第二章精馏________:借助液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一种操作方法。简单蒸馏(simple distillation):混合液受热部分汽化,产生的蒸汽进入冷凝器种冷凝,分批收集不同组成的馏出液产品。平衡蒸馏(equilibrium distillation):釜内液体混合物被部分汽化,使气相与液相处于平衡状态,然后将气相与液相分开,是一种单级蒸馏操作。精馏 (rectification):液体混合物多次进行部分冷凝或部分汽化后,最终可以在气相中得到较纯的易挥发组分,而在液相中得到较纯的难挥发组分。精馏计算:物料衡算,热量衡算,相平衡关系计算方法:双组份常用图解法;多组分常用简捷法、严格计算法普通精馏不适用下列物料的分离:(1)待分离组分间的相对挥发度很接近于1。此时,它们的分离需要很多理论板数和很大的回流比,因此设备投资和操作费用很大,不经济。一般认为,当分离所需的理论板数大于100时,精馏已不适用。(2)待分离组分形成恒沸物,此时相对挥发度等于1,平衡的汽液两相组成一样,普通精馏无法实现分离。(3)待分离物料是热敏性的,或是在高温下易发生聚合、结垢、分解等不良反应的。(4)待回收的组分是难挥发组分,且在料液中含量很低。此时能量消耗太大,不经济。________________:进入该板的不平衡的物流发生了充分的接触传质,离开了两相的物流间达到了平衡;在该板上发生传质接触的汽液两相各自完全混合,板上各点的汽相和液相浓度各自一样;该板上充分接触后的汽液两相实现了机械上的完全分离,离开该板的汽流中不夹带雾滴,液流中不夹带气泡,也不存在漏液。________:dfrac (I+1)(I+l)x-dfrac (1)(x)=AW式中,分子为汽相经实际板接触传质后的增浓值;分母则为经理论板后的增浓值;效率为两者之比值。点效率、莫夫里板效率(干板效率)、湿板效率、总板效率________只与相平衡关系、规定的分离要求和精馏操作参数(进料热状况、回流比和液气比)有关,表征物料达到规定分离要求的难易。________液相粘度:粘度高产生的气泡大,两相接触差,液相扩散系数小,效率低;相对挥发度:相对挥发度大则气相溶解度低,液相阻力大,板效率低;表面张力:表面张力对板效率影响相当小。二元精馏计算图解法:在x-y图上作出平衡线和操作线、对角线和曲,精馏段在 精馏段操作线与平衡线之间画得的梯级即为精馏段的理论板数,在提馏段操作线与平衡线画出的梯级数为提馏段的理论板数。汽液平衡关系;相邻两板之间汽液两相组成的操作关系;原料液的组成;进料热状况;操作回流比;分离程度精馏段各组分的摩尔汽化焓相等; 气液接触时因温度不同而交换的的显热可以忽略不计;塔的热损失可以忽略不计操作线方程提馏段操作线方程dfrac (I+1)(I+l)x-dfrac (1)(x)=AWFeed stage considerations冷液进料、饱和液体、气液混合进料、饱和蒸汽进料、过热蒸汽进料进料热状态参数q:q线方程:dfrac (I+1)(I+l)x-dfrac (1)(x)=AW平衡级与进料板位置的确定精馏的简捷计算(多组分精馏)________:进料中按要求选取的两个组分(大多是挥发度相邻的两个组分它们对物料的分离起控制作用。挥发度大的称为________,它在塔釜中的浓度必须加以控制,不能大于某个规定值;两组分中挥发度大的称为________,为达到分离要求,它在塔顶产品中的含量必须加以控制。料液中比轻关键组分更易挥发的组分为轻非关键组分(LNK),简称为轻组分;比重关键组分更难挥发的组分称为重非关键组分(HNK),简称为重组分。在多组分精馏中,只在塔顶或塔釜出现的组分为________;而在塔顶和塔釜均出现的组分则为________。LK和HK肯定同时在塔顶和塔釜出现,是当然的分配组分。________对二组分精馏,设计变量值被确定后,很容易用物料衡算式,汽液平衡式和热量衡算式从塔的任何一端出发作逐板计算,无需进行试差。但在多组分精馏中,由于不能指定馏出液和釜液的全部组成,要进行逐板计算,必须先假设一端的组成,然后通过反复试差求解。精馏塔的________通常有两个,它们可以是产品的纯度和流量(或回收率),但至少有一个应是纯度。________:在多组分精馏中,关键组分的含量分布有极大值;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;重、轻非关键组分分别在进料板下、上形成几乎恒浓的区域;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,塔内各组分的含量分布曲线在进料板处是不连续的。