化工原理多媒体课件

化工原理多媒体课件 淮阴工学院生命科学与化学工程学院

上一页 下一页第1章蒸馏 Distillation • 1.1 概述 • 1.2 两组分溶液的气液平衡 • 1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏 • 1.4 精馏原理和流程 • 1.5 两组分连续精馏的计算 • 1.6 间歇精馏 • 1.7 恒沸精馏和萃取精馏 • 1.8 多组分精馏

上一页 下一页 1.1 概述 • 1 蒸馏的概念 • 利用液体混合物中各组分挥发度的不同实现分离的单元操作 • 2 蒸馏分离的特点 • 直接得到产品 • 历史悠久、应用广泛 • 能耗高 • 3 分类 • 间歇精馏、连续精馏 • 简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏

返回上一页下一页 • 常压、减压、加压精馏 • 双组分精馏、多组分精馏 • 本章主要内容 • 常压双组分连续精馏的原理和计算方法

返回上一页下一页 1.2 两组分溶液的气液平衡 • 1.2.1 两组分理想物系的气液平衡 • 1.2.2 两组分非理想物系的气液平衡

上一页 下一页 1.2.1 两组分理想物系的气液平衡 • 1 相律 phase rule • t，p，x，y: t：p-x-y；p：t-x-y • 2 气液平衡函数关系 • 理想物系：理想溶液、理想气体 • 液相符合拉乌尔定律、气相符合道尔顿分压定律

上一页 下一页 • 1)饱和蒸汽压法 • 2)相平衡常数法

上一页 下一页 • 3)相对挥发度法 relative volatility • 3 气液平衡相图 • 1 t-x-y图 • 2 x-y图 • 3 p-x-y图

上一页 下一页 1.2.2 两组分非理想物系的气液平衡 • 1 分类 • 非理想溶液、理想气体 • 理想溶液、非理想气体 • 非理想溶液、非理想气体 • 2 解析法

下一页 上一页 • 3 图解法 • 正偏差溶液，具有最低恒沸点溶液

下一页 上一页 • 负偏差溶液，具有最高恒沸点溶液

下一页 上一页 • 气液平衡数据来源 • 实验测定或从有关手册中查得 • 由纯组分的某些物性按经验的或理论的公式估算 • 根据少量实验数据，由经验的或理论的公式估算

下一页 上一页 • 例1－1 苯与甲苯的饱和蒸汽压和温度的关系如本题附表所示。试利用拉乌尔定律和相对挥发度，分别计算苯－甲苯混合液在总压为101.33kPa下的气液平衡数据，并做出温度－组成图。该溶液可视为理想溶液。

下一页 上一页 • （1）利用拉乌尔定律

下一页 上一页 • （2）利用相对挥发度

下一页 返回上一页 • 第1讲小结 • 蒸馏是分离均相液体混合物最广泛采用的单元操作。蒸馏分离的依据是混合液中组分挥发度的差异。 • 在恒压下，气—液相平衡关系是t-x-y及x-y关系。表示这些定量关系的方程是泡点方程、露点方程与相平衡方程。或者采用直观的t-x-y图及x-y图。 • 相对挥发度α数值大小可以说明物系采用蒸馏法进行分离的难易。α越大，溶液越容易分离，反之则越难。而当α＝l时，由于平衡气、液相浓度相等，即y＝x，则不能采用普通蒸馏法将此物系进行分离。 • 非理想溶液起因于溶液中异种分子间与同种分子间的作用力不同，表现为平衡蒸汽压对Raoult定律的偏差。其极端情况是具有最高或最低恒沸点的溶液。在恒沸点组成下y＝x，即α＝1，普通蒸馏法不能越过此点。

下一页 返回上一页 1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏 • 1.3.1 平衡蒸馏 • 1.3.2 简单蒸馏

下一页 上一页 1.3.1 平衡蒸馏 equilibrium ditillation

下一页 上一页 • 1 物料衡算 • q=W/F 称为液化分率 • 2 热量衡算 • 加热器： • 绝热闪蒸：

下一页 上一页 • 3 气液平衡关系

下一页 返回上一页 • 例1－2 对某两组分理想溶液进行常压闪蒸，已知为0.5（易挥发组分的摩尔分率），若要求汽化率为60％，试求闪蒸后平衡的气液相组成及温度。 • 解：

