是间歇非稳定操作,在蒸馏过程中系统的温度和汽、液组成均随时间改变。 流程:
釜内易挥发组分含量由原料的初始组成沿泡点线不断下降直至终止蒸馏时组成,釜内溶液的沸点温度不断升高,汽相组成也随之沿露点线不断降低。 二、精馏原理
多次部分汽化和冷凝的图
多次部分汽化和冷凝的图 连续精馏塔示意图
三、精馏装操作流程
精馏段的作用是自下而上逐步增浓气相中的易挥发组分,以提高产品中易挥发组分的浓度。 提馏段的作用是自上而下逐步增浓液相中的难挥发组分,以提高塔釜产品中难挥发组分的浓度。 回流液不但是使蒸汽部分冷凝的冷却剂,而且还起到给塔板上液相补充易挥发组分的作用,使塔板上液相组成保持不变。
连续精馏的流程:原料液通过泵送入精馏塔。在加料板上原料液和精馏段下降的回流液汇合,逐板溢流下降,最后流入再沸器中。操作时,连续的从再沸器中取出部分液体作为塔底产品(釜残液),部分液体汽化,产生上升蒸汽依次通过各层塔板,最后在塔顶冷凝器中被全部冷凝。部分冷凝液利用重力作用或通过回流液泵流入塔内,其余部分经冷却器冷却后作为塔顶产品(馏出液)。间歇精馏的流程与连续精馏的类同,区别在于原料液一次性加入,进料位置移至塔釜上部。
教学反思:
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课 堂 教 学 方 案
课题名称、授课时数:第四节 双组分连续精馏过程的物料衡算(4学时) 授课类型(理论课、实验课、技法课、习题课等):理论课 教学方法与手段(讲授、讨论、指导、多媒体等):多媒体 教学目的要求:双组分连续精馏过程的物料衡算 教学重点、难点:理论板的概念及恒摩尔流
第四节 双组分连续精馏过程的物料衡算
一、理论板的概念及恒摩尔流假定 1.理论板的概念
理论板是指离开该塔板的蒸汽和液体成平衡的塔板。不论进入理论板的汽-液两相组成如何,离开时两相温度相等,组成互成平衡。
理论板是不存在的:由于板上汽-液两相接触面积和接触时间是有限的,因此在任何形式的塔板上,汽-液两相难以达到平衡状态。但它可作为实际板分离效率的依据和标准。 2.恒摩尔流假定
恒摩尔流是指在精馏塔内,无中间加料或出料的情况下,每层塔板的上升蒸汽摩尔流量相等(恒摩尔气流),下降液体的摩尔流量也相等(恒摩尔液流),即 (1)精馏段 上升蒸汽摩尔流量 V1?V2?V3???V?常数提馏段 V1'?V2'?V3'???V'?常数
V不一定等于V′
(2)精馏段 下降液体的摩尔流量 L1?L2?L3???L?常数'提馏段 L1?L'2?L'3???L'?常数
L不一定等于L′
二、物料衡算和操作线方程 1.全塔物料衡算
由于是连续稳定操作,故进料流量必等于出料流量。则
总物料: F?D?W
易挥发组分: FxF?DxD?WxW全塔物料衡算式关联了六个量之间的关系,若已知其中四个,联以上两式就可求出另外两个未知数。使用时注意单位一定要统一、对应。
回收率是指回收了原料中易挥发组分(或难挥发组分)的百分数。
Dx塔顶易挥发组分的回收率
??D?100% FxFW(1?xW)塔底难挥发组分回收率
???100% F(1?xF)
2.操作线方程(xn与yn+1关系) (1)精馏段操作线方程
把精馏段内任一横截面(例如第n块与第n+1块塔板间)以上的塔段及塔顶冷凝器作为物料衡算区域。精馏段的操作线方程可通过对该区域的物料衡算求得。即
V?L总物料 ?D
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易挥发组分
由以上两式整理,得
Vyn?1?Lxn?DxD
LDR?yn?1?
(2)提馏段操作线方程
对任意第m板和第m+1板间以下塔段及再沸器作物料衡算式,即
总物料: L'?V'?W''易挥发组分: L'xm?V'ymxW?1?W
由以上两式得: '提馏段操作线方程 L'W'ym?1?'xm?'xW三、进料热状况的影响 L?WL?W进料热状况不同,将影响提馏段下降的液体量L’ ,因而使提馏段操作线的斜率受到影响。进料热状况态对L’的影响可通过进料热状态参数来表示。q的定义式为:
(L'?L)
q? F即每1kmol进料使得L′较L增大的摩尔数。通过对加料板作物料及热量衡算, 就能得到q值得计算式:
将1kmol进料变为饱和蒸汽所需的热量q? 1kmol原料液的汽化潜热L ′=L+qF V=V’+(1-q)F
根据q值得大小将进料分为五种情况
1.q =1,泡点液体进料
原料液加入后不会在加料板上产生汽化或冷凝,进料全部作为提馏段的回流液,两段上升蒸汽流量相等,即L′=L+F
V′=V
2.q=0,饱和蒸汽进料
进料中没有液体,整个进料与提馏段上升的蒸汽V’汇合进入精馏段,两段的回流液流量则相等,即L′=L
V=V′+F
3.0 进料中液相部分成为L’的一部分,而其中蒸汽部分成为V的一部分,即 L′=L+F V=V′+(1-)F 4.q>1,冷液进料 提馏段下降液体流量L’由三部分组成:(1)精馏段回流液流量L;(2)原料液流量F(3)提馏段蒸汽冷凝液流量。由于部分上升蒸汽冷凝,致使上升到精馏段的蒸汽流量V比 提馏段的V’要少,即L′﹥L+F V′﹥ V (其差额为蒸汽冷凝量) 5.q<0,过热蒸汽进料 Rxxn?DR?1R?1 47 进入精馏段的上升蒸汽流量包括三部分:(1)提馏段上升蒸汽流量V’;(2)原料液的流量F;(3)加料板上部分汽化的蒸汽流量。由于部分液体汽化,下降到提馏段的液体流量要比精馏段的L要少,即L ′<L (其差额为液体汽化量) V>V ′+F 各种加料情况对精馏操作的影响 (a)泡点进料;(b)饱和蒸汽进料;(c)汽液混合进料 (d)过冷液体进料;(e)过热蒸汽进料 教学反思: 课 堂 教 学 方 案 课题名称、授课时数:第五节 塔板数和回流比的确定(4学时) 授课类型(理论课、实验课、技法课、习题课等):理论课 教学方法与手段(讲授、讨论、指导、多媒体等):多媒体 教学目的要求:理论塔板数的求法 教学重点、难点:塔板数和回流比的确定 第五节 塔板数和回流比的确定 一、理论塔板数的求法 1.逐板计算法 逐板计算法通常是从塔顶(或塔底)开始,交替使用气-液相平衡方程和操作线方程去计算每一块塔板上的气-液相组成,直到满足分离要求为止。计算步骤如下: (1)根据汽液平衡关系,由y1求x1 ?x1y1 y1?x1? 1?(??1)x1??(??1)y1(2)根据精馏段操作线方程,由x1求y2 48