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量衡算的限制。________________________精馏塔在操作过程中,将塔顶蒸气全部冷凝,其凝液全部返回塔顶作为回流,称此操作为全回流 (total reflux),回流比R为无穷大 (R=∞)。此时通常不进料,塔顶、塔底不采出。故精馏塔内气、液两相流量相等,L = V,两操作线斜率均为1,并与对角线重合。由于全回流操作时,使每块理论板分离能力达到最大,完成相同的分离要求,所需理论板数最少,并称其为最小理论板数Nmin。________最小回流比Rmin:________(估算最小回流比):dfrac (I+1)(I+l)x-dfrac (1)(x)=AW适宜回流比________:dfrac (I+1)(I+l)x-dfrac (1)(x)=AW多组分精馏的FUG简捷计算方法①首先用芬斯克方程计算最少理论板数;②计算给定条件下的最小回流比;③应用吉利兰经验关联式估算所需理论板数。FUG法适合于新塔的设计计算,习惯需要指定以下三个变量:实际回流流率与最小回流流率之比;参考组分(通常是重关键组分)的切割程度;另一组分(通常为轻关键组分)的切割程度。精馏的简捷计算例题-见课件严格的多组分精馏计算精馏的定态数学模型MESH方程:组分物料衡算(M),相平衡关联(E),摩尔分率加和归一(S),热量衡算(H)________:uij+wij+lij+vij-vi,j+1-li,j-1-fij=0(i=1,…,c; j=1,…,N)________: (i=1,…,c; j=1,…,N)________: (j=1,…,N)________:(j=1,…,N)为进行精馏的严格计算,除MESH模型方程组外,Kij,hj和Hj的关联式必须知道。基于上述定态数学模型的操作型算法可归并为两大类:1)分块求解;2)联列解。王-亨克(Wang-Henke)的三对角矩阵法属于分块解法。王-亨克算法的计算框图泡点法(BP法)ASPEN PLUS大型流程模拟软件 流程模拟的优越性
第二章精馏
________:借助液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一种操作方法。
简单蒸馏(simple distillation):混合液受热部分汽化,产生的蒸汽进入冷凝器种冷凝,分批收集不同组成的馏出液产品。
平衡蒸馏(equilibrium distillation):釜内液体混合物被部分汽化,使气相与液相处于平衡状态,然后将气相与液相分开,是一种单级蒸馏操作。
精馏 (rectification):液体混合物多次进行部分冷凝或部分汽化后,最终可以在气相中得到较纯的易挥发组分,而在液相中得到较纯的难挥发组分。
精馏计算:物料衡算,热量衡算,相平衡关系
计算方法:双组份常用图解法;多组分常用简捷法、严格计算法
普通精馏不适用下列物料的分离:
(1)待分离组分间的相对挥发度很接近于1。此时,它们的分离需要很多理论板数和很大的回流比,因此设备投资和操作费用很大,不经济。一般认为,当分离所需的理论板数大于100时,精馏已不适用。
(2)待分离组分形成恒沸物,此时相对挥发度等于1,平衡的汽液两相组成一样,普通精馏无法实现分离。
(3)待分离物料是热敏性的,或是在高温下易发生聚合、结垢、分解等不良反应的。
(4)待回收的组分是难挥发组分,且在料液中含量很低。此时能量消耗太大,不经济。
________
________:进入该板的不平衡的物流发生了充分的接触传质,离开了两相的物流间达到了平衡;在该板上发生传质接触的汽液两相各自完全混合,板上各点的汽相和液相浓度各自一样;该板上充分接触后的汽液两相实现了机械上的完全分离,离开该板的汽流中不夹带雾滴,液流中不夹带气泡,也不存在漏液。
________:
式中,分子为汽相经实际板接触传质后的增浓值;分母则为经理论板后的增浓值;效率为两者之比值。
点效率、莫夫里板效率(干板效率)、湿板效率、总板效率
________只与相平衡关系、规定的分离要求和精馏操作参数(进料热状况、回流比和液气比)有关,表征物料达到规定分离要求的难易。
________
液相粘度:粘度高产生的气泡大,两相接触差,液相扩散系数小,效率低;
相对挥发度:相对挥发度大则气相溶解度低,液相阻力大,板效率低;
表面张力:表面张力对板效率影响相当小。
二元精馏计算
图解法:在x-y图上作出平衡线和操作线、对角线和曲,精馏段在 精馏段操作线与平衡线之间画得的梯级即为精馏段的理论板数,在提馏段操作线与平衡线画出的梯级数为提馏段的理论板数。
