精馏基本原理讲解学习
精馏1精馏原理1精馏过程
（2）物料衡算方程与相平衡方程的求解
物料衡算方程：
n 1 冷凝器
（qnD qnL）x1 qnV y2 0
n2 ……
qnL x1 （qnL x2 qnV y2） qnV y3 0
n N 1
qn L xN2 （qn L xN1 qn V yN1） qn V yN 0
n N 再沸器
qn L xN 1 （qnW xN qn V yN） 0
yn f (xn ) tn f (xn )
总板效率
ET
N Np
注意：N 不包括塔釜（再沸器）
理论塔板
6.4.2 精馏过程的描述
计算类型： 操作型计算、设计型计算。
计算依据： ▲ 物料衡算； ▲ 热量衡算； ▲ 相平衡关系； ▲ 归一方程。
(1) 精馏过程物料衡算 ① 全塔物料衡算
qnF, zF
联立以上两式消去 (qnV 'qnV )项
q H mV H mF qnL 'qnL
H mV H mL
qnF
q —— 进料的热状态参数
q
H mV
H mF r
每摩尔进料变为饱和蒸 气所需热量
进料的摩尔汽化热
q 值对两段气、液相流量的影响
由
q
H mV
H mF
qnL 'qnL
r
qnF
得到： qnL ' qnL qqnF
说明： ① 进料热状态参数 q 值的大小 → 气、液两相流量分布 → 水力学性能、分离能力 → 设计与操作。 ② q 值在数值上等于进料中液相所占的分率δ（广义）。
H mF H mL (1 )H mV H mV (H mV H mL ) HmV HmF q
精馏的基本原理
精馏的基本原理
精馏是一种常用的分离和纯化混合物的方法，它基于不同物质的沸点差异，通过加热混合物并将其蒸发，然后再将蒸汽冷凝回液体，从而实现对混合物的分离。
其基本原理可以归纳为以下几个步骤。
1. 混合物的加热和蒸发
精馏的第一步是将混合物加热，使其中的成分蒸发。
不同成分在不同温度下蒸发，具有较低沸点的成分率先蒸发，而具有较高沸点的成分则较晚蒸发。
通过控制加热温度和时间，可以实现对混合物中各成分的逐步分离。
2. 蒸汽的冷凝
蒸发后的气体，即蒸汽，会进入冷却器或凝聚器中，通过降温使其转化为液体。
冷凝器中的冷却介质（如水）会吸收蒸汽的热量，使其迅速冷凝。
不同成分的蒸汽在冷凝器中也会有所差异，具有较低沸点的成分会更快地冷凝成液体，而具有较高沸点的成分则较慢。
3. 分离液体的收集
冷凝后的液体会通过收集器进行分离。
由于不同成分的蒸汽冷凝速度不同，因此冷凝后的液体中会含有不同成分的纯净物质。
通过适当的收集器设计，可以将不同组分的液体分别收集。
4. 反复蒸馏的实现
通常情况下，一次精馏并不能完全分离混合物中的所有成分。
为了获得更高纯度的物质，需要进行多次反复蒸馏。
在每次蒸馏中，上一次蒸馏的产物会作为下一次蒸馏的原料，经过多次反复蒸馏，可以逐渐提高纯度。
精馏的基本原理就是通过不同成分的沸点差异，利用加热、蒸发和冷凝的过程，实现对混合物的分离。
通过控制温度和时间，以及反复蒸馏的操作，可以获得更高纯度的物质。
精馏技术广泛应用于化工、制药、食品等领域，是一种高效、可靠的分离方法。
精馏的原理及过程
精馏的原理及过程
原理：空气的精馏是利用组成空气的各组分具有不同的挥发度，而在同一温度下各组分的蒸气压不同，将液态空气进行多次部分蒸发和部分冷凝，就能达到分离的目的。
过程：当处于冷凝温度的氧氮混合气接触并穿过比它温度低的液体时，气相与液相之间同时进行热质交换，于是气体要部分冷凝转变成液体并放出冷凝潜热，液体在吸收热量而部分蒸发。
在精馏塔中该过程是在筛板中完成的，由于氮氧的沸点不同，氮比氧易蒸发，氧比氮易冷凝。
当气体自下而上逐块通过塔板时，氮浓度不断增加，只要有足够的塔板数，在塔顶即可获得高纯度的氮气。
反之，当液体自上而下的在塔板内通过时，氧浓度不断增加，这样在塔底获得富氧液空。
空分制氮工艺流程
空气经过滤器吸入离心式压缩机，经三级压缩压力约为0.58Mpa后，进入预冷机组使空气温度降至4 –8℃，分离出大量的水分由汽水分离器排出，气体进入纯化器去除微水﹑二氧化碳﹑乙炔﹑碳氢化合物。
纯化后的洁净气体进入分馏塔经上下换热器与逆流的低温气体换热至约-170℃后进入精馏塔精馏，部分汽体上升至塔顶得到高纯度氮气，部分气体到塔底得到富氧。
