汽液傳質(zhì)分離過(guò)程課件.ppt

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1、上節(jié)內(nèi)容回顧溶劑的作用稀釋作用改變?cè)芤褐嘘P(guān)鍵組分的相互作用的作用2、溶劑的選擇原則1）考慮分子極性2）考慮能否形成氫鍵3）考慮其它因素沸點(diǎn)高、不與1、2組分共沸，不起化學(xué)反應(yīng)；溶解度大；溶劑比（溶劑/進(jìn)料）不得過(guò)大；無(wú)毒、不腐蝕、低廉、易得。萃取精餾過(guò)程的簡(jiǎn)化計(jì)算1）操作線方程2）相平衡關(guān)系3）操作回流比、理論板數(shù)、進(jìn)料位置；4）溶劑進(jìn)料量例：用萃取精餾法分離正庚烷(1)-甲苯(2)二元混合物。原料組成z1=0.5；z2=0.5（摩爾分?jǐn)?shù)）；采用苯酚為溶劑，要求塔板上溶劑含量xS=0.55（摩爾分?jǐn)?shù)）；操作回流比為5；飽和蒸汽進(jìn)料；平均

2、操作壓力為124.123kPa。要求餾出液中含甲苯不超過(guò)0.8%（摩爾），塔釜含正庚烷不超過(guò)1%（摩爾）（以脫溶劑計(jì)），試求溶劑與進(jìn)料比和理論板數(shù)。解：計(jì)算基準(zhǔn)：進(jìn)料100kmol/h。①脫溶劑的物料衡算：代入已知條件解得：D′=49.898kmol/h；B′=50.102kmol/h②計(jì)算平均相對(duì)揮發(fā)度由文獻(xiàn)中查得本物系有關(guān)二元Wilson方程參數(shù)（J/mol）各組分的安托尼方程常數(shù)：t:℃;ps:kPa組分ABC正庚烷6.018761264.37216.640甲苯6.075771342.31219.187苯酚6.055411382.6

3、5159.493各組分的摩爾體積（cm3/mol）：,??????????,假設(shè)在溶劑進(jìn)料板上正庚烷和甲苯的液相相對(duì)含量等于餾出液含量，經(jīng)泡點(diǎn)溫度的試差得：泡點(diǎn)溫度為109.4℃。同理，假設(shè)塔釡上一板液相中正庚烷和甲苯的液相相對(duì)含量為釡液脫溶劑含量，且溶劑含量不變，經(jīng)泡點(diǎn)溫度的試差得：泡點(diǎn)溫度為132.7℃。故平均相對(duì)揮發(fā)度為：公式作y'－x'圖。按③核實(shí)回流比和確定理論塔板數(shù)：由露點(diǎn)進(jìn)料，y'－x'圖上圖解最小回流比：故R>Rm按操作回流比作操作線，圖解理論塔板數(shù)，得N=14，進(jìn)料板為第7塊（從上往下數(shù)）。④確定溶劑/進(jìn)料：粗略按溶劑進(jìn)

4、料板估計(jì)溶劑對(duì)非溶劑的相對(duì)揮發(fā)度：若按塔釡上一板估計(jì)β，則由α1S=28.32和α2S=9.76得β=0.1。從式（3-27）可以看出，用較小的β值計(jì)算溶劑進(jìn)料量較為穩(wěn)妥。L'=S+RD'=S+249.49經(jīng)試差，得S=270kmol/h，故溶劑/原料比S/F=2.7。剩余曲線剩余曲線一個(gè)由蒸餾釜和冷凝器構(gòu)成的簡(jiǎn)單間歇蒸餾過(guò)程。液體混合物在蒸餾釜中慢慢沸騰，氣體在逸出瞬間立即移出。由于一般情況下汽相組成與液相組成不同，與此同時(shí)，蒸餾釜的溫度，即釜中剩余液體的泡點(diǎn)溫度也連續(xù)變化。用于描述間歇蒸餾釜中剩余液體組成隨時(shí)間的變化的曲線稱之為剩余曲

