化工原理-9章液体精馏-课件PPT
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金酒（Gin）、朗姆酒 (Rum)、中国白酒(Spirit)。 蒸馏酒——把经过发酵的原酒，经过一次或多次蒸馏过程 提取的高度酒酒液。
6
西凤1952——第一界评酒会获评四大名酒称号
蒸馏水的制备 海水淡化技术
7
Βιβλιοθήκη Baidu
粗苯精制
8
9
10
粗甲醇的三塔精馏
11
酒精
水
如何实现分离？ 酒精的沸点低易于气化。 如何操作？若将气化的酒精蒸气全部冷凝，即实现分离提纯。12
23
指定压力下，溶液沸腾的条件是：
整理得：
——泡点方程
理想物系，平衡时气相服从道尔顿分压定律，即
——露点方程
——安托因方程
24
[例题] 苯与甲苯混合液可看作服从拉乌尔定律。已 知在70℃时，纯苯的饱和蒸汽压为547.4mmHg，纯甲 苯的饱和蒸汽压为202mmHg，试计算在此温度下， 当甲苯浓度x甲苯=0.2（摩尔分数) 时，气相中苯和甲 苯的分压。
27
两相区特点：当两相温度相同时 y > x 当组成相同，t露点>t泡点
t/C
在总压一定的条件下，将组成为 xf
的溶液加热至该溶液的泡点 TA，产
原料液 蒸汽
冷凝器 y
x
xD1 xD2 xD3
16
三、蒸馏操作的特点
优点：* 适用面广，液体混合物和气体混合物均可 * 操作流程较简单，无需其他外加介质
缺点：* 能耗大（加热和冷却费用是蒸馏过程的 主要操作费用）
17
四、气液传质设备的分类
实现蒸馏过程是在气液 板式塔
传质设备中进行的。
填料塔
在塔板上，气液两相密切接触，进行热量18 和质量的交换。
填料塔
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
19
9.2 双组分溶液的气液相平衡
9.2.1 双组分理想物系的气液相平衡
理想物系：液相为理想溶液，气相为理想气体且服从 道尔顿分压定律的物系。
理想液体：没有黏性、不可压缩的液体。 理想气体：严格遵从气体状态方程的气体 。 道尔顿分压定律：理想气体混合物的总压力为各组元
26
1、温度-组成图（t-x-y图）
t-x-y图代表的是在总压P一定的条件 下，相平衡时气（液）相组成与温度 的关系。x、y均指易挥发组分的摩尔 分数。
液相线t-x（泡点线）：图中蓝色线 气相线t-y（露点线）：图中红色线 液相区：蓝线以下区域 过热蒸气区：红线以上区域 气液共存区：红线和蓝线包围的区域
N ——组分数 φ ——相数
一定压力下: 组成xA(yA)与温度t存在一一对应关系； 气液组成之间xA~yA存在一一对应关系。
21
二、 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
法国物理学家拉乌尔在1887年研究含有非挥发性溶质的 稀溶液的行为时发现的，可表述为：“在某一温度下，稀溶 液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数”。
一、概念
蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从而使混合 物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混合物的典型 单元操作。
易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分。
难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分。
精馏：多次进行部分气化和部分冷凝后，最终可以在气相中得 到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组 分，这个过程叫精馏。
解：甲苯的含量x甲苯=0.2(摩尔分数)时： P甲苯=202 × 0.2=0.4(mmHg) P苯=547.4×(1-0.2)=437.9(mmHg)
25
三、双组分理想溶液的气液平衡相图
双组分理想溶液的气液平衡关系用相图表示比 较直观、清晰，而且影响蒸馏的因素可在相图上直 接反映出来。蒸馏中常用的相图为恒压下的温度组成（ t-x-y ）图和气相-液相组成（ x-y ）图。
——拉乌尔定律
pA0——纯组分A在溶液温度下的饱和蒸气压，Pa； xA——溶液中组分A的摩尔分数；
★ 服从拉乌尔定律是理想溶液 的一个最主要的特性
22
实验证明，理想溶液的气液相平衡服从拉乌尔定律，即：
双组份体系：A表示易挥发组分 B表示难挥发组分
pA、pB ——溶液上方组分A、B的平衡分压，Pa； p0A、p0B——平衡温度下纯组分A、B的饱和蒸气压，Pa； xA、xB——溶液中组分A、B的摩尔分数；
2
9.1 概 述
工业乙醇的蒸馏（有机化学实验）
3
思考：混合物的分类？ 均相混合物：物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的
混合物。 化工生产过程中所遇到的物料有许多是两个或两个以上 组分的均相混合物。
如：石油、空气、粗甲醇
4