汽液平衡关系;相邻两板之间汽液两相组成的操作关系;原料液的组成;进料热状况;操作回流比;分离程度
精馏段
各组分的摩尔汽化焓相等; 气液接触时因温度不同而交换的的显热可以忽略不计;塔的热损失可以忽略不计
操作线方程
提馏段操作线方程
Feed stage considerations
冷液进料、饱和液体、气液混合进料、饱和蒸汽进料、过热蒸汽进料
进料热状态参数q:
q线方程:
平衡级与进料板位置的确定
精馏的简捷计算(多组分精馏)
________:进料中按要求选取的两个组分(大多是挥发度相邻的两个组分它们对物料的分离起控制作用。挥发度大的称为________,它在塔釜中的浓度必须加以控制,不能大于某个规定值;两组分中挥发度大的称为________,为达到分离要求,它在塔顶产品中的含量必须加以控制。料液中比轻关键组分更易挥发的组分为轻非关键组分(LNK),简称为轻组分;比重关键组分更难挥发的组分称为重非关键组分(HNK),简称为重组分。
在多组分精馏中,只在塔顶或塔釜出现的组分为________;而在塔顶和塔釜均出现的组分则为________。LK和HK肯定同时在塔顶和塔釜出现,是当然的分配组分。
________
对二组分精馏,设计变量值被确定后,很容易用物料衡算式,汽液平衡式和热量衡算式从塔的任何一端出发作逐板计算,无需进行试差。
但在多组分精馏中,由于不能指定馏出液和釜液的全部组成,要进行逐板计算,必须先假设一端的组成,然后通过反复试差求解。
精馏塔的________通常有两个,它们可以是产品的纯度和流量(或回收率),但至少有一个应是纯度。
________:
在多组分精馏中,关键组分的含量分布有极大值;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;重、轻非关键组分分别在进料板下、上形成几乎恒浓的区域;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,塔内各组分的含量分布曲线在进料板处是不连续的。
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量衡算的限制。
________________________精馏塔在操作过程中,将塔顶蒸气全部冷凝,其凝液全部返回塔顶作为回流,称此操作为全回流 (total reflux),回流比R为无穷大 (R=∞)。此时通常不进料,塔顶、塔底不采出。故精馏塔内气、液两相流量相等,L = V,两操作线斜率均为1,并与对角线重合。由于全回流操作时,使每块理论板分离能力达到最大,完成相同的分离要求,所需理论板数最少,并称其为最小理论板数Nmin。
________
最小回流比Rmin:
________(估算最小回流比):
适宜回流比
________:
多组分精馏的FUG简捷计算方法
①首先用芬斯克方程计算最少理论板数;②计算给定条件下的最小回流比;③应用吉利兰经验关联式估算所需理论板数。
FUG法适合于新塔的设计计算,习惯需要指定以下三个变量:实际回流流率与最小回流流率之比;参考组分(通常是重关键组分)的切割程度;另一组分(通常为轻关键组分)的切割程度。
精馏的简捷计算例题-见课件
严格的多组分精馏计算
精馏的定态数学模型
MESH方程:组分物料衡算(M),相平衡关联(E),摩尔分率加和归一(S),热量衡算(H)
________:uij+wij+lij+vij-vi,j+1-li,j-1-fij=0(i=1,…,c; j=1,…,N)
________: (i=1,…,c; j=1,…,N)
________: (j=1,…,N)
________:
(j=1,…,N)
为进行精馏的严格计算,除MESH模型方程组外,Kij,hj和Hj的关联式必须知道。
基于上述定态数学模型的操作型算法可归并为两大类:1)分块求解;2)联列解。王-亨克(Wang-Henke)的三对角矩阵法属于分块解法。
王-亨克算法的计算框图
泡点法(BP法)
ASPEN PLUS大型流程模拟软件 流程模拟的优越性
题目解答
答案
蒸馏(Distillation) 理论板、板效率和填料的理论板当量高度 理论板 板效率 理论板数 系统物性对板效率的影响 关键组分 轻关键组分(LK) 重关键组分(HK) 非分配组分 分配组分 多组分精馏过程特性: 分离要求 多组分精馏与二组分精馏在含量分布上的区别 最小理论板数N min : 芬斯克方程 恩特伍德方程 吉利兰关联式 组分物料衡算(M)方程 相平衡关联(E方程) 摩尔分率加和归一(S)方程 热量衡算(H)方程