(精品)化工基础5.ppt

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1、北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏1/59幻灯片4目录3.4 双组分连续精馏的分析与计算双组分连续精馏的分析与计算迟姚玲迟姚玲化工楼化工楼312北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏2/59五五五五.回流比的影响及选择回流比的影响及选择回流比的影响及选择回流比的影响及选择2 2最小回流比最小回流比R Rminmin为为完完成成某某一一分分离离要要求求，所所需需的的理理论论塔塔板板数数为为无无穷穷多多时时的回流比称为的回流比称为最小回流比最小回流比。夹点夹点北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏3/59回流比与操作线的关系回流比与操作线的关系2 2最小回流比最小回流比R Rminmin

2、 平衡线上凸，无拐点平衡线上凸，无拐点整理得最小回流比为：整理得最小回流比为：x xq q和和y yq q符合相平衡方程：符合相平衡方程：北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏4/592 2最小回流比最小回流比R Rmin min(184(184例例3-10)3-10)平衡线上有下凹部分和拐点平衡线上有下凹部分和拐点北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏5/59五五五五.回流比的影响及选择回流比的影响及选择回流比的影响及选择回流比的影响及选择3适宜回流比适宜回流比R的选择的选择总费用总费用能源费能源费(操作费操作费)设备费设备费能源费能源费(操作费用操作费用)主要取决主要取决塔釜加热蒸汽的

3、消耗量和塔釜加热蒸汽的消耗量和塔顶冷凝器的冷却剂用量；塔顶冷凝器的冷却剂用量；设备费设备费(设备折旧费设备折旧费)是指塔、是指塔、加热釜、冷凝器等设备的加热釜、冷凝器等设备的投资乘以相应的折旧率。投资乘以相应的折旧率。总费用总费用(经济核算经济核算)：设备折：设备折旧费和操作费用总和最小旧费和操作费用总和最小V=L+D=(R+1)D北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏6/59首先求出首先求出Rmin，并确定，并确定R值；值；求出全回流下所需的最少理求出全回流下所需的最少理论板数论板数Nmin；应用吉利兰图，以应用吉利兰图，以(R-Rmin)/(R+1)为横坐标，查出为横坐标，查出(N-Nm

4、in)/(N+2)，即可求出，即可求出理论板数理论板数NT。加料板的确定可以将计算式加料板的确定可以将计算式中的中的xW换为换为xF，再按以上，再按以上三步算出精馏段的最少理论三步算出精馏段的最少理论板数。板数。N和和Nmin都不包括再沸器。都不包括再沸器。六六六六.理论塔板数的简捷算法（理论塔板数的简捷算法（理论塔板数的简捷算法（理论塔板数的简捷算法（186186例例例例3-113-11）NT、R、Nmin、Rmin北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏7/591 1全塔效率全塔效率E ET T 又称总板效率，其定义为：又称总板效率，其定义为：七七七七.塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔

5、板数塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏8/59七七七七.塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数2单板效率单板效率EmV、EmL 单板效率单板效率也称也称莫弗里板效率莫弗里板效率（Murphree plate efficiency）。其定义为）。其定义为：气相莫弗里板效率气相莫弗里板效率液相莫弗里板效率液相莫弗里板效率北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏9/59七七七七.塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数例题：例题：一精馏塔，塔顶设全凝器，在常压下分离一精馏塔

6、，塔顶设全凝器，在常压下分离苯甲苯物系，采用回流比苯甲苯物系，采用回流比 R3。今测得。今测得塔顶馏出液浓度塔顶馏出液浓度x0.985和第一块塔板下和第一块塔板下流液体浓度流液体浓度x0.970（均为摩尔分率）；（均为摩尔分率）；已知物系的相对挥发度已知物系的相对挥发度=2.58，试计算第，试计算第一块塔板的板效率一块塔板的板效率Emv。北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏10/59七七七七.塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数塔板效率与实际塔板数例题：例题：R3,y,y1 1=xD0.985,x10.970（均为摩尔（均为摩尔分率分率),),=2.58，试计算第一

7、块塔板的板效，试计算第一块塔板的板效率率Emv北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏11/591.1.冷凝器的热量衡算冷凝器的热量衡算 全凝器的热负荷：全凝器的热负荷：八八八八.精馏塔的热量衡算精馏塔的热量衡算精馏塔的热量衡算精馏塔的热量衡算式中：式中：北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏12/591.1.1.1.冷凝器的热量衡算冷凝器的热量衡算冷凝器的热量衡算冷凝器的热量衡算 冷却介质消耗量：冷却介质消耗量：式中：式中：北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏13/59八八八八.精馏塔的热量衡算精馏塔的热量衡算精馏塔的热量衡算精馏塔的热量衡算2 2再沸器的热量衡算再沸器的热量衡算对再沸

