导图社区 化工原理 第10章 蒸馏
这是一个关于第10章 蒸馏的思维导图,主要介绍了蒸馏的概述,二元物系的气液相平衡,蒸馏过程的操作及控制以及多元蒸馏。
编辑于2023-02-08 08:11:01 浙江省这是一个关于中考语文阅读理解答题模板与技巧的思维导图合集。详细解析如何概括文章的内容和清洁、分析标题的含义和作用、分析文章线索、理清记叙顺序、赏析词语,从而攻破初中语文阅读理解的各类题型。
这是一个关于化工原理的思维导图作品集。主要涵盖了质量传递基础、气体吸收、蒸馏、萃取、干燥等重要知识点。帮助了解化工及化学的相关原理和实验。
这是一篇关于赏析词语的思维导图,主要内容包括: 1、结合具体语境,说说文中加点词语的含义(文中“XX”词语指的是什么?) 2、XX词语有什么样的表达效果? 3、XX词语能否删去? 4、XX词语能否改换成XX? 5、某两/三个词的顺序能否调换?
这是一篇关于理清记叙顺序的思维导图,主要内容包括: 1、文章运用了哪种记叙顺序,有什么作用/好处? 2、第X段与第X段能否调换顺序? 3、补叙内容能否删去?
这是一篇关于分析文章线索的思维导图,主要内容包括: 1、本文的线索是什么? 2、线索的作用(“XX”在文中多次出现,有何作用?)。
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第10章 蒸馏
概述
什么是蒸馏?
利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。
蒸馏在工业生产中的应用
获得高纯度产品
获得粗馏分
蒸馏的分类
根据被蒸馏的混合物的组分数
二元蒸馏
多元蒸馏
根据操作过程是否连续
连续蒸馏
间歇蒸馏
根据操作压力
常压蒸馏
加压蒸馏
减压蒸馏
根据操作方式
简单蒸馏
平衡蒸馏
精馏
二元物系的汽液相平衡
涉及变量:温度T、压力P、汽相组成y、液相组成x
自由度数
理想物系的汽液相平衡
理想物系
汽相为理想气体,液相为理想溶液的体系
理想气体:满足理想气体状态方程、道尔顿分压定律
理想溶液:在全部浓度范围内都服从乌拉尔定律的溶液 在组分A、B组成的理想溶液中,则有分子间相互作用力相同fAA=fBB=fAB,只有物性和结构相似,且分子大小也相近的物系才符合拉乌尔定律,如苯-甲苯、甲醇-乙醇、烃类同系物组成的溶液等等
理想物系的x-y相平衡关系
挥发度
对于纯液体,可以用蒸汽压p0大小表示 对于混合液中的某一组分i,其挥发度vi
对理想物系,相对挥发度与温度关系不大,可近似认为与温度无关
相图
说明
相平衡曲线必落在对角线的上方 因为y≥x
α越远离1,也就愈有利于蒸馏操作 α越大,相平衡曲线偏离对角线愈远,表示达到汽液相平衡时汽、液两组组成的差异愈大
思考
若α=1,则情形如何? y=x,不能用普通蒸馏方法分离提纯
非理想溶液的汽液相平衡
非理想溶液:与拉乌尔定律有偏差
正偏差溶液
极大正偏差溶液:有最底恒沸物
负偏差溶液
极大负偏差溶液:有最高恒沸物
非理想物系的相平衡关系方程仍可用下式,但α通常不再是一个常数
蒸馏方式
简单蒸馏
流程
特点
间歇、不稳定
分离程度不高
物料衡算
宏观物料衡算
微分物料衡算式
平衡蒸馏(闪蒸)
流程
特点
连续、稳定
分离程度不高
物料衡算
思考
在操作压力、原料相同的条件下(x1=xF),若平衡蒸馏的操作温度与 简单蒸馏的最终温度相同,则两者而言分离效果如何?产品量孰大? 简单蒸馏分离效果好,但产量小
为什么利用多次简单蒸馏或多次平衡蒸馏操作实现物系的高纯度分离是不经济的?
