化工原理蒸馏.ppt

双组份物系的汽液相平衡
(1) 气液相平衡 在一封闭容器中，如图1.2.1所 示。在一定条件下，液相中各组 分均有部分分子从介面逸出进入 液面上方气相空间，而气相也有 部分分子返回液面进入液相内。 经长时 间接触，当每个组分的 分子从液相逸出与气相返回的速 度相同，或达到动平衡时，即该 过程达到了相平衡。 平衡时气液两相的组成之间的关 系称为相平衡关系。它取决于体 系的热力学性质，是蒸馏过程的 热力学基础和基本依据
4、 在汽液相等温， 总压为P时，由P =PA +PB
导出关系： P = PA˚xA + PB˚（1- xA）
（1）
xA = （PA/P） =（P –PB˚）/（PA˚ – PB˚） （ P〈104 时可视为理想气体〉
ｘＢ ＝１－ｘＡ
（2）
以及 yA = PA˚·xA/ P ， YＢ = PＢ˚·ｘＢ/ P （3）
p
0 A
＝116.9kPa，
pB0＝45.8 kPa。求得
xA
P pB0
p
0 A
pB0
0.78 0.8
重设t＝84.5 ℃，重复上述计算，可得 pA0＝115.2 kPa，
p
0 B
＝45
kPa，求得
xA
P pB0
p
0 A
pB0
0.802 0.8
说明所设温度正确，且 p＝A0 115.2kPa，故 y 0.9
20 蒸馏物系：分为二元和多元蒸馏
二、蒸馏在工业中的应用举例
工业上大规模生产一般应用连续蒸馏，其应用 比较广，如原油蒸馏以取得汽油、煤油，柴油等不 同组成的多种产品，石油化工中乙烯、乙烷的分离， 液态空气蒸馏取的高纯度的02、N2、Ar等，以及 乙醇~水溶液液蒸馏取得高浓度乙醇溶液等。
在工业中，生产规模较小或不同阶段原料有改 变的情况下，间隙蒸馏使用的很多，间隙精馏是分 批性操作的，如从杂醇油中蒸出，间隙精馏用得较 多，间隙精馏用于进行某溶液的精馏实验研究时， 比较灵活。
气、液平衡示意图
双组份物系的汽液相平衡
一、理想物系的汽液相平衡 1）理想物系——其液相为理想溶液，A、B组分均服从拉乌尔定律， 其气相为理想气体，服从理想气体定律及道尔顿分压定律的物系。
2）相律的应用
为使体系的平衡状态具有确定性，应由体系的自由度F决定，而
平衡状态体系自由度由相律可得 自由度=组分数+2-相数 = 2 + 2 – 2 = 2（二组分气液平衡本系） 对二元体系，在总压P， 温度t，气相组成YA（成YB）及液相组
蒸馏过程的特点：
10 蒸馏过程 将液体溶液加热至沸腾，液体便汽化，由于溶液
中各组分的挥发性不同，即蒸汽压不同，产生的所 相与液相组成便不同，易挥发的组成较多地进入气 相，而难挥发组分则较多的留在液相，于是，由原 来单一的液体溶液分成接触的浓度不同的汽液两 相，——这样便实现了组份的初步分离——这种分 馏原理叫蒸馏原理，根据蒸馏原理而设计的各种分 离操作都属于蒸馏过程，常见的的蒸馏过程有闪蒸， 简单蒸馏、连续精馏和间隙精馏等。
液体的蒸 馏
——沸点不同的液体混合物的分离
混合物的分类： 非均相物系(气固相混合物) 均相物系(液体混合物、气体混合物等)
均相物系分离的条件： 依据物系中不同组分之间的某些性质差异。
传质分离过程的概念： 将物质在相间的转移过程称为传质(分离)
过程。 常见的传质分离过程有精馏、吸收、萃取等。
蒸馏分离的对象：液体混合物的分离 利用被分离液体之间挥发度的差异， 采用加热的方式 在一定范围遵循拉乌尔定律
PA～x A，PB ～x B，P～x的图线如 图。
图中如果已知XA，则由XA与P～XA 图线相交得P（总压），与PA～XA， 或PB-XA相交，分别得XA时的PA和 PB
b．安托因（Antoine）方程，各纯组份的饱和蒸汽压与温度 的关系可由安托因方程算得，安托因方程为：
ln PO A B T C
由于PA˚ 以及PB˚是体系温度t的函数，所以对二元理想体系，只 需应用（2）、（3）即可根据两个已知参数计算出另两个未知 参数
温度t时，理想物系的汽液平衡时的 “P-x”和“t-x-y”关系图线
“P-X” 关系图线：其中 PA=PA˚x A PB=P B ˚ (1- x A)， P =PA +PB = PA˚xA + PB˚（1- xA）
试求总压力为101.3 kPa下，苯一甲苯溶液在100 ℃时的汽、 液相平衡组成。该溶液为理想溶液。
解：将t＝100℃＝373 K代入上述安托因方程，可分别求得
p
0 A
＝1344
mmHg＝179.2
kPpaB0；
＝554 mmHg＝73.86
kPa．
又P＝101.3k Pa，得两相组成x，y(摩尔分数)
成XA、XB中，只需确定二者，则气液平衡状态便被确定。
3）平衡的溶液相中各参数的数量关系 1、液相中XA + XB = 1 2、气相中P = PA = PB
YA = PA/P YB = PB / P YA+YB = 1
3、拉乌尔定律 PA=PA0×XA 浓度大时，纯A的饱和蒸汽化 PB=PB0×XB
式中，A、B、C为常数，依组份而定，其值可由物性数据手册 查得． P˚-该组份在温度t时的饱和蒸汽压（P˚/mmHg） T——温度˚C
例：苯（A）—甲苯（B）液相混合物可视为理想溶液，此两 组份的安托因方程分别为：
ln
p
0 A
15.9
2788.5 t 52.36
ln
p
0 B
16.014
3096.5 t 53.67
wk.baidu.com
xA
P
p
0 B
p
0 A
p
0 B
0.26
yA
p
0 A
P
xA
0.46
已知双组分混合液中，苯(A)占80％，甲苯占20％(摩尔百
分率)。试求常压下与该液相相平衡的汽相组成及温度。苯、
甲苯的饱和蒸汽压可按上例中的Antoine公式计算。
解：由已知x＝0.8，P＝101.3 kPa，汽相平衡组成可利用
计算：
由已知x＝0.8，P＝101.3 kPa，汽相平衡组成可利用计算：
yA
p
0 A
P
xA
饱和蒸汽压和温度的关系已知，为求
p
0 A
，需先确定温度t
因
xA
P
p
0 B
p
0 A
p
0 B
，故 0.8
P pB0
p
0 A
p
0 B
。此式可作为试差计算中所
设温度是否正确的判据。
假设t＝85 ℃，由上述安托因方程可求得