资源简介

(共45张PPT)
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《化工单元操作》
4 精馏
4.1预备知识
4.2认知精馏装置工艺流程
4.3精馏装置的开车准备
4.4精馏装置全回流开车
4.5精馏装置部分回流操作
4.6精馏塔异常现象的处理
4.7精馏装置的正常停车
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1.精馏过程
精馏装置：精馏塔
、再沸器、冷凝器等
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为气液两相提供传热和传质的场所。
塔板的作用
yA 自下而上 逐板增加
xA 自下而上 逐板增加
t 自下而上 逐板降低
塔釜的作用
不断向最下一块塔板供应一定含量的蒸汽，
逐板上升，作为各板上液相部分汽化的加热
蒸汽。
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提馏段的作用
2. 作用：浓缩重组分。
提馏段：进料板（加料板）以下的部分（包括加料板）。
精馏段的作用
2. 作用：浓缩轻组分。
1. 精馏段：进料板（加料板）以上的部分。
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回流
回流液是使蒸汽部分冷凝的冷却剂，并使精馏稳定进行。
回流比
●回流与回流比
定义：塔顶回流的液体量L与馏出液流量D之比。
符号：R
表达式：
单位：无
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2.板式塔
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基本构造
1. 板式塔分为有降液管及无降液管两大类。
2.有降液管板式塔的组成：塔体（通常为圆柱体）、
溢流装置（出口堰、降液管、进口堰、受液盘等）
和塔板构件等。
实训室塔板照片
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●泡罩塔
结构：塔板上主要元件为泡罩，泡罩底部有齿缝，安装在升气管上。
特点：应用最早，操作很稳定，但结构复杂，压降大，造价高。
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●筛孔塔
结构：直接在板上开很多的小直径的筛孔。
特点：操作弹性小，结构简单，造价低，生产能力大，板效率高，压降低。
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●浮阀塔
结构：在筛板塔基础上，在每个筛孔处安装一个可上下浮动的阀体，是泡罩塔、舌板塔和筛板塔结合的产物，
特点：操作弹性大，生产能力大，板效率高。
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●浮舌塔
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《化工单元操作》
4 精馏
4.1预备知识
4.2认知精馏装置工艺流程
4.3精馏装置的开车准备
4.4精馏装置全回流开车
4.5精馏装置部分回流操作
4.6精馏塔异常现象的处理
4.7精馏装置的正常停车
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4.3 精馏装置的开车准备
4.3.1 物料衡算
4.3.2 理论板确定
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4.3.1 物料衡算
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1.恒摩尔流的假设
1)恒摩尔汽化
精馏段：V1=V2=V3=………=Vn=V
提馏段：V'1=V'2=V'3=………V'n=V'
2)恒摩尔溢流
精馏段：L1=L2=L3………=Ln=L
提馏段：L'1=L'2=L'3………L'n=L'
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F——原料液流量，kmol/h或kmol/s；
D——塔顶馏出液流量，kmol/h或kmol/s；
W——塔底釜残液流量，kmol/h或kmol/s；
xF——原料液中易挥发组分的摩尔分数；
xD——馏出液中易挥发组分的摩尔分数；
xW——釜残液中易挥发组分的摩尔分数。
F=D+W
FxF=DxD+WxW
2.全塔物料衡算
全塔物料衡算：
易挥发组分物料衡算：
以酒精-水为例
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产品量的计算方法
1.塔顶产品量：
2.塔底产品量：
采出率的计算方法
馏出液采出率
残液采出率
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回收率的计算方法
易挥发组分回收率
难挥发组分回收率
回收率：
某组分（轻/重）通过精馏回收的量与其在原料中的总量之比
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3.精馏段物料衡算
V=L+D
1）总物料衡算：
