化工原理液体精馏精品文档.pptxVIP

第九章 液体精馏9.1 蒸馏概述 用于互溶液体混合物的分离, 是最常用的方法.蒸馏分离的物理依据: 液体中各组分挥发度不同. 液体部分气化后的组成与剩余的液体组成有区别.工业蒸馏过程: 最简单的是平衡蒸馏和简单蒸馏, 只用一次平衡关系. 对高纯度的分离,需要精馏,(重点) 应用多次平衡关系. 图9－1，图9－2精馏操作的费用和操作压强 操作费用--液体气化需要热量(蒸汽),气体冷凝需要冷量(冷却水); 设备费用--塔器的投资,由塔直径和塔板数(塔高)确定; 操作压强高—设备要求高,但对低沸点物质可用一般冷却介质; 操作压强低—需要真空设备,但适用高沸点和热敏性物质;9.2 双组分溶液的气液相平衡9.2.1 理想物系的气液相平衡气液两相平衡共存时的自由度 相律 1)液相(或气相)组成与温度间一一对应关系; 2)气,液组成间的一一对应关系.双组分理想物系的液相组成—温度(泡点)关系式 1)液相为理想液体(组分分子结构相似),服从拉乌尔定律; 2)气相为理想气体(低压气体),服从道尔顿分压定律. 满足拉乌尔定律：纯组分的饱和蒸气压与t的关系，用Antoine公式表示: 总压气相组成与温度(露点)的定量表达式引入相平衡常数K t-x(y)图和y-x图 泡点线, 露点线, 平衡线y-x的近似表达式与相对挥发度 相态变化 杠杆定律t气相区1重组分沸点露点线y两相区泡点线10x轻组分沸点液相区xAxBP=常数讨论:1)上式相平衡方程，反映了双组分物系平衡时两相的浓度关系2)对理想物系3)对物系相对挥发度 相差不大4)相差较大,但不超过30%9.2.2 非理想物系的气液相平衡 实际生产遇到的物系大多数是非理想物系. 在常压和减压条件下, 气相为理想气体,液相为非理想 上式为相平衡常数K为 某些溶液和理想溶液比较具有较大的正偏差,使溶液在某一组成时其两组分的蒸汽压之和出现最大值. 溶液具有最低恒沸点. 某些溶液和理想溶液比较具有较大的负偏差,使溶液在某一组成时其两组分的蒸汽压之和出现最小值. 溶液具有最高恒沸点. 活度系数是温度和组成的函数可以通过活度系数关联式求得,各种关联式中的模型参数由实验数据拟合.见图9－6，图9－7，图9－8，图9－9，图9－10 在中高压条件下, 需通过状态方程求取逸度系数. 总压对相平衡的影响 混合物的泡点越高,各组分挥发度的差异越小.因此总压增高, 泡点上升, 相对挥发度减小,分离困难. 当压强大于轻组分的临界压强时，气液共存区缩小，分离只能在一定范围内进行，不能得到轻组分的高纯度产品。9.3 平衡蒸馏和简单蒸馏9.3.1 平衡蒸馏 y，x，泡点温度te。DFxFW9.3.2 简单蒸馏平衡蒸馏与简单蒸馏的比较:平衡蒸馏：y与x平衡简单蒸馏：y与x不满足平衡关系 当液相产品x相等时，简单蒸馏的汽相产品浓度可大些见P59例9-3，两种蒸馏方式只能使混合液一定程度的提浓，而不能获得高浓度分离。9.4 精馏9.4.1 精馏原理 上述平衡蒸馏与简单蒸馏可见只经过一次部分气化,即只利于一次平衡关系,因此不能获得高纯度产品.精馏实际是多次部分气化或多次部分冷凝,即利用多次平衡关系.t-x-y图 有许多中间产品为了消除中间产品可以以下流程用上升蒸汽的热量使液体部分气化,由于是同一物系,可用直接接触方式换热.工业上精馏是在精馏塔内完成的,塔顶冷凝器将蒸汽冷凝后,一部分冷凝液回流入塔,称为回流液.塔底装有再沸器气化部分液体成蒸汽使之沿塔上升,与下降的液体逆流接触进行物质传递,达到分离的目的. 图9-14常规精馏塔常规精馏塔见图9-14 一股进料,二股出料,塔顶是全凝器,塔底是间壁式的再沸器. 在塔的加料板以上完成上升蒸汽的精制,除去其中的重组分,称为精馏段;在塔的加料板以下完成液体中提浓,提出轻组分,称为提馏段. 精馏与简单蒸馏的区别在于”回流”,回流构成气液两相接触传质的必要条件,使重组分向液相传递,轻组分向气相传递.全塔物料衡算 精馏塔操作的各流率和组成间的关系均受全塔物料衡算的约束.流率以kmol/s表示,气液组成以摩尔分率y和x表示.总物料衡算对轻组分物料衡算得进料组成xF通常已规定1)当产品质量规定,即xD和xW确定,产品得采出率D/F和 W/F也确定,不能自由选择.2)当塔顶得产率和质量xD确定,塔底的产率和质量xW也 不能自由选择.3)规定分离要求时,应使DxDFxF或WxWFxF回流比和能耗 回流比定义R=L/D 当塔顶产品量不变,回流比大,即上升蒸汽的量大,塔顶全凝器的冷却负荷大,再沸器的加热负荷也大,即能耗加大.另一方面回流比增大,使气液比也增大,提高了分离能力.9.4.2 精馏过程数学描述的基本方法逆流多级传质操作 精馏设备也可分为微分接触式和分级接触式. 典型的分级接触设备是板