精馏原理 - 精馏原理.共25页文档

特殊精馏
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特殊精馏
一般的蒸馏或精馏操作是以液体混合物 中各组分的相对挥发度差异为依据的。组 分间挥发度差别愈大愈容易分离。 但对某些液体混合物，组分间的相对挥发 度接近于1或形成恒沸物，以至于不宜或 不能用一般精馏方法进行分离。则需采用 特殊精馏方法。
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特殊精馏
特殊精馏方法有膜蒸馏、催化精馏、吸附 精馏、恒沸精馏、萃取精馏、盐效应精馏 等。 对恒沸精馏、萃取精馏、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 液中各组分间相对挥发度。
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流程收敛
• 介绍概念
✓模块收敛（convergence blocks） ✓撕裂流股（tear streams） ✓流程顺序（flowsheet sequences）
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流程收敛
评估流程的收敛性，需确定
• 计算顺序 • 撕裂流股 • 求解的迭代次数 • 收敛容差 • 收敛的计算方法
关于流程收敛性的所有信息都会写入控制面板（Control Pan nel）
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流程收敛---收敛模块
• 每个设计规定和撕裂流都有一个相关联的收敛模块 • 收敛模块确定撕裂流估算初值或设计规定中控制变
量值在逐次迭代过程中的更新方法。 • Aspen Plus定义的收敛模块的名字以字符“$.”开
头
• 用户定义的收敛模块的名字一定不要用字符“$.”开头 。
• 要确定由Aspen Plus定义的收敛模块，请看Control Panel（控制面板）信息中的“Flowsheet Analysis （流程分析）” 部分。
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特殊精馏—多效精馏
• 例题：
甲醇分离塔，要将60wt%甲醇水溶液提纯。分别用单塔 和双效塔进行分离，并比较当两种产品一致时的能量 利用情况。已知条件： 进料温度为20C，压力为101.325kPa，流率为100kg/h 。单塔的压力为101.325kPa，理论板数为22， 进料板 位置为11， 塔顶产品流率为63kg/h，摩尔回流比为0. 65.

化工单元操作精馏单元操作技术
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
谢谢你的阅读
❖ 然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

xs
A1s' A2s' A12' (1 2x1' )
2.1、萃取精馏的原理和溶剂的选择
（1）溶剂的作用 设组分1和组分2组成的混合物，加入溶剂S进行分离。 常压下的相对挥发度：
12

K1 K2
1P1s / P 2 P2s / P
1P1s 2 P2s
代
液相活度系数可由三组分Margules方程求算：
x1'＝
x1 x1＋x2
脱溶剂浓度
ln
s
ln(
P1s P2 s
)T3

A12' (1 xs )(1
稀释作用
2x1' )

xs ( A1s' A2s' )
萃取作用
xs＝0时，ln

ln(
P1s P2 s
)T2

A12' (1
2x1' )
则当温度对压强比影响不大，x1 x1'时
ln s
II 同时含活性氢和供电子原子的液体：酸、酚、醇、胺、含氢的硝基化 合物或腈
III 含供电子原子的液体：醚、酮、酚、酯、叔胺 IV 含活性氢原子的液体：甲烷/乙烷卤化物 V 不能生成氢键的液体：烃、硫醇、CS2 – 有氢键生成，负偏差；氢键断裂，正偏差；同时氢键生成和断裂，较复杂 – 氢键理论对选择溶剂有指导意义 – 无限稀释活度系数和UNIFAC方法预测和筛选溶剂
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二、萃取剂选择方法
• 实验测定VLE数据αs/ α • 2.1用三元活度系数方程计算 xs一般为0.6-0.8 • 极性相近
– 醚 醛 酮 脂 醇 二醇 水
• 同系物：丙酮－甲醇有两类萃取剂 • 溶解度

