第9章 化工原理液体精馏.ppt

1、蒸馏分离的依据
利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度（沸点）
的不同进行分离的一种单元操作。
yA xA yB xB
易挥发组分 ： 沸点低的组分
难挥发组分 ： 沸点高的组分
9.1蒸馏概述
（Introduction of Distillation ）
2、蒸馏的分类
简单蒸馏 平衡蒸馏 （闪蒸）
较易分离的物系 或对分离要求不 高的物系
9 液体精馏(Distillation)
❖ 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
9.1蒸馏概述
（Introduction of Distillation ）
p pA pB
p Ao x A pB o (1 x)
x p pBo PAo PB o
9.2.1 理想物系的气液相平衡
纯组分的蒸汽压与温度的关系式可用安托尼方程表示， 即
log po A B tc
故p0与t的关系为非线性关系，已知t求p0用上式很方便， 但是已知p求泡点要用试差法（迭代法）求。
●
汽液两相处于平
衡时，两相温度相
同此时，气相组成
大于液相组成；
t
当气液两相组成相
同时，气相露点温
度总是高于液相的
泡点温度。
• t-x-y 图与蒸馏原理
tE
E
xE xF yE
9.2.1 理想物系的气液相平衡
（5）y~x图
•平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离对角线愈远，表示 该溶液愈易分离。
9.2.1 理想物系的气液相平衡
9.2 双组分溶液的气、液相平衡
9.2.1理想物系的气液相平衡
（1）气液两相平衡共存时的自由度
F=N–Φ+2 组分数N=2，相数Φ=2，则平衡物系的自由度为2
即平衡物系的温度、压强和液相组成（或气相组成） 三者之中任意规定2个，则物系的状态将被唯一确定。
若操作压强一旦确定，则物系的自由度为1，故： ①液相（或气相）组成与温度间存在一一对应关系； ②气、液组成之间存在一一对应关系
vA
pA xA
,vB
pB xB
vB
p
o B
溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，用
α表示。
pA
vA
vB
xA pB
pAxB pB xA
xB
9.2.1 理想物系的气液相平衡
相对挥发度的数值可由实验测得
对理想溶液：
vA vB
poA pBo
理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两组分的
泡和蒸汽压之比。
蒸馏过程中的液体沸腾温度和蒸汽冷凝温度均与操作压 强有关，故工业蒸馏的操作压强应进行适当的选择。加压精 馏可使冷凝温度提高以避免使用费用很高的冷凝器和冷冻剂； 在常压下为气态混合物（如烷、烃类混合物），沸点很低， 需加压使其成液态后才能精馏分离；减压精馏可使沸点降低 以避免使用高温载热体；除上述情况以外一般用常压精馏。
9.2.1 理想物系的气液相平衡
（2）x~t（泡点）关系式
液相为理想溶液，服从拉乌尔（Raoult)定律：
pA pAoxA pAox
pB
pBo xB
p
o A
(1
x)
气相为理想气体，符合道尔顿分压定律：
yA
pA p
pAo x p
9.2.1 理想物系的气液相平衡
混合液沸腾的条件是各组分的蒸汽压之和等于外压，即
（6）相对挥发度和相平衡方程
1、挥发度
•对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压
vA
p
o A
,
v
B
pBo
• 对混合液，挥发度为组分在蒸气中分压和与之平衡的液相 中的摩尔分率之比
vi
pi xi
9.2.1 理想物系的气液相平衡
对于理想溶液：v A
pA
xA
p
o A
x
A
xA
p
o A
对于非理想溶液： 2、相对挥发度
9.1蒸馏概述
⑵工业蒸馏过程
①平衡蒸馏（闪蒸） 平衡蒸馏又称闪蒸，系连续定态过程，其流程如下图。
9.1蒸馏概述
⑵工业蒸馏过程
②简单蒸馏 简单蒸馏为间歇操作过程，其流程如下图。
ห้องสมุดไป่ตู้
9.1蒸馏概述
⑷精馏操作的费用和操作压强
蒸馏和精馏都是通过气化、冷凝达到分离提浓的目的,能 耗很高. 节能降耗是精馏过程研究的重要任务。
实际生产中所遇到的大多数物系为非理想物系。非理 想物系的气液相平衡关系的计算要涉及逸度、活度系数等参
数，计算复杂，
（1）非理想溶液 溶液的非理想性来源于异种分子之间的作用力aAB不同
按蒸馏方式
精馏 特殊精馏
难分离的物系
恒沸蒸馏 萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏
很难分离的物 系或用普通方 法难以分离的 物系
9.1蒸馏概述
（Introduction of Distillation ）
常压
一般情况下多用常压
按操作压强
加压 减压
常压下不能分离或达不到分离要求
混合物中组分
双组分 多组分
按操作方式
间歇 连续
露点线 泡点线
表示混合液的平衡 温度和气相组成之 间的关系，t-y线，
三个区
过热蒸汽区 液相区
●沸点（boiling point ）
●泡点（bubble point ） ●
x越大，易挥发组分 的含量越高，泡点温 度越低。
●露点（dew point ） y越大，易挥发组分含量
越高，露点温度越低。
● ●
9.2.1 理想物系的气液相平衡
（3）y~x 关系式
指定用上述方法求出后用道尔顿分压定律求，即
yA
pAo x p
9.2.1 理想物系的气液相平衡
（4）t~ x （或y）图和y ~ x图
将用上述方法求出的数据画在同一张图上，就得到下图。
两条线 三个区 三种点
两条线
表示混合液的平 衡温度和液相组 成之间关系，t-x 线。
当t变化时，两者的变化不大，一般可将α视为常数，计 算时可取操作温度范围内的平均值。
9.2.1 理想物系的气液相平衡
若操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律
pA yA pB yB
pAxB yA xB
pBxA yB xA
y(1 x) (1 y)x
y x 1 ( 1)x
——气液平衡方程
9.2.1 理想物系的气液相平衡
由 y x
知，
1 ( 1)x
1 时，y x。组分A较B易挥发，可以用蒸馏方法分离
1时， 挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作。
1 时， y x。不能用普通蒸馏的方法分离混合液。
α可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判 据。
9.2.2 非理想物系的气液相平衡