第六章蒸馏技术讲义.ppt

§6-2 双组分物系的汽液相平衡 §6.2 双组分物系的汽液相平衡 分子有效直径 分子在碰撞过程中，两分子质心的最短距离（即发生斥离的质心距离）称为分子有效直径。 分子运动自由程 一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程 分子运动平均自由程 任一分子在运动过程中都在不断变化自由程，而在一定的外界条件下，不同物质的分子其自由程各不相同。在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程 温度、压力及分子有效直径是影响分子运动平均自由程的主要因素。当压力一定时，一定物质的分子运动平均自由程随温度增加而增加。当温度一定时，平均自由程λm与压力p成反比，压力越小（真空度越高），λm越大，即分子间碰撞机会越少、不同物质因其有效直径不同，因而分子平均自由程不同。 分子蒸馏原理示意图 当液体混合物沿加热板流动并被加热,轻、重分子会逸出液面而进入气相,由于其中轻、重分子的自由程不同, 因此,不同物质的气相分子移动距离不同，若能恰当地设置一块冷凝板，则轻分子达到冷凝板被冷凝并排出，而重分子达不到冷凝板沿混合液排出。这样，达到物质分离的目的。  分子蒸馏技术的特点  由分子蒸馏的基本原理可知，分子蒸馏应满足两个条件 ： ①轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异越大越好； ②蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程。 （１）操作温度低 常规蒸馏是靠不同物质的沸点差进行分离的，而分子蒸馏是靠不同物质的分子运动平均自由程的差别进行分离的，也就是说后者在分离过程中，蒸气分子一旦由液相中逸出（挥发）就可实现分离，而并非达到沸腾状态。因此，分子蒸馏是在远离沸点下进行操作的。 （４）分离程度及产品收率高  分子蒸馏常常用来分离常规蒸馏难以分离的物质，而且就两种方法均能分离的物质而言，分子蒸馏的分离程度更高。 分子蒸馏的挥发度一般用下式表示： M1——轻组分相对分子质量 M2——重组分相对分子质量； p1——轻组分饱和蒸气压，Pa； p2——重组分饱和蒸气压，Pa； ——相对挥发度。 而常规蒸馏的相对挥发度为： 由于 　　　项中　　　　，因此 即 分子蒸馏的适用范围 1.分子蒸馏适用于不同物质分子量差别较大的液体混合物系的分离，特别是同系物的分离，分子量必须要有一定差别。 2.分子蒸馏也可用于分子量接近但性质差别较大的物质的分离，如沸点差较大、分子量接近的物系的分离。 3.分子蒸馏特别适用于高沸点、热敏性、易氧化（或易聚合）物质的分离。 4.分子蒸馏适宜于附加值较高或社会效益较大的物质的分离。 5.分子蒸馏不适宜于同分异构体的分离。 三.适宜回流比的选择 6.5.6 回流比 R 的影响及其选择 操作费用 C2 R Rmin 设备费用 C1 费用 图1-25 适宜回流比的确定 总费用 C＝C1+ C2 适宜R 实际操作的回流比应介于全回流与最小回流比两者之间。 适宜的回流比根据经济核算来确定，即应在操作费用和设备费用之间作出权衡。 操作费用：精馏的操作费用主要决定于再沸器中产生上升蒸汽 V′ 所消耗加热介质的量和冷凝器中冷凝塔顶蒸汽 V 所消耗的冷却介质的量。而塔内蒸汽量与回流比有关，即 可见，当 F、q、D 一定时，R 增大，塔内上升蒸汽量增加，加热和冷却介质的消耗量亦随之增多，操作费用相应增加。 设备费用： R=Rmin 时，需无穷多块塔板数，故设备费用为无穷大。 只要 R 稍大于Rmin，所需理论板数急剧减少，设备费用随之剧减。 随 R 的增大，理论板数减小的趋势渐缓。 最适宜的回流比：精馏过程总费用（操作费用与设备费用之和）最低时的回流比。 根据实验和生产数据统计 R 进一步增大，上升蒸汽 V′ 和 V 增大，塔径、塔板面积、再沸器及冷凝器换热面积增大，设备费用又开始上升。 理论板数 N Rmin 回流比 R Nmin 6.5.7 求NT 的简捷方法——Gilliland关联法 §6.5 双组分连续精馏的计算 Root 精馏条件： (1) 组分数目=2~11； (2) 进料热状态包括冷液至过热蒸汽的五种情况； (3) Rmin =0.53~7.0； (4) 组分间相对挥发度=1.26~4.05； (5) 理论板数=2.4~43.1。 用8个物系，由逐板计算得出的结果绘制而成。 吉利兰 (Gilliland) 关联图 吉利兰图 在精馏塔设计中，常借助于最小回流比 Rmin 以及全回流时对应的最少理论板数 Nmin 的概念初步估算所需的理论塔板数。 注意：使用该图计算时，条件应尽量与上述条件相近。 【例题6-9】 详见教材P33-34. 注意：算出的NT 可以保留小数，如果取整数，应向大圆整。 (1) 根据