平衡级和精馏原理
平衡级(接触级)
使不平衡的汽液两相(汽相温度高、液相温度低)经过 足够长时间充分接触,离开时汽液两相达到平衡的过程
精馏原理及设备
精馏是利用回流手段、经过多次平衡级过程,使物系实现高纯度分离的操作
二元连续蒸馏的分析和计算
计算项目:塔顶(或塔底)产量和浓度、塔内物流量、回流量、塔板数或填料层高度、进料位置、塔径 计算前提:两个简化假定(理论板假定、恒摩尔流假定)
全塔物料衡算
精、提馏段物料衡算
精馏段操作线方程
物料衡算
操作线方程
思考
操作线斜率大,对精馏是否有利? 越接近平衡线越不利,越接近对角线越有利 操作线斜率大,意味着经过一块理论板后, 汽相的增浓程度变大,液相的减浓程度变大。 故操作线斜率大对精馏段的分离是有利的。
提馏段操作线方程
物料衡算
操作线方程
进料状况的影响及加料线方程
进料热状况
0<q<1,为液相分率
进料状况的影响
影响到提馏段传质推动力
影响到再沸器的热负荷
q线方程
理论塔板数N的计算
逐板法
图解法 麦卡勃-蒂列(Mccabe-Thiele)法,简称M-T法
①作出精、提操作线、q线 ②从点a开始在平衡线和精馏操作线之间画阶梯, 当梯级跨过点d时,就改在平衡线和提馏段操作线 之间画阶梯,直至梯级跨过点b为止 ③所画的总阶梯数就是全塔所需的理论塔板数 (包含再沸器),跨过点d的那块板就是加料板, 其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数
最佳位置进料
捷算法
回流比的影响及选用
最小回流比Rmin
为完成某一分离要求,所需的理论塔板数为无穷多时的回流比
如何求取?
图解法
解析法
思考
当操作中选用的回流比比设计时的最小回流比还要小时,塔能否操作?将出现什么现象? 能操作,但无实际意义
全回流和最少理论塔板数Nmin
什么是全回流?
特点
操作线与对角线重合,精、提操作线均为y=x
理论塔板数最少Nmin
Nmin的求取方法
逐板法
图解法
塔板效率与实际塔板数
单板效率Em、EmL 也称默弗里板效
说明
EmV和EmL两者不相等
一般情况下单板效率小于1,特殊情况会大于1,通常出现在塔径较大的精馏塔中
全塔效率E0 又称总板效率
其值一定小于1,多数在0.5~0.7之间
思考
单板效率Em与全塔效率E0有何关系?
E0与Em数值上不一定相等
E0大,则表明Em一定大
但反过来,Em大,则E0不一定大,这是因为板和板之间传质会相互影响,可能存在着各种不利的操作现象,如漏液、雾沫夹带、液泛等
影响塔板效率的因素?
流动状况:汽液相的流速
物性参数:主要为汽液两相的物性如密度、粘度、表面张力、相对挥发度、扩散系数等
塔板结构参数:主要为塔板的结构如塔板型式、板间距、板上开孔和排列情况等
操作参数:温度、压力等
关于二元连续精馏的其他流程
塔顶设有分凝器
冷液回流
计算时采用内回流比R,计算过程不变
思考
冷液回流与泡点回流相比,有何优缺点? 冷回流对精馏过程是有利的,但冷回流操作由于塔顶移取的热量多,再沸器所提供的热量也多
直接蒸汽加热流程
适用范围:水溶液、且水是难挥发组分
与间接蒸汽加热流程相比
全塔物料衡算式形式不同
精线、q线、提线方程形式相同
思考
与间接蒸汽加热相比,直接蒸汽加热有何优缺点?