8、器作热量衡算得：对再沸器作热量衡算得：式中：式中：北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏14/59加热介质消耗量：加热介质消耗量：式中：式中：2 2 2 2再再再再沸沸沸沸器器器器的的的的热热热热量量量量衡衡衡衡算算算算（190190190190，174174174174例例例例3-3-3-3-13131313）北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏15/59分分凝凝器器：塔塔顶顶先先分分凝凝器器（作作为为一一块块理理论论塔塔板板），再全凝器作为塔顶产品（再全凝器作为塔顶产品（191191，图，图3-373-37）几种特殊情况几种特殊情况塔釜直接通入蒸汽：水和易挥发组分（图塔釜直接通入蒸汽

9、：水和易挥发组分（图3.383.38）多股进料：组分相同，组成不同（图多股进料：组分相同，组成不同（图3.393.39）侧线采出：需要不同组成产品（图侧线采出：需要不同组成产品（图3.403.40）蒸出塔：只有提馏段，回收稀溶液中易挥发组分蒸出塔：只有提馏段，回收稀溶液中易挥发组分北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏16/59间歇精馏的应用场合：间歇精馏的应用场合：分批得到物料；分批得到物料；分离要求经常发生变化；分离要求经常发生变化；多组分的初步分离。多组分的初步分离。3.5 间歇精馏间歇精馏间歇精馏的特点间歇精馏的特点:（1 1）只有精馏段）只有精馏段,没有提馏段。没有提馏段。（2 2

10、）非稳态过程。）非稳态过程。（3 3）塔顶产品的浓度随操作方式）塔顶产品的浓度随操作方式不同而不同。不同而不同。两种典型的操作方式：两种典型的操作方式：(1)(1)回流比恒定。回流比恒定。(2)(2)馏出液浓度恒定。馏出液浓度恒定。北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏17/59 3.5.1 回流比恒定的间歇精馏回流比恒定的间歇精馏(1)操作型计算操作型计算:N、R、F、xF一定，计算一定，计算D(2)设计型计算设计型计算:设计设计回流比回流比和和理论塔板数理论塔板数 北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏18/59(1)操作型计算操作型计算:塔板数一定，计算回流比塔板数一定，计算回流比R

11、的的变化范围变化范围 (2)设计型计算设计型计算:设计设计回流比范围回流比范围和和理论塔板数理论塔板数3.5.2 馏出液组成恒定的间歇精馏馏出液组成恒定的间歇精馏北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏19/59 特点特点：设备一定：设备一定 加料位置固定，有时可以变动加料位置固定，有时可以变动计算内容计算内容：1，指定操作条件，指定操作条件(如回流比、进料位置等如回流比、进料位置等)，计算各板的组成、温度等。计算各板的组成、温度等。2，或要求一定的操作结果，或要求一定的操作结果(如组成等如组成等)，确定，确定 操作条件操作条件(如回流比、进料位置等如回流比、进料位置等)。比较复杂！比较复杂！

12、3.6.1两组分精馏的操作型计算两组分精馏的操作型计算北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏20/59(1)最佳进料位置最佳进料位置 在在x=xF或或x略小于略小于xF的塔板的塔板(2)保持精馏装置的物料平衡保持精馏装置的物料平衡 产品采出量的依据：产品采出量的依据：物料平衡物料平衡(3)回流比的影响回流比的影响 产品产品质量质量和操作和操作费用费用(4)进料状态的选择进料状态的选择 影响影响理论板数理论板数和和气相负荷，气相负荷，一般采用一般采用饱和液体饱和液体进料进料3.6.2连续精馏操作条件的优化连续精馏操作条件的优化北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏21/59D,xDW,xWF

13、,xF非最佳位置进料与最佳进料的比较：非最佳位置进料与最佳进料的比较：进料口下移三块板进料口下移三块板非最佳位置进非最佳位置进料比最佳位置料比最佳位置进料所需的理进料所需的理论板数多。论板数多。1.1.最佳加料位置最佳加料位置最佳加料位置最佳加料位置进料口上移进料口上移?北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏22/59二二.连续精馏操作条件的优化连续精馏操作条件的优化3.回流比的影响回流比的影响回流比是影响精馏过程分离效果的主要因素，所以它回流比是影响精馏过程分离效果的主要因素，所以它是生产中用来调节产品质量的主要手段。是生产中用来调节产品质量的主要手段。R增大，斜率，传质推动力，理论板数不

