化工原理第九章蒸馏剖析

Lx
汽化(yA>xA)──部分分离
过程特点：系统各处的组成、温度恒定 t ──稳态过程。
x xF y x
（2）简单蒸馏
原料液在蒸馏釜内加热部分汽化(yA>xA) 过程特点：系统各处组成、温度随时间变化
──间歇过程(非稳态) 冷凝器
t
蒸 馏
接受槽
釜
x2 x1 y2 y1
在上述两个简单蒸馏过程中，由于双组分均有一定挥
② α=1时，平衡线为对角线，即x=y──无分离作用 α值愈大，平衡线偏离对角线愈远──y,x差别愈大(愈 易分离) ──α大小作为物系分离难易的标志
③ α= PA0/PB0(理想溶液)，由计算或数据知，随t↑── PA0↑<PB0↑ ──可推知P↑─ t↑─α↓──于分离不利
三、非理想物系
由热力学知：非理想溶液──由于溶液中异种分子与同种
pA PA0 xA A pB PB0 xB B
发性，所以只能达到有限的分离程度。为实现高纯度分
离，提出了精馏过程。
（3）精馏
过程(如图)
进料
问题：精馏原理？ 产品回流？ 计算与设计？ 操作？
馏出液
釜残液 精馏流程图
（3）特殊精馏
间歇精馏
恒沸精馏—加入第三组分与混合物中某组分 形成最低共沸物；
萃取精馏—第三组分增大混合物的相对挥发 度，或使共沸点转移；
反应精馏—
CH3COOCH3＋H2O
CH3COOH＋CH3OH
2.按组分数分类：
双组分蒸馏 多组分蒸馏
3.按操作压力分类：
常压蒸馏 减压蒸馏 加压蒸馏
三、蒸馏操作与吸收操作的异同点：
作用 原理
吸收
精馏
分离气体混合物 分离液体混合物或气体混合物
溶解度差异
挥发度差异
机 理 分子单向扩散传质
分子双向扩散传质
研究方法 物衡＋速率＋平衡
物衡＋热衡＋平衡
§9.2 二元物系的汽液平衡
Equilibrium for Binary System
机理—分子作用力、分子热运动动态平衡
饱和蒸汽压计算 —Antoine方程
lgPi0
Ai
t
Bi Ci
相律
F=c-Φ+2=2-2+2=2
此平衡系统热力学状态参数 ── t，P，x，y
例：乙醇-水溶液
在1atm下，当x=0.894时
溶液具有最高蒸气压，即
具有最低恒沸点t=78.15℃
y
(水100℃，乙醇78.3℃)。
对此溶液，普通蒸馏法无
法将其高纯度分离──可
采用特殊蒸馏法(以后讨论)。
x
0.894
非理想溶液相平衡关系 如采用Raoult定律形式表示，需引入对液相组成的校正 系数──活度系数γ。
曲线不同点对应不同的温度。
1.0
A
•P
过 热
饱和区 • D
气 区
t
•E
y
过 冷
•C
液 区
•Q
B
0 xD xE
x
yE yC 1.0
x
xC
yD
二、挥发度与相对挥发度α
1.挥发度定义：
A
pA xA
B
pB xB
2.相对挥发度定义：
vA vB
pA / xA pB / xB
对理想气体（低压下） pi=Pyi
饱和区 • D
H
•E
过 冷
•C
液 区
•Q
③ 在汽、液共存区内，汽、 0 xD xE x
液量的相对大小可用“杠杆
xC
定律”表示（以E点为例）
yD
G总 V L
L yE x EF
G总x VyE LxE V x xE EH
过 热 气 区 F
B
yE yC 1.0
④ x-y图 称相平衡曲线(在对角线上方，有yA>xA)，
yA
PA0 P
xA
PA0 P
P PB0 PA0 PB0
露点方程
⑶ t-x （或y）图与 y-x图
在P=const下，y(或x)～t关系可以在t～x,y图上表示。
t～x，y图分析：
1.0
① ADB线──露点线
A
•P
ACB线──泡点线 露点线以上为过热蒸气区 t 泡点线以下为过冷液区 二者之间为饱和区 ② P、Q点变化分析…...
化工原理
§9 精馏（1） Distillation
§9.1 概述
一、基本原理
蒸馏分离依据 从物化原理知道，由于不同物质分子结构不同及相互作用 的差异 ──均相混合液中各组分挥发为蒸气的能力不同
──气、液两相组成有差异 ──分离的可能性
蒸馏操作是一个利用组分挥发性差异而分离均相 混合物的方法。
组成一定，气相分压愈大的组分，挥发度愈大。
如果一由A、B双组分组成的均相混合液
── pA/xA>pB/xB
在低压下 yA/yB>xA/xB
──
yA xA ── yA>xA
1- yA 1- xA
此时：A组分──易挥发组分（轻组分）
B组分──难挥发组分（重组分）
分离依据
二、蒸馏过程分类
1.依过程分类 （1）平衡蒸馏(或称闪蒸)
F xF
Vy
混合液加热──节流(p↓)──部分
在恒压下
F=1
x～t(或y～t)
x～y
──相平衡关系
一、理想物系的汽-液相平衡关系
1.理想物系 液相为理想溶液──服从Raoult定律 Ideal system 气相为理想气体──服从理想气体定律定律
⑴ 理想溶液
FAA=FBB=FAB
据Raoult定律，液相上方平衡蒸
气分压为：
p
pA PA0xA pB PB0xB
其中 PA0 fA (t) PB0 fB (t)
混合液沸腾条件： P=pA+pB
0
x
1
则有：PA0 xA PB0 xB P
( xA xB 1)
xA
P PB0 PA0 PB0
P fB( t ) fA( t ) fB( t )
泡点方程
⑵ 理想气体
Dolton分压定律 pA=PyA Raoult定律 pA=pA0xA
分子间的作用力不同──平衡蒸气压与Raoult定律出现偏差
F异>F同
F异<F同
蒸气压低(沸点高) pA=PA0xAγA，γ<1
负偏差溶液
在极端情况下
pA+pB→min──最高恒沸点 （溶液）
蒸气压高(沸点低) pA=PA0xAγA，γ>1
正偏差溶液
在极端情况下
pA+pB→max──最低恒沸点 （溶液）
3.相平衡方程：
yA/xA yA/yB
yB/xB xA/xB
对双组分物系 yB=1-yA, xB=1-xA
代入上式，并略去角标
y x 1( 1)x
4.相对挥发度计算：
局部
理想 PAo PBo 非理想 yA/xA
yB/xB
平均 m 源自文库2
函数 f ( x )
① 对理想溶液α～PA0,PB0 ──据Antoine方程， PA0, PB0随 t↑而增大 ──原则上α随 t 变化，但PA0/PB0的变 化较小 ──可以在操作范围内取平均值 αm=(α1+α2)/2