5、線。故隨蒸餾過(guò)程的進(jìn)行，釜中剩余液體的組成連續(xù)變化。曲線指向時(shí)間增長(zhǎng)的方向，從較低沸點(diǎn)狀態(tài)到較高沸點(diǎn)狀態(tài)。剩余曲線是指無(wú)回流簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程中塔釜濃度隨時(shí)間變化的軌跡。三元物系的剩余曲線對(duì)于三元混合物的蒸餾，可以很直觀地在三角相圖上表示剩余曲線。以正丙醇-異丙醇-苯三元物系為例，在101.3kPa操作壓力下所做完整的剩余曲線圖如圖。圖中正丙醇、異丙醇和苯的沸點(diǎn)分別為97.3℃、82.3℃和80.1℃。正丙醇、苯和異丙醇、苯分別形成二元最低共沸物，共沸溫度為77.1℃和71.7℃。該三元物系的所有剩余曲線都起始于異丙醇-苯的共沸物D。其中一條剩

6、余曲線DE終止于另一個(gè)共沸物E，即正丙醇-苯二元共沸物。因?yàn)樵撌Ｓ嗲€將三角相圖分成兩個(gè)蒸餾區(qū)域，故稱它為簡(jiǎn)單蒸餾邊界。蒸餾區(qū)域邊界（如DE）均開(kāi)始和終結(jié)于純組分頂點(diǎn)或共沸物。1、簡(jiǎn)單蒸餾邊界所有處于蒸餾邊界右側(cè)的剩余曲終止于正丙醇頂點(diǎn)C，它是該區(qū)域內(nèi)的最高沸點(diǎn)(97.3℃)。所有處于DBE區(qū)域的剩余曲線都終止在純苯的頂點(diǎn)B，它是第二蒸餾區(qū)域的最高沸點(diǎn)80.1℃。若原料組成落在ADEC區(qū)域內(nèi)，蒸餾過(guò)程液相組成趨于C點(diǎn)，蒸餾釜中最后一滴液體是純正丙醇。位于DBE區(qū)域的原料蒸餾結(jié)果為純苯（B點(diǎn)）。2、不同蒸餾區(qū)域剩余曲線的特點(diǎn)3、穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)、不

7、穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)、鞍形點(diǎn)按附近剩余曲線的形狀和特征不同可將純組分頂點(diǎn)和共沸點(diǎn)分為三類：凡剩余曲線匯聚于某特殊點(diǎn)，則稱該點(diǎn)為穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)。如B、C兩點(diǎn)。凡剩余曲線發(fā)散于某點(diǎn)，則稱該點(diǎn)為不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)。如D點(diǎn)。凡某特殊點(diǎn)附近的剩余曲線是雙曲線的，則為鞍形點(diǎn)。如A、E。在同一蒸餾區(qū)域中，剩余曲線簇僅有一個(gè)穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)和一個(gè)不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)。4、剩余曲線的應(yīng)用剩余曲線圖近似描述無(wú)限高連續(xù)精餾塔內(nèi)在全回流條件下的沿塔高方向的液體濃度分布。為共沸精餾流程的設(shè)計(jì)以及萃取精餾、共沸精餾和多組分精餾的集成提供理論依據(jù)。1、共沸劑的選擇當(dāng)a、b組分形成兩元共沸物時(shí)，加入共沸劑的作用是

8、在塔頂或者塔釜分離出較純的產(chǎn)品a、b。只有在三角相圖上，剩余曲線開(kāi)始或者終止于a和b，即a和b分別為穩(wěn)定點(diǎn)或不穩(wěn)定點(diǎn)時(shí)，分離才能成為可能。從較低沸點(diǎn)狀態(tài)到較高沸點(diǎn)狀態(tài)。1）a、b形成最低共沸物