优点:可以用结构简单的塔釜鼓泡器代替造价昂贵的再沸器,且需要的加热蒸汽压力较低
缺点:需要的理论板数略有增多、塔釜排出更多的废液
多股加料和侧线出料流程
多股加料
特点
精、提操作线方程不变
两股进料之间的操作线方程可通过虚线范围内的物料衡算得到
思考
当多股进料时,如何确定最小回流比?
侧线出料
回收塔流程
回收塔:只有提馏段没有精馏段的精馏塔
精馏塔的热量衡算
再沸器的热负荷
冷凝器的热负荷
全塔热量衡算
精馏塔内的温度分布和灵敏板
灵敏板:变化最灵敏的一块板或相邻的几块板
填料精馏塔的填料层高度
影响HETP的因素:流动状况、物性参数、结构参数和操作参数
思考
等板高度大好还是小好? 等板高度愈小,说明填料层的传质分离效果愈好
其他精馏方式
水蒸汽精馏
将水蒸气直接通入不溶于水的物质进行蒸馏
特点
水蒸汽与物质在低沸点下一起蒸出(比任一纯组分的沸点均低)
经冷凝、分层,除去水分从而得到产品
水蒸汽既作加热剂,又作夹带剂
适用范围:沸点较高或高温下易分解,且不溶于水的物质
思考
直接蒸汽加热的精馏过程与水蒸汽蒸馏过程有何本质区别?通入的蒸汽作用相同否? 二者本质区别: 直接蒸汽加热的精馏过程用于互溶的水溶液,水蒸汽蒸馏过程用于不互溶的溶液。 前者中的水蒸汽主要为加热剂,而后者既是加热剂、又是夹带剂。
间歇精馏
特点
不稳定
只有精馏段,没有提馏段
操作方式
恒回流比
恒馏出液组成
特殊精馏 用于α~1的混合液或α=1的混合液
恒沸精馏
加入的第三组分与原溶液中的一个或者两个组分形成最低恒沸物,从而形成了“恒沸物-纯组分”的精馏体系,恒沸物从塔顶蒸出,纯组分从塔底蒸出,这种形式的精馏称为恒沸精馏,其中所添加的第三组分称为恒沸剂或者夹带剂
恒沸剂的选择原则
新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要有足够大的差别,一般要求大于10℃
希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物,而且夹带组分的量要尽可能高,这样夹带剂用量较少,能耗较低
最好能形成非均相恒沸物,以便于回收其中的夹带剂。如乙醇-水恒沸精馏中静置分层的办法
还应满足其它的工业要求,如具备热稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等
萃取精馏
在被分离的二元混合液中加入第三组分,沸点很高,且该组分不与其它组分形成恒沸物,但与原溶液中A、B两组分的分子作用力不同,从而增大它们的相对挥发度,或打破原恒沸体系,使精馏得以进行,这种形式的精馏称为萃取精馏。其中所添加的第三组分称为萃取剂,精馏时从塔底排出。
萃取剂的选择原则
选择性高:加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大
溶解度大:能和任何浓度的原溶液互溶,以避免分层,否则难以充分发挥萃取精馏的作用
挥发性小:其沸点比混合液的其它组分高得多,以保证塔顶产品的质量,也易与另一组分分离,但沸点也不能太高,否则会造成回收困难
具有稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等其他工业要求
反应精馏
多元蒸馏
特点
多元精馏较二元精馏计算复杂
多元精馏一般采用多塔流程,而且流程方案有多种
注意
各组分在流程中的汽化、冷凝次数应尽可能少,以降低设备的负荷和能耗
若存在一对较难分离的相邻组分,宜置于最后分离。因为精馏该混合物需要很多塔板,放在最后需要的塔径最小
对纯度要求较高的组分,最好从塔顶蒸出,因为塔底常含有少量难挥发性的杂质
对热敏性组分,为减少被加热的次数,应优先分离;对有强腐蚀性的组分,为避免多个设备的腐蚀,也应优先分离
当物料的处理量较大,而产品的纯度要求不高时, 可采用带有侧线出料的复杂塔流程代替多塔流程。 一般侧线产品的纯度不高
精馏过程的操作及控制