蒸馏幻灯片-ppt(精)

《蒸馏幻灯片-ppt(精)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蒸馏幻灯片-ppt(精)（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、在化工生产过程中，常需要将原料、中间产物或粗产物进行分离，以获得符合工艺要求的化工产品或中间产品。例如将原油蒸馏可得到汽油、煤油、柴油及重油等；将混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等；将液态空气蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。 蒸馏是分离均相液体混合物的一种方法。,模块七 蒸馏技术,任务一 了解蒸馏过程及其应用,在化工生产过程中，多数原料和半成品都是混合液，要想得到较高纯度的物质，就需要进行分离和精制。例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。石油、乙醇水溶液等很多混合液有一个共同物征互溶、均质。人们将具有互溶、均质的液体混合物称为均相溶液。蒸馏、萃取等操作均可

2、将均相溶液分离为较纯组分的单元操作。但蒸馏操作是工业生产中应用最为广泛的一种单元操作。 实际生产中的蒸馏操作过程可根据溶液性质、生产目的与要求而采用不同的方法。当物质比较容易分离或分离要求不高时，可采用简单蒸馏或闪蒸，较难分离的物质可采用精馏，很难分离的物质或用普通精馏方法不能分离的则可采用特殊精馏。其中应用最为广泛的是精馏。,按操作方式：间歇蒸馏、连续蒸馏 按蒸馏方法：简单蒸馏、精馏、特殊精馏 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,蒸馏操作的分类,简单蒸馏 简单蒸馏又称微分蒸馏，也是一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。简单蒸馏装置如图89所示。混合

3、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y大于液相组成x，因此随着过程的进行，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）亦随时降低，而釜内液体的沸点逐渐升高。通常当馏出液平均组成或釜残液组成降至某规定值后，即停止蒸馏操作。在一批操作中，馏出液可分批收集，以分别得到不同组成的馏出液。简单蒸馏多用于混合液的初步分离。,平衡蒸馏 平衡蒸馏（或闪蒸）是一种单级蒸馏操作。在单级釜内进行平衡蒸馏时，釜内液体混合物被部分气化，并使气相与液相处于平衡状态，然后将气液两相分开。这种操作既可以间歇方式又可以连续方式进行。化工生

4、产中多采用如图88所示的连续操作的平衡蒸馏装置。混合液先经加热器加热，使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，平衡的气液两相在分离器中得到分离。通常分离器又称为闪蒸罐（塔）。,原料液溶液由塔中部加入，液体在塔内处于沸腾状态，产生的蒸汽沿塔上升， 从塔顶引出进入冷凝器冷凝，冷凝液一部分作为塔顶产品，一部分回流至塔内液相回流，液相沿塔下降至塔底引出，进入再沸器被间接加热沸腾汽化，所产生的蒸汽由再沸器引入塔内汽相回流，沿塔上升， 没汽化的液相作为塔底产品。由此可知， 塔内所进行的精馏过程可视为一股上升的汽流与一股下降液流在塔内逆流

5、流动，直接接触，在两股流体间实现了热量、质量的传递。,一、精馏流程,二、精馏操作 粗甲醇的精馏,蒸馏的概念,定义：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。 实质：传热和传质过程 处理对象：液体均相混合物 过程特征： 1）全部汽化、全部冷凝不能分离 2）部分汽化、部分冷凝能够分离 目的：分离液体混合物 专有名词：塔顶产品、塔底产品,三 蒸馏分离的特点,可直接获得产品操作简单 适用范围广泛可以将气态物先液化再分离，如空分；可将固态物先熔化再分离，如分离脂肪酸混合物。 需要消耗大量的能量，对于加压或减压将消耗额外的能量。,五 板式塔,一、板式塔的

6、主要结构： 塔体； 塔板； 气体及液体进口装置,塔板结构,塔板可分为有降液管式塔板和无降液管式塔板两类。 有降液管式塔板上：气液两相呈错流方式接触，这种塔板效率较高，具有较大操作弹性，使用广泛。 无降液管式塔板上：气液两相呈逆流接触，塔板板面利用率较高，生产能力大，结构简单，但效率较低，操作弹性较小，工业使用较少。,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。 筛孔塔：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。,塔板类型,浮阀塔：在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上

7、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。 喷射塔：在喷射型塔板上，气体沿水平方向喷出，不再通过较厚的液层而鼓泡，因而塔板压降降低，可采用较大的操作气速，提高了生产能力。 喷射塔有：舌型塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板,塔板的面积分四个区域： 鼓泡区；为气液传质的有效区域 溢流区：溢流管及受液盘所占的区域 安定区：在鼓泡区和溢流区之间的面积 边缘区：在靠近塔壁的部分，需留出一圈用于支持塔板边梁使用的边缘区域,塔板上的气液接触状态（增大接触面积） 鼓泡接触状态：当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气

8、泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，此时塔板上存在着大量的清液。因气泡占的比例较小，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。,泡沫接触状态：当气速增加，缺泡数量集聚增加，气泡不断的发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形成一些直径较小、扰动十分剧烈的动态泡沫，由于泡沫接触的表面积大，并不断的更新，为两相传质传热提供了良好的条件。 喷射接触状态：当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。,气体通过塔板的压降 上升气流通过塔板时需要克服一定的阻力,该阻力形成塔

