《化工流程模拟实训—Aspen Plus教程(孙兰义主编)》配套PPS课件第7章 分离单元模拟PartA

蒸馏基础知识
挥发度
表示物质挥发能力的大小
对纯组分： v Po
对混合液体： vA PA xA
vB PB xB
对理想溶液： PA PAo xA
PB PBo xB
vA PAo
vB PBo
v f T
蒸馏基础知识
相对挥发度α
定义： ➢ 混合物中两组分挥发度之比，用来表示挥发能
力的差异
过点
e
（xW， xW）
a
x xD 1.0
蒸馏基础知识——理论板数计算
进料热状况及进料热状况参数
1.进料段物料衡算
物平： F L V ' V L'
热平：
FH F V ' HV ' LH L VH V L' H L'
由于相邻两层板的温度和浓度变化不
大，可认为
HL HL' HV HV '
再沸器的作用：
提供高温低浓的汽相作为精馏介 质，保证精馏的正常进行
蒸馏基础知识——理论板数计算
精馏段操作线方程
总物料衡算： Vn1 Ln D
轻组分物料衡算：
Vn1 yn1 Ln xn DxD
yn1
Ln Vn1
xn
D Vn1
xD
恒摩尔流假定成立，令回流比为
V, y1
L, xD 1 2 3
Ln, xn n
FH F V ' HV LH L VH V L' H L
L
V
F
L’
V’
蒸馏基础知识——理论板数计算
进料热状况及进料热状况参数
F (HV H F ) (L'L)(HV H L )
L'L HV H F F HV HL
进料热状况参数
令
q
HV HV
HF HL
每 摩 尔 进 料 汽 化 为 饱 和蒸 汽 所 需 热 量 进料的摩尔汽化热
蒸馏知识预备——精馏原理
精馏段和回流的作用
精馏段作用：
将上升汽相中轻组分提浓， 最终在塔顶得到合乎要求 的轻组分产品
回流作用：
提供低温高浓的液相作 为精馏介质，保证精馏 过程的正常进行
蒸馏知识预备——精馏原理
提馏段和再沸器的作用
提馏段的作用：
使下降的液相中重组分得到提 浓，最终在塔底得到合乎要求 的重组分产品
➢ 恒定R yn+1～xn 为一直线
蒸馏基础知识——理论板数计算
提馏段操作线方程
总物料衡算： L' V ' W
轻组分物料衡算：
L' xm'
V
y' ' m1
WxW
整理得：
y' m1
L' V'
xm'
W V'
xW
y'm1
L L'W
xm'
W L'W
xW
L’, xm’ m m+1
V’, y’m+1
？？？
t/C
x2’ x1’ x1
y2’ x2
y1’ x3
y1 y2 y3
0 xW
xF
x(y)
xD1.0
蒸馏基础知识——精馏原理
精馏塔
各参数变化： 沿塔自上而下
➢ T 逐渐升高 ➢ 液相x 逐渐减小 ➢ 汽相y 逐渐减小
料液, xF Feed
冷凝器condenser
塔顶产品, xD Overhead product 液相回流 Liquid reflux
露点线
泡点线
0
xF
y 1.0
x(y)
蒸馏基础知识——蒸馏方式
平衡蒸馏
闪蒸
操作及流程
加
热减
器压
原料液
阀
Q
塔顶产品 yA
闪 蒸 罐 xA
塔底产品
混合物在加热或冷却过 程中，气、液两相共存，并 保持平衡状态，将气、液两 相分开，以使混合物得到一 定程度的分离，这种分离方 式称为平衡蒸馏
蒸馏基础知识——蒸馏方式
多次部分汽化和多次 y2
y3
部分冷凝的共同实现
xD
y1
x3
xF
x2
y1’
x1
y2’
x1’
y3’
x2’ xw
蒸馏基础知识——精馏原理
分析：
①多次部分冷凝时，每一级均需要低温高浓的液相回流 多次部分汽化时，每一级均需要高温低浓的汽相上升
②产品收率提高 可得到较纯产品 能量利用合理
③ 缺点：设备仍很复杂
蒸馏基础知识——理论板数计算
y
1.0
yy12 y3
1
2
a
3
q线 4
5
y6
6d
7
e
8
9
10
b
0x
W
xFx
x x2 x1
1.0
D
蒸馏基础知识
