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《化工原理》精馏

汇报人：AA

2024-01-25

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目录

精馏基本原理与概念

精馏过程热力学基础

精馏塔操作参数及影响因素

精馏塔设计与优化方法

特殊精馏技术介绍

实验操作与数据分析方法

工业应用案例剖析

01

精馏基本原理与概念

精馏定义

精馏是一种基于溶液中不同组分之间相对挥发度的差异，通过加热、蒸发、冷凝等过程实现组分分离的技术。

精馏作用

精馏在化工生产中具有重要地位，是实现混合物分离、提纯和回收有用组分的有效方法。通过精馏，可以获得高纯度的产品，满足生产和生活需求。

利用溶液中不同组分的沸点差异，通过加热使低沸点组分蒸发，再冷凝得到分离后的组分。

蒸馏法

利用溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同，将溶质从一种溶剂转移到另一种溶剂中，实现分离。

萃取法

利用吸附剂对混合物中各组分的吸附能力不同，将组分吸附在吸附剂表面，再通过解吸得到分离后的组分。

吸附法

02

精馏过程热力学基础

03

溶液的热力学方程

描述溶液状态与性质之间的关系，如Gibbs-Duhem方程、Clapeyron方程等。

01

偏摩尔性质

描述溶液中某一组分对溶液整体性质的影响，如偏摩尔体积、偏摩尔焓等。

02

活度与活度系数

表示溶液中组分的有效浓度，反映组分间相互作用对溶液性质的影响。

挥发度

表示物质从液态转化为气态的难易程度，与物质的性质、温度和压力有关。

相对挥发度

表示两种物质挥发度的比值，用于描述混合物中各组分的分离难易程度。

挥发度与相对挥发度的应用

在精馏过程中，通过控制操作条件，利用各组分挥发度的差异实现组分的分离。

03

02

01

03

精馏塔操作参数及影响因素

根据物料性质、设备条件及安全因素确定操作压力，通常选择常压或低压操作。

根据物料沸点、操作压力及热力学性质确定操作温度，确保塔内温度分布合理，避免过高或过低的温度对分离效果造成不良影响。

温度选择

操作压力选择

根据分离要求、塔板效率及经济因素确定回流比，回流比过大会增加能耗，回流比过小则会影响分离效果。

回流比确定

根据塔底物料组成、热负荷及塔板效率确定再沸比，再沸比过大会增加能耗，再沸比过小则会影响塔底物料的纯度。

再沸比确定

根据分离要求、物料性质、回流比及塔板效率等因素确定塔板数，塔板数过少会影响分离效果，塔板数过多则会增加设备投资及能耗。

塔板数计算

对于填料塔，根据分离要求、物料性质、回流比及填料特性等因素确定填料高度，填料高度过低会影响分离效果，填料高度过高则会增加设备投资及能耗。

填料高度计算

04

精馏塔设计与优化方法

空隙率大，通量大，压降低，但效率相对较低。

散堆填料

规整填料

新型高效填料

空隙率小，通量适中，压降适中，效率高。

如金属丝网填料、金属板波纹填料等，具有高通量、低压降、高效率等优点。

03

02

01

通过流程模拟软件建立精馏过程的数学模型，包括物料平衡、热量平衡、相平衡等。

建立数学模型

利用模拟软件对设计方案进行优化，如调整塔板数、进料位置、回流比等参数，以达到最佳分离效果和经济性。

优化设计方案

通过模拟软件预测精馏塔的性能，如产品纯度、收率、能耗等，为实际操作提供参考。

预测性能

利用模拟软件辅助实验设计，减少实验次数和成本，提高实验效率。

辅助实验设计

05

特殊精馏技术介绍

原理

共沸精馏是利用共沸剂与原料中的某一组分形成最低共沸物，通过精馏操作将共沸物从塔顶蒸出，从而实现原料组分的分离。共沸剂的选择是关键，需要满足与原料组分形成共沸物且易于分离的条件。

应用实例

在石油化工中，共沸精馏常用于分离沸点相近且难以用普通精馏分离的组分，如苯和甲苯的分离。通过添加共沸剂，如环己烷，与苯形成最低共沸物，从而将苯从塔顶蒸出，实现苯和甲苯的分离。

萃取精馏是利用萃取剂对原料中各组分的溶解度差异，通过精馏操作实现组分的分离。萃取剂的选择需要满足对原料组分有较大溶解度差异、易于回收和再利用的条件。

原理

在精细化工领域，萃取精馏常用于分离具有相似沸点或形成共沸物的组分。例如，在分离乙酸乙酯和乙醇的混合物时，可以采用萃取精馏技术，通过添加萃取剂如乙二醇，提高乙酸乙酯在塔顶的相对挥发度，从而实现乙酸乙酯和乙醇的分离。

应用实例

盐析效应原理

盐析效应是指在溶液中加入无机盐，使得某些有机物的溶解度降低，从而实现有机物的分离。盐析效应的原理是盐离子与有机物分子之间的相互作用力减弱，导致有机物分子从溶液中析出。

应用实例

在特殊精馏中，盐析效应可以用于提高某些组分的相对挥发度，从而改善分离效果。例如，在分离醇类混合物时，可以添加适量的无机盐如氯化钙，使得醇类分子之间的氢键作用减弱，从而提高醇类在塔顶的相对挥发度，实现醇类混合物的分离。

06

实验操作与数据分析方法

包括精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐、原料罐、产品罐、温度计