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2、精馏系统的开车操作⑧当高沸塔底有液面时，即开启热水阀，并调节开启度，适当调节塔顶冷凝器盐水阀和开启成品冷凝器盐水阀，当高沸塔压力升高至0.2MPa（表压）以上时，即打开贮槽下料平衡阀，卸料至贮槽。并借氯乙烯把塔内、成品冷凝器、贮槽、气化槽等设备和管道内的不凝性气体，经由成品冷凝器或贮槽排气阀送入气柜回收，以使系统压力维持在操作范围内。⑨与聚合系统联系，待其排气合格后，送部分质量不合格的单体至聚合计量槽置换设备内氮气，氯乙烯由聚合系统排入气柜回收。⑩待精馏系统操作基本正常，仪表逐步由手动切换成自动控制。
11.与聚合装置联系，送空贮槽内剩余氯乙烯。12.打开贮槽出口总管上通大气的阀门，将所残存之水、物料和余压放尽（包括气化槽等）。13.排气之前将高沸塔和低沸塔釜的底部盲板法兰拆下，将残液放尽。
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6、氯乙烯精馏系统的中间控制指标
低沸塔压力（表压） 0.5 ～ 0.55MPa低沸塔塔顶温度 15 ～ 30℃高沸塔压力（表压） 0.25～0.35MPa 高沸塔塔釜温度 不得超过系统压力下相应液化点加 8℃（一般30℃左右）精氯乙烯纯度 ＞99.9 %，含乙炔＜0.001 %尾气放空含氯乙烯 ≤36mg/m3尾气放空含乙炔 ≤120mg / m3尾气放空含氧 分析含氧≤3 %送料压力（表压） ≤0.6MPa尾气回收吸附温度 ≤30℃
(2)浮动喷射式高沸塔的特点
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五、氯乙烯单体精馏工艺流程的识读
图氯乙烯精馏工艺流程图1—全凝器 2—水分离器 3—低沸塔 4—中间槽 5—尾气冷凝器 6—水分离器 7—高沸塔 8—成品冷凝器9—单体贮槽
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由压缩机来的0.5~0.6MPa （表压）粗氯乙烯，先送入全凝器1，借工业水或0℃冷冻盐水间接冷却，使大部分氯乙烯气体冷凝液化，经水分离器2除水后，进人低沸塔3，未冷凝气体进人尾气冷凝器5，其冷凝液作为回流液全部返入低沸塔。低沸塔加热釜借转化器的热水间接加热，将向下流的液体中低沸物蒸出，经塔顶冷凝器（用℃冷冻盐水）冷凝作为塔顶回流，不冷凝的气体由塔顶经全凝器通入尾气冷凝器处理，塔釜脱除低沸物的氯乙烯借位差进入中间槽4。尾气冷凝器排出的未冷凝气体经尾气吸附装置回收其中氯乙烯后，惰性气体经减压阀（自控）排空。

各类液体混合时呈现的偏差与氢键情况
偏差
总是正偏差 Ⅱ+Ⅴ常为部分互溶 总是负偏差
总是正偏差 Ⅱ+Ⅳ常为部分互溶
非常复杂的组合，通常 为正偏差，有时为负偏 差，形成某些最高共沸 物
氢键 仅有氢键断裂
仅有氢键生成 既可生成氢键，也能断裂氢键；但Ⅰ 类或Ⅱ类液体解离效应更重要 既可生成氢键，也能断裂氢键
理想溶液或接近理想溶 液但具有正偏差，有可 能形成最低共沸物
甲醇同系物 乙醇 丙醇 水 丁醇 戊醇 乙二醇
沸点/℃ 78.3 97.2 100.0 117.8 137.8 197.2
➢ 丙酮同系物中，只有甲基乙基酮会与甲醇形成恒沸物； ➢ 甲醇同系物中，没有一个能与丙酮形成共沸物。
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➢ 利用丙酮比甲醇易挥发的特性，选择甲醇同系物乙醇作为 溶剂，则有利于增大分离因子；且乙醇与塔底产物（甲醇） 形成的溶液更接近理想状态，而其余的同系物正偏差稍大。
➢ 如：O···HO、 N···HO、 O···HN是强氢键， N···HN、 O···HO、
O···HCCl、 N···HCCl3、 O···HCNO2、 O···HCCN、 N···HCCN为弱氢键。
➢ 根据液体中是否具有活性氢原子与供电子原子，将有机液 体分成五类。
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➢ 类型Ⅰ为能形成三维强氢键网络的液体。如水、乙二醇、甘油、 氨基醇、羟胺、含氧酸、多酚、氨基化合物等。
恒沸精馏与萃取精馏区别
① 恒沸剂必须与待分离体系中至少一个组分形成恒沸物，而萃取 剂无此要求。
② 恒沸剂通常从塔顶蒸出，萃取剂从塔釜排出。
③ 一般萃取精馏的热量消耗较低。
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恒沸精馏与萃取精馏区别

