青海大学蒸馏课件第一章第3节详解.ppt

第一章 蒸馏 一、精馏过程原理和条件 二、精馏操作流程 第三节 精馏原理和流程 2017-4-10 蒸馏的基本原理是将液体混合物部分汽化,利用其中各组分挥发度不同（相对挥发度）的特性，实现分离目的单元操作。蒸馏按照其操作方法可分为：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏等。 本节以两组分的混合物系为研究对象，在分析简单蒸馏的基础上，通过比较和引申，讲解精馏的操作原理及其实现的方法，从而理解和掌握精馏与简单蒸馏的区别（包括：原理、操作、结果等方面）。 2017-4-10 1.一次部分汽化或部分冷凝操作： 由图可见：采用一次部分汽化对于 xF , tf的混合液,汽-液平衡时, 液相：x xw (露点组成) , 汽相：y yF (泡点组成) 这说明一次部分汽化操作所能达到的分离程度是有限的。 一、精馏过程原理和条件 2017-4-10 由此可知，简单蒸馏，即将液体混合物进行一次部分气化(单级)的过程，只能起到部分分离的作用，只适用于要求粗分或初步加工的场合。而要使混合物中的组分得到高纯度（几乎完全）的分离，只有进行精馏。 2017-4-10 结果:将初级混合物部分汽化后所得汽相在塔顶经多次部分冷凝. 由图可知，最后可得汽相浓度为y3（较高）的产品组成。 2. 塔顶产品多次部分冷凝 t1 t2 t3 操作流程 操作在相图上的反映 2017-4-10 结果:对初级混合液部分汽化后得到的液相在塔底经多次部分汽化 最后可得液相浓度为x2`（较低）的塔底产品组成。 3. 塔釜产品多次部分汽化 t1 t1’ t2’ 操作流程 操作在相图上的反映 2017-4-10 xF 2017-4-10 ① 由2、3可知：欲使混合液得到有效分离，必须同时分别对 塔顶汽相和塔釜液相进行多次部分泠凝和多次部分汽化。 4. 过程进行的必要条件及存在问题讨论 ⑴ 过程中间产品多，最终产品少，收率低。 此即为精馏操作的必要条件之一 ② 存在问题： ⑶ 汽化、冷凝热量消耗大，运行成本高。 ⑵ 设备庞大，投资高。 2017-4-10 流程中只需要一个加热器和一个冷凝器！ 5. 问题的解决方法——回流（部分回流） 结果:通过回流，既克服了中间产品的问题，又完成了部分汽化和部分冷凝的操作。 2017-4-10 ③ 通过回流造成汽-液二相的接触与传质，同时由于二组分 挥发度的差异，使过程能够进行。 由前讨论可见： ① 回流是保证精馏过程连续稳定进行的又一必要条件。 ② 回流亦是蒸馏与精馏的主要区别标志。 ④ 精馏过程，塔顶、塔底均存在回流，对于上段为液相回流， 对于下段为汽相回流。 问题:以上有回流的流程是否可在工程上应用?? 解决方法:工业上采用精馏塔完成以上操作 2017-4-10 2017-4-10 今以第3级为例，由左图可知，x2y1x3，而x2x3y2，---在x2和y2之间存在y1和x3. 如果冷凝和汽化的温度选择恰当，可使y1和x3 较为接近。这样，若将第3级中产生的中间产品x3与第2级的料液相y1混合,......，其结果不但消除了中间产品，且提高了最后产品的收率。－－－传质 (1) 过程分析 2017-4-10 同时，由图还可以看出，当第1级所产生的蒸气y1与第3级下降的液体x3直接混合时，由于液相温度t3低于气相温度t1，因此高温的蒸气y1（潜热）将加热低温的液体x3，而使液体部分汽化，蒸气自身则被部分冷凝。－－－传热 2017-4-10 由此可见，不同温度且互不平衡的气液两相接触时，必然会同时产生传热和传质的双重作用，所以使上一级的液相回流（如液相x3）与下一级的气相（如气相y1)直接接触，就可以将前面所示的流程演变为右图所示的分离流程，从而省去了逐级使用的中间加热器和冷凝器。 (2) 实现精馏操作的条件 从右图，将每一级中间产品返回到下一级中，不仅可以提高产品的收率，而且是过程进行的必不可少条件。例如，对第2级而言，如果没有液体x3回流到y1中(无中间加热器和冷凝器)，就不会有溶液的部分汽化和蒸气的部分冷凝，第2级也就没有分离作用了。因此每级都需有回流液。 2017-4-10 对于最上一级（图中第3级）而言，将y3冷凝后不是全部作为产品，而把其中一部分返回与液相y2相混合是最简单的回流方法。通常，将部分产品引回设备的操作称为回流。回流是保证精馏过程连续稳定操作的必要条件之一。 对增浓难挥发组分来说，道理是完全相同的。进入最低1级的难挥发组分(最高浓度)的蒸气只能有最低一级下降的液体部分汽化而得到，此时汽化的热量由加热器（称为再沸器）供给。在再沸器中，溶液的部