蒸馏实训单元装置说明及操作规程教学ppt课件

项目七项目七 蒸蒸 馏馏一、蒸馏在化工生产中的应用一、蒸馏在化工生产中的应用 汽油汽油煤油煤油柴油柴油其其他他油品油品石油石油苯苯甲苯甲苯二甲苯等二甲苯等煤焦油煤焦油目的目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分。依据依据：液体混合物中：液体混合物中各组分挥发性各组分挥发性的差异的差异。蒸馏分离的目的和依据蒸馏分离的目的和依据任务一任务一 了解蒸馏过程及其应用了解蒸馏过程及其应用 液体产品的精制液体产品的精制二、蒸馏操作的分类二、蒸馏操作的分类按物系的组分数按物系的组分数双组分蒸馏双组分蒸馏多组分蒸馏多组分蒸馏简单蒸馏简单蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏 精馏精馏 按蒸馏方式按蒸馏方式常压蒸馏常压蒸馏加压蒸馏加压蒸馏减压（真空）蒸馏减压（真空）蒸馏按操作压力按操作压力间歇蒸馏间歇蒸馏连续蒸馏连续蒸馏按操作方式按操作方式普通蒸馏普通蒸馏特殊蒸馏特殊蒸馏按分离难易按分离难易三、蒸馏流程三、蒸馏流程（一）简单蒸馏与平衡蒸馏1.简单蒸馏装置如图7-2所示。简单蒸馏是间歇操作的非定常过程。将原料液一次性加入蒸馏釜1中，在一定压强下对其加热并使之沸腾汽化，再将所产生的蒸汽引入冷凝器2中，冷凝后馏出液分别装入不同的馏液罐3中。由于在蒸馏过程中随时不断地将蒸汽移走，使釜内液体易挥发组分的浓度不断下降，因此，所得到的馏出液中，易挥发组分的浓度也逐渐下降，将馏出 液分段收集，分别装入罐A、B、C中，得到不同 组成的塔顶产品。最后，当蒸馏釜内残液组成降到规定值时，操作停止，釜液一次排出。2.平衡蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏又称闪蒸，是指料液连续地加入加热釜加热至一定温度后，经减压阀减压至预定压力送入分离器，由于压力的降低使过热液体在减压情况下大量自蒸发，这时部分液体汽化，气相含易挥发组分多，气相沿分离器上升至塔项冷凝器，全部冷凝成塔顶产品。未汽化的液相中难挥发组分浓度增加，此液相沿分离器下降至塔底引出，成为塔底产品。平衡蒸馏所形成的气液两相可认为达到平衡，所以叫平衡蒸馏。如图7-3所示。（二）精馏原理和流程（二）精馏原理和流程1.精馏过程原理精馏是同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。如图7-5所示。汽液相通过一层塔板，同时发生一次部分汽化与部分冷凝。当它们经过多层塔板后，即同时进行了多次部分汽化和部分冷凝，最后在塔顶气相中获得较纯的易挥发组分，在塔底液相中获得较纯的难挥发组分，使混合液达到所要求的分离程度。为实现精馏的正常操作，上升气流与液体回流是造成气液两相以实现精馏定态操作的必要条件。因此通常在精馏塔底装有再沸器，塔顶装全凝器。2.精馏装置流程精馏装置流程典型的精馏流程如图所示。任务二 认知蒸馏设备一、板式塔的结构一、一、板式塔板式塔的结构的结构板式塔通常是由一个呈圆柱形的壳体及沿塔高按一定的间距水平设置的若干层塔板所组成的。板式塔主要由塔体、溢流装置和塔板构件等组成。（1）塔体 （2）溢流装置 溢流装置包括出口堰、降液管、进口堰、受液盘等。（3）塔板及其构件 塔板是板式塔内气、液接触的场所，操作时气、液在在塔板上接触得好坏，对传热、传质效率影响很大。二、板式塔的类型二、板式塔的类型（1）泡罩塔（见化原素材中“蒸馏设备”图片及视频（2）筛板塔 （同（1）（3）浮阀塔三、板式塔的流体力学性能三、板式塔的流体力学性能1.塔板上汽、液接触状况（1）鼓泡状态（2）蜂窝状态（3）泡沫状态（4）喷she状态2.塔板上的不正常现象塔板上的不正常现象（1）漏液 当上升气流小到一定程度时，因其动能太小，不能阻止液体从塔板上小孔直接下流，导致液体从塔板上的开孔处下降，这种现象称为漏液。（2）液沫夹带和气泡夹带 当气速增大时，无论是鼓泡型还是喷she型操作，当气速穿过塔板上的液层时，会产生大量大小不一的液滴，这些液滴一部分会被气流裹挟至上层塔板。