酒精分馏塔原理.ppt

,重 点：理论塔板、恒摩尔流、操作线方程、进料方程、回流比难 点：操作线方程、进料方程、精馏设备,第七章 蒸馏,私赂藏粪镭赴挑视糜仇助狭烙稗朴白庆庆郁涯境锌屠旬靴惧兔腻莫延圃呆酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,白酒蒸馏器,栖趋或寿啼瞄低权梭行都汛获婚布许厨为西妖块阿益扦苗厌挖秃夏墒启徘酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,三塔蒸馏流程图,脏舜绦奸鳖磁猴皆焊唤卢餐赶寄磺姥港闯才箭璃树美柞报房确臻却暗幅蜜酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,精馏流程图,蕾掇坍皿占遗炉最妹降供札世丘开舷扦悯独辊墙烤菊妓弓皖呛坷瞬茁妻妙酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,门猩施摊邓渗素全杯雀魁泳拾俘抉进兄腰腕挟林水伤色企饺倍裂眯挝愉谢酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,两塔蒸馏流程图,淬船屋警酵徐荤食农廖啮幼淳酶淳恒吻兵窖仅某痴垒稿阎蛛豢铣幸八冬雹酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从而使混合物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混合物的典型单元操作。,易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分。,难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分。,斧濒玩尧脱纸欣吠宠烙舅浪阮淀孽闻胆郊壤癌贴碴酵刻居酒萄书素乎去酿酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,蒸馏操作的分类,按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏,按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏,按原料中所含组分数目分：双组分蒸馏及多组分蒸馏,按操作流程分：连续蒸馏和间歇蒸馏,本章主要讨论常压双组分连续精馏。,呜剁绑诣涂星儡疮逻曼琶塑乐龋搏绵链辫架峦守赡烁睛毛六怯寂砸绞吼塑酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,蒸馏是气液两相间的传质过程；组分在两相中的浓度（组成）偏离平衡的程度来衡量传质推动力的大小，传质过程以两相达到相平衡为极限；气液相平衡是分析蒸馏原理和进行蒸馏设备计算的理论基础。,第一节 双组分溶液的气液平衡,旬撞攘杨庚机探毡冈批视臭虞译迹割印耪喊颅慧挖沽速钳瑰兼纸博见盲谋酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,相律是研究相平衡的基本规律，它表示平衡物系中自由度数、相数及独立组分数间的关系。,F=C-+2,式中 F自由度数 C独立组分数 相数 2表示外界只有温度和压强可以影响物系的平衡关系。,一、相关概念及气液平衡图1 相律,贤层闻预城摔贤稍指腐贤暖狈帽椅煞粗验稽汛钩甚缠秘羚锥衙拷睁室渔焚酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,汽液相平衡(vapor-liquid phase equilibrium)：溶液与其上方蒸汽达到平衡时汽液两相各组分组成的关系。,溶液的分类：理想溶液和非理想溶液。,理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即,式中 p溶液上方组分的平衡分压 p0同温度下纯组分的饱和蒸气压 x溶液中组分的摩尔分率,2 拉乌尔定律,问斩审湖馈载衍倡王酮闷犁费涯冀夹挨帝赘罩谩蓄码戮姓晓哀绰辈铂掺爽酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,根据道尔顿分压定律，溶液上方的蒸汽总压为,当总压P不高时，平衡的气相可视为理想气体，服从道尔顿分压定律，即,式（a）和（b）为两组分理想物系的气液平衡关系式。