项目10精馏塔的开停车操作

项目10精馏塔的开停车操作10.1蒸馏的基本概念传质过程：物质在相间的转移过程（分离过程）。A蒸馏：利用混合物中各组分挥发度的不同B（或沸点的不同），通过加入热量或取出热量的方法，使混合物形成气、液两相系统，并让它们相互接溶液（A+B）触进行热量、质量传递，致使易挥发组分在气相中增浓，难挥发组分加热在液相中增浓，从而实现混合物的分离，这种方法统称为蒸馏。蒸馏分离的依据是混合物中各组分的挥发性差异。分离的条件是必须造成气液两相系统。挥发能力高的组分称为易挥发组分或轻组分。挥发能力低的组分称为难挥发组分或重组分。蒸馏的分类?双组分蒸馏?根据被蒸馏的混合物的组分数，可分为：??多组分蒸馏?连续蒸馏?根据操作过程是否连续，可分为：??间歇蒸馏?常压蒸馏??根据操作压力，可分为?加压蒸馏?减压蒸馏??简单蒸馏??平衡蒸馏(闪蒸)?根据操作方式，可分为：??精馏?特殊精馏?10.2两组分溶液的气液平衡一、相组成示方法相：物理、化学性质完全均一的部分1摩尔分数：混合物中各组分摩尔数与混合物总摩尔数比值。nnx?x?xA?xB?1nn2质量分数：混合物中某组分的质量与混合物总质量的比值。mmx?x?xwA?xwB?1mm3质量分数和摩尔分数的换算关系：（以A组分为例）xMxMx?x?xM?xMxM?xM应指出：气相中组分的摩尔分数以y表示。ABABABwAwBwAAAAAAwAwAwBBAABB二、气液相平衡关系1气液相平衡状态气液相平衡状态（饱和状态）：气液两相达到动态平衡。液面上方的蒸汽称为饱和蒸汽，蒸汽的压力称为饱和蒸汽压，溶液称为饱和液体，相应的温度称为饱和温度。气液相平衡关系：平衡状态下的气液相之间的组成关系。拉乌尔定律：当气液呈平衡时，溶液上方组分的蒸气压与溶液中该组分的摩尔分数成正比。对两组分（A和B）的理想溶液可得出：pA=PAoxApB=PBoxB=PBo(1-xA)式中：p——溶液上方组分的平衡分压，Pax——溶液中组分的摩尔分数po——同温度下纯组分的饱和蒸气压，Pa3两组分溶液的气液平衡相图(1)温度——组成(t-x-y)图P一定B气相区露点线t-yt泡点线两相区t-xL2L1A液相区露点线一定在泡点线上方杠杆原理：力?力臂=常数量浓度差即：液相量?L1=汽相量?L270x或y1泡点温度（泡点）：液体混合物加热产生气泡的温度。饱和液体：处于泡点下的液体露点温度（露点）：气体混合物降温冷却出现第一滴液体时的温度。饱和蒸汽：处于露点温度下的气体。(2)x-y图平衡曲线图中对角线为x=y的直线。作为计算时的辅助线。在相线上，y>x，故平衡曲线总是位于对角线的左上方。平衡曲线离对角线愈远，互成平衡的气液两相浓度差别愈大，愈易分离。三、相对挥发度1挥发度：表示物质（组分）挥发的难易程度。挥发度：混合液中某组分在气相中的平衡分压与该组分在液相中的摩尔分数的比值。对于两组分（A和B）混合液有：pBpAvB?vA?xBxA对于理想溶液，因其服从拉乌尔定律，则：v?P?AAvB?PB?2相对挥发度相对挥发度：混合液中两组分挥发度之比vApAxA???vBpBxB若操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律yAxA??yBxByAxA??xByBPA?PB?对理想溶液，则有：??对两组分溶液:??x气液平衡方程y?1?(??1)xα的意义：（1）α可近似作为常数来处理（2）α的大小可用来判断物系能否用普通蒸馏方法加以分离及分离的难易程度。若α>1，则y>x，说明该溶液可用普通蒸馏方法进行分离，α越大，分离越容易；若α<1，易挥发组分与难挥发组分反个，也能分离。若α=1，则y=x，即气液相组成相等，则说明用普通蒸馏方法不能分离该混合物。10.3精馏原理及流程一、平衡蒸馏和简单蒸馏(单级蒸馏过程)连续操作的平衡蒸馏又称闪蒸简单蒸馏又称微分蒸馏nF,zF特点①间歇操作过程是一动态过程；②易挥发组分更多地传递到气相中去，釜液温度不断升高；③产品与釜液组成随时间而改变(降低）；④瞬时蒸气与釜中液体处于平衡状态。nD1,xD1nW2,x2nD2,xD2nD3,xD3二、精馏原理及流程精馏：多次而且同时运用部分气化和部分冷凝的方法，使混合液得到较完全分离，以分别获得接近纯组分的操作。精馏原理苯-甲苯混和液的精馏为例。