任务五蒸馏.ppt
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1、蒸馏,本章要求,1、熟练掌握双组分理想物系的气液相平衡关系及其相图表述 2、熟练掌握精馏原理及过程分析 3、熟练掌握双组分连续精馏塔的物料横算、操作线方程、q线方程 4、熟练掌握理论塔板数确定 5、熟练掌握最小回流比计算 了解汽液传质设备的分类,本章重点,(1)双组分理想物系气液相平衡关系以及相图 (2)双组分连续精馏塔的物料横算、操作线方程、q线方程 (3)理论塔板数确定,本章难点,(1)双组分理想物系气液相平衡关系以及相图 (2)理论塔板数确定。,第一节 概述,在石油化工生产中,许多原料、中间产品或粗产品等都是由若干组分组成的混合物,所以混合物的分离是生产中的一个重要过程。 蒸馏是分离流体
2、混合物的典型单元操作,它是通过加热的方式形成气液两相物系,利用物系中各组分的挥发度(或沸点)不同的物性来达到分离的目的。,蒸馏过程的分类,1、按操作方式分 2、按投料方式分 3、按操作压强分 4、按原料液中的组分数分,第二节 汽液相平衡,一、理想物系及所遵循的规律 理想溶液遵循拉乌尔定律: 在一定温度下,溶液上方的蒸汽中任一组分的平衡分压,等于该纯组分在此温度下的饱和蒸汽压乘上它在溶液中的摩尔分数。 即:PA = PAoxA PB = PBoxB 对于二元溶液xA + xB = 1,理想气体遵循道尔顿定律: 系统的总压等于各组分分压之和。即:P = PA + PB 在总压力为的混合气体中任一组
3、分的平衡分压等于该组分在气相中的摩尔分率乘上混合气体的总压。 即:Pi = Pyi,二、理想物系的汽液平衡,1、相律 相律是研究相平衡的基本规律,它阐明了平衡物系中的组分数C、相数P和自由度F间的关系,即:F = C P + 2 式中的2表示外界只有温度、压强两个条件可以影响物系的平衡状态。对于二元物系的汽液平衡,C=2,P=2,F=2。,由相律可知:在物系中可以变化的参数有四个:T、P、任一组分在汽、液相中的组成y、x,其中若规定了二个变量,则平衡状态就被唯一确定!若再固定一个变量,则该物系就仅有一个独立变量,其他变量都是它的函数。 两组分的汽液平衡可以用一定压强下的t-x(或y)及x-y的
4、函数关系或相图表示,即恒压下,温度与组成有一一对应的关系。,2、汽液平衡关系式,(1)用饱和蒸汽压和相平衡常数表示的汽液平衡关系: 由于理想体系符合拉乌尔和道尔顿定律,于是有: 对于液体:PA = PAoxA PB = PBoxB 对于气体:P = PA + PB 对于二元溶液 xA + xB = 1,则xA、xB、 yA、yB 值如下,(2)用相对挥发度表示的汽液平衡关系,、挥发度 对纯液体,挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压 对混合液,挥发度为某组分在蒸气中分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比 对于理想溶液,、相对挥发度,溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比,用表示。,由道
5、尔顿定律,可知,Pi = Pyi,对于理想物系,虽然PA0、PBO 随温度而变,但因两者沿同一方向变化,故可视为常数,计算时可在温度范围内取一平均值。 相对挥发度的数值可由实验测得,理想体系的 仅与温度有关,与组成无关。,(3)t-x-y和y-x相图,t-x-y图: 在两组分沸点之间取温度值 t 查得PAo、PBo 由泡点方程 计算xA 由相平衡方程式 计算yA,由图可得,1、在某一温度t下达到平衡时的液、 汽相组成xA、yA; 2、某一组成的混合液的泡点温度和露点温度; 3、由图可分析精馏原理。,y-x相图,以 xA为纵坐标,yA为横坐标作图 该曲线为混合液在 一定T、P条件下的 气液平衡线
6、。 对角线是作参考 作用的:,分析,平衡线离对角线越远,则表示越易用普通蒸馏的方法分离;平衡线位于对角线之上,说明了在汽化时,气相中易挥发组分的含量总大于液相中易挥发组分的含量。 总压对y-x相图影响不大,可忽略。 y-x相图多用于精馏计算,而t-x-y图多用于分析原理。,第三节 蒸馏方式,一、简单蒸馏是一个不稳定的传质过程。只能部分分离混合液,不能得到很纯的物质。 混合液 部分汽化 气相被冷凝 收集凝液 凝液中轻组分的含量比原混合液中的含量高,混合液得到了初步的的分离。,简单蒸馏简图,二、平衡蒸馏,只能部分分离混合液,不能得到很纯的物质。 混合液 在密闭容器内加热( T、P) 经减压阀 进入
7、分离器 由于T、P突然下降,混合液中一部分液体汽化,一部分气体冷凝 气相中轻组分的含量比原混合液中A的含量高,液相中重组分的含量比原混合液中的B含量混合液得到了初步的的分离。,平衡蒸馏简图,三、精馏,将液体混合物加热到一定温度后通入部分冷凝 器, 分出气相和液相,然后将气相部分不断通入部分冷凝器,则最终气相中轻组分的含量的yn比最初原料的轻组分含量y1高。,将液体混合物加热到一定温度后通入部分冷凝器, 分出气相和液相,然后将液相部分不断通入部分 再沸器使之部分汽化,则最终液相中重组分的含量的Xn比最初原料中的重组分含量x1高。 这两个过程都可以将混合物进行分离,但有一半的物料要浪费掉。在工业上
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