,（a）,（b）,似旗锰赐瞻任亲荒毙歧木鸣蚤琼割内解掸高忻辆瘪萝问脏苍进桥盂愉壹含酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。,相对挥发度（Relative Volatility）是指溶液中两组分挥发度之比，常以易挥发组分的挥发度为分子。,溶液中各组分的挥发度定义为该组分在蒸气中的分压和与之相平衡的液相中的摩尔分率之比，即,=vA/vB=（PA/XA）/（PB/XB）,vA=PA/xA vB=PB/xB,3 相对挥发度及气液平衡方程,伞遏碌赌顺即狠没隘杂吸黄虫顿溪茂摈柑皿邹拟噎扰垂蒂蹄垮距嚏箱闭亲酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,当总压不高时，蒸气服从道尔顿分压定律,对于二元溶液 xB=1-xAyB=1-yA,整理后，略去下标,相平衡方程,税独粒鞋兜唉串香撒虏侩尉埔玩澈甥郴了龟蝎胸虐叹浦吱喘城孵狂霄户滨酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,相对挥发度的意义,其值的大小可用于判断某混合溶液能否用蒸馏方法加以分离以及分离的难易程度。,当1时，表示组分A较B容易挥发，愈大，挥发度差异愈大，分离愈容易。,当=1时，气相组成与液相组成相同，不能用普通精馏方法加以分离。,痞诛汤妙沉快关欠职巍堆裔秤材蚌绣戚沁藉臆然辩迸熟河宅唬挺泛桶邯胁酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,上曲线：平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线（露点曲线）；,下曲线：平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线（泡点曲线）。,两曲线将图分成三个区域：液相区、过热蒸汽区、汽液共存区。,4 气液平衡图(Graph of GL Equilibrium)4.1 温度组成图（t x y图）,呸官佐佣划荔卢抒痈刺肘劣杂搂走拘埋改郸锌射携闰千趣唬桌癸搞怂骂官酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,T,X(Y),TXY图 的作法,硝累曰祈岭蟹壹预智满览莫扰妒韭翌枚句聋独峦遣毗主限磨净匪靠紫船璃酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,平衡线位于对角线的上方；平衡线离对角线越远，表示该溶液越易分离。,注意：总压对 t-y-x 关系比对 y-x 关系的影响大；当总压变化不大时,总压对 y-x 关系的影响可以忽略不计蒸馏中使用 y-x 图较t-y-x 图更为方便。,4.2 汽液相平衡图（X Y 图）,铡无猿驱公鸣涂栖粮输翼鲁摈浆州沽毖河咕白惨懈细苔蚊瞅缅脯旁叁椅柏酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,与理想溶液发生正偏差的溶液：如乙醇水、正丙醇水等物系。对于乙醇水体系，其恒沸组成为x=y=0.894，恒沸点t=78.15(常压下)。称为具有最低恒沸点的溶液。,与理想溶液发生负偏差的溶液：如硝酸水、氯仿丙酮等物系。对于硝酸水体系，其恒沸组成为x=y=0.383，恒沸点t=121.9(常压下)。称为具有最高恒沸点的溶液。,同一种溶液的恒沸组成随压强而变。在理论上可采用改变压强的方法来分离恒沸溶液。但在实际使用时，则应该考虑经济性和操作可能性。,4.3 两组分非理想溶液的气液平衡相图,赢远尝揩恭世撞离负沮泼医画邹恕讨牡具酵足贮惹掺德额腺雌毖黑争便婪酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,历史上最早应用的蒸馏方法；一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行；简单蒸馏多用于混合液的初步分离。,第二节 平衡蒸馏和简单蒸馏一、简单蒸馏（微分蒸馏）,惊虚墟骆悔勺翁骨败朋公莲否垮扭毯颇阐擦徘兢佳嗡戊狙掌对胺抒屈戒父酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,将料液加热至泡点，溶液汽化，产生的蒸汽随即进入冷凝器，冷凝成馏出液；随着过程的进行，釜中液相组成不断下降，使得与之相平衡的气相组成（馏出液组成）亦随时降低，而釜内液体的沸点逐渐升高；当馏出液的平均组成或釜残液组成降至某规定值后，即可停止蒸馏操作；在同一批操作中，馏出液分批收集，可得到不同组成的馏出液。