间歇精馏和反应精馏.pptx

11.1 精馏曲线和精馏边界共沸物系：共沸物的形成是由于系统与理想性有偏差的结果。系统压力不高时，汽相视为理想气体：共沸点处：第1页/共28页2二组分真实溶液的气液平衡相图在组成处于恒沸点之左，精馏结果只能得到纯B和恒沸混合物。组成处于恒沸点之右，精馏结果只能得到恒沸混合物和纯A。最低恒沸混合物第2页/共28页3最高恒沸混合物在T-x(y)图上，处在最高恒沸点时的混合物称为最高恒沸混合物。改变压力，最高恒沸点的温度会改变，其组成也随之改变。第3页/共28页4三元系相图三元系相图常以立体图形表示。底面的正三角形表示组成、三个顶点分别表示纯组分。立轴表示压力（恒温系统）或温度（恒压系统），分别用压力面或温度面表示物系的汽液平衡性质。另一种三元相图是用底面的平行面切割上述压力面或温度面并投影到底面上形成等压线（恒温系统）或等温线（恒压系统）。第4页/共28页5A A正辛烷125.8125.8B B2-2-乙氧基乙醇135.1135.1C C乙基苯136.2136.2116.1116.1127.1127.1区域1区域2正辛烷、2-乙氧基乙醇和乙基苯分别形成二元最低共沸物，共沸温度为 116.1 和 127.1。图中若干条曲线表示精馏过程液相平衡组成变化轨迹。连接二元共沸物的粗实线是特殊的液相组成变化轨迹线，称为精馏边界。第5页/共28页6图中曲线表示处于该曲线上任意点的混合物在精馏过程中平衡液相组成变化的轨迹。连接二元共沸物的粗实线是一条特殊的液相组成变化轨迹线，称为蒸馏边界，它将三角相图分为两个区域，即1区和2区。连接精馏进料、馏出液和釜液的物料平衡线不能穿过该蒸馏边界，因而它决定了普通精馏产物分离的可行范围。第6页/共28页7例如，组成处于2区的原料通过精馏得不到系统中沸点最高的纯乙苯，只能得到接近A-B二元最低共沸物的馏出液和B，C二元混合物的釜液；或者塔釜得到纯B，而馏出液为三元混合物。如果进料组成处于1区，通过精馏可得到接近A-B二元最低共沸物的馏出液和由A，C混合物构成的釜液；或者塔釜得到纯C，而馏出液为A，B，C混合物。第7页/共28页8因此，在有蒸馏边界存在情况下，仅靠纯组分的沸点、共沸点以及规定馏出液/釜液的物质的量比难以预测产品的组成。第8页/共28页91.1.1 剩余曲线 一个由蒸馏釜和冷凝器构成的简单间歇蒸馏过程。液体混合物在蒸馏釜中慢慢沸腾，气体在逸出瞬间立即移出，由于一般情况下汽相组成与液相组成不同，故随蒸馏过程的进行，釜中剩余液体的组成连续变化。与此同时，蒸馏釜的温度，即釜中剩余液体的泡点温度也连续变化。用于描述间歇蒸馏釜中剩余液体组成随时间的变化的曲线称之为剩余曲线。曲线指向时间增长的方向，从较低沸点状态到较高沸点状态。dB yiB xi第9页/共28页10剩余曲线的计算方法 已知三元混合物起始组成xi和操作压力p 根据：可得到 yi用欧拉算法，即用向前差商来近似代替导数 的方法，算出xi 、yi 在一定步长下变化数值。作图可得该物系剩余曲线。第10页/共28页11泡点温度的计算Ki与组成无关：假定T已知P得到Ki Kixif(T)=|Kixi-1|yesT，yino调整T泡点方程：第11页/共28页12正丙醇-异丙醇-苯三元物系剩余曲线 图中若干条剩余曲线上标注的箭头，都从较低沸点的组分或共沸物指向较高沸点的组分或共沸物。这些曲线包括三角形的三个边。该三元物系的所有剩余曲线都起始于异丙醇-苯的共沸物 D。其中特殊的一条剩余曲线 DE 终止于另一个共沸物 E，即正丙醇-苯二元共沸物。0 0.2 E 0.4 0.6 0.8 1.00.4D0.2苯 B0.60.81.0A异丙醇共沸物C 正丙醇第12页/共28页13纯组分的顶点、二元共沸物是特殊点（若有三元共沸物存在，也是特殊点），按其附近剩余曲线的形状和特征不同可分为三类：凡剩余曲线汇聚于某特殊点，则称该点为稳定节点，如图中 B、C 两点；凡剩余曲线发散于某点，则称该点为不稳定节点，如 D 点；凡某特殊点附近的剩余曲线是双曲线的，则该点为鞍形点，如 A、E。