塔顶氮气大部分经下上换热器换热至常温后经缓冲罐缓冲后送入生产线。
一小部分塔顶氮气经冷凝蒸发器冷凝成液态后回流至精馏塔与上升的气体精馏，还有少部分回流液经计量罐进入液氮储槽备用。
塔底的富氧液空经节流阀节流至冷凝蒸发器氮气，汽化后的富氧经下换热器参与换热后进入透平膨胀机制冷，为整个设备提供大部分冷量，膨胀后的富氧空气一小部分作为整个装置的密封气体充入冷箱，大部分经下上换热器换热后到纯化器做再生用气。
(化工原理)精馏原理
精馏的原理和过程
原理
基于物质的沸点不同，通过加热和冷凝的方法，将不同沸点的物 质分离出来。
过程
将液体混合物加热至沸腾，产生的蒸汽在冷凝器中冷凝，再通过 回流装置将冷凝液返回精馏塔中，重复进行加热和冷凝的过程， 直至达到分离目的。
操作温度应根据进料组成 和产品要求进行选择，以
实现最佳分离效果。
操作压力应根据进料组成 和产品要求进行选择，以
实现最佳分离效果。
操作条件的优化
实验法
通过实验方法测定不同操作条件下的分离效果，找 出最优的操作条件。
模拟法
利用计算机模拟软件对精馏过程进行模拟，通过优 化算法找出最优的操作条件。
经济分析法
石油化工原料的制备
通过精馏技术可以制备石油化 工原料，如乙烯、丙烯等，这 些原料是生产塑料、合成橡胶 等材料的重要基础。
精馏在其他领域的应用
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食品工业
精馏技术可用于食品工业 中，如分离果汁中的果糖 和乙醇饮料中的酒精等。
制药工业
精馏技术可用于药品的生 产和提纯，如分离抗生素、 维生素等。
精馏的分类
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根据操作方式的不同，精馏可以分为连续精馏和间歇 精馏。
根据进料位置的不同，精馏可以分为侧线精馏、塔顶 精馏和塔底精馏。
根据操作压力的不同，精馏可以分为常压精馏、加压 精馏和减压精馏。
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精馏塔的构造和工作原理
精馏塔的结构
塔体
进料板
塔板
溢流管
冷凝器
精馏塔的主要部分，用于 容纳待分离的液体混合物 和进行传热传质过程。
精馏基本知识
精馏原理和流程3.3.1精馏原理精馏：把液体混合物进行多次部分气化，同时又把产生的蒸气多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。
一、全部气化或全部冷凝设在1个大气压下，苯～甲苯混合液的温度为，其状况以A点表示，将此混合液加热，当温度到达（J点），液体开始沸腾，所产生的蒸气组成为（如D点），与成平衡，而且> ,当继续加热，且不从物系中取出物料，使其温度升高到（E点），这时物系内，汽液两相共存，液相的组成为（F点），蒸气相的组成为与成平衡的（G点），且> 。
若再升高温度达到（H点），液相终于完全消失，而在液相消失之前，其组成为（C点）。
这时蒸气量与最初的混合液量相等，蒸气组成为，并与混合液的最初组成相同。
倘再加热到H点以上，蒸气组成为过热蒸气，温度升高而组成不变的为。
自J点向上至H点的前阶段，称为部分气化过程，若加热到H点或H点以上则称全部汽化过程，反之当自H点开始进行冷凝、则至J点以前的阶段称为部分冷凝过程，至J点及J点以下称为全部冷凝过程。
部分汽化和部分冷凝过程实际上是混合液分离过程。
二、部分汽化、部分冷凝全部汽化、全部冷凝与部分汽化、部分冷凝的区别：（1）不从物系中取出物料，（2）温度范围不同。
部分汽化：将混合液自A点加热到B点，使其在B点温度下部分汽化，这时混合液分成汽液两相，气相浓度为，液相为（< ），汽液两相分开后、再将饱和液体单独加热到C点，在温度下部分气化，这时又出现新的平衡或得的液相及与之平衡的气相，最终可得易挥发组分苯含量很低的液相，即可获得近似于纯净的甲苯。
部分冷凝：将上述蒸气分离出来冷凝至，即经部分冷凝至E点，可以得到浓度为的汽相及液相，与成平衡> ，依次类推、最后可得较近于纯净的气态苯。