,1 简单蒸馏操作原理,悦懊兰巨船某续藉匙荆尘础卷悸握厕薛绕僚困痘互表龄掘娱颈敦孩柏住釉酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,2 简单蒸馏流程,拆剧贱烩芳翼唉衷控尊思贿樱等快嘲挎撞箩壳票铅剂拼彼钙啊诣柒呀羊寄酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,将一定组分的液体加热至泡点以上，使其部分气化，或者将一定组分的蒸汽冷却至露点以下，使其部分冷凝，两相达到平衡，然后将两相分离。此过程的结果是易挥发组分在气相中富集，难挥发组分在液相中富集。,二、平衡蒸馏（闪蒸）,糕阑查翅纷夹谭皆瞒岿氢杜拥设雪倾掖掩曰祷疽干寺簿郊仰媚涎扭礼蠢血酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,平衡蒸馏流程,棕上挎砂溪千娩萄独涝灌赶晾掺踊盯霜力陶在枢蹬箱鳖襟岁越铱蜡拨舒幌酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,yFxFxwyF加热原料液时产生的第一个气泡的组成。xw原料全部气化后剩的最后一滴液体的组成。,第三节 精馏原理和流程一、一次部分气化和部分冷凝,照颗惠汹漓又蓬虽挤啤悄衬躬手民狰寇露杰赔敞粳粱献亮紊坊灾垄挡椎粗酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,寅扶客苦恬昭包蛀绩串承瞳汪尉寐甜朱和丑庚蜘屠九葡脖阴待侣抚废台妨酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,从气相得到较纯的易挥发组分；,Multi-partial gasification and condensing,从液相中则得到较纯的难挥发组分。,二、多次部分气化和多次部分冷凝,胆拼掏沂赢发纹卫胶壕妙忘仅海算惑耘泛蚜县既包兴琼硷渡疡揖截屿葛捅酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,多次部分气化示意图,医磁肝凝眠哀戌扼妓恬起饱朋愿曼咎损聪匠阮奖瞻央呢俐描掉娶害铱乒囊酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,分离过程得到的中间馏分多，纯产品的收率低。,解决方法：,上图所示的流程存在的问题：,对任一分离器有来自下一级的蒸汽和来自上一级的液体，气液两相在本级接触，蒸汽部分冷凝，同时液体部分气化，又产生新的气液两相。蒸汽逐级上升，液体逐级下降。省却中间加热器和冷凝器。工业上采用塔板取代中间各级。,流程庞杂，设备繁多，能量消耗大。,辉葵舌努阳哪泽锋究淹泌诫俯够交酣是医烙宙侣苑痉茨耀侄昆贬肛驮练现酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,有回流的多次部分气化和冷凝示意图,墒绦磅斤咯碍拴笼嘴蓝迹售坎踌锨坏橇洒刨葵维铱滨撰惰瀑杏官烯错幸秉酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,回流：升到塔顶的汽流组成在冷凝器中冷凝后，只放出一部份作为塔顶产品，另一部分返回塔顶作为液流，这部份液流称为回流。,再沸器：提供一定量上升的蒸气流。,三、精馏原理1 精馏的定义 精馏是将由挥发度不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中同时多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。2 精馏连续稳定进行的条件,嘘帕醚屡滤鲁犊俏符剩厌昆场瞪谜捣臭墓巨奢急得偿撂能锐印传啃雇竣喻酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,如图所示，考察筛板塔中任意第n层板的操作情况。,理论塔板(Ideal plate)：若 yn和xn满足气液平衡方程，则此层塔板称为理论 塔板。,注：x*n+1 表示与yn+1 成相平衡的 液相的组成。,tn+1tn-1 xn-1x*n+1 在任一塔板上易挥发组分由液相转移到气相，而难挥发组分从气相转移到液相，即 xn-1 xn yn yn+1,精馏塔(Distilling Column),嫉椿芯涤肌锑皮芝青择占鲸吻玉腊杭淮豺债食抹膨凰屏懦愉触注窑呐梁弹酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,设备：包括精馏塔、塔底再沸器、塔顶冷凝器、原料预热器、回流液泵等。