化工原理：7-7 间歇精馏

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1、简单塔双组分理想体系连续精馏计算简单塔双组分理想体系连续精馏计算11D1RxxRRynn11FqqqzxqqyWWFLWWFLFL1xqqqqqxqqqqqqqynnnnnnnnnnn理论塔板数的计算理论塔板数的计算（1）逐板计算法；（2）图解法；（3）简捷法进料位置的讨论进料位置的讨论q 的影响的影响回流比的影响回流比的影响全回流与最少理论板数全回流与最少理论板数eeeDminxyyxR最小回流比最小回流比总板效率总板效率 ET单板效率（单板效率（Murphree 效率）效率）1,1,VjijijijimyyyyEjijijijimxxxxE,1,1,L复杂塔精馏复杂塔精馏水蒸气直接加热的蒸

2、馏水蒸气直接加热的蒸馏侧线采出侧线采出多股进料多股进料回收塔回收塔分凝器分凝器7.6.6 过冷回流过冷回流 一般过冷510DLnnRqq7.5.7 精馏过程优化与分析精馏过程优化与分析进料位置回流比操作压力理论板数热进料状态参数优化优化（1）诊断分析步骤）诊断分析步骤 充分调查，收集数据；应用物料衡算的关系检验精馏塔采出量的合理性。如果采出不合理，就不可能使塔两端产品同时达到要求。应用热力学原理，如相平衡关系，分析塔内温度、压力、组成等分布的合理性。应用理论级及塔板效率的基本概念，分析影响分离能力的主要原因。考查塔板的水力学性能，分析影响塔生产能力和分离能力的原因。塔的一端产品不合格塔的一端产

3、品不合格（2）故障诊断）故障诊断首先考虑塔的采出量是否满足物料衡算关系：塔两端产品不合格塔两端产品不合格 a）生产负荷的影响 塔的进料流量处理能力或生产负荷。生产负荷不能超过对应工况下塔的最大生产能力。措施：减少进料量，增大回流比。DFFDnnqzqx措施：调整采出量，使之与分离要求相匹配。b）进料条件的影响 进料条件包括进料量、组成及热状态。进料热状态的影响：措施：措施：调整进料位置，适当提高回流比。q=10 q 1c）理论板数的影响 塔的分离能力取决于理论塔板数和各板分离能力。措施：措施：提高理论板数或提高操作回流比。d）回流比的影响 回流比接近最小回流比时，塔内各板分离能力降低，导致产品

4、质量不合格。措施：措施：提高理论板数或提高操作回流比。e）辅助设备和公用工程的影响 主要辅助设备包括再沸器和冷凝器，有时包括中间再沸器和中间冷凝器。公用工程主要指加热蒸汽、冷却水或冷剂。塔压波动塔压波动生产负荷大时出现，且塔压差持续上升原因：原因：由于工况改变引起塔内温度变化，导致“淹塔”；对深冷系统，可能形成“冻堵”；对易聚合、易结焦的体系，可能造成液流不畅；刚检修开车时，确认塔内无固体杂物堵塞；改造后，降液管面积或底隙过小设计。塔温变化塔温变化 塔压恒定，塔两端温度同时下降原因：原因：塔顶采出量有所减少；进料中易挥发组分含量有所增加；进料量增加，而采出量未增加。7.7 间歇精馏间歇精馏 连

5、续精馏的局限连续精馏的局限 产品组成经常变化 批量小 混合物中产品种类多间歇精馏间歇精馏流程及设备流程及设备 2W2W,xqnFF,zqnDD,xqn间歇精馏间歇精馏 特点特点 间歇操作，料液分批加入塔釜；只有精馏段，无提馏段；非稳态过程。常见两种操作方式常见两种操作方式恒定塔顶产品组成恒定回流比连续精馏的局限连续精馏的局限 产品组成经常变化 批量小 混合物中产品种类多7.7.1 恒定产品组成的间歇精馏恒定产品组成的间歇精馏 特点：特点：保持馏出液组成不变（1）理论板数确定理论板数确定Dx间歇精馏塔的设计以最苛刻工况为设计依据要求：xD,xW当釜液组成为 xW塔顶产品组成为 xD确定此时的适宜