溶液上方的总压 p总 等于各组分的分压之和
p总 pA pB
p总 p*AxA pB* (1 xA )
整理，得
气液平衡时液 相组成与平衡 温度间的关系
xA
p总 pB* p*A pB*
泡点方程
p*A ( pB* ) f (t)
安托尼 方程
二、气液平衡关系式
2.以平衡常数表示的气液平衡方程
设平衡的气相遵循道尔顿分压定律，即
闪蒸 平衡蒸馏的原理
平衡蒸馏 装置简图
1.加热器； 2.减压阀； 3.分离器。
二、平衡蒸馏过程的计算
1.物料衡算
总物料衡算
F DW
易挥发组分物料衡算
FxF Dy Wx
气相产品的流量为
D
F
xF y
x x
二、平衡蒸馏过程的计算
设 q W/F
液化率
则 1 q D / F 汽化率
整理得
直线 方程
yA
pA p总
yA
p*A p总
xA
令
kA
p*A p总
平衡 常数
以平衡常数表示
yA kAxA
的气液平衡方程
二、气液平衡关系式
由
yA
p*A p总
xA
代入泡点方程，得
yA
p*A p总
p总 pB* p*A pB*
露点方程
气液平衡时气 相组成与平衡 温度间的关系
二、气液平衡关系式
3.以相对挥发度表示的气液平衡方程 (1)挥发度
y1
x1
苯－甲苯混合液的 x- y 图
平衡线
对角线
yx
平衡线与对 角线之间的 距离越大
分离越容易
二、气液平衡关系式

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1. 连续精馏操作流程
2. 间歇精馏操作流程
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3. 精馏塔旳操作情况
tn-1
塔板上: yn+1<xn-1, tn+1>tn-1 两者互不平衡
即:存在温度差和浓度差
tn+1
成果:传质和传热
yn >xn
理论(理想)板
若： ① 气液两相接触时间足够长
② 板上混合足够均匀
即:
则：离开第n块板时旳汽-液二相 构成构成平衡关系
3. 塔釜产品屡次部分汽化
t1
t1
t1’
t1'
t2’
t
' 2
操作流程
操作在相图上旳反应
成果:对初级混合液部分汽化后得到旳液相在塔底经屡次部分汽化 20 最终可得液相浓度为x2`（较低）旳塔底产品构成。
4. 过程进行旳必要条件及存在问题讨论 ① 由2、3可知：欲使混合液得到有效分离，必须同步分别对 塔顶汽相和塔釜液相进行屡次部分泠凝和屡次部分汽化。
双组分 —— 要点讨论 多组分 —— 简要简介
蒸馏操作实例：石油炼制中使用旳 250 万吨常减压装置幻灯片 5 5
§6.1 双组分溶液旳汽-液相平衡
汽液相平衡是分析精馏原理和进行设备计算旳理论基础，过程 以两相到达平衡为极限。
§6.1.1 溶液旳蒸汽压和拉乌尔定律（Raoult’s law）
一. 纯组分饱和蒸汽压 在密闭容器内，在一定温度下，纯组分液体旳汽液两相到达平 衡状态，称为饱和状态，其蒸汽为饱和蒸汽，其压力为饱和蒸 汽压。
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泡点线
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
§ 6.3.2 精馏原理和流程
精馏流程(熟悉有关旳概念)