Vyn+1=Lxn+DxD
2）易挥发组分衡算：
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3）精馏段操作线方程：
令R=L/D
回流比
R：塔顶回流液量与塔顶产品量的比值
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当x=xD时，y=？
当x=0时，y=？
x
y
0
1.0
1.0
xD
a
b
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4）精馏段操作线的特点
在y-x图上是一直线；
直线的斜率：
截距:
精馏段操作线必过点（xD,xD）。
x
y
0
1.0
1.0
xD
a
b
5）精馏段操作线方程的意义
在一定操作条件下，精馏段内任意两块相邻塔板间下降的液体组成xn与上升蒸气组成yn+1之间的关系。
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4.提馏段物料衡算
L’=V’+W
1）总物料衡算：
2）易挥发组分衡算：
L' xm=V' ym+1+W xW
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3）提馏段操作线方程：
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当x=xW时，y=？
当x=0时，y=？
x
y
0
1.0
1.0
xW
c
e
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4）提馏段操作线的特点
在y-x图上是一直线；
直线的斜率：
截距:
提馏段操作线必过点（xW,xW）。
5）提馏段操作线方程的意义
在一定操作条件下，提馏段内任意两块相邻塔板间下降的液相组成xm与上升气相组成ym+1之间的关系。
x
y
0
1.0
1.0
xW
c
e
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精馏段操作线方程
提馏段操作线方程
进料线方程（q线方程）
5. q线方程（进料热状况）
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●精馏塔的进料热状况
（1）冷液（A点）；
（2）饱和液体（泡点）（B点）；
（3）汽液混合物（C点）；
（4）饱和蒸汽(露点) （D点）；
（5）过热蒸汽（E点）。
进料热状态可有以下几种：
泡点——液体混合物处于某压力下开始沸腾的温度。
露点：由于温度和压力的改变，系统中出现第一个液滴时的温度或压力。
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● 进料热状况参数
（1）进料板上的物料衡算与能量衡算
F+V’+L=L’+V
FIF+V’IV’+LIL=L’IL’+VIV
IV, IV’ —分别为进料板上、下处饱和蒸汽的焓，kJ/kmol
IL, IL’ —分别为进料板上、下处饱和液体的焓，kJ/kmol
IF —原料液的焓，kJ/kmol
总物料衡算：
热量衡算：
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可得：
定义
— 加料热状况参数
代入方程
（2）加料热状况参数
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● 进料热状况对塔板上、下各流股的影响
进料温度低于泡点，该原料加入后，使得进料板上部分蒸汽冷凝。因此，提馏段的液流量除包括精馏段的液流量和进料量外，还包括部分蒸汽冷凝所形成的液量；而精馏段的汽流量小于提馏段的汽流量，即
（1）冷液进料：
L’>L +F V （2）饱和液体（泡点）进料：
进料温度等于泡点，该原料加入后全部进入提馏段。因此，提馏段的液流量为精馏段的液流量与进料量之和；而精馏段的汽流量等于提馏段的汽流量，即
L’=L +F V=V’
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进料温度介于泡点和露点之间，该原料加入，其汽相部分进入精馏段，液相部分进入提馏段。因此，提馏段的液流量大于精馏段的液流量，但小于精馏段液流量与进料量之和；而精馏段的汽流量大于提馏段的汽流量，即
（3）汽液混合物进料：
LV’
（4）饱和蒸汽（露点）进料：
进料温度等于露点，该原料加入后全部进入精馏段。因此，提馏段的液流量等于精馏段的液流量；而精馏段的汽流量为提馏段的汽流量与进料量之和，即
L’=L V=V’+F
（5）过热蒸汽进料：
进料温度高于露点，该原料加入后，使得进料板上部分液体汽化。因此，提馏段的液流量小于精馏段的液流量；而精馏段的汽流量除包括提馏段的汽流量与进料量之和外，还包括部分液体汽化所形成的蒸汽量，即
L’V’+F
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● 五种热状况的q值
热状况 冷液体 饱和液体 气液混合物 饱和蒸汽 过热蒸汽
温度 低于泡点 泡点 泡点q值 q>1 q=1 0L’>L +F
V’>V
L’=L +F
V’=V
LV’L’=L
V’=V+F
L’V>V’+F
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精馏段操作线方程
