天津大学化工分离工程多组分精馏和特殊精馏.pptx
《天津大学化工分离工程多组分精馏和特殊精馏.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《天津大学化工分离工程多组分精馏和特殊精馏.pptx(68页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、1精馏塔中的平衡级就是一简单绝热闪蒸级。第1页/共68页2第第3 3章章 多组分精馏和特殊精多组分精馏和特殊精馏馏3.1 多组分精馏过程 3.2 萃取精馏和共沸精馏3.3 反应精馏3.4 加盐精馏 第2页/共68页33.1 多组分精馏过程3.1.1 3.1.1 多组分精馏过程分析3.1.2 3.1.2 最小回流比3.1.3 3.1.3 最少理论塔板数和组分分配3.1.4 3.1.4 实际回流比和理论板数3.1.5 3.1.5 多组分精馏的简捷计算方法第3页/共68页43.1.1 多组分精馏过程分析一、关键组分(Key ComponentsKey Components)多组分精馏过程分析就是分析
2、精馏塔内的温度、流率和浓度分布。FNa=串级数(2)分配器(1)侧线采出(0)传热单元(2)=5已被指定的可调变量:(1 1)进料位置;(2 2)回流比;(3 3)全凝器饱和液体回流或冷凝器的传热面积或馏出液温度。余下的2 2个可调设计变量往往用来指定组分在馏出液和釜液中的浓度。第4页/共68页5对于两组分精馏,指定馏出液中一个组分的浓度,对于两组分精馏,指定馏出液中一个组分的浓度,就确定了馏出液的全部组成;指定釜液中一个组就确定了馏出液的全部组成;指定釜液中一个组分的浓度,也就确定了釜液的全部组成。分的浓度,也就确定了釜液的全部组成。对于多组分精馏,待定设计变量数仍是对于多组分精馏,待定设计
3、变量数仍是2 2,所以只能指定两个组分的浓,所以只能指定两个组分的浓度,其他组分的浓度则相应确定。度,其他组分的浓度则相应确定。通常,把由设计者指定分离要求的这通常,把由设计者指定分离要求的这2 2个组分称为个组分称为关键组分关键组分。其中相对易挥发的组分称为其中相对易挥发的组分称为轻关键组分(轻关键组分(LKLK),相对不易挥发的组分称为相对不易挥发的组分称为重关键组分(重关键组分(HKHK)。多组分精馏物系组成:轻非关键组分(LNK),轻组分轻关键组分(LK)中间组分重关键组分(HK)重非关键组分(HNK),重组分第5页/共68页6根据组分是否在精馏塔的两端都出现,可分为分配组分和非分配组
4、分。清晰分割:馏出液中除了重关键组分之外,没有其它重组分;釜液中除了轻关键组分之外,没有其它轻组分。第6页/共68页7二、多组分精馏过程特性对于二组分精馏,设计变量被确定后,可从任一端出发,作逐板计算,无需试差。对于多组分精馏,由于不能指定全部组成,所以需先假设一端的组成,再通过反复试差求解。下面通过实例分别对二组分精馏和多组分精馏过程分析进行比较。第7页/共68页8二组分精馏实例:苯甲苯图3-1 3-1 二组分精馏流率、温度、浓度分布第8页/共68页9三组分精馏实例:苯(LK)(LK)甲苯(HK)(HK)异丙苯图3-2 3-2 三组分精馏流量分布图3-3 3-3 三组分精馏温度分布第9页/共
5、68页10四组分精馏实例:苯甲苯(LK)(LK)二甲苯(HK)-(HK)-异丙苯图3-6 3-6 四组分精馏液相组成分布第10页/共68页11多组分精馏与二组分精馏在含量分布上的区别:(1 1)关键组分含量存在极大值;(2)非关键组分通常是非分配的,即重组分通常仅出现在釜液中,轻组分仅出现在馏出液中;(3)重、轻非关键组分分别在进料板下、上 形成几乎恒浓的区域;(4 4)全部组分均存在于进料板上,但进料板 含量不等于进料含量。第11页/共68页12精馏过程的内在规律:在精馏塔中,温度分布主要反映物流的组成,而总的级间流量分布则主要反映了热衡算的限制。第12页/共68页133.1.2 最小回流比
6、(Rm)多组分精馏:最小回流比下,也有恒浓区,但由于非关键组分的存在,恒浓区出现的部位要较二组分精馏复杂。二组分精馏:最小回流比下,进料板上下出现恒浓区或称夹点。恒浓区第13页/共68页14多组分精馏中的恒浓区(1)轻、重组分均为非分配组分:重组分恒浓区轻组分恒浓区进料板以上必须紧接着有若干塔板使重组分的浓度降到零,这一段不可能是恒浓区,恒浓区向上推移而出现在精馏塔段的中部。同理,轻组分恒浓区出现在提馏段中部。第14页/共68页15(2)重组分为非分配组分,轻组分为分配组分:重组分恒浓区轻组分恒浓区(3)重组分为分配组分,轻组分为非分配组分:重组分恒浓区轻组分恒浓区第15页/共68页16(4)