6、回流比R保持流出液组成不变的途径：保持流出液组成不变的途径：连续加大回流比(实际操作中理论板数不变）。eeeWWWDminxyyxR（1）理论板数确定理论板数确定确定此时的适宜回流比R适宜回流比的选择是一个经济问题R终根据最小回流比Rmin，选定适宜回流比R，图解理论板数NT。操作型计算操作型计算 恒定产品组成的间歇精馏的操作型计算：恒定产品组成的间歇精馏的操作型计算：理论板数不变，保证塔顶馏分组成不变，每一瞬间R要变化 7.7.2.恒定恒定回流比回流比的间歇精馏的间歇精馏 特点：特点：塔顶产品组成不断降低；釜液中组成也不断降低。2W2W,xqnFF,zqnDD,xqn 已知已知：FnqFzW

7、ex规Dx计算过程：计算过程：设定最初馏出液组成初值；确定Rmin；iiiixxyxRWDWDmin要求：求求 ：R N根据Rmin确定适宜操作回流比R；图解理论板数N。（2）设计校核）设计校核操作型计算操作型计算DWWFFDeenxnxnx计算平均组成：FWeWDWWFlnxxexxdxnn参照简单蒸馏若计算平均组成大于规定平均组成，则设计可行，否则，重新给定初值进行迭代计算。实际操作恒定回流量、采出量，维持塔顶高纯度；当原回流比不能满足要求时，增大回流量，继续维持塔顶高纯度；当再沸器、冷凝器达到极限时，减小采出量，继续维持塔顶高纯度；n回流量n采出量（瞬时、累积）n塔顶组成（瞬时、平均）n

8、釜液量n釜液组成n精馏时间n再沸器负荷间歇蒸馏的主要参数间歇蒸馏的主要参数物耗能耗操作时间操作弹性设备费用间歇精馏的优化馏出液持液量问题T-xy for ISOPR-01/WATERLiquid/Vapor Massfrac ISOPR-01Temperature C00.20.40.60.8180859095100105T-x 1.0133 barT-y 1.0133 barT-xy for M-XYL-01/P-XYL-01Liquid/Vapor Molefrac M-XYL-01Temperature C00.10.20.30.40.50.60.70.80.91140.4 140.55

9、 140.7 140.85141T-x 1.0133 barT-y 1.0133 barT-xy for M-XYL-01/P-XYL-01Liquid/Vapor Molefrac M-XYL-01Temperature C00.20.40.60.8116.8517.117.3517.6T-x 1.0 kPaT-y 1.0 kPa间二甲苯，对二甲苯共沸、=1怎么办？7.9 恒沸精馏和萃取精馏恒沸精馏和萃取精馏(1)应用应用 具有恒沸点的液相混合物的分离；具有较小相对挥发度的物系的分离。(2)原理原理 在液相混合物中加入第三组分（质量分离剂），改变原溶液中各组分间的相对挥发度。7.9.1 恒沸

10、精馏恒沸精馏 加入第三组分，使其与某一组分形成最低恒沸物，从而使原溶液易于分离，称为恒沸精馏恒沸精馏。该第三组分常又称为挟带剂挟带剂。（1）典型实例：）典型实例：分离乙醇水溶液，加入挟带剂苯苯二元恒沸物：水+乙醇 最低恒沸点78.15,89.4%.T-xy for ETHAN-01/H2OLiquid/Vapor Molefrac ETHAN-01Temperature C00.10.20.30.40.50.60.70.80.9182.587.592.597.5102.5T-x 1.0133 barT-y 1.0133 bar原料：100kmol/h70%，乙醇、水任务：99.9%无水乙醇二元

11、恒沸物：水+乙醇 最低恒沸点78.15,89.4%.三元恒沸物：苯54.4%、乙醇23%、水22.6%.最低恒沸点64.6在较低温度下，苯与乙醇、水不互溶而分层，可将苯分离出来。塔底可得到无水乙醇。原料：100kmol/h70%，乙醇、水加入72.2kmol/h苯，获得三元共沸物水：30kmol/h乙醇：30.5kmol/h苯：72.2kmol/h无水乙醇：39.5kmol/h分层水：30kmol/h乙醇：30.5kmol/h精馏：水：5.4kmol/h乙醇：30.5kmol/h水：30kmol/h乙醇：70kmol/h 恒沸物中挟带剂的组成要小，降低挟带剂用量；恒沸物本身应易于分离；经济、安