三、一部分气化、部分冷凝将液体进行一次部分气化，部分冷凝，只能起到部分分离的作用，因此这种方法只适用于要求粗分或初步加工的场合。
显然，要使混合物中的组分得到几乎完全的分离，必须进行多次部分气化和部分冷凝的操作过程。
精馏培训讲义PPT课件
目录
• 精馏技术简介 • 精馏流程与设备 • 精馏操作与控制 • 精馏分离效率与能耗分析 • 精馏安全与环保 • 精馏案例分析与实践
01 精馏技术简介
精馏的定义与原理
精馏的定义
精馏是一种利用混合物中各组分 挥发度的不同，通过加热、冷凝 、分馏等操作将液体混合物进行 分离的物理过程。
回收率
表示实际产品中目标组分 的比例，数值越高，目标 组分的回收效果越好。
热力学效率
反映精馏过程热力学有效 性的指标，数值越高，热 力学效率越高。
能耗分析的方法与意义
能耗分析方法
通过测量和计算精馏过程中的各种能 耗，如加热、冷却、压缩等，分析能 耗的分布和影响因素。
能耗分析意义
有助于优化精馏过程，降低能耗，提 高经济效益和环境可持续性。
精馏设备中的搅拌器、 泵等机械设备可能导致 夹击、割伤等事故。应 保持设备清洁，定期维 护保养，确保安全防护 装置完好。
精馏区域可能存在电气 安全隐患，如潮湿、腐 蚀等。应采用防爆、防 水等电气设备和电缆， 定期检查电气线路和设 备。
精馏过程的环保要求与处理方法
01 总结词
02 废气处理
03 废水处理
填料
填充在塔体内，增加接触面积 ，促进传热和传质。
塔板
设置在塔体内，形成不同的汽 液分离区域。
进料口和出料口
控制原料和产品的进入和流出 。
辅助设备
热源
提供加热所需的热量。
冷源
用于冷却回流液和产品。
泵
输送原料和产品。
仪表
监测温度、压力等参数。
精馏流程的优化与改进
控制进料速度和温度
调整进料速度和温度，提高分离效果。
04 噪声控制
精馏的基本知识
精馏的基本知识
精馏是一种物质分离的方法，通过对混合物进行加热，使其中的成分以不同的沸点蒸发，然后再冷凝成液体。
这样，就可以利用不同成分之间的沸点差异来进行分离。
精馏的基本原理是利用混合物中不同成分的沸点差异，使液体成分蒸发后冷凝回流，分离出纯净的组分。
具体步骤如下：
1. 加热混合物：将混合物加热至其中的成分开始蒸发。
加热的方式可以是直接加热或通过加热器。
2. 蒸汽冷凝：将蒸发的气体通过冷凝器冷却，使其变为液态。
冷凝可以采用冷水或其他冷却介质进行。
3. 分离纯净成分：冷凝后的液体被收集并用于分离纯净成分。
分离可以通过收集液体的不同组分，或者通过进一步加热蒸发、冷凝的循环操作来提高纯度。
值得注意的是，精馏的有效性取决于混合物中各组分之间的沸点差异。
如果沸点差异较小，可能需要采用多次精馏或者配合其他分离方法。
此外，精馏还需考虑各组分的物化性质、操作压力等因素。
精馏与精馏塔讲解
才能实现整个操作。
再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝
器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相
回流，因而精馏能稳定的进行。
1、进料板以上称为精馏段 —— 精制汽相中的易挥发组分。 2、进料板以下（包括进料板）称为 精馏段
提馏段
—— 提浓液相中难挥发组分。 塔顶产品称为馏出液 进料板
—— 富含易挥发组分。
塔体：一般取为圆筒形，可由金属、塑 料或陶瓷制成，金属筒体内壁常衬以防 腐材料。 填料：大致可分为散装填料和规整填料 两大类，是传热和传质的场所。 塔内件：包括填料支承与压紧装置、液 体与气体分布器、液体再分布器以及气 体除沫器等。 操作原理：液体经塔顶喷淋装置均匀分 布于填料上，依靠重力作用沿填料表面 自上而下流动，并与在压强差推动下穿 过填料空隙的气体相互接触，发生传热 和传质。
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液体
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气体
填料（Tower packing） 填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。