（3）液泛现象 液沫夹带的结果将使塔板上和降液管内的实际液体流量增加，塔板上液层厚度随之增加，液层上方空间减少，相同气速下夹带量将进一步增加，导致板上液层厚度又进一步增加的恶性循环；当液体流量一定时，气速越大，夹带量越多，液层越厚，夹带越严重，也将导致板上液层厚度增加的恶性循环。由于板上液层不断增厚而不能自衡，最终将导致液体充满全塔，并随气流通道从塔顶溢出。四、塔板负荷性能图四、塔板负荷性能图1.塔板负荷性能图负荷性能图是由设计者根据塔板结构、物料性质及避免发生不正常操作现象等因素，运用一系列经验数据、经验公式计算而得的一个用于指导生产操作的图表。2.负荷上、下限不同塔板的负荷性能图不同，一般按照平均数据作出精馏段、提馏段两个负荷性能图。图中有五条线，分别是：（1）极限液沫夹带线 此线规定了气速上限，当气速超过此上限时，液沫夹带量将超过0.1kgh/kg干气体。（2）溢流液泛线 液相负荷若超过此线所对应数值，将发生溢流液泛。四、塔板负荷性能图四、塔板负荷性能图图7-12 塔板负荷性能图 1 2 3 4 5L/(m3/h)V/(m3/h)P V大 V小(3)液相负荷上限线 为确保液相在降液管内有足够的停留时间，液流量不能超过此线所对应的数值。(4)漏液线 为保证不发生严重漏液，气相负荷不能小于此线对应的数值。(5)液相负荷下限线 为确保塔板上在一定百度的液层并均布于板上，液相负荷不能小于此线对应数值。3.操作dan性若塔精馏段内实际气相负荷为Vp，液相负荷为L，则图中P点称为此精馏段的操作点（设计点），OP即为操作线，OP线与线2与交点的纵坐标值为V大，OP线与线4交点的纵坐标为V小，则V大/V小称为此精馏段的操作dan性。任务三任务三 获取蒸馏知识获取蒸馏知识一、蒸馏的气液相平衡（一）双组分理想溶液的汽液相平衡1 1、汽液平衡及饱和蒸气压、汽液平衡及饱和蒸气压平衡状态：平衡状态：一一定定压压力力作作用用下下，一一定定量量混混合合液液体体经经过过加加热热，液液相相中中的的挥挥发发性性组组分分向向汽汽相相中中转转移移，长长期期充充分分汽汽化化后后，汽汽相相中中挥挥发发性性组组分分的的分分压压不不再再增增加。此时，汽液两相达到平衡，亦称为加。此时，汽液两相达到平衡，亦称为饱和状态饱和状态。饱和分压：饱和蒸汽压饱和分压：饱和蒸汽压表示液体的挥发能力。表示液体的挥发能力。平衡浓度：平衡浓度：平衡时挥发性组分在液相中的摩尔分数。平衡时挥发性组分在液相中的摩尔分数。理想溶液：理想溶液：稀溶液和由性质近似的物质所构成稀溶液和由性质近似的物质所构成的溶液。（苯甲苯、甲醇乙醇）的溶液。（苯甲苯、甲醇乙醇）2 2、拉乌尔定律拉乌尔定律理想溶液理想溶液二组分混合液：二组分混合液：由于由于B B组分的存在，使组分的存在，使A A组分在组分在汽相中的蒸汽分压比其在纯态汽相中的蒸汽分压比其在纯态下的饱和蒸汽压要小。下的饱和蒸汽压要小。此时的此时的A A组分蒸汽分压如何变化组分蒸汽分压如何变化？符合拉乌尔定律符合拉乌尔定律 pA,pB 溶液上方溶液上方A、B组分的分压，组分的分压，Pa；pA0,pB0 溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa；xA,xB 液相中液相中A、B组分的摩尔分率。组分的摩尔分率。对于对于B B组分：组分：拉乌尔定律：拉乌尔定律：对于理想溶液，在一定温度下对于理想溶液，在一定温度下汽液两相达到平衡时，溶剂汽液两相达到平衡时，溶剂A A在汽相中的蒸在汽相中的蒸汽分压汽分压p pA A与其在液相中的组成与其在液相中的组成x xA A有下列关系有下列关系例例1 1正庚烷和正辛烷在正庚烷和正辛烷在110110时的饱和蒸气时的饱和蒸气压分别为压分别为140kPa140kPa和和6 64.5kPa4.5kPa。试计算混合液由。试计算混合液由正庚烷正庚烷0.40.4和正辛烷和正辛烷0.60.6（均为摩尔分数）组成（均为摩尔分数）组成时，在时，在110110下各组分的平衡分压、系统总压及下各组分的平衡分压、系统总压及平衡蒸气组成。