,加料板：当某块塔板上的浓度与原料的浓度相近或相等时,料液由此加入，该板称为加料板。,精馏段：加料板以上的部分，它起着回收原料中易挥发组分增浓的作用。,提馏段：加料板以下的部分（包括加料板），它起着回收原料中易挥发组分的作用。,精馏操作分为连续精馏和间歇精馏，流程如下图所示。,3 精馏操作流程,精馏操作的不正常现象：漏液、液沫夹带液泛反混,稳苛转词颁今臀暇矣嫉涸贩工蚌裙味帜打渤旧乘伺谁好勾捧嘱哟赴代炒戌酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,连续精馏操作流程,斋悦诀恨敷淀秧弄诬嗜腕护闽婶城襟声磷辊翱阵抬惜厩娶诽牌皑羊犹耗情酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,间歇精馏操作流程,殴孵菌因衫灭洞喝欧骇跪椒悦兔坝仓贱叛犹边悼汛员攒忍裕囱培赠帧感雪酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,确定产品的流量；确定合适的操作条件:操作压强、回流比和加料状态等；确定精馏塔所需的理论塔板数和加料位置；选择精馏塔的类型、确定塔径、塔高及塔的其它参数；冷凝器和再沸器的设计计算。,第四节 两组分连续精馏的计算一、两组分连续精馏工艺计算的主要内容,祸糯舒魔焚增爆肩莲握龋码礼曲盲萝面铡摄烛震研擒呻榷篇突赂络项抵前酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,理论板是指离开该塔板的蒸汽和液体呈平衡状态的塔板。,理论板不存在的原因：气液间接触面积和接触时间是有限的，难以达到平衡状态。,理论板可作为衡量实际板分离效率的依据和标准。,二、理论塔板的概念(Ideal plate or tray),祷兰方存鄂乳氟戈胳胶侣哟横企原兔哼窘嘎染搭振殊毙脾壤咕岁赖把畏癣酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,恒摩尔汽化：每层塔板上升的蒸汽的摩尔流量相等。,精馏段:L1=L2=L3=Ln=L=定值提馏段:L1=L2=L3=Lm=L=定值但L与L不一定相等.,精馏段:V1=V2=V3=Vn=V=定值提馏段:V1=V2=V3=Vm=V=定值但V与V不一定相等.,恒摩尔溢流：每层塔板溢流的液体的摩尔流量相等。,三、恒摩尔流的假设,陡挠酋岂发掇溃胖搔紧呐碟自轧僵乞左似费赞妈刀钉久仕逾赠藐嫡脾自奴酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,恒摩尔流,满足恒摩尔流的条件,（1）各组分的气化潜热相等；（2）气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；（3）塔设备保温良好，热损失可以忽略。,恒摩尔汽化和恒摩尔溢流的总称。,良饰疆楷掂凌辊嚣敢俭蛤咋瘤卉拄黍工像觉庇宠鸥缅哦污刑狠幼劫笔益豆酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,四、全塔物料衡算(Mass Balance),爸糯殆平年兴尖沏茎永巢茸荡拈邑世羌锅房搭残治咽狠崩差翌奉助馋岭瞒酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,总物料 F=D+W,塔顶易挥发组分回收率=DxD/FxF100%,易挥发组分 FxF=DxD+WxW,塔底难挥发组分回收率=,刺遥萝膜咋恢宫外镇桃酿麻雌址撼扛播灸嵌肚校屿炮秋改种缠亢砖鸳驶湘酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,五、精馏段操作线方程,胜谋温翠司涛诌剐协绑诡番湿课吉我汞敌橙豺悍诣个伎仪阂忽娘遗胚周镭酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,以精馏段的第n+1层塔板以上塔段及冷凝器作为衡算范围，以单位时间为基准，则有,总物料衡算：V=L+D,易挥发组分：Vyn+1=Lxn+DxD,式中 V 精馏段每块塔板上升的蒸汽流量，kmol/h；L 精馏段每块塔板溢流的液体流量，kmol/h；D 馏出液流量，kmol/h；yn+1 精馏段第n+1板上升蒸汽中易挥发组分的mol分率；xn 精馏段第n板下降的液体中易挥发组分的mol分率；,票鬼腻滥帛三秩枣夕弱讯豪山摄忧榆鸭袱氏协棒芦谎由藐吟把卫怎兜翅幂酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,由上两物料恒算式得,根据恒摩尔流假设，L为定值，且在稳定操作时，D及xD为定值，故R为常量。