提馏段操作线方程
进料线方程（q线方程）
q<0
q=0
0q=1
q>1
6. 在y-x图上绘制操作线和q线
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1. 当进料状况一定时，在y-x图上q线为一直线，斜率为 。
2. q线必过点（xF、xF）。
3. 饱和液体进料的q线：x=xF
饱和蒸气进料的q线：y=xF
在进料板上, 同时满足精馏段和提馏段的物料衡算, 故两操作线的交点落在进料板上。当q为定值，改变塔操作为回流比时，两操作线交点轨迹即q线。联立两操作线方程式
q<0
q=0
0q=1
q>1
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4.3.2 理论板确定
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（1）在x-y图上作出相平衡线和对角线
1. 理论塔板数的确定（图解法）
（2）作出精馏段操作线
（3）作出提馏段操作线
（4）从A点作水平线和垂直线组成的梯级，计算理论塔板数。
D
注：每一级水平线表示应用一次气液平衡关系，即代表一层理论板；每一根垂线表示应用一次操作线关系。越过两操作线交点D的那块理论板为适宜的加料板。
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2. 理论塔板数的确定——逐板计算法
离开同一塔板的气液相浓度满足相平衡关系。
由气相组成可以得出同一块板上的液相组成。
如何利用相平衡关系和操作线关系？
相邻两层塔板间的气、液相浓度满足操作线关系。
由上层塔板的液相组成可以得出下一块板上的汽相组成。
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例：
在常压下将含苯0.25的苯-甲苯混合液连续精馏分离。要求馏出液中含苯0.98，釜残液中含苯不超过0.085（以上皆为摩尔分数）。选用回流比为5，进料为饱和液体，塔顶为全凝器，泡点回流。试用逐板计算法求所需理论板层数。（已知常压下苯-甲苯混合液的平均相对挥发度α=2.47）
xF=0.25, xD=0.98, xW=0.085, R=5, L’=L+F, α=2.47
y1=xD=0.98
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全凝：y1=xD=0.98
y1=0.98
x1=0.952
y2=0.9567
x2=0.8994
y3=0.9128
x3=0.8091
y4=0.8376
x4=0.6762
y5=0.7268
x5=0.5186
y6=0.5955
x6=0.3734
y7=0.4745
x7=0.2677
y8=0.3864
x8=0.2032
y9=0.2903
x9=0.1421
y10=0.1842
x10=0.08376
xF=0.25
xW=0.085
xD=0.98
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理论塔板
指在该板上气、液两相能充分接触并达到平衡后离开的塔板。
NP —— 实际塔板数
NT —— 理论塔板数
ET —— 总板效率（全塔效率）
实际塔板数
3. 实际塔板数
总板效率
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4. 适宜回流比
● 回流比
R=L/D
塔顶回流液量与塔顶产品量的比值
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若塔顶的上升蒸气冷凝后，全部流至塔内，称为全回流。
2）特点：
三线合一（精馏段操作线、提馏段操作线和对角线合一）；
● 全回流
F=0， D=0 ，W=0；
所需的理论塔板数为最少。
但是操作费用高。
1）定义：
3）意义：
开车必要阶段；迅速稳定精馏操作过程；实验或研究数据采集
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● 最小回流比Rmin
当回流比减少到使两操作线交点正好落在平衡线上时，则表明点d区理论板的气相组成和该区理论板上回流的液相组成互成平衡，这种情况下的回流比称之为最小回比，以Rmin表示。
特点：所需的理论塔板数为最多。
此时若在平衡线与操作线之间作梯级就无法通过点d，而且需要无限多的梯级才能到达点d
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● 适宜回流比——生产费用经济原则
设备费用和操作费用之和的最低时所对应的回流比即为适宜回流比。
R=（1.1～2.0）Rmin
回流比变化对精馏同时存在正、负两方面的影响：
当R适当提高时，设备费用很快下降为有限大小，总成本下降。
如回流比为Rmin，其塔为无穷高，设备费用直线上升为无穷大。如图所示。
当回流比继续增大时，则能耗随之增大，则操作费用迅速增大，将使总成本开始上升。
1.设备费用：
2.操作费用：
加热蒸汽（或电耗）；冷凝剂和冷却剂
取决于塔内上升蒸汽量：V=L+D=(R+1)D
3.总费用——适宜回流比

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