蒸馏操作在工业生产中的应用
5
世界六大蒸馏酒的制备 白兰地(Brandy)、威士忌(Whisky)、伏特加(Vodka)、
气体分压力之和。
注：理想溶液并不存在，但对于化学结构相似、性质极相近的 组分组成的物系，如，苯-甲苯、甲醇-乙醇等，在压力不 太高（一般<103kPa）的情况下，近似按理想物系处理。
20
组分： A、B 一、相律分析： 变量 ： t、p、xA、 yA
相数： 气相、液相
自由度：f = N –φ + 2 = 2-2+2 = 2
化工原理
principles of chemical engineering 第九章 液体精馏（ Distillation ）
延安大学化学与化工学院 1
第9章 液体精馏
9.1 蒸馏概述 9.2 双组分溶液的气液相平衡 9.3 平衡蒸馏与简单蒸馏 9.4 精馏 9.5 双组分精馏的设计型计算 9.6 双组分精馏的操作型计算 9.7 间歇精馏 9.8 恒沸精馏与萃取精馏 9.9 多组分精馏基础
13
二、蒸馏的分类
1、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏。 2、按操作压力：常压；减压；加压。 3、按原料液组分数：双组分蒸馏和多组分蒸馏 4、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。
14
平衡蒸馏 （闪蒸）
平衡蒸馏是液体的一次部分气化或蒸气的一 次部分冷凝的蒸馏操作。是连续定态过程。
原料液 加热器 减压阀 Q
塔顶产品
yA
闪 蒸 罐 xA
特点：闪蒸是连续、稳定的单级蒸 馏程，生产能力大，不能得 到高纯产物，常用于只需粗 略分离的物料。
塔底产品
15
简单蒸馏(微分蒸馏/瑞利蒸馏)：
定义：将原料液一次加入蒸馏釜中，在一定压强下加热至沸， 使液体不断气化，并不断将生成的蒸气移出在冷凝器 内冷凝，使混合液中组分部分分离的方法。是间歇过程。
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西凤1952——第一界评酒会获评四大名酒称号
蒸馏水的制备 海水淡化技术
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Βιβλιοθήκη Baidu
粗苯精制
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粗甲醇的三塔精馏
11
酒精
水
如何实现分离？ 酒精的沸点低易于气化。 如何操作？若将气化的酒精蒸气全部冷凝，即实现分离提纯。12
23
指定压力下，溶液沸腾的条件是：
整理得：
——泡点方程
理想物系，平衡时气相服从道尔顿分压定律，即
——露点方程
——安托因方程
24
[例题] 苯与甲苯混合液可看作服从拉乌尔定律。已 知在70℃时，纯苯的饱和蒸汽压为547.4mmHg，纯甲 苯的饱和蒸汽压为202mmHg，试计算在此温度下， 当甲苯浓度x甲苯=0.2（摩尔分数) 时，气相中苯和甲 苯的分压。
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两相区特点：当两相温度相同时 y > x 当组成相同，t露点>t泡点
t/C
在总压一定的条件下，将组成为 xf
的溶液加热至该溶液的泡点 TA，产
原料液 蒸汽
冷凝器 y
x
xD1 xD2 xD3
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三、蒸馏操作的特点
优点：* 适用面广，液体混合物和气体混合物均可 * 操作流程较简单，无需其他外加介质
缺点：* 能耗大（加热和冷却费用是蒸馏过程的 主要操作费用）
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四、气液传质设备的分类
实现蒸馏过程是在气液 板式塔
传质设备中进行的。
填料塔
在塔板上，气液两相密切接触，进行热量18 和质量的交换。
填料塔
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
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9.2 双组分溶液的气液相平衡
9.2.1 双组分理想物系的气液相平衡
理想物系：液相为理想溶液，气相为理想气体且服从 道尔顿分压定律的物系。
理想液体：没有黏性、不可压缩的液体。 理想气体：严格遵从气体状态方程的气体 。 道尔顿分压定律：理想气体混合物的总压力为各组元
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1、温度-组成图（t-x-y图）
t-x-y图代表的是在总压P一定的条件 下，相平衡时气（液）相组成与温度 的关系。x、y均指易挥发组分的摩尔 分数。
液相线t-x（泡点线）：图中蓝色线 气相线t-y（露点线）：图中红色线 液相区：蓝线以下区域 过热蒸气区：红线以上区域 气液共存区：红线和蓝线包围的区域
N ——组分数 φ ——相数
一定压力下: 组成xA(yA)与温度t存在一一对应关系； 气液组成之间xA~yA存在一一对应关系。