14、变，xD提馏段：气液比增大，斜率减小，理论板数不变，xW北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏23/59二二.连续精馏操作条件的优化连续精馏操作条件的优化5.产品质量控制与灵敏板产品质量控制与灵敏板精馏塔内沿塔高的温度分布精馏塔内沿塔高的温度分布在在一一定定的的压压强强下下，混混合合物物的的泡泡点点和和露露点点直直接接取取决决于于混合物的组成混合物的组成 。理理论论上上可可以以用用温温度度来来控控制制混合物的组成。混合物的组成。与与塔塔顶顶馏馏出出液液组组成成x xD D对对应应的的露露点点温温度度为为t tD D，只只要要塔塔顶顶温温度度低低于于t tD D，就就能能保保证证馏馏出出液组成

15、高于液组成高于x xD D。只只要要塔塔釜釜温温度度高高于于合合格格釜釜液液的的泡泡点点温温度度，就就能能保保证证塔釜残液组成不高于塔釜残液组成不高于x xW W。北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏24/595.产品质量控制与灵敏板产品质量控制与灵敏板精馏塔内沿精馏塔内沿塔高的温度分布塔高的温度分布u精馏塔内的温度分布不是线性，在塔顶精馏塔内的温度分布不是线性，在塔顶和塔釜附近，气液组成变化不大，其温和塔釜附近，气液组成变化不大，其温度变化也不大。度变化也不大。u乙苯乙苯-苯乙烯，塔顶馏出液从苯乙烯，塔顶馏出液从99.9%降低降低到到90%，温度仅降低，温度仅降低0.7。u因此，一旦发现

16、塔顶或塔釜产品温度发因此，一旦发现塔顶或塔釜产品温度发生可以察觉到的温度变化，产品已经不生可以察觉到的温度变化，产品已经不合格，再进行调节已经为时过晚。合格，再进行调节已经为时过晚。如何进行产品质如何进行产品质量控制呢？量控制呢？北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏25/595.产品质量控制与灵敏板产品质量控制与灵敏板灵敏板：灵敏板：操作条件发生变化时，温度变化较大的塔板。操作条件发生变化时，温度变化较大的塔板。精馏塔内沿塔高的温度分布精馏塔内沿塔高的温度分布在在灵灵敏敏板板上上安安装装测测温温仪仪能能及及时时对对精精馏馏塔塔进进行行监监控。控。北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏26

17、/59R=5R=8温度变化温度变化t/序号序号液相组成液相组成 x泡点温度泡点温度 t/序号序号液相组成液相组成 x泡点温度泡点温度t/10.952081.0310.982580.410.6220.899482.1420.960580.851.2930.809184.1330.915881.792.3440.676287.3240.831883.623.7050.527691.5450.695986.824.7260.373495.9760.521291.474.5070.267799.5870.352695.652.9380.2032101.9680.2294100.970.9990.142

18、1104.3890.1490104.100.28100.0838106.82100.0825106.880.065.产品质量控制与灵敏板产品质量控制与灵敏板(203，185，例，例3-17）北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏27/59特殊精馏：特殊精馏：应用场合：应用场合：共沸化合物，相对挥发度接近共沸化合物，相对挥发度接近1的的混和物。混和物。基本原理：基本原理：在双组分溶液中加入第三组分，改在双组分溶液中加入第三组分，改变原溶液中各组分之间的相对挥发度，从而变原溶液中各组分之间的相对挥发度，从而可以将混合物进行分离。可以将混合物进行分离。3.7 特殊精馏特殊精馏恒沸精馏和萃取精馏恒沸

19、精馏和萃取精馏北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏28/593.7 特殊精馏特殊精馏1.1.恒沸精馏恒沸精馏加加入入的的第第三三组组分分与与原原溶溶液液中中的的一一个个或或者者两两个个组组分分形形成成最最低低恒恒沸沸物物，从从而而形形成成了了“恒恒沸沸物物纯纯组组分分”的的精精馏馏体体系系，恒恒沸沸物物从从塔塔顶顶蒸蒸出出，纯纯组组分分从从塔塔底底蒸蒸出出，这这种种形形式式的的精精馏馏称称为为恒恒沸沸精馏，其中所添加的第三组分称为精馏，其中所添加的第三组分称为恒沸剂或者挟带剂恒沸剂或者挟带剂。北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏29/591.1.恒沸精馏恒沸精馏北京石油化工学院化学工程