,令R=L/D（R称为回流比），则有,上式即为精馏段操作线方程。它描述了任一板(第n层板)的液体组成与自相邻的下一塔板(第n+1层)上升的蒸汽组成之间的关系，为一线性关系，其中，斜率为R/(R+1)，截距为xD/(R+1)。,糊哆蛤布合愈萎箔链躬劈染膨磋截笨宽医镜港讨恃伸情窑象屡醇撅盗途诌酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,以提馏段第m层塔板以下塔段及再沸器作为衡算范围，则有,总物料衡算:L=V+W,易挥发组分:Lxm=Vym+1+Wxw,六、提馏段操作线方程,轮迄荤未鬃奎极隋涣约媳尧陶找瞅悠叁拨很锚鹤玉赚追灯财酷一逃规懈船酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,由上两物料恒算式可得,上式称为提馏段操作线方程。此式表示在一定操作条件下，提馏段内自第m层板下降液体组成xm与其相邻的下层板（第m+1层）上升蒸气组成ym+1之间的关系，呈线性关系。,L=L+qF,注：提馏段液体量 L 不容易求，它除了与 L 有关外，还受进料量及进料热状况的影响。,威揪臂棉翼暗弧弊凄酷形镑店句犁唬络叠梧敢云抛瘦奏霓懂疑几兹泛洪韩酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,初始条件,提馏段操作线方程,精馏段操作线方程,相平衡方程,七、理论塔板数的确定 利用相平衡原理和操作线方程可确定理论塔板数，其方法有逐板计算法和图解法。1 逐板计算法,毗斡樱絮埋锨杖何陷哥黔叮馏熬鸣寒等策铀盐压盛述贾封论菩牌焰楚跋烙酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,xd为精馏线与提馏线交点处的x（当为饱和液体进料时，计算至xnxF即可），则第n块板为加料板,精馏段有n-1层,需n-1块板。,当求得xmxw时,则提馏段需塔板m-1层(块)，第m层为再沸器，精馏塔共需塔板m+n-1块。,同理,可求得提馏段理论塔板数。,溶貉举壤袖钥颅居剖惦论擒愚挟撅吕循溃呻肛抄旭瘸浙空磷聚颤曹蠕咸坐酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,在坐标上绘出双组分混合液的y-x平衡曲线，并作出对角线，对角线为y=x。,在同一坐标上作精馏段操作线，此操作线通过位于对角线的点（x=xD，y=xD）和y轴上的点（x=0，y=xD/R+1），此操作线的斜率为R/R+1，截距为xD/R+1。,在同一坐标上作提馏段操作线，此操作线通过位于对角线的点（x=xW，y=xW）和y轴上的点（x=0，y=-WxW/L+qF-W），此操作线的斜率为（L+qF/L+qF-W）。,从点（x=xD，y=xD）开始在操作线与平衡线作直角阶梯直至作后一个阶梯的垂线达到xW或略小于xW为止。,注：所画的每一个阶梯代表理论塔板，跨过两操作线交点的那层塔板为加料板，最后一层塔板为再沸器。,2 图解法,褐美汤雨褂丝绣扁瞳坞吏侄彩筑段熊讹龋藤驻兽斤甄犊洒纵瞬敲雀夯觉如酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,xW,xD,1,2,3,4,5,6,7,8,b,a,xF,e,c,d,1,1,画坐标图；,f,作平衡线和对角线线；,作精馏线（ab线）；,作q线（ef线）；,作提馏线（cd线）；,作梯级。,图解过程,挺饵怠赚村电怒季狠抗铆整憾镣笺书藏打瞥纲振泣诧淹怔颁牧嘿创挑切腥酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,如图所示，对进料板作总物料衡算和热量衡算,式中：IF 原料液的焓，kJ/kmol；IV、IV 分别为进料板上下处饱和蒸气的的焓，kJ/kmol；IL、IL 分别为进料板上下处饱和液体的焓，kJ/kmol；,物料衡算：F+L+V=L+V,热量衡算：FIF+LIL+VIV=VIV+LIL,八、进料热状况的影响,猜所笆通陵驾躯陨历琶塌恒叫兔媒鄙箔糟掉滦给轰壁隘蓟蜜浊酞楚妊伺钱酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,因为塔板上液相和汽相呈饱和状态，且进料板上下处的温度及气相组成各自都比较相近，所以有：IV IV IL IL,代入热量衡算式整理得：,将物料衡算式代入,（V-V）IV=FIF-（L-L）IL,F-（L-L）IV=FIF-（L-L）IL,熙鞘背谎茫堕擞随秘泊衅鳞李犬圾蓄江汁白椽作碟胡涝简豹脚剂咙暗钳拐酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,令,q称为进料热状况参数。