化工原理 2-9蒸馏--精.ppt

6-2双组分溶液的汽液相平衡 一、气液相平衡 经长时间接触，当每个组分的分子从液相逸出与气相返回的速度相同，或达到动平衡时，即该过程达到了相平衡。 平衡时气液两相的组成之间的关系称为相平衡关系。它取决于体系的热力学性质，是蒸馏过程的热力学基础和基本依据。 特点： 间歇操作，产品浓度随时间而变， 只能达到有限程度的提浓 请在等压图上描述简单蒸馏过程。 过程计算： 求某一瞬间气、液相组成及馏出液的平均组成 四、双组分连续精馏塔设计型计算 前提： 1）由全塔物料衡算确定 xF ，xD ， xW ； 2）已知操作压力——确定相平衡关系； 3）已知回流比和进料热状态——确定操作线。 方法： 交替使用相平衡关系和操作线方程，确定理论板数N。 条件—— （1）分离液体为水溶液，且水是难挥发组分； （2）馏出物为非水组分，釜液近乎纯水。 使用直接水蒸汽加热，可省去再沸釜。 只有提馏段而无精馏段的塔 条件— （1）回收稀溶液中的轻组分，而对馏出液浓度要求不高； （2）物料在低浓度下，相对挥发度大，不用精馏段也可达到xD。 如：在稀氨水中回收氨。 塔板型式 要求：1.生产能力大，即汽液负荷高； 2.板效率高； 3.塔板压降低； 4.操作弹性大； 5.结构简单，制造成本低。 泡罩塔板优点:操作弹性较大，塔板不易堵塞。缺点:结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。 筛板优点:结构简单、造价低，板上液面落差小，气体压降低，生产能力大，传质效率高。缺点:筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。 浮阀塔板优点:结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。缺点:处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。 2、塔板的流体力学状况 塔内流动 总体：逆流流动 板上：错流流动 筛板上的汽液接触状况： 鼓泡接触 汽液接触面为汽泡表面 泡沫接触 汽液接触面为液膜表面，更新快 蜂窝状接触 喷射接触 液体变为分散相，相转变为传递提供了更好的条件 （1）鼓泡接触状态 当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低 （2）蜂窝状接触状态 随着气速的增加，气泡的数量不断增加。当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时，气泡在液层中累积。气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡，板上为以气体为主的气液混合物。由于气泡不易破裂，表面得不到更新，所以此种状态不利于传热和传质。 （3）泡沫接触状态 当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破裂，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，在板上只能看到较薄的一层液体。由于泡沫接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热与传质提供了良好的条件，是一种较好的接触状态。 （4）喷射接触状态 当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上的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。此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相，两相传质的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，这种液滴的反复形成和聚集，使传质面积大大增加，而且表面不断更新，有利于传质与传热进行，也是一种较好的接触状态。 如上所述，泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。 因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态，故喷射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，所以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。 3、几种不正常的流动情况 漏液： 当汽速较低时，液体从筛孔直接落下，使传质效果下降 （随机性漏液、倾向性漏液） 通常，为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。漏液量达到10%的气体速度称为漏液速度，它是板式塔操作气速的下限。 造成漏液的主要原因是气速太小和板面上液面落差所引起的气流分布不均匀。在塔板液体入口处，液层较厚，往往出现漏液，