9、板的压降.它包括： 塔板本身的干板阻力； 板上气液层的静压力； 液体的表面张力,液面落差。 当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻力和板上部件（泡罩、浮阀等）的局部阻力需要一定的液位差。,雾（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向相反的流动，即大、小液滴被上升的气体带到上层塔板上。 气泡夹带 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。 液沫夹带和气泡夹带均属“返混现象”，其结果均使传质推动力减小，故对传质不利。 要装除沫器 ，降液管的工效。,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管内液面升高至上层塔板的溢流堰顶，

10、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。 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。,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。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。,操作参数和负荷性能图,当物系性质及塔板结构已定时，塔的操作参数即指气、液负荷。 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。

11、,负荷性能图是由五条线围成，即漏液线、液体流量下限线、液体流量上限线、液泛线和过量液沫夹带线。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。 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。上、下操极限的气体负荷之比称塔板的操作弹性。,任务三 获取蒸馏知识,一、双组分理想溶液的汽液相平衡 双组分组成表示： x表示液相组成， y表示气相组成。 质量分数：A、B的质量分数分别用mA,mB 摩尔分数：xA、xB 常用A、B分别表示易挥发组分和难挥发组分。为了方便常以x、y分别表示挥发组分A的液、气相组成。,1

12、、什么是理想物系？ 液相-是理想溶液-遵循拉乌尔定律 汽相-是理想气体-遵循理想气体状态方程,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。 宏观上表现为：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：,混合物的总压等于分压之和 . P= PA+PB P=PAxA +PBxB,道尔顿分压定律

13、,理想溶液的汽-液平衡方程：,该式称理想溶液的汽、液相平衡方程，又称为泡点方程，表示平衡物系的温度和液相组成的关系。在一定压强下，液体混合物开始沸腾产生第一个汽泡的温度，称为泡点温度（简称泡点）。,该式称理想溶液的汽、液相平衡方程，又称为露点方程。该式表示平衡物系的温度与气相组成的关系。在一定的压强下，混合蒸汽冷凝时开始出现第一个液滴时的温度，称为露点温度（简称露点）。气液平衡时，露点温度等于泡点温度。,例题：某苯-甲苯混合液在45时沸腾，外界压力为20.3kPa。此时PA=22.7kPa； PB=7.6, kPa试求其液相组成。 习题：某庚烷 辛烷混合液在40时沸腾，外界压力为101.3kP

14、a。此时PA=122.7kPa； PB=70.6, kPa试求其液相组成。,三、相对挥发度：,挥发度物质挥发的难易程度。用“”表示。,相对挥发度混合液中两组分挥发度之比称为该两组分的相对挥发度，用表示。,用相对挥发度表 示的相平衡关系：,当=1时，两组分在汽、液相中浓度相同，用普通精馏是不能分离的； 当1时，汽相浓度大于液相浓度，愈大，愈易分离； 当1时，液相浓度大于汽相浓度，可分离。,二、汽液平衡相图,t-x图、t-y图有二个共同点： 纵坐标都是溶液的沸点；横坐标是溶液的浓度x、y，单位是摩尔分数，都是从0-1。,1、t-x、t-y图：,2、t-x-y图：,作图：以为纵轴，以（）为横轴作图,

15、识图：,有二个点：A点：x=1 纯A组分 t=353.2k B点：x=0 纯B组分 t=383.2k 有两条曲线： t-x关系曲线：液相组成与泡点间的关系,液相线，饱和液相线； t-y关系曲线：汽相组成与露点间的关系,汽相线，饱和汽相线。,三个区域 t-x线下方：液相区，末饱和液相区； t-y线上方：汽相区，过热蒸汽区； t-x ,t-y线之间：溶液已沸腾汽化，但并没有全部汽化，汽液共存饱和蒸汽区。,讨论,讨论:在恒定的压力下，若将温度为t1 、组成为x1（图中点A）的混合液加热，当温度升高到t2（点B）时，溶液开始沸腾，此时产生第一个汽泡，该温度即为泡点温度 。继续升温到t3（点C）时，汽液

16、两相共存，其汽相组成为y、液相组成为x，两相互成平衡。同样，若将温度为t5 、组成为y1（点E）的过热蒸汽冷却，当温度降到t4（点D）时，过热蒸汽开始冷凝，此时产生第一个液滴，该温度即为露点温度 。继续降温到t3（点C）时，汽液两相共存。,结论：通过以上t-x-y图讨论，在液相区，泡点、露点、过热蒸汽区组成都没有改变，只有在汽液共存区，组成发生了变化。 汽相中易挥发组成浓度提高了 y1y0； 液相中难挥发组分浓度提高了 x1x0,t-x-y图的作用：,了解t与x，t与y之间的关系； 汽相量、液相量、汽发率、液化率计算方法； 蒸馏操作原理：部分汽化、部分冷凝。,3、x-y图：,作图：以x为横坐标，y为纵坐标,在对角线上一点: x=y 在平衡线上一点: 气、液互成平衡,讨论：,x-y图表示在一定P下，汽、液相间组成关系 平衡曲线偏离对角线愈远，表示y愈大于x.该溶液愈易分离。 总压对x-y图的影响不