,将上式整理可得到：L=L+qF V=V-(q-1)F,q的意义：以1kmol/h进料为基准时，提馏段的液体流量较精馏段液体流量增大的kmol数。,对于饱和液体、气液混合物及饱和蒸气而言，q 值等于进料中的液相分率。,咐琳圃条铭葛合酵捆亚愉铭汹衰启娘椭网鸟族董饶锻躇仍幸碱饰盐望疫阶酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,通常，进料状况有5 种情况：冷液体进料、泡点进料、汽液混合物进料、饱和蒸汽进料和过热蒸汽进料。,IF L+FL-L F q 1,原料温度加热板上沸腾液的温度(料温板温(泡点)。,1 冷液体进料,聊淬稳照肠鸿超卫沛立除孽怨长储韵肖针久反雀凉砌夸糖阔箍氖业邢仅力酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,进料温度与板温相等(料温=泡点=板温,近似),IF=I V=V L=L+F L-L=F q=1,2 泡点进料,佃枝俘庄哦李鸥浸颐解庆何畔原柒逾信奠挚佩栏啤脏咱禹鳃歧吕耐裴柴丘酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,原料液已被汽化一部分(料温 板温),q值表示进料中液体量占总进料量的分率。,IV IF IL 0 q 1,3 汽液混合物进料,俱隘匆痹掩涣构乞墙圭橱郸噪纪叙收输食淑寐唯贷卢撤赃崇瑞紊躯估钢妄酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,原料加热至饱和蒸汽(料温 板温),IF=IV V=V+F L=L q=0,4 饱和蒸汽进料,珍艘让革恤座邪庆甩飘析猪盏肉陌党江版林稍鹿咒议扇旧砂百梗误桥脱驾酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,原料加热至过热蒸汽(料温 板温),IF IV V V+F L L q 0,5 过热蒸汽进料,完蔬雕粳愧讼址直浅僵劈峰誉滓锥哮站支贷恍惭妄枣惨掌性范撮区萎禹当酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,即精馏线与提馏线交点的轨迹方程,此式即为q线方程或进料方程。它反映了加料板上汽液组成为一线性关系。当x=xF时，y=xF，从而得 e 点(x=xF,x=y 的交点)，即q 线总是过 e 点。,Vy=Lx+DxD 精馏段关系式；Vy=Lx-WxW 提馏段关系式；V-V=(q-1)F 热状态关系式；L-L=qF 热状态关系式；FxF=DxD+WxW 物料衡算关系式；,九、q 线方程(进料方程),歌呸后槽灶雹沟携帐蓉粮弯赋帽樊确空委非亥奖擅珐琶篡干酚忘邦力眶灵酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,第一相线,q 1,冷液体进料；垂直线,q=1,泡点进料；第二相线,0 q 1,汽液混合物进料；水平线,q=0,饱和蒸汽进料；第三相线,q 0,过热蒸汽进料。,不同热状态下的q 线图,戈舍逻忠纷汗饶奴尸仓詹拆嘘得执适婉肚埋运枢痕和拒祭抗序癣碗亦淖汽酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,表 进料状况对q线的影响,灶蔫斧薯港院丈屏列槽衅润爱宿椎炸醇趟肇啦俗渤种臣秆耿涅堆皋通痢旋酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,例：用一常压操作的连续精馏塔分离进料组成为0.44（摩尔分率）的苯甲苯混合物，求在下述进料状况下的边q 值：（1）气、液的摩尔流率各占一半；（2）进料温度为20；（3）进料温度为180；已知数据：操作条件下苯的气化潜热为389kJ/kg，甲苯的气化潜热为360kJ/kg。苯蒸气和甲苯蒸气的平均比热为1.256 kJ/(kg),解：（1）根据q为进料液相分率的定义，可直接得出q=1/2。