化工原理第六章(蒸餾與精餾原理)

第六章蒸餾第二節(jié)蒸餾與精餾原理一、簡單蒸餾與平衡蒸餾二、精餾原理三、實現(xiàn)精餾的裝置2023/11/20一、簡單蒸餾與平衡蒸餾1、簡單蒸餾【定義】又稱微分蒸餾，是一種間歇、單級、非穩(wěn)態(tài)蒸餾操作，用于液體混合物的初步分離?！静僮鳌浚?）原料液一次性加入到蒸餾釜中；（2）通過間接加熱使之部分汽化，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入冷凝器中冷凝，冷凝液作為餾出液產(chǎn)品（輕組分濃度高）排入接受器中；（3）蒸餾完成后，未汽化的釜殘液一次性排出。2023/11/20（1）原料液一次性加入到蒸餾釜中；（2）通過間接加熱使之部分汽化，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入冷凝器中冷凝，冷凝液作為餾出液產(chǎn)品（輕組分濃度高）排入接受器中；（3）蒸餾完成后，未汽化的釜殘液一次性排出。2023/11/20簡單蒸餾的操作流程餾出液釜殘液2023/11/20t/

C0x1y2xfy1yfx2x3加熱溫度簡單蒸餾的特點（1）任一瞬時釜內(nèi)的汽、液相互成平衡；（2）釜內(nèi)汽、液相溫度不斷升高，汽、液相組成

x、y也隨之改變，是一種間歇、單級、非穩(wěn)態(tài)蒸餾操作。y3露點線泡點線液相組成x汽相組成ytt1t2t32023/11/20【產(chǎn)品質(zhì)量控制原理】（1）當(dāng)餾出液平均組成或釜殘液組成降低至某規(guī)定值后（根據(jù)分離任務(wù)而定），停止蒸餾操作。xW2023/11/20（2）在一批操作中，餾出液可分段收集，以得到不同組成（或組分）的餾出液。釜殘液餾出液2023/11/20【說明】在蒸酒時，只取第二次換入錫鍋里的涼水冷卻流出的酒，口味最為香醇，稱為“二鍋頭”。【掐頭去尾

】2023/11/202、平衡蒸餾

【定義】又稱閃急蒸餾，簡稱閃蒸，是一種連續(xù)、單級、穩(wěn)態(tài)的蒸餾操作?！痉蛛x原理】（1）液體混合物的泡點是隨壓力增大而升高，壓力越低，泡點就越低。（2）將高壓、高溫液體混合物經(jīng)過減壓，使其泡點降低，進(jìn)入閃蒸罐（分離罐）。這時，液體混合物溫度高于該壓力下的泡點。（3）流體在閃蒸罐中迅速沸騰汽化，出現(xiàn)兩相平衡后并進(jìn)行兩相分離。2023/11/20分離罐塔頂產(chǎn)品yAxA加熱器原料液

塔底產(chǎn)品

Q節(jié)流閥平衡蒸餾的操作（1）被分離的混合液先經(jīng)加熱器加熱，使之溫度高于分離罐壓力下料液的泡點；（2）通過減壓閥（節(jié)流閥）使之壓力降低至規(guī)定值后進(jìn)入分離罐；（3）過熱的液體混合物在分離器中部分汽化，將平衡的汽、液兩相分別從分離器的頂部、底部引出。2023/11/20平衡蒸餾的分離原理圖t/

C0露點線泡點線露點泡點xAyAxf分離罐頂部汽相組成yA分離罐底部液相組成xA原料液的加熱溫度t原料液的初始溫度t2023/11/20平衡蒸餾的操作說明【應(yīng)用】對液體混合液進(jìn)行初步分離?！菊f明】（1）使液體混合物氣化的設(shè)備不是閃蒸罐，而是減壓閥；（2）閃蒸罐的作用是提供液體混合物迅速汽化和汽、液分離的空間。2023/11/20分離罐塔頂產(chǎn)品yAxA加熱器原料液

塔底產(chǎn)品

Q節(jié)流閥平衡蒸餾的特點（2）單級。分離罐內(nèi)只出現(xiàn)一次平衡，只能有限分離。（3）穩(wěn)態(tài)。分離罐內(nèi)溫度（t）不變，塔頂、底產(chǎn)品組成（xA、yA）保持不變。（1）連續(xù)操作。原料液連續(xù)加入，塔頂、底產(chǎn)品不斷引出。2023/11/20二、精餾原理1、部分汽化和部分冷凝【部分汽化】將混合溶液的溫度升高到泡點與露點之間，其中部分溶液汽化成蒸汽，留下部分溶液未汽化?！静糠掷淠繉⑦^熱蒸氣的溫度降低到露點與泡點之間，部分蒸汽冷凝成液體，留下部分蒸汽未冷凝。2023/11/20t/