在同一蒸馏区域中，剩余曲线簇仅有一个稳定节点和一个不稳定节点。第13页/共28页141.1.2 精馏曲线图在三角相图上可以表示连续精馏塔内在全回流条件下的液体含量分布情况，该分布曲线称为精馏曲线。根据全回流下操作关系:xi,j+1=yi,j 气液平衡关系：yi,j=Ki,jxi,j 不同平衡级下xi,、yi第14页/共28页15剩余曲线和精馏曲线比较该物系有两个二元最低共沸物，一个二元最高共沸物和一个三元鞍形共沸物。有四条精馏边界。氯仿61.861.8甲醇64.564.5丙酮56.156.153.953.965.565.5精馏曲线剩余曲线57.655.3第15页/共28页16精馏曲线和剩余曲线精馏曲线是在全回流下液相连续变化曲线，但是对于精馏操作有理论板，每一板上气液平衡时组成连线即为结线。结线的向量与剩余曲线相切。结线是精馏曲线的弦，所以精馏曲线和剩余曲线相交与液相组成处。二元混合物精馏曲线与剩余曲线重合。第16页/共28页17精馏曲线及其结线y2结线x0y1x1x2x3x4x5y3y4y5y6第17页/共28页18剩余曲线近似的描述连续精馏全回流条件下液体组成分布。三角相图上，如果体系相同，剩余曲线和精馏曲线基本吻合，所以用剩余曲线替代精馏曲线研究精馏塔内液相浓度分布情况。第18页/共28页191.1.3 可行的分离产物组成对于非理想三元混合物精馏，精馏曲线和剩余曲线图可初步估计可行的分离区域。其方法是将物料平衡线画在剩余曲线三角相图上进行分析。第19页/共28页20无共沸物的三元物系首先讨论一个无共沸物的三元物系，如下图所示，图中画有三条恒压条件下的剩余曲线，假设该图与相应在全回流或很高回流比操作条件下的精馏曲线是相同的，组成为F点的进料在高回流比操作条件下连续精馏，得到馏出液和釜液的组成分别为D点和B点，根据全塔物料平衡，F点、D点和B点共线，该直线为物料平衡线。对于某一物料平衡线，D点和B点的组成必须落在同一条精馏曲线上，即物料平衡线是该精馏曲线上的一条弦。第20页/共28页21无共沸物的三元物系曲线三条恒压条件下的剩余曲线。直线为物料平衡线。F、D、B分别对应进料、馏出液和釜液的组成。物料平衡线和剩余曲线物料平衡线和剩余曲线HHI IL LBDDDBBF第21页/共28页22无共沸物的三元物系对于非共沸物系，若规定溜出液组成是纯的低沸点组分L，则相应的釜液组成为B。作为另一个极端情况，规定釜液组成是纯的高沸点组分H，则从该点通过F的物料平衡线与L-I边相交于D点。这两条物料平衡线和经F点的精馏曲线所包围的区域被定义为可行的产品组成区域。物料平衡线和精馏曲线之间的区域为可行的产品组成区域。HHI IL LDBFT第22页/共28页23共沸物系产品组成区域共沸物系有精馏边界存在，可行的产品组成区域从每个精馏区域得到。对于组成为F1、F2的进料，其产品组成分别在进料所在精馏区的蝴蝶区内。A A正辛烷125.8125.8B B2-2-乙氧基乙醇135.1135.1C C乙基苯136.2136.2116.1116.1127.1127.1F2F1第23页/共28页24氯仿61.261.2甲醇64.764.7丙酮56.256.255.755.764.464.457.5F2F1F3F4共沸点原料第24页/共28页25n n该该物物系系有有两两个个二二元元最最低低共共沸沸物物，一一个个二二元元最最高高共共沸沸物物和和一一个个三三元元鞍鞍形形共共沸物。沸物。n n有四条精馏边界。有四条精馏边界。氯仿61.861.8甲醇64.564.5丙酮56.156.153.953.965.565.557.655.3F第25页/共28页26特殊情况物料平衡线穿越精馏分界线的情况。HHI IL LKF馏出物釜液第26页/共28页27剩余曲线图 剩余曲线图可用于开发可行的精馏流程。评比各种分离方案和确定最适宜的分离流程。为共沸精馏流程的设计以及萃取精馏、共沸精馏和多组分精馏的集成提供理论依据。第27页/共28页28感谢您的观看！第28页/共28页