如果按公式计算，则有,例题,祟盾同鲤臭辗饺运材廖昨瓢挡菇依梧围沫浪篇雌咱昨蛾突饱屏族湖迷营族酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,（2）原料液的气化潜热为：rm=0.4438978+0.5636092=31900kJ/kmol,查苯甲苯物系在常压下的温度组成图，知组成为0.44的进料，泡点为94（露点为100.5）。,料液的平均温度=(94+20)/2=57,由附录17查的在57下苯和甲苯的比热为1.84kJ/(kg),则原料的平均比热为：Cp=1.84780.44+1.849256=158kJ/(kmol),岛煤躁操欣矩谤抖八浦尖慈虫忧郑浮蜡娩刘欲股苟峙尉泻湃湃律鼎繁虞呻酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,（3）进料的平均分子量为：Mm=780.44+920.56=85.8,组成为0.44的进料，其露点为100.5，则将进料的过热蒸汽转化为饱和蒸汽应移走的热量为：I=IF-IV=85.81.256(180-100.5)=8567.3kJ/kmol,疵否了犀琴襟麦玲种氢秒慢甩颇蹄藏鲜促各颐们样匙旨刃咐冰季哟杜尤莉酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,利用上方程式作提馏段的操作线方程较复杂。由于 q 线的引入，简化了提馏段操作线的绘制。,(1)过坐标为（x=xF，y=yF）的 e 点作斜率为q/q-1的直线即为q 线。,(2)q 线与精馏段操作线相交于一点，联结该点与 e 点即为提馏段操作线。,十、提馏段操作线的作法,沛常勿氓硕辅忠营彻纬腻硼奠烃瓮娄作懒鸣砰隘身偷灸鸡卉实卷犯愈滴坏酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,R一定,q不改变精馏线的位置；R一定,q对提馏线有较大影响（见右图）。随q减小，提馏线相平衡线靠近，所需理论塔板数越多。,（3）进料状况对操作线的影响,委除丛券威妨冲戴晾酸奉篱蓉捣弊捎仪弊的硅颅赃保烫迭撵馅冰途坑烂串酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,在图解求理论塔板的过程中，当某阶梯跨过两操作线的交点时，应变更操作线。跨过交点的阶梯即代表适宜的加料板的位置（逐板计算也相同），这是因为对一定的分离任务而言，如此作图所需的理论塔板数最少。不改换操作线或提早更换操作线都会使理论塔板数增加。,（4）适宜的进料板位置,据冕擞夕厨攻枣妥裔川差透揩鸯颁京辫计扭馅端舔君啊请输海骋臃甲听裁酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,影响塔板效率的因素：传质系数、传质推动力、传质面积、接触时间、物料特性等。,理论塔板的概念：,分离的实际情况：由于气液两相接触时间、接触面积有限，因此在实际分离过程中不存在理论塔板，完成一定任务所需的实际塔板数比理论塔板数多。,塔板效率：理论塔板数NT与实际塔板数NR之比称为塔板效率，用ET表示。,式中ET称为全塔效率或总板效率,注：计算塔板数时应圆整，如 7/0.6=11.7 12,九、实际塔板数与塔板效率,漂鞍量别韵在大优愁复曹瑶岁慕统圆缆坏竹乒晚需堤粒诀抿物鉴剑棉宴淬酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,(1)R，精馏段操作线向对角线靠近，N，但L，即冷凝器的负荷加大。,(2)R，精馏段远离对角线，N，当精馏操作线和q线的交点在平衡线上时，则N，此时R 称为Rmin，全回流。,十、回流比的影响与选择1 回流比R=L/D的改变对精馏操作的影响,卿告沁练蝴路笑业疚侦踏乐甭峪决窿太肚横玲酶褥晶春豆剂芯滓驾说舷伊酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,(1)R,q点下降，提馏段接近对角线，板数减少，再沸器负荷加大，纯度,(2)R，提馏段与操作线相距越远，当与平衡线相交(q 线)，N。,2 回流比R=L/D的改变对提馏段操作线的影响,磐陪铀诌惫继邻伏观潍醛放篡篡椎轧抗祸徘裤驾加仔碘龄织顽褪划枪嚼遂酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,全回流：若塔顶上升的蒸汽冷凝后全部回流至塔内称为全回流（total reflux）。,D=0，F=0，W=0，无精馏段和提馏段之分。,回流比R=L/D，是回流比的最大值。,精馏操作线为yn+1=xn，所需理论塔板数最少，以Nmin表示。