蒸馏-Distillation.ppt

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蒸馏-Distillation

第一章 蒸馏 Distillation 1.1 概述 均相物系的分离 混合物可分为非均相物系和均相物系。 均相物系的分离条件是必须造成一个两相物系,然后依据物系中不同组分间某种物性的差异,使其中某个组分或某些组分从一相向另一相转移,以达到分离的目的。 物质在相间的转移过程称为传质(分离)过程。常见的传质过程有蒸馏、吸收、萃取和干燥. 蒸馏 蒸馏是利用物系中各组分的挥发度差异,通过加热使其部分汽化,造成气、液两相,从而在气相富集轻组分液相富集重组分而分离的方法。 将沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分,用A表示。 将沸点高的组分称为难挥发组分或重组分,用B表示。 例如: 加热甲醇和乙醇的混合液,由于甲醇的沸点(64.7℃)较乙醇的沸点(78.3℃)低,故甲醇较乙醇易于从液相中气化出来。若将气化的蒸汽全部冷凝,即可得到甲醇组成高于原料的产品从而得以分离。 蒸馏分离的特点 直接获取几乎纯态的产品。而吸收、萃取等操作的产品为混合物。 应用范围广。可分离液体混合物,气体混合物、固体混合物。 能耗高。气化、冷凝需消耗大量的能量。有时需要高压、高真空、高温或低温条件,将消耗额外的能量 蒸馏过程的分类 按生产方式分为间歇蒸馏和连续蒸馏 按蒸馏方式分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏等 按操作压强分为常压、减压、加压蒸馏 按待分离混合物中组分数不同分为双组分和多组分蒸馏 1.2 双组分溶液的气液平衡 1.2.1 双组分理想物系的气液平衡 一、相律 相律是研究相平衡的基本规律,即: 式中 F――自由度数; C ――独立组分数; P ――相数。 对双组分的气液相平衡 由相律知其自由度数为2。 组分数C=2(A,B) 相数P=2(汽,液) 影响因素n=2(温度,压力) ∴自由度F=2 〖说明〗 对两组分气液平衡物系而言,温度t、压力P、气相组成y、液相组成x四个参数中,任意确定其中2个变量,其余的2个变量随之确定,两组分气液平衡物系的状态便确定了。 一定压力下:液相(气相)组成x (y)与温度t存在一一对应关系; 气液组成之间x~y存在一一对应关系 三、双组分理想溶液的气液平衡相图 有t~x~y图和x~y图两种。 1.t~x~y图(温度~组成图) (1)实验测定法 通过实验测定不同温度t下的组成x和y,以组成x(y)为横标,温度t为纵标,标绘所得即为t~x~y图。 过程分析: 若将温度为t1,组成为x1的冷液体(A点)加热,升温到B点时溶液开始沸腾,出现第一个气泡,相应的组成为y1,因此饱和液体线又称泡点线。 继续升温到C点,进入气液两相共存区,气液组成分别如m、n点坐标所示的x和y,可见此时yx,两相的量可由杠杆规则进行确定。 氯仿—丙酮溶液和硝酸—水物系为具有很大负偏差的例子。 图片1-5和图片分别为硝酸—水混合液的t–x–y图和x–y图. 常压下其最高恒沸点为121.9℃, 对应的恒沸组成为0.383,在图中的点N溶液的相对挥发度 。 特点: 连续操作 顶部和底部产品组成不随时间而变化 一次进料,粗分 x, y是一对平衡组成 二、热量衡算 三、气液平衡关系 特点 间歇操作 塔顶塔底组成不是一对平衡组成 在蒸馏过程中系统的温度和气液相组成均随时间改变。 适合于混合物的粗分离,特别适合于沸点相差较大而分离要求不高的场合,例如原油或煤油的初馏。 平衡蒸馏和简单蒸馏过程在相图上的表示: 温度为tF的原料液加热到t1,部分汽化、分离,所得汽相组成为y,液相组成为x。 此分离过程不会使yyD、xxW。由此可见,将液体混合物进行一次部分汽化的过程,只能起到部分分离的作用。因此,这种方法只适用于要求粗分的场合。 1.4.1 精馏过程原理和条件 一、精馏过程原理 精馏:将由挥发度不同的组分所组成的混合液,在精馏塔中同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程,可使混合液分离成几乎完全纯态的组分的分离过程。 精馏过程原理可用图1-7所示的t-x-y图来说明。 混合液体连续或多次部分汽化,釜液组成沿 t-x 相图的泡点线变化,可得难挥发组分含量很高而易挥发组分含量很低的釜液。 3. 塔板的作用 塔板提供了汽液分离的场所。汽液两相在板上充分接触,进行传质和传热。 每一块塔板是一个混合分离器 足够多的板数可使各组分较完全分离 其结果: 精馏过程的回流 精馏塔内只要有足够多的塔板数,就可使混合液达到所要求的分离程度。但必须保证塔板上始终有一定的液层和与之接触的气相,实现气液两相的传质和传热过程,所以精馏塔必须从塔底引入上升蒸气流和从塔顶引入下降液流(称为回流)。 回流的作用:提供不平衡的气液两相,是

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