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多晶硅生产工艺学

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解:应用(3—3)与(3---4),并将计算结果列于下表,下表的计算顺序如下;表的左边第一项是在甲苯的沸点110.4℃到苯的沸点80.2℃之间,任选几个温度(此表每隔4℃)。第二项是从实验中测得苯与甲苯在相对温度时的蒸汽压,第三项是由式(3---4)计算的液相组成。第四项是由(3---3)计算的汽相平衡组成。此计算结果见下表。

表3 苯——甲苯溶液汽液平衡组成

沸点℃ 80.2 760 300 1.0 84.0 852 333 (760-333)/852-333=0.823 1.0 852/760×0.823=0.925 88.0 957 379.(760-379.5)/(957-379.5)=0.5 92.0 1078 96.0 1204 100 1344 104 149659 957/760×0.659=0.830 1078/760×0.508=0.720 1204/760×0.376=0.596 1344/760×0.256=0.453 1495/760×0.155=0,第 66 页 共 73 页

P0A P0B P0A/P XA=(P-P0B)/(P0A-P0B) YA=XA·432 (760-432)/(1078-432)=0.508 492.(760-492.5)/(1204-492.5)=5 0.376 559 (760-559)/(1344-559)=0.256 625 (760-625)/(1495-559)=0.155 108 1659 110.1744 8 5 704.(760-704.5)/(1659-704.5)=5 0.058 304 1659/760×0.058=0.108 0 760 0 从分析精馏原理和设计计算中,广泛地采用着一定外压下的沸点——组成(t——x)相图和y——x图,形象地表示系统的汽液相平衡关系。

若以系统的沸点为纵坐标,液相及汽相中苯(A)的组分为横坐标,将上表的数据作图,即得到一定压强下(常压)的苯——甲苯t——x图。

图(1)中:曲线1表示在一定外压下(此图是一个大气压),溶液组成与沸点(开始沸腾的温度)的关系,称为液相线。在线的每一点均为饱和液体。曲线2表示和溶液平衡的蒸汽相组成 。称为汽相线。在线的每一点均为饱和蒸汽。这两条线将相图分为三个区域。汽相线2以上,溶液全部汽化,为过热蒸汽区。两线之间为汽液两相共存区。 三、精馏的分类:

精馏是怎样分类的呢?可以从三个角度去分类。

1、按精馏操作方法的不同,可以分为间歇精馏和连续精馏。 2、按精馏操作的条件不同,可分为加压精馏,常压精馏,减压

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精馏等。

3、按精馏分离的原理不同,可分为一般精馏和特殊精馏,特殊精馏又包括恒沸精馏,萃取精馏、水蒸汽蒸馏及分子蒸馏等。 什么是间歇精馏呢?就是将待处理的物料一次加入精馏塔釜中,然后加热进行精馏,直到塔顶或塔釜产品不符合 要求时为止,排除残余物料后,再装入一批物料进行精馏,其精馏塔没有提馏段与精馏段之分。

什么是是连续精馏呢?连续精馏指的是精馏操作连续进料、出产品,排除残液的操作过程。连续精馏塔一般是由精馏段和提馏段组成,以加料板为界,进料板以上分为精馏段,以下的为提馏段,此种方法为连续精馏。

四、精馏原理:

是利用不同的物质在气液两相中具有不同的挥发度,当两相作相对运动时,这些物质在两相中的分配反复进行多次达到传热传质的过程,这样使得那些挥发度只有微小差异的组分产生很大的分离效果,从而使不同的物质得到分离。

精馏是蒸馏时所生成的蒸汽与蒸汽冷凝时得到的液体相互作用,气相中高沸物组份和液相中低沸物组份以相反方向进行多次冷凝和汽化,来达到分离混合物的过程。

我们可以从两个方面来进一步说明精馏的原理。

1、从T——x图象来看其精馏原理,应用沸点组成图,不仅可以求取任一沸点的汽液相平衡组成,或者求取两相平衡时的温度,

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而且借助沸点组成图,可以了解蒸馏原理;设在一个大气压下,将组成为x1,温度为t1(图中A点)的混合液加热,当达到饱和点温度t2时(J点)液体开始沸腾,所产生的蒸汽组成y1(P点),y1与 x1平衡,而y1>x1,如果继续加热,且不从物系中取走物料,温度升高到t3(E点),则汽液两相共存液相组成为x2(F点),蒸汽相的组成为x2成平衡的y2(G点),且y2>x2,若再继续升高高达t4时(H点),液相完全汽化,而在液相消失之前,其组成为x3(C点),液相完全汽化成蒸汽后,则汽相组成y3与混合液的最初组成x1相同。倘再加热直t5(B点),蒸汽成为过热蒸汽后,温度升高,组成不变仍为y3(=x1)。此加热以使混合液汽化的过程,自J点向上至H点以前的阶段,称为部分汽化的方法,才能从混合液中分离具有不同组成的蒸汽,而且其所含易挥发组分(苯)较多,也即部分汽化能起一定的分离作用。而完全汽化则不能使混合液的组成改变,不起分离的作用。

反之,也可以从混合物的蒸汽(B点)出发,进行冷凝。此过程恰与上述汽化过程相反,即冷到露点H开始冷凝出液相,组成为x3(C点)。继续冷至E点,则共存汽液两相组成为y2(G点)和x2(F点)。继续为冷至T点前,所余汽量已极少,再冷至J点则终于全部消失,此此冷凝液相x1就是原汽相(B)组成。我们称在H至J前的冷凝过程为部分冷凝过程;冷至J或J以下的过程则为完全冷凝过程。也很显然,只有部分冷凝的方法,才能从混合蒸汽中分出具有浓度较低的液体,所余汽相得到了增浓,即部分冷凝也能起一

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定的分离作用,而完全冷凝则不能起任何分离作用。

由于上述讨论可见,部分汽化或部分冷凝之所以能起到部分分离的作用,其基本依据仍然是混合液中两组分的挥发性能之间的差异,也即相互平衡的汽相中易挥发组分浓度大于它在液相中的浓度,此差异愈大,就愈易分离。部分汽化、部分冷凝是精馏装置中反复发生的过程,依靠此作用才达到了混合液中两组分分离的目的。

2、从精馏流程来龙其原理

如图所示,下面由于加热釜供热。使釜中残液部分汽化逐板上升,塔中各板上液体也就处于沸腾状态。顶部冷凝得到的馏出液部分作回流入塔。逐板下流,使各板上保持一定液层。原料液于中部适宜位置处加入精馏塔其液相部分也逐板下流入釜,汽相部分上升经各板至塔顶。一般将精馏塔中加料以上部分为精馏段,加料以下部分称为提馏段,料液加入板称为加料板。

由于塔底部几乎是纯高沸点组分,其温度最高,易挥发物浓度最低,顶部回流几乎是纯低沸点液相,顶部温度最大低,浓度最高,整个塔中温度由下向上逐步降低,浓度则逐步升高。下面就来分析精馏塔为什么会起分离作用的原理。

我们取精馏段的任意一块塔板n分为分板对象,进入塔板的气流Vn+1,浓度和温度分别为yn+1 和 tn+1;液流为ln-1,浓度和温度分别为xn-1和 tn-1,这汽液两相不成平衡,汽相的温度比液相高(tn+1>tn-1),液相中易挥发物的含量xn-1大于与yn+1,

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