12、全。（2）对挟带剂的基本要求）对挟带剂的基本要求 能形成最低恒沸物，且与塔底组分之间有较大的相对挥发度；7.9.2 萃取精馏萃取精馏 加入的第三组份能显著改变两组分间的相对挥发度，且本身的挥发性很小，这种精馏方法称为萃取精馏萃取精馏。该第三组分称为萃取剂萃取剂。T-xy for C6H6/CYCLO-01Liquid/Vapor Molefrac C6H6Temperature C00.20.40.60.8179.58080.581T-x 1.0133 barT-y 1.0133 bar典型实例：典型实例：苯环已烷的分离.对萃取剂的基本要求：对萃取剂的基本要求：（1）选择性强；（2）溶解度大；

13、（3）挥发性小；（4）其它经济、安全要求。恒沸精馏和萃取精馏的比较恒沸精馏和萃取精馏的比较：（1）第三组分选择范围 恒沸精馏：与被分离组分形成最低恒沸物，选择相对难。萃取精馏：选择范围要广得多。（2）能量消耗 恒沸精馏：挟带剂以气态离塔，消耗的潜热较多。萃取精馏：萃取剂基本不汽化，较经济。（3）操作方式 萃取精馏：不能简单地用于间歇操作。恒沸精馏：无此限制。（4）热敏性物料 恒沸精馏的操作温度一般低于萃取精馏，适于分离热敏性物料。7.9.3 反应精馏反应精馏 在特定的条件下，将反应过程与精馏过程进行集成，使 反应与精馏在蒸馏设备中同时进行的技术。反应反应分离分离丙烯1296663HCHCHC特

14、点：特点：生成产物及时移出反应区，化学平衡向有利方向移动，可提高反应的转化率和选择性。由于生成的产物及时移出，使得反应物总浓度提高，有利于加快反应速率。利用了反应热，降低了精馏过程的能耗。反应器与精馏塔合二为一，节省了设备投资。1296663HCHCHC7.5.7 精馏过程优化与分析精馏过程优化与分析进料位置回流比操作压力理论板数热进料状态参数优化优化（1）诊断分析步骤）诊断分析步骤 充分调查，收集数据；应用物料衡算的关系检验精馏塔采出量的合理性。如果采出不合理，就不可能使塔两端产品同时达到要求。应用热力学原理，如相平衡关系，分析塔内温度、压力、组成等分布的合理性。应用理论级及塔板效率的基本概

15、念，分析影响分离能力的主要原因。考查塔板的水力学性能，分析影响塔生产能力和分离能力的原因。塔的一端产品不合格塔的一端产品不合格（2）故障诊断）故障诊断首先考虑塔的采出量是否满足物料衡算关系：塔两端产品不合格塔两端产品不合格 a）生产负荷的影响 塔的进料流量处理能力或生产负荷。生产负荷不能超过对应工况下塔的最大生产能力。措施：减少进料量，增大回流比。DFFDnnqzqx措施：调整采出量，使之与分离要求相匹配。b）进料条件的影响 进料条件包括进料量、组成及热状态。进料热状态的影响：措施：措施：调整进料位置，适当提高回流比。q=10 q p2p1p2p1p2FnqA、B 中间再沸器和中间冷凝器中间再沸器和中间冷凝器中间再沸器：中间再沸器：目的：目的：节省高品位热源。代价：代价：中沸器下方塔板分离能力被削弱。LV,qqLV,qqLV,qqqqqqqqLLVV R不变中间冷凝器中间冷凝器目的：目的：减少主冷凝器高品位冷剂的用量，以减少能耗。代价：代价：其下方的塔板的分离能力有所下降。LV,qqLV,qqLV,qqqqqqqqLLVV 再沸器负荷不变塔增加中沸器及中冷器对塔分离的影响作业 36，37