解：由精馏段操作线方程
，知
精 馏 段 和 提 馏 解得，R=4，XD=0.96
段 操 作 线 方 程 将提馏段操作线方程与对角线方程 y = x 联立 解得 x = 0.06，即 xw = 0.06
将两操作线方程联立
解得 x = 0.38
因是泡点进料，q = 1，q线垂直，两操作线交点的横坐标即是进料浓度，
由：
yn1
R R 1
xn
1 R 1
xD
当 xn＝xD时， yn+1＝xD。
说明精馏线有一点其横坐标与纵坐标相等，这一点必然落
在对角线上，可从对角线上查找。
由分离要求xD和经确定的回流比R可计算出截距xD/(R＋1)。
由一点加上截距在x－y图上作出直线即为精馏操作线。
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精馏段和提馏段操作线方程
精馏段和提馏段操作线方程
1 精馏段操作线方程
Contents
目录
2 提馏段操作线方程 3 操作线的作法
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精馏段和提馏段操作线方程
在精馏塔中，任意塔板（n 板）下降的液相组成xn与由其
下一层塔板（n+1板）上升的蒸汽组成yn+1之间的关系称之为操 作关系，描述它们之间关系的方程称为操作线方程。
则： R' xF xW (R q) q 0.24 0.03 (3.72 1) 1 2.4
xD xF
0.95 0.24
据：
ym1
R' R' 1 xm
1 R' 1 xW
故提馏段操作线方程为：
ym1
2.4 2.4 1
xm
1 2.4
1
0.03＝1.71xm

测控系统在本实验中利用人工智能仪表分别测定塔顶温度塔釜温度塔身伴热温度塔釜加热温度全塔压降加热电压进料温度及回流比等参数该系统的引入不仅使实验跟更为化工原理筛板塔精馏实验报告第6页简便快捷又可实现计算机在线数据采集与控制
化工原理筛板塔精馏实验报告
篇一：化工原理实验报告_精馏
化工原理实验报告
实验名称：精馏实验班级：生工xx姓名：学号：xxx同组人：xxx日期：xxx
4、适当调节加热电压，一段时间后，待塔操作参数稳定后，在塔顶、塔釜及相邻两块塔板上取样，用阿贝折光仪进行分析，测取两组数据。
5、实验完毕，停止加料，关闭塔釜加热及塔身伴热，切断电源，清理现场。
六、数据整理与计算示例
在全回流、加热电压为86V的条件下测得以下数据：
以塔顶数据为例，计算过程如下：1）摩尔分率计算
蒸馏釜尺寸为∮108mm×4mm×400mm.塔釜装有液位计、电加热器（1.5kw）、控温电热器（200w）、温度计接口、测压口和取样口，分别用于观测釜内液面高度，加热料液，控制电加热装置，测量塔釜温度，测量塔顶与塔釜的压差和塔釜液取样。由于本实验所取试样为塔釜液相物料，故塔釜内可视为一块理论板。塔顶冷凝器为一蛇管式换热器，换热面积为0.06m2，管外走冷却液。
若加热器的壁面温度为ts ,塔釜内液体的主体温度为tw ,则上式可改写为
Q=aA(ts-tw)
由于塔釜再沸器为直接电加热，则加热量Q为
Q=U/R
式中U——电加热的加热电压，V; R——电加热器的电阻，Ω。
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三、装置和流程
本实验的流程如图1所示，主要有精馏塔、回流分配装置及测控系
统组成。
1.精馏塔
精馏塔为筛板塔，全塔共八块塔板，塔身的结构尺寸为：塔径∮（57×3.5）mm，塔板间距80mm；溢流管截面积78.5mm2,溢流堰高12mm，底隙高度6mm；每块塔板开有43个直径为1.5mm的小孔，正三角形排列，孔间距为6mm。为了便于观察踏板上的汽-液接触情况，塔身设有一节玻璃视盅，在第1-6块塔板上均有液相取样口。