填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状 紧密相关，材质一定时，表征填料特性的数据主要有：
比表面积 a ：单位体积填料层所具有的表面积 (m2/m3)。被 液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。大的 a 和良 好的润湿性能有利于传质速率的提高。对同种填料，填料尺 寸越小，a 越大，但气体流动的阻力也要增加。 空隙率 ：单位体积填料所具有的空隙体积 (m3/m3)。代表 的是气液两相流动的通道， 大，气、液通过的能力大， 气体流动的阻力小。 = 0.45~0.95。 填料因子 ：填料比表面积与空隙率三次方的比值 (1/m)， a/3，表示填料的流体力学性能，值越小，流动阻力越小。 有干填料因子与湿填料因子之分。
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3.塔板的作用
（1）塔板的结构
（2）塔板的特点：
•塔板提供了汽液分离 的场所。
•每一块塔板是一个混 合分离器
•足够多的板数可使各 组分较完全分离 气液两相相向通过精馏塔的每一层塔板，就会在该塔 板上完成一次部分气化和部分冷凝操作，实现对物料 的一次提纯。
4连续精馏装置流程
（1）连续精馏装置
假设： （1）两组分的摩尔汽化潜热相等； （2）两相接触因两相温度不同而交换的显热可忽 略不计； （3）塔设备保温良好，热损失可以忽略不 计。
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（1）恒摩尔汽化 精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏 段也一样。 即：V1=V2=……V=常数
V1’=V2’=……V’=常数 式中：V------精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h;
V’-----提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。
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（2）恒摩尔溢流 精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等，提 馏段也一样。 即：L1=L2= ······L=常数
L1’=L2’= ······L’=常数 式中： L------精馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h; L’-----提馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h。 （下标1、2······表示自上而下的塔板序号。）
第四节精馏基本原理
精馏原理
1、简单蒸馏是单级分离过程，对溶液只进行一次部分气 化；如果需要多次部分汽化和多次部分冷凝?
2、精馏是通过多次 部分气化、和部分冷 凝将液体混合物加以 分离，使溶液中的组 分得到几乎完全的分 离,获得高纯度产品 的操作
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缺点：1、收率低； 2、设备重复量大，设备投资大； 3、能耗大，过程有相变。
进料板：原料液进入的那 层塔板
精馏段：进料板以上的塔段
提馏段：进料板以下 精馏过程的回流
回流的作用： 提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传质的必要 条件。 精馏的主要特点就是有回流
回流包括：
塔顶回流液 塔底回流汽
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5理论板的概念和恒摩尔流的假设
1、理论板的概念 理论板：离开塔板的蒸汽和液体呈平衡的塔板。 2、 恒摩尔流的假设