下一页 上一页 1.3.2 简单蒸馏 simple distillation

下一页 上一页 • 1 物料衡算 • （1）若x-y平衡关系用曲线或表格表示时，采用图解积分或数值积分。 • （2）若为理想溶液

下一页 上一页 • （3）若x-y平衡关系为直线 • 若为通过原点的直线 • 2 馏出液的平均组成

下一页 返回上一页 • 例1－3 对例1－2中的液体混合物进行简单蒸馏，若汽化率仍为60％，试求釜残液组成和馏出液平均组成。已知常压下该混合物的平均相对挥发度为2.16。 • 平衡蒸馏与简单蒸馏的比较 • 原因：平衡蒸馏造成物料的返混

下一页 返回上一页 1.4 精馏原理和流程 • 精馏 rectification • 1.4.1 精馏过程原理和条件 • 1.4.2 精馏操作流程

下一页 上一页 1.4.1 精馏过程原理和条件

下一页 上一页 • 原理：多次部分汽化，多次部分冷凝 • 工程实现面临的问题 • 设备庞杂 • 能量消耗大 • 产生中间馏分使产品收率低 • 改进 • 用一个设备：塔（板式塔，填料塔） • 冷凝放出的热用于汽化需要的热 • 塔顶引入液相回流，塔底引入气相回流

下一页 返回上一页 • 精馏过程原理及条件 • 理论依据：挥发度不同 • 工程手段：精馏塔，塔顶液相回流，塔底气相回流 • 传热传质：多次、同时进行气相的部分冷凝和液相的部分汽化 • 结果：实现高纯度的分离 • 理论板：离开该板的气液两相达到平衡状态。

下一页 上一页 1.4.2 精馏操作流程 • 1 连续精馏流程

上一页 下一页 • 2 间歇精馏流程

下一页 返回上一页 • 第2讲小结 • 平衡蒸馏和简单蒸馏是工业上最简单的蒸馏方式，它们的原理是混合液的一次部分气化，因此分离效果非常有限，只能用于分离程度要求不高的物系或物系的初步分离。 • 平衡蒸馏与简单蒸馏属于平衡过程。其计算途径是联立求解物料衡算、热量衡算和相平衡方程。由于简单蒸馏为非稳态过程，所以计算中要采用微积分方法。 • 工业上实现高纯度分离最常采用的方法是精馏，精馏原理可概括为：分离依据(组分挥发度差异)十工程手段(回流—液、气相回流)＋多次、同时部分气化和部分冷凝→实现高纯度分离。

下一页 返回上一页 1.5 两组分连续精馏的计算 • 1.5.1 理论板的概念及恒摩尔流假定 • 1.5.2 物料衡算和操作线方程 • 1.5.3 进料热状况的影响 • 1.5.4 理论板层数的求法 • 1.5.5 回流比的影响及其选择 • 1.5.6 简洁法求理论板层数 • 1.5.7 几种特殊情况下理论板层数的求法 • 1.5.8 塔高和塔径的计算 • 1.5.9 连续精馏装置的热量衡算和节能 • 1.5.10 精馏塔的操作和调节

下一页 上一页 1.5.1 理论板的概念及恒摩尔流假定 • 工艺设计内容 • 确定产品流量和组成； • 确定精馏塔类型，选择板式塔或填料塔，计算理论板数或填料层高度； • 确定塔高和塔径； • 板式塔：塔板结构尺寸设计，流体力学验算；填料塔：确定填料类型，计算流动阻力； • 计算冷凝器和再沸器热负荷，确定换热器类型和尺寸； • 绘制工艺流程图和设备条件图

下一页 上一页 • 1 理论板的概念 • 该板上气液两相的传热、传质达到平衡 • 离开该板的气液两相温度相等、组成满足平衡关系 • 2 恒摩尔流假定 • 恒摩尔气流 • 恒摩尔液流

下一页 返回上一页 • 恒摩尔流成立的条件 • 各组分摩尔汽化潜热相等； • 气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略； • 塔设备保温良好，热损失可以忽略。

下一页 上一页 1.5.2 物料衡算和操作线方程 • 1 全塔物料衡算

下一页 上一页 • 总物料 • 易挥发组分 • 塔顶易挥发组分回收率 • 塔底难挥发组分回收率

下一页 上一页 • 例1－4 每小时将15000kg含苯40％（质量％，下同）和甲苯60％的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2％，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。试求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。 • 解：

下一页 上一页 • 2 精馏段操作线方程

下一页 返回上一页 • 3 提馏段操作线方程

下一页 上一页 1.5.3 进料热状况的影响 • 1 五种进料热状况 • 冷液进料 • 泡点进料 • 气液混合物进料 • 饱和蒸汽进料 • 过热蒸汽进料 • 原因：物料性质，工程实际 • 2 进料热状况对塔内气液负荷的影响

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