回流量增大的极限是将塔顶汽相冷凝后全部 送回顶层塔板作回流，称为全回流 ➢ R =L/D ➢ D =0, W =0, F =0 ➢ 精馏段和提馏段操作线为对角线 y=x ➢ 每层塔板的分离能力最大，所需的理论塔 板数最少，以Nmin表示，称为最少理论板数
V’, yW
L上的表示
精馏段操作线：
过点（xD， xD）
y
1.0
yn1
R R1
xn
xD R1
斜率：
R R1
截距：
xD R1
b
d
提馏段操作线：
xD
y' m1
L'
L' W
xm'
WxW L' W
R1
c
斜率： 截距：
L' L' W
WxW L' W
0 xW
WxW L' W
第7章 分离单元模拟Part A
作者：武佳 孙兰义
蒸馏基础知识
蒸馏依据 蒸馏过程利用均相液体混合物中各组分饱和 蒸汽压（或沸点或挥发性）的差异而使各组 分得以分离
蒸馏基础知识
蒸馏过程的分类
➢ 按操作流程分 间歇蒸馏、连续蒸馏
➢ 按蒸馏方法分 简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏
➢ 按操作压力分 常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏
➢ 对二元物系，通常用轻组分的挥发度比上重组 分的挥发度
低压： vA PA / xA 理想物系 PA0
vB PB / xB
PB0
高压： K A
KB
同样适用于 低压理想物系
蒸馏基础知识
相对挥发度表示的相平衡关系
二元物系：
KA KB
yA / xA yB / xB
yA / yB xA / xB
蒸馏基础知识
最小回流比
R
k
R R1
1 1 1R
R ，两操作线交点 d 落在平衡 线上，所需的理论板数为无穷 多，此时所对应的回流比为最 小回流比Rmin
1.0 qd
yn+1与xn 成平衡 yn 与xn 成平衡
0 xW
xF
yn+1=yn，无分离作用，恒浓区
xD 1.0
蒸馏基础知识
精馏塔的计算
设计计算 精馏塔计算
计算步骤：
全凝器、泡点回流、饱和液相进 料（泡点进料或q =1）
① y1 xD （ 全 凝 器 ）相平( A) x1 精馏段 操作线(B) y2 ( A) x2 (B) y3...... xn1 (B) yn ( A) xn xF ;
y1
y1
1
y2
x1
2
x2
F, xF
n-1
ym-2
m-2 ym-1
m-1
xm-2
xm-1
D, xD
W, xW
蒸馏基础知识——理论板数计算
理论塔板数Nt的计算——逐板计算法
②若xn-1＞xF≥xn，则第n板
为进料板(提馏段第一块板）：x1’=xn
③ x1' 提 馏段操作线(C) y2' 相 平 ( A) x2' (C) y3' ..... xm ' xW为止
则精馏段N１= n-1，提馏段N2= m-1（不包括再沸器） 理论板数NT = N1+N2 = n+m-2（不包括再沸器）
y /1 y x /1 x
y x 1 ( 1) x ─以α表示的相平衡方程
蒸馏基础知识
讨论
yA / yB 是衡量组分是否易于分离的标志
xA / xB
1 yA xA
yB xB
➢不能用蒸馏的方法分离
1.0
α3
α2
y
α1 α=1
➢α与1.0偏离越大，两组
分越易分离
α1 <α2< α3
➢α<1时，y<x，可分离
蒸馏基础知识——精馏原理
平衡级
模型：
使原未达到平衡的的汽、液两相接触，两相将向 平衡趋近，若接触足够充分、气液充分混合，离 开时汽、液两相将达到平衡，此种设备称为一个 平衡级
蒸馏基础知识——精馏原理
一次部分汽化和一次部分冷凝
t/C t/C
tF
tF
0 x xF y
1.0
x(y)
一次部分汽化
0 x yF
V L F
L’
V’
（2）饱和蒸气，q=0
蒸馏基础知识——理论板数计算
进料热状况及进料热状况参数
(3)气液两相进料
Tb<TF<Td 、HL<HF<HV
0 q HV HF 1 HV HL
V L F