蒸汽部分冷凝，液体部分汽化。,3、组分的摩尔相变热相近,可以使部分冷凝的部分汽化的量接近，汽液相的总量变化不大。,t1,t2,x(y),2018/10/21,第六章 精 馏,34,二、精馏塔中物相组成的变化,x1 x2 x3 x4 t4 t3 t2 t1,y1 y2 y3 y4,1、组成变化,2018/10/21,第六章 精 馏,35,2、操作情况,(1)、每层塔板都同时进行部分汽化和部分冷凝；,(2)、汽相向上富集易挥发组分，
12、液相向下富集难挥发组分,(3)、塔顶必须有一定的回流，塔底必须生成一定的蒸汽。,(4)、进料在与其组成相近的那块塔板上。,3、精馏塔的分段,(1)、精馏段：进料口以上的部分。,(2)、提馏段：进料口以下的部分。,各塔板上的液相中易挥发组分浓度高于进料组成,各塔板上的液相中难挥发组分浓度高于进料组成,2018/10/21,第六章 精 馏,36,三、回流比R,1、定义,塔顶蒸汽冷凝后，返回到精馏塔顶的量L与馏出液D之比值。,R=L/D,蒸汽的总量为：V=L+D=RD+D=D（R+1）,2、回流比的意义,回流比越大，分离效率越高。,回流是连续精馏的基本条件之一。,2018/10/21,第六章 精 馏
13、,37,四、精馏塔的精馏过程,馏出液 回馏液 全凝器 再沸器 加料板 精馏段 提馏段,2018/10/21,第六章 精 馏,38,、精馏塔组成：,塔体、塔板、填料、再沸器、冷凝器。,塔底温度最高，越往上温度越低，塔顶温度最低。,越往上易挥发组分含量越高，越往下难挥发组分含量越高。,离开塔板的汽液两相达到平衡状态时，该塔板称为理论塔板。,、温度分布规律：,、气液组成的变化规律：,、理论塔板：,2018/10/21,第六章 精 馏,39,第四节 连续精馏理论 塔板数的计算,一、计算的条件,1、理论塔板假设,离开塔板的汽液两相达到相平衡状态的塔板。,2018/10/21,第六章 精 馏,40,2、恒
14、摩尔流假设,(1)、恒摩尔气化,V1= V2= V3 = = V V1= V2= V3 = = V,(2)、恒摩尔溢流,L1 = L2= L3 = = L L1 = L2 = L3= =L,每层塔板的上升气流量都是分段相等；,每层塔板的下降液体流量都是分段相等；,2018/10/21,第六章 精 馏,41,各组分的摩尔潜热相同；因温度不同，气液接触交换的显热可忽略；保温良好。,(3)、恒摩尔流假设的条件,2018/10/21,第六章 精 馏,42,3、塔顶全凝回流，塔底再沸器产生蒸汽,全凝回流使回流液组成与第一块塔板上的汽相组成相同。,塔底产生蒸汽是部分汽化，相当于一个塔板。,4、泡点进料,V1= V2= V3 = = V1= V2= V3 = = V,L1 = L2= L3 = = L L1 = L2 = L3= =L+F,