7、轻、重组分均为分配组分:重组分恒浓区轻组分恒浓区最小回流比条件下会出现恒浓最小回流比条件下会出现恒浓区,区内无分离效果,需无穷区,区内无分离效果,需无穷多理论板。多理论板。如何计算最小回流比?如何计算最小回流比?第16页/共68页17计算最小回流比的Underwood(恩德伍德)公式:假设:1、各组分相对挥发度是常数;2、塔内汽液相流率为恒摩尔流。Underwood(恩德伍德)公式:(3-1)第17页/共68页18Underwood(恩德伍德)公式中参数的含义:(3-1)i 组分i 的相对挥发度;(xiD)m 最小回流比下馏出液中组分i的摩尔分数;xiF 进料中组分i的摩尔分数;q 进料热状态
8、参数(进料液相分率);方程的根。以全回流下的x xiDiD代替 取 LK HK的根第18页/共68页193.1.3 最少理论板数(N Nm m)和组分分配1、开车时,先全回流,待操作稳定后出料。全回流对应最少理论板数,但全回流下无产品采出,因此正常生产中不会采用全回流。什么时候采用全回流呢?2、在实验室设备中,研究传质影响因素。3、工程设计中,必须知道最少板数。第19页/共68页20计算最少理论板数的Fenske(芬斯克)方程:推导前提:1、塔顶采用全凝器;(若采用分凝器,则分凝器为第1块塔板);2、所有板都是理论板。从塔顶向下排序,由相对挥发度的定义有:对第2 2块板作物料衡算:全回流下,D
9、=0(3-2)第20页/共68页21因此:同理:两式相除,可得:代入(3-2)式:(3-2)可得:第21页/共68页22再由相平衡关系可得:由物料衡算:可得:依此类推到塔釜:(3-53-5)第22页/共68页23定义 ABAB为相对挥发度的几何平均值:代入(3-73-7)式,可解出最少理论板数N Nm m:(3-83-8)Fenske方程第23页/共68页24几点说明:2 2、相对挥发度(1 1)方程的精度取决于相对挥发度数据的可靠性。(2 2)ABAB 的近似处理:1 1)两点平均:2 2)三点平均:3 3)单点值1 1、推导中未作任何假设,因而是严格的。第24页/共68页253 3、方程的
10、变形形式:摩尔分率可用摩尔数,体积或重量比来代替,因为换算因子可以相互抵消,得到另一种常用的一般形式:d/w d/w 称为分配比。(3-93-9)第25页/共68页264 4、FenskeFenske方程既可用于二组分精馏,也可用于多组分 精馏。5 5、最少理论板数只与分离要求有关,与进料组成无关。6 6、FenskeFenske方程可以用来计算进料板位置、各段理论板数 和组分分配。(1 1)进料板位置:把进料当作塔顶(或塔釜)。(2 2)各段理论板数:(3 3)组分分配:将FenskeFenske方程变形可得各组分流量分配。第26页/共68页27分离要求的给出形式:(1 1)规定关键组分在塔
11、顶和塔釜的百分含量。代入以含量表示的FenskeFenske方程:(2 2)规定关键组分在塔顶和塔釜的回收率。代入以回收率表示的FenskeFenske方程:(3-93-9)(3-133-13)第27页/共68页28p103p103例3-23-2和例3-3-3 3对于无中间组分的体系:如A(LNK)、B(LK)、C(HK)、D(HNK)组成的体系,先假定清晰分割,计算理论板数,再校验是否清晰分割。清晰分割假定比较适用的情况:轻重关键组分的分离程度较高,轻组分的挥发度比LK的挥发度大得多,而重组分的挥发度比HK的挥发度小得多。几点注意:对于有中间组分的体系:如A(LNK)、B(LK)、C(C(中
12、间组分)、D(HK)D(HK)、E(HNK)E(HNK)组成的体系,则根据C的相对挥发度是靠近B还是靠近D来假定C在塔顶和塔釜的分配。第28页/共68页29作业:p163 p163 第7 7题第29页/共68页303.1.4 实际回流比和理论板数有了实际回流比和最少理论板数,求实际理论板数常用的经验方法有:GillilandGilliland图、Erbar-MaddoxErbar-Maddox图。用Underwood方程求出R Rm m 后,实际回流比R R一般取作1.301.30R Rm m。适用于相对挥发度变化不大的情况适用于非理想性较大的情况第30页/共68页31图3-9 Gillila
13、nd图 图3-10 Erbar-Mddox第31页/共68页32适宜进料板位置的确定原则:在操作回流比下精馏段与提馏段理论板数之比等与在全回流下用Fenske方程分别计算得到的精馏段与提馏段理论板数之比。p109 p109 例3-43-4第32页/共68页333.1.5 多组分精馏的简捷计算方法精馏简捷计算FUG法FenskeNmUnderwoodRmGillilandR、N第33页/共68页34开始指定进料条件指定两个关键组分的分离程度估计非关键组分的分离情况决定精馏塔操作压力和冷凝器类型在塔压下作闪蒸计算计算最少理论板数和非关键组分的分离程度计算值与估计值是否接近对于指定的实际回流比(RR
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 天津大学 化工 分离 工程 组分 精馏 特殊
限制150内