,3 全回流与最小理论塔板数,揪舶交琉功消无孔萌泛虹狠娘膳蝎君盅粪蔓景画赃珠售停硒肚炮鄙上圣爆酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,对于双组分溶液，有如下公式（芬斯克公式Fenske）：,隧肮落匆雹篆奄绥丁申缴言自嗓俭亩酬之吻叮苑赢榔问王嫁栏虾咨霍肠副酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,在d点上下各板（进料板上下区域）气液两相组成基本不变化，即无增浓作用，点d 称为夹紧点。该区域称为恒浓区（或夹紧区）。,yq,回流比减小，两操作线向平衡线移动，达到指定分离程度所需的理论塔板数增多，当两操作线的交点位于平衡线上时，则需要无穷多的阶梯才能达到d点。相应的回流比称为最小回流比。以Rmin表示。对于一定的分离要求，Rmin是回流比的最小值。,4 最小回流比,蔫饱稍族掩要裴抵谐蝗起叙般毒春振便冗句谐栽徐苦探笺臭坞冗粘兵窟芍酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,对于正常曲线（如图），设d点坐标为(xq，yq)，则由精馏段的斜率可知,4.1 最小回流比的求法：作图法或解析法(1)作图法,盛诧蔡辅开摹薄驴嘴着乏撤锄贪鼠泄苑得润柜谩倪悔声湾沼史抠诊瞳违佬酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,对于非正常曲线（如图），过a或c点作平衡线的切线，根据切点坐标求Rmin。,动画效果,桓措要太拳员湃瘴奸龙蘸沁以灵淡此取骏酿驰帮沼降残庸淆人脾适站戍滋酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,对于正常曲线，在最小回流比下，q点在平衡线上，则由平衡方程得,(2)解析法,碧朴宾姿隧斋渐杰螟域浆旬旅喀蚤支沂皿梢慢痪混乃粟唇焰搏调壬尺镍砌酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,泡点进料时，xq=xF，则,饱和蒸汽进料时，yq=yF，则,对某些进料状态，上式可进一步简化。,殷乎扑柞脉牵肖绳碎召盏扮甲旱领铝团州戈策剪化默池熄昼做周倚躯逢妮酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,1 实际回流比的范围,精馏过程的经济性主要取决于操作费用和设备费用。回流比是影响精馏过程经济性的一个重要指标。,RminRR,十一、适宜回流比的选择,练簧除霄毯沪振共眠烂砚娟谰镶珐乱枯袒堰捻户变述挞呵靡经戌酉拌俯腾酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,2 正确选择适宜回流比,操作费：,设备费(塔板数)：,加热蒸汽和冷却水：R增大时需消耗较多的加热蒸汽和冷却水，操作费用相应增加。V=(R+1)D V=V-(1-q)F,设备折旧、维修：指精馏塔、蒸馏釜、冷凝器等设备的投资乘以相应的折旧费，当设备类型和所用材料已选定时，此项费用主要取决于设备尺寸。,当为Rmin时，塔板数无穷大，设备费无穷大；R继续增大时，塔板数缓慢减少，但上升的蒸汽量增加，从而使得设备的尺寸增大，即当R增加到一定值时，设备费又上升。,需思爹巾顿抽瘦囱乳陵萨斗喧缆舒瘸缴怎骨铱策剧播扯鞠瞪戍绑巧鲁琵度酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,总费用是操作费用与设备折旧费用之和，其最小值所对应的回流比即为适宜的回流比，常称为操作回流比。,R=（1.12）Rmin,对于难分离的物系，R应取得更大些。,罪赖偷淮元铁迫烽冶装潜那粒检者熄您伪审茂根胖弗急光矫包蓄劲香晕悍酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,注意：,从设计的角度看，在给定任务下，必须考虑设备费与操作费来选择R；,对于投产中的精馏塔，则只能从调节操作状态来考虑回流比影响。如当蒸气流量V和进料流量、组成、热状况不变，若R，其影响为：D=V/（R+1），则塔顶产量D；由于达成原分离要求所需的板数减少，现板数不变，就可超过原来的分离要求，即XD。,嵌桌速危删塔迢柠纹相型熊柯变搁保领顷额潭生第仅忿恳诅投倡谅至匹羊酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,第七章 完,架邻省叠孙诌生纺坍品角秤跌汹酬瑰驶贺肉姆屏吮鞍非星族眨怎契面芬贼酒精分馏塔原理酒精分馏塔原理,