1、原料液加热过程组成为xf(0.54)的苯-甲苯混和液，从温度为t0点起，外压不变，加热至泡点t1(91.5℃)，出现与液相平衡的气相组成y1(0.74)。继续加热使温度上升到t2(94℃)，有较多的蒸汽生成，互相平衡的气、液相组成分别为y2(0.64)和x2(0.42)。当温度升到露点t4(98℃)，液体量基本消失，组成为x2(0.31)。当混和液全部转化为蒸汽时，蒸汽的组成等于原来混和液的组成。再继续加热就变成过热蒸汽。全部气化达不到分离组分的目的98℃94℃91.5℃x3(0.31)y3(0.54)y2(0.64)y1(0.74)x2(0.42)?苯-甲苯混和液的t-x-y图xf(0.54)2、部分气化?加热到泡点以上露点以下的气化过程称为部分气化过程。只有部分气化才能使yA>xA。根据这个道理，将温度为t0、组成为xf的原料液由A点加热到94℃，并将组成为y1(0.64)的蒸气全部移出冷凝；剩余的组成为x1(0.41)的液体继续加热到温度为t2(98℃)，又得到互成平衡的气相和液相，其组成分别为y2和x2(0.31)。同样将组成为y2的气相全部移出；剩余的组成为x2的液相又继续加热到t3(101℃)，得到相互平衡的气相和液相，其组成分别为y3(0.42)和x3(0.21)。如此反复地进行多次部分气化，剩余的液体量就愈来愈少，其中易挥发组分的含量也愈来愈少，沸腾温度则愈来愈高，最终可得到几乎纯的难挥发组分甲苯。???y3(0.42)x3(0.21)101℃y2(0.54)98℃y1(0.64)x2(0.31)94℃x1(0.42)移出冷凝移出冷凝移出冷凝?苯-甲苯混和液的t-x-y图xf(0.54)3、部分冷凝?将组成为y1、温度为t1(98℃)的饱和蒸汽，采用部分冷凝，温度下降到t2(94℃)，这时有较多的冷凝液生成，互相平衡的气、液相组成分别为y2(0.64)和x2(0.42)，将液相分离；剩余组成为y2(0.64)的气体部分冷凝，温度下降到(92℃)，又得到互成平衡的气相和液相，其组成分别为x3和y3(0.74)，将液相分离。剩余组成为y3(0.74)的气体部分冷凝，温度下降到(89℃)，又得到互成平衡的气相和液相，其组成分别为x4(0.61)和y4(0.79)。如此反复地进行多次部分冷凝，剩余的气体量就愈来愈少，难挥发组分的含量也愈来愈少，沸腾温度则愈来愈低，最终可得到几乎纯的易挥发组分苯。??98℃94℃92℃89℃x2(0.42)液相分离y1(0.54)y2(0.64)y3(0.74)y4(0.79)?苯-甲苯混和液的t-x-y图4、结论?将液体混和物进行多次部分气化，难挥发组分便在液相中得到富集；将混和蒸气进行多次部分冷凝，易挥发组分则在气相中得到富集。精馏就是在精馏塔内，同时多次进行部分气化和部分冷凝的操作过程，从而得到几乎纯的易挥发组分的馏出液和几乎纯的难挥发组分的馏残液。在部分气化和部分冷凝过程中，料液的量符合杠杆定律。?精馏原理示意图图3-2多次部分气化和多次部分冷凝工业上是将上图的每个分离器做成一块；或在一个圆形的塔内装有一定高度的填料。板上液层或填料表面是汽液两相进行传热和传质的场所。精馏装置流程（1）连续精馏流程精馏装置的作用精馏塔以加料板为界分为两段，精馏段和提馏段。①精馏段：加料板以上的塔段为精馏段，其作用是逐板增浓上升气相中易挥发组分的浓度。②提馏段：包括加料板在内的以下塔板为提馏段，其作用逐板提取下降的液相中易挥发组分。③塔板：塔板是供气液两相进行传质和传热的场所。每一块塔板上气液两相进行双向传质，只要有足够的塔板数，就可以将混合液分离成两个较纯净的组分。④再沸器：其作用是提供一定流量的上升蒸气流。⑤冷凝器：其作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。回流主要补充塔板上易挥发组分的浓度。精馏是一种利用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法。⑥加料板塔顶的液体回流与塔底的蒸汽回流是精馏得以稳定操作的必要条件。（2）间歇精馏流程间歇精馏亦称为分批精馏间歇精馏适用于小批量、多品种的生产或实验场合，也适用于多组分的初步分析。间歇精馏的特点：由于在精馏过程中，塔内各处的组成和温度等均随时间而变，所以属于非定态操作；精馏塔只有精馏段而无提馏段。间歇精馏操作可按下述两种典型的操作方式进行。