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9-2 平衡蒸馏与简单蒸馏


第三节 平衡蒸馏与简单蒸馏
一、平衡蒸馏

原料液

加 热 器

减 压 阀

塔顶产品
y

Q

x

闪 蒸 罐

塔底产品

1. 过程数学描述 1.1、物料衡算 、 连续定态过程

总物料衡算: F = D+W 总物料衡算 易挥发组分物料衡算: 易挥发组分物料衡算:Fxf=Dy+Wx

D xf ? x = F y?x

冷凝器

F, xF , tF
加压泵
原料

加热器

T 节流阀
分离器

顶部产品 D=(1-q)F, y, te 底部产品 W=qF, x , te

平衡蒸馏装置

设 冷凝率

W q= F
汽相线

(残液率)即液相产物占总加料量F的分率

汽化率

D = (1 ? q ) F
te 液相线

D x ?x 得: = f (杠杆原则) F y?x
则:y = x q x ? f (物料衡算式) q ?1 q ?1

x

xf

y

W F D 杠杆定律

1.2、热量衡算 、 加热炉的热流量: Q = FCp (T ? tF ) 物料放出显热供自身的汽化潜热:

r FCp (T ? te ) = (1 ? q) Fr ? T = te + (1 ? q) Cp
1.3、过程特征方程 、 平衡蒸馏中设汽、液两相处于平衡状态,两相温度相同, 组成互为平衡,y与x应满足相平衡方程式 y = f(x)

αx 若为理想溶液则为: y = 1 + (α ? 1) x

2. 平衡蒸馏过程的计算

1.0


e



xf q ? ? y = q ?1 x ? q ?1 ? 联立求解 ? ?y = αx ? 1+ (α ?1)x ?
0

f te xf 1.0

(te, x)

x

ef 过
解 平衡 te

衡算 f x=xf y=xf
e xi 程
q q ?1

程 的


平衡

yi

te = ? ( x )

二、简单蒸馏 1. 过程数学描述 过程数学描述
进料组成 xf → yf 轻组分蒸出 xf ↓ 为xW yf ↓ 为yW
t tw t tf y
原料液 蒸气

冷凝器

x xD1 xD2 xD3

此时釜液温度tf ↑? t w 最后直至xw ? yw ? t w 可见馏分纯度(轻组分含量) 逐步降低。

露点线

泡点线 yf

0 xw x

xf yw y x(y)

1.0

间歇、非定态过程,取时间微元 dτ

?蒸出物料量dW dτ ? ?液体组成(x ? dx)
在dτ时间内对其始末进行物料衡算

Wx

=

ydW 塔顶量

+ +
末量

(W ? dW )( x ? dx ) 塔釜残留量

釜中量 =
始量

展开,略去二阶无穷小量,可写为:

dW dx = W y?x
x1 dx W1 积分之: ln =∫ x2 y ? x W2

联立求解

过程特征方程仍为相平衡方程:y = f(x)

2. 简单蒸馏过程的计算
用物料衡算式及相平衡方程联立求解
x1 dx W1 ln =∫ x2 y ? x W2

αx y= 对于理想溶液 1 + (α ? 1) x

W1 1 ? x1 1 ? x2 ? = 代入积分式中得: ln ? ln + α ln ? W2 α ? 1 ? x2 1 ? x1 ?
原料 W1、 x1已知,给出 x 2 → 可求残液量 W2
汽相组成y是变量,由全过程易挥发组分的物料衡算知 y :

W1 x1 = y (W1 ? W2 ) + W2 x2

?y

三、小结
1、平衡蒸馏与简单蒸馏的根本区别:前者为连续定态, 后者为间歇非定态

原料液

加 热 器

减 压 阀

塔顶产品
yA y

冷凝器

Q

xA

闪 蒸 罐

原料液

蒸气

x

塔底产品

xD1 xD2 xD3

2、平衡蒸馏、简单蒸馏的相同点 平衡蒸馏、简单蒸馏的依据均为利用组分挥发度差异实 现分离。 因为二者均无回流,因而均不能实现有质有量有工程价 值的高纯度分离。


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