C0露點線泡點線露點泡點xA＜xfyA＞xfxf部分汽化和部分冷凝示意圖汽相中輕組分的濃度增大，重組分的濃度降低。液相中重組分的濃度增大，輕組分的濃度降低。加熱（冷凝）溫度2023/11/20（1）什么是精餾？2、精餾原理【定義】根據(jù)液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異，通過多次的部分汽化和部分冷凝，使液體混合物得到比較徹底的分離的單元操作。2023/11/20【有關(guān)說明】（1）通過普通的精餾操作，得不到純組分；（2）如要得到純組分，則必須采用其他的分離操作方法。【例如】要得到無水乙醇，則可以苯為夾帶劑，采用恒沸精餾的方法實現(xiàn)。2023/11/20t/

C0露點線泡點線露點泡點x1y1xfy2y3x2x3加熱溫度（2）多次部分汽化和部分冷凝【結(jié)論】通過多次部分汽化和部分冷凝，可以獲得純度很高的輕、重組分，但不能獲得純輕重組分。2023/11/20【說明】（1）各釜內(nèi)的料液均為同一物系；（2）各釜內(nèi)的料液均處在泡點狀態(tài)。（3）實現(xiàn)多次部分汽化和部分冷凝的裝置操作條件：xn>xn-1

tn<tn-1yn>yn-1xFx1x2x3y1y2y3ynt1t2t3全凝器熱量xn2023/11/20（4）維持精餾操作穩(wěn)定的必要條件——回流xFx1x2x3y1y2y3ynt1t2t3全凝器熱量xn【工藝要求】多釜串連模型中每一個釜的狀況為：①各釜內(nèi)的料液處在泡點狀態(tài)；②tn<tn-1?！竟に嚳刂啤?/p>

①

xn保持不變；②xn>xn-1

。2023/11/20【回流】將上一級蒸餾釜內(nèi)部分料液引一部分到下一級蒸餾釜中，從而實現(xiàn)蒸餾過程中每一個釜內(nèi)的參數(shù)（溫度、組成）維持不變?；亓鞑僮魇疽鈭DxFx1x2x3y1y2y3ynt1t2t3全凝器熱量xn成品【結(jié)論】回流是精餾操作必不可少的，是精餾與簡單蒸餾的主要區(qū)別。2023/11/20（5）進(jìn)料的位置

為得到較純的輕組分與重組分，原料液既不能在最上面的釜加入（只經(jīng)過了一次部分汽化），也不能在最下面的釜中加入（只經(jīng)過了一次部分冷凝），而只能在中間某一個釜中加入。【確定進(jìn)料位置的原則】原料液的組成應(yīng)與進(jìn)料釜內(nèi)料液的組成相等或接近。即：原料液的組成≌進(jìn)料釜內(nèi)料液的組成2023/11/20原料液的組成≌進(jìn)料釜內(nèi)料液的組成xFxn進(jìn)料釜以上的各釜使汽相中的輕組分濃度不斷增大。進(jìn)料釜以下的各釜使液相中的重組分濃度不斷增大。2023/11/20二、實現(xiàn)精餾的工業(yè)裝置

盡管可以采用多釜串聯(lián)裝置實現(xiàn)精餾，但工業(yè)過程并不采用。其原因是：（1）設(shè)備龐雜；（2）能量消耗大；（3）占地面積寬。1、連續(xù)精餾塔

2023/11/20板式塔原理示意圖【說明】每一塊塔板相當(dāng)于一個蒸餾釜。y1y2y3x1x2x32023/11/20塔板的作用示意圖【特點】穿過塔板的蒸汽與塔板上的料液接觸，進(jìn)行熱量和質(zhì)量的交換。2023/11/20塔板結(jié)構(gòu)示意圖蒸汽回流液出口堰入口堰2023/11/202023/11/202023/11/20（1）原料液連續(xù)地加入精餾塔內(nèi)。（2）連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（稱為釜殘液）。（3）塔頂蒸汽進(jìn)入全（冷）凝器被全部冷凝，將部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔頂作為回流液體，其余部分作為塔頂產(chǎn)品（稱為餾出液）采出。2、連續(xù)精餾操作流程

2023/11/202023/11/202023/11/202023/11/20【進(jìn)料板】原料液加入的那層塔板稱為進(jìn)料板（加料板）；【精餾段】進(jìn)料板以上的塔段；【提餾段】進(jìn)料板以下的塔段（包括進(jìn)料板）。

【說明】精餾段和提餾段內(nèi)的