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二、 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
法国物理学家拉乌尔在1887年研究含有非挥发性溶质的 稀溶液的行为时发现的，可表述为：“在某一温度下，稀溶 液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数”。
一、概念
蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从而使混合 物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混合物的典型 单元操作。
易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分。
难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分。
精馏：多次进行部分气化和部分冷凝后，最终可以在气相中得 到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组 分，这个过程叫精馏。
解：甲苯的含量x甲苯=0.2(摩尔分数)时： P甲苯=202 × 0.2=0.4(mmHg) P苯=547.4×(1-0.2)=437.9(mmHg)
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三、双组分理想溶液的气液平衡相图
双组分理想溶液的气液平衡关系用相图表示比 较直观、清晰，而且影响蒸馏的因素可在相图上直 接反映出来。蒸馏中常用的相图为恒压下的温度组成（ t-x-y ）图和气相-液相组成（ x-y ）图。
——拉乌尔定律
pA0——纯组分A在溶液温度下的饱和蒸气压，Pa； xA——溶液中组分A的摩尔分数；
★ 服从拉乌尔定律是理想溶液 的一个最主要的特性
22
实验证明，理想溶液的气液相平衡服从拉乌尔定律，即：
双组份体系：A表示易挥发组分 B表示难挥发组分
pA、pB ——溶液上方组分A、B的平衡分压，Pa； p0A、p0B——平衡温度下纯组分A、B的饱和蒸气压，Pa； xA、xB——溶液中组分A、B的摩尔分数；
2
9.1 概 述
工业乙醇的蒸馏（有机化学实验）
3
思考：混合物的分类？ 均相混合物：物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的
混合物。 化工生产过程中所遇到的物料有许多是两个或两个以上 组分的均相混合物。
如：石油、空气、粗甲醇
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蒸馏操作在工业生产中的应用
5
世界六大蒸馏酒的制备 白兰地(Brandy)、威士忌(Whisky)、伏特加(Vodka)、
气体分压力之和。
注：理想溶液并不存在，但对于化学结构相似、性质极相近的 组分组成的物系，如，苯-甲苯、甲醇-乙醇等，在压力不 太高（一般<103kPa）的情况下，近似按理想物系处理。
20
组分： A、B 一、相律分析： 变量 ： t、p、xA、 yA
相数： 气相、液相
自由度：f = N –φ + 2 = 2-2+2 = 2
化工原理
principles of chemical engineering 第九章 液体精馏（ Distillation ）
延安大学化学与化工学院 1
第9章 液体精馏
9.1 蒸馏概述 9.2 双组分溶液的气液相平衡 9.3 平衡蒸馏与简单蒸馏 9.4 精馏 9.5 双组分精馏的设计型计算 9.6 双组分精馏的操作型计算 9.7 间歇精馏 9.8 恒沸精馏与萃取精馏 9.9 多组分精馏基础
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二、蒸馏的分类
1、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏。 2、按操作压力：常压；减压；加压。 3、按原料液组分数：双组分蒸馏和多组分蒸馏 4、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。
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平衡蒸馏 （闪蒸）
平衡蒸馏是液体的一次部分气化或蒸气的一 次部分冷凝的蒸馏操作。是连续定态过程。
原料液 加热器 减压阀 Q
塔顶产品
yA
闪 蒸 罐 xA
特点：闪蒸是连续、稳定的单级蒸 馏程，生产能力大，不能得 到高纯产物，常用于只需粗 略分离的物料。
塔底产品
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简单蒸馏(微分蒸馏/瑞利蒸馏)：
定义：将原料液一次加入蒸馏釜中，在一定压强下加热至沸， 使液体不断气化，并不断将生成的蒸气移出在冷凝器 内冷凝，使混合液中组分部分分离的方法。是间歇过程。