（此溶液为理想溶液）平衡蒸气组成。（此溶液为理想溶液）解：解：泡点方程泡点方程3 3、液相组成、液相组成 x x 与温度（泡点）的关系与温度（泡点）的关系4 4、气液两相平衡组成间的关系：、气液两相平衡组成间的关系：气相组成气相组成y yA A与温度与温度（loulou点）点）的关系的关系loulou点方点方程程例例2：在在101kPa的的压压力力下下，苯苯和和甲甲苯苯混混合合液液在在96沸腾，求该温度下汽液平衡组成。沸腾，求该温度下汽液平衡组成。96 时时，苯苯和和甲甲苯苯的的饱饱和和蒸蒸汽汽压压分分别别为为：161kPa和和65.6kPa。解：平衡时苯的液相组成解：平衡时苯的液相组成平衡时苯的液相组成平衡时苯的液相组成平衡时甲苯的液相气相组成平衡时甲苯的液相气相组成x x甲甲1 1x x苯苯0.5650.565y y甲甲1 1y y苯苯0.3450.345苯和甲苯的气液平衡数据苯和甲苯的气液平衡数据温度温度饱和蒸汽压饱和蒸汽压kPakPa苯苯在在101 101 kPakPa的的摩摩尔分数尔分数苯苯甲苯甲苯x x苯苯y y苯苯80.280.2101.3101.340.040.01.0001.0001.0001.00088.088.0127.7127.750.650.60.6390.6390.8200.82096.096.0160.7160.765.765.70.3760.3760.5960.596104.0104.0199.4199.483.383.30.1550.1550.3040.304110.4110.4233.0233.0101.3101.30.0000.0000.0000.0005 5、挥发度与相对挥发度挥发度与相对挥发度挥发度挥发度v v纯组分液体纯组分液体用饱和蒸汽压表示挥发能力。用饱和蒸汽压表示挥发能力。理想溶液理想溶液中各组分挥发能力不受其他组分中各组分挥发能力不受其他组分的影响时的影响时意义：是该物质意义：是该物质挥发难易程度挥发难易程度的标志的标志。相对挥发度相对挥发度(以以表示表示)定义：溶液中两组分挥发度之比定义：溶液中两组分挥发度之比。是温度的函数。一般是温度的函数。一般A为易挥发组分，故为易挥发组分，故1。讨论讨论：即即 汽液汽液相平衡方程相平衡方程则则理想溶液的汽液相平衡方程式理想溶液的汽液相平衡方程式由泡点方程由泡点方程和和loulou点方点方程得：程得：的物理意义的物理意义 气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之 比的倍数；比的倍数；标志着分离的难易程度标志着分离的难易程度；若若1,则则 yx,可用蒸馏方法分离，且可用蒸馏方法分离，且愈大，愈大，平衡线愈远离对角线，物系愈易分离；平衡线愈远离对角线，物系愈易分离；=1,无法用普通蒸馏方法分离。无法用普通蒸馏方法分离。平均相对挥发度平均相对挥发度式中式中顶顶塔顶的相对挥发度塔顶的相对挥发度釜釜塔釜的相对挥发度塔釜的相对挥发度（二）气液平衡相图（二）气液平衡相图两条线：气相线（两条线：气相线（loulou点线）点线）yA-t 关系曲线关系曲线 液相线（泡点线）液相线（泡点线）xA-t 关系曲线关系曲线三个区域：液相区三个区域：液相区 气、液共存区气、液共存区 气相区气相区x，y1 1、温度图温度图（t-x-y图图)A点：混合液体中苯点：混合液体中苯0.4，甲苯，甲苯0.6，温度，温度t1，混合液，混合液没有沸腾。此时为没有沸腾。此时为过冷液体过冷液体，仍是液态。，仍是液态。SJ点：温度点：温度t2，混合液刚要，混合液刚要开始沸腾，为开始沸腾，为泡点泡点，此时，此时为饱和溶液。为饱和溶液。B点：温度点：温度t4，此时为苯，此时为苯甲苯的混合气体，为甲苯的混合气体，为过热过热蒸汽蒸汽，仍是气态。，仍是气态。H点：温度点：温度t3，混合汽刚要，混合汽刚要开始冷凝成液滴，开始冷凝成液滴，为为lou点点，此时为饱和蒸汽。此时为饱和蒸汽。S点：点：汽液相共存汽液相共存。既有液。既有液态又有汽态。态又有汽态。2、x-y图图 对对角角线线 y=x 为