[理学]10蒸馏2.ppt

第十章 蒸馏(二) 蒸馏是最通用的化工分离技术，被誉为化学加工工业（CPI）中的Workhorse，是最重要的均相体系分离技术。 －蒸馏分离过程的实现所依据的基本物理现象是体系组分间的蒸气压，或沸点差异！ －单从字面上理解，蒸馏中的蒸是指加热/馏是指冷凝，因此蒸馏过程的实现是先蒸后馏！ 第二节 简单蒸馏和平衡蒸馏 简单蒸馏（still） 平衡蒸馏（flash） 精馏（distillation） 特殊蒸馏（special distillation） 间歇蒸馏（batch still） 水蒸气蒸馏（steam still） 恒沸蒸馏（azeotropic distillation） 萃取蒸馏（extractive distillation） 简单蒸馏 简单蒸馏是一种渐次汽化的过程，其产品的分离程度直接与时间相关； 简单蒸馏的分离能力有限，最高为热力学一次相平衡。 简单蒸馏－Batch Still 一、T-x-y相图中的简单蒸馏表达！ 简单蒸馏 二、简单蒸馏的数学模型 假定： 蒸馏装置汽相的空间体积忽略不计；或者V?0； 在某一时刻t，蒸馏釜液体的量为L，kmole，组成为x（mole frac）； 则当d(Lx)的液体汽化后，蒸馏釜液体的量为L+dL，kmole，组成为x+dx（mole frac）； 并且生成了d(Vy)的汽相量 生成的汽相量V，kmole； 组成为y（mole frac）； 简单蒸馏 显然存在，dL＝－dV 则作物料平衡并忽略高阶无穷小量dL.dx，得： 简单蒸馏 将相平衡方程： 代入上式，并积分可得， 简单蒸馏 采用mole数的表示方法： 令， 则 简单蒸馏 整理得出： 以上方程表示了相对挥发度对间歇蒸馏的影响 平衡蒸馏－闪蒸（Flash） 一、将混合体系（气或液）通过加热和冷凝，使之在操作压力下形成气液混相区； 通过节流阀进入闪蒸罐，使得气液两相分开； 所形成的汽相和液相组成互不相同，这种操作方式成为平衡蒸馏，或闪蒸。 平衡蒸馏 与简单蒸馏不同，平衡蒸馏是一种连续操作的过程。 闪蒸一般包括： 等焓闪蒸； 等温闪蒸； 等压闪蒸； …..等 不同的闪蒸方式具有不同的特性，但所有的闪蒸过程的描述都采用物料平衡、热平衡、相平衡和相关约束方程来描述。 平衡蒸馏 平衡蒸馏的描述方程： 平衡蒸馏 在以上方程中，焓平衡方程实际上决定了平衡蒸馏的汽化率，或者L与V的分配，为了简化起见，定义参数f： 参数f实际上是指闪蒸后的液相分率。 平衡蒸馏 将f的定义代入总物料平衡和组分的物料平衡，并整理得出， 平衡蒸馏 以上方程结合相平衡方程就是化工原理描述平衡蒸馏的基本方程，但是两个方程中涉及了三个参数，x，y，f，因此方程组无解。 若使方程有解，则必须规定一个参数！ 参数f直接与热平衡相关，因此规定f后，则方程可以解。 平衡蒸馏 F与热平衡的关系 平衡蒸馏 将相平衡方程与所推导的方程标绘于图中，则可以清楚地反映出平衡闪蒸的结果。 平衡闪蒸相当于一个理论级！ 简单蒸馏与平衡蒸馏的对比 操作方式 简单蒸馏：间歇 平衡蒸馏：连续 汽化过程 简单蒸馏：渐次汽化 平衡蒸馏：一次汽化 分离效果 简单蒸馏与平衡蒸馏的对比 多级闪蒸 单级闪蒸的最大分离能力是热力学一次相平衡，其分离能力不能满足大多数实际生产要求； 既然单级闪蒸的分离能力有限，若想获得更高组成的产品，必须进行多级闪蒸； 多级闪蒸 多级闪蒸 多级闪蒸 选用一个例题进行分析－iC4/nC4体系； 假定多级闪蒸体系进料为： 流量100 kmole/h； 进料的组成为0.5（mole fr） 进料的液含率为50%； 规定： 第一级以上各级冷凝的液含率都为50%； 第一级一下各级加热后的液含率都为50%； 多级闪蒸的结果 多级闪蒸 经过三级闪蒸， 轻产品V3： iC4组成从0.4999变化至0.5847； iC4的回收率?1为： 多级闪蒸 重产品L3： nC4组成从0.5001变化到0.5845； nC4的回收率?2 多级闪蒸 通过三级多级闪蒸， 轻产品（馏出液）的组成从0.4999提高到0.5847； 重产品（蒸余液）的组成从0.4999降低到0.4155； 从而实现了分离过程 但是， 馏出液的产品收率仅为14.62％； 产生了四股副产品！占原料量的70.77%！ 显然是不能接受的！ 带回流的多级闪蒸 多级闪蒸的结果 多级闪蒸 经过代回流的三级闪蒸， 轻产品V3： iC4组成从0.4999变化至0.5814； iC4的回收率?1为： 多级闪蒸 重产品L3： nC4组成从0.5001变化到0.5816； nC4的回收率?2 多级闪蒸 通过带回流的三级多级闪蒸， 轻产品（馏出液）的组