蒸馏

蒸馏的思维导图，是通过加热液体混和物造成气、液两相体系，利用混合物中各组分挥发度的差异而实现组分的分离与提纯的操作过程。

蒸馏

• 过程概述
  • 是通过加热液体混和物造成气、液两相体系，利用混合物中各组分挥发度的差异而实现组分的分离与提纯的操作过程
  • 饱和蒸气压：在一定温度下，纯组分液体的气液两相达到平衡状态称为饱和状态，其蒸汽称为饱和蒸汽，其压力就是饱和蒸汽压
  • 降低压力对蒸馏分离有利
  • 气体混合物分离-加压液化 固体混合物分离-加热熔化
  • 液相为理想溶液，平衡分压遵循拉乌尔定律 气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律
• 两组分溶液的气液平衡
  • 对温度-组成(t-x-y)图
  • 关系式：
    • 泡点方程
    • 露点方程
  • 气相-液相组成(y-x)图 对于理想物系，平衡线位于对角线上方。 在总压变化不大时，可忽略外压对曲线的影响。 平衡线与对角线之间的距离越大，分离越容易。
  • 对理想溶液，则有相对挥发度a=PA*/PB*
  • 气液平衡方程Y=aX/1+(a-1）X
    • 若a>1,表示组分A较B易挥发，a偏离1的程度越大，越容易分离
    • 若a=1，不能用普通蒸馏方法加以分离，需采用特殊精馏或其他分离方法(萃取、结晶或膜分离
• 单级蒸馏过程
  • 平衡蒸馏
    • 又称闪蒸蒸馏，是一种连续、定态的过程。
    • 气相产品的流量为D=F（XF-X）/Y-X 原料液的液化率q=W/F 汽化率(1-q）=D/F
    • 平衡蒸馏中气、液两相组成的关系y=(q/q-1)x-xF/q-1 当 q为定值时，该式为直线方程。在y-x图上，是通过(xF,xF)，斜率为 q/q-1的直线
  • 简单蒸馏
    • 又称微分蒸馏，是一种分批操作的过程。特点:间歇操作过程，非稳态过程，单级过程，无塔段
    • 生产能力大、稳定连续、初步分离
• 精馏—多级蒸馏过程
  • 概念：精馏是利用混合液中组分挥发度的差异实现组分高纯度分离的多级蒸馏操作，据同时进行多次部分气化和部分冷凝的过程。实现精馏操作的主体设备是精馏塔
  • 原理：
  • 精馏塔：它又分为板式塔和填料塔。 塔顶液相回流和塔底上升蒸气流是精馏过程连续进行的必要条件。 回流是精馏与普通蒸馏的本质区别。
  • 有连续精馏和间歇精馏两种流程，主要区别是间歇精馏只有精馏段而无提馏段
• 两组分连续精馏的计算
  • 理论板应满足的条件:离开这种板的气、液两相组成互成平衡，温度相等，塔板上各处的液相组成均匀一致。
  • 恒摩尔流假定
    • 恒摩尔气流 指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板上升的气相摩尔流量各自相等，但两段上升的气相摩尔流量不一定相等
    • 恒摩尔液流 指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板下降的液相摩尔流量各自相等，但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。
    • 成立的主要条件：混合物中各组分的摩尔汽化热相等，同时还应满足1气液接触时因温度不同交换的显热可忽略；2塔身保温良好，可忽略热损失。
  • 总物料衡算F=D+W 易挥发组分物料衡算FxF=DxD+WxW 馏出液的采出率D/F=xF-xW/xD-xW 塔顶易挥发组分的回收率hA=DxD/FxF 塔底难挥发组分的回收率为hB=W(1-xW)/F(1-xF ) 精馏段操作线方程Yn+1=(R/R+1)Xn+xD/R+1,该式在y-x相图上为直线，其斜率为R/R+1,截距为xD/R+1. 回流比R=L/D，V=L+D 提馏段操作线方程Y'm+1=(L'/V')x'm-(W/V')xW，在图上为直线，其斜率为L'/L'-W,截距为-WxW/L'-W 精馏塔的近料热状况对L'及V'有影响，只影响提馏段操作线方程。
  • q称为近料热状况参数(注意与液化率区别)
    • q=Hv-HF/Hv-HL=将1mol进料变为饱和蒸气所需热量/原料液的摩尔汽化热， 另L'=L+qF V'=V-(1-q)F 进料热状况: （ 1)q>1,冷液进料，tF<tb, L'>L+F及V'>V （2)q=1，泡点（饱和液体)进料，tF=tb, L'=L+F及V'=V （3)0<q<1,气液混合物进料，tb<tF<td. L<L'<L+F及V'<V （4)q=0,露点(饱和蒸汽）进料，tF=td, L'=L及V=V'+F （5)q<0,过热蒸汽进料，tF>td L'<L及V>V'+F q值的定义:即以1Kmol/h进料为基准，q值即提馏段中液相流量较精馏段中流量的增大值。
  • 理论版层数计算
    • 逐版计算法：通过对气液平衡方程和操作线方程的交替计算，直至Xn≤XF，则第n层理论版为进料版，因为按照惯例，进料版算提馏段，则所需理论版层数为（n-1) ( 上述算法为全凝器），其他进料状况应该算至Xn≤Xq
    • 图解法
  • q线方程或进料方程 y=(q/q-1)x-xF/q-1代表两操作线交点轨迹的方程。过定点(xF,xF） q值越大，进料温度越低，平衡线与操作线距离越远，所需的理论板层数越少。 对于指定的物系，影响理论板层数的直接因素有a、xF、q、R、XD及xW,与进料量F的大小无关。
  • 回流比的影响及选择
    • 最小回流比和无穷多层理论版
      • yq=ax/1+(a-1)x 最小回流比 Rmin=xD-yq/yq-xq 泡点进料时，xq=xF 露点进料时，yq=yF
    • 全回流和最少理论版层数
      • 全回流:上升至塔顶的气相冷凝后全部回到塔内的操作方式 特点:1.塔顶馏出液的流量为零，一般既不向塔内进料，也不从塔底排放釜液。 2.全塔没有精馏段和提馏段之分，两段的操作线方程合二为一，即 Yn+1=Xn在y-x图上，操作线与对角线重合。 3.操作线与平衡线的距离最远，传质推动力最大，达到指定分离程度所需的理论板层数为最少，以Nmin表示。
• 间隙精馏
  • 又称分批精馏，为非定态过程。 间歇精馏塔只有精馏段而无提馏段。 两个基本操作方式:1不断加大回流比来保持馏出液组成恒定；2回流比保持恒定，馏出液组成逐渐降低。
• 特殊精馏
  • 共沸精馏、萃取精馏和盐效应精馏都是在被分离溶液中加入第三组分以加大原溶液中各组分间挥发度的差别，从而使其易于分离，同时降低设备投资和操作费用。
• 板式塔
  • 总板效率ET=NT/Np,又称全塔效率,其值恒小于1 单板效率EM 按气相组成变化表示为EMV=Yn-Yn+1/Y*n-Yn+1 按液相组成变化表示为EML=Xn-1-Xn/Xn-1-X*n 一般来说，同一层塔板的EMV与EML数值并不相同，只有当操作线与平衡线为互相平行的直线时二者才有相同的数值。 即使塔内各单板效率相等，总板效率在数值上也不等于单板效率。 点效率Eov=Y-Yn+1/Y*-Yn+1
  • 板式塔的流体力学性能包括:塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液及液面落差。