20、基础第三章 精馏30/59（1 1）希希望望能能与与料料液液中中含含量量较较少少的的那那个个组组分分形形成成恒恒沸沸物物，而而且且夹夹带带组组分分的的量量要要尽尽可可能能高高，这这样样夹夹带带剂剂用用量量较较少，能耗较低。少，能耗较低。（2 2）最最好好能能形形成成非非均均相相恒恒沸沸物物，以以便便于于回回收收其其中中的的夹夹带剂。如乙醇水带剂。如乙醇水-苯恒沸精馏中静置分层的办法苯恒沸精馏中静置分层的办法（3 3）新新的的最最低低恒恒沸沸物物沸沸点点要要与与另另一一从从塔塔底底排排出出的的组组分分要有足够大的差别，一般要求大于要有足够大的差别，一般要求大于1010。（4 4）还还应应满满足足

21、其其它它的的工工业业要要求求，如如具具备备热热稳稳定定性性、无无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等。毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等。恒沸剂的选择原则：恒沸剂的选择原则：1.1.恒沸精馏恒沸精馏北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏31/59 2萃取精馏萃取精馏3.7 特殊精馏特殊精馏北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏32/59 2 2萃取精馏萃取精馏萃取精馏萃取精馏北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏33/59萃取剂的选择原则（萃取剂的选择原则（207207）（1 1）选择性高）选择性高 加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大。加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著

22、增大。（2 2）溶解度大溶解度大 能能和和任任何何浓浓度度的的原原溶溶液液互互溶溶，以以避避免免分分层层，否否则则难难以以充充分分发发挥挥萃取精馏的作用。萃取精馏的作用。（3 3）挥发性小）挥发性小 其其沸沸点点比比混混合合液液的的其其它它组组分分高高得得多多，以以保保证证塔塔顶顶产产品品的的质质量量，也也易易与与另另一一组组分分分分离离，但但沸沸点点也也不不能能太太高高，否否则则会会造造成成回回收收困困难。难。（4 4）具具有有稳稳定定性性、无无毒毒、不不腐腐蚀蚀、来来源源容容易易、价价格格低低廉廉等等其其它它工业要求。工业要求。2 2萃取精馏萃取精馏萃取精馏萃取精馏北京石油化工学院化学工程

23、基础第三章 精馏34/59使用特殊萃取剂使用特殊萃取剂加加盐盐精精馏馏以以固固体体盐盐类类作作为为萃萃取取剂剂的的萃萃取取精精馏馏，用用于于难难分分离离有有机机水溶液的分离，如乙醇水溶液的分离，如乙醇-水（图水（图3.513.51）、丙醇）、丙醇-水和水水和水-醋酸等。醋酸等。缺点：固体盐的输送、加料和溶解比较困难，容易发生堵塞缺点：固体盐的输送、加料和溶解比较困难，容易发生堵塞解决方法：在一般液体萃取剂中加入少量盐解决方法：在一般液体萃取剂中加入少量盐使用加盐溶剂的萃取精馏称为加盐萃取精馏使用加盐溶剂的萃取精馏称为加盐萃取精馏 3 3加盐精馏和加盐萃取精馏加盐精馏和加盐萃取精馏加盐精馏和加盐

24、萃取精馏加盐精馏和加盐萃取精馏北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏35/59从从与与水水不不互互溶溶、沸沸点点较较高高的的混混合合物物中中提提取取其其中中易易挥挥发发的的物物质质（尤其是热敏性物质），为了降低沸点，可以用水蒸汽蒸馏（尤其是热敏性物质），为了降低沸点，可以用水蒸汽蒸馏 4 4水蒸汽蒸馏水蒸汽蒸馏水蒸汽蒸馏水蒸汽蒸馏北京石油化工学院化学工程基础第三章 精馏36/59小结小结l相图及其曲线的涵义和对应公式相图及其曲线的涵义和对应公式l物料衡算物料衡算l精馏塔操作线方程精馏塔操作线方程lq值的涵义值的涵义l逐板法求理论塔板数逐板法求理论塔板数l回流比的影响和选择回流比的影响和选择l塔板效率塔板效率l连续精馏操作条件的优化连续精馏操作条件的优化