化工原理29蒸馏.ppt

第六章 蒸 馏 6—1 概述
一、蒸馏操作 利用液体混合物中各组分挥发度差异分离液体
混合物的单元操作。
分离依据: *各组分的挥发度有差异， 即 yA/yB > xA/xB （气、液相A、B组分的摩尔分数） 组分A的挥发度 > 组分B的挥发度 *合适的分离设备（塔）。
二、蒸馏过程的分类
蒸馏过程可按蒸馏方式、连续性、以及组分数多少等进行分类。
按蒸馏方式分： 简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、 精馏、特殊精馏
按操作压力分： 常压蒸馏、真空蒸馏、加压蒸馏 按操作方式分： 连续蒸馏、间歇蒸馏 按被分离的混合物性质分： 双组分蒸馏、多组分蒸馏
* 连续精馏是液体混合物分离中首选分离方法。 * 本章讨论前提常压双组分连续精馏.
精馏应用极其广泛原因?
不加入新的组分 挥发度差异广泛存在 汽液平衡和分开很容易实现
•挥发度相差很大 蒸馏 •挥发度相差适中 精馏 •挥发度相差很小 特种精馏 挥发度如何描述? 因此本章首先要讲平衡关系
三、蒸馏操作费用与操作压强
蒸馏操作费用主要是加热和冷凝的费用，与加热和 冷凝的温度有关。而加热和冷凝的温度均与操作压强有 关，故工业蒸馏对操作压强应进行适当的选择。
*真空蒸馏使沸点降低，可避免使用高温载热体。 *加压蒸馏使冷凝温度提高，可避免使用冷冻剂。
因此，当压强一定时，双组分平衡物系必存在： **液相（或气相）组成与温度间的一一对应关系
（t—x t—y）； **气液相组成之间的一一对应关系（y—x）。
研究气液相平衡关系就是对上述两个关系进行定量的描述。
3、理想溶液与拉乌尔定律
理想溶液：
分子间引力不因混合而有所变化，即无热效应、无容积效应
非理想溶液：
拉乌尔定律：对于双组分理想溶液，在一定温度下，汽 相中任一组分的分压等于此纯组分在该温度下的蒸气 压乘以它在溶液中的摩尔分数。
即：
p A = pA0 x A p B = pB0 x B = pB0（1- x A）
式中 pA、pB — 溶液上方组分A、B的蒸气压，Kpa；
pA0、pB0 —纯组分A、B的蒸气压，Kpa； xA、xB — 溶液中组分A、B的摩尔分数。
以下为苯—甲苯混合液的x—y图：
*1 y—x线与对角线（y=x）的关系 *2 总压对y—x线的影响 总压变化不大时，可忽略P对y—x线的影响（变化达30%时，影响小于2%） 总压变化大于一倍时，P对y—x线的影响不能忽略 当总压低于两纯组分的临界压强时，蒸馏可在全含量范围内操作 *3 P对t—x、t—y线的影响不能忽略
P
对于理想溶液，用数据作图与实验测定结果完全相符。 对于非理想溶液，t—x、t—y数据通常由实验测定。
温度组成图可用于对过程的定性分析。
例：总压为101.3kPa下，苯与甲苯混合液的t—x、t—y图 t t—y
t—x
①汽相区 t—y汽相线以上区域
②露点 t—y线又称为露点曲线
x
x或y
③汽液共存区 t—x线与t—y线之间区域
1、溶液的蒸气压
饱和蒸气压 纯液体A的饱和蒸气压pA0 （可由实验测定或经验式计算得） 双组分溶液中A组分的蒸气压pA
（不同的溶液中A、B两组分彼此对蒸气压的影响不同）
2、汽液两相共存时的自由度
根据相律，
F = N - Φ+2 （ N为独立组分数，Φ为相数）
汽液两相平衡物系：
N= 2 ，Φ= 2， 故物系的自由度 F 为 2 。
相平衡时： 如何由xA求T? 用泡点线. 如何由xA求yA? 用泡点线和露点线 如何由yA求T? 用露点线.
四、汽液相平衡图（y—x图）
pA0xA y A= ———
P
或
y A=K x A
其中K称为相平衡常数，且K= pA0 / P。
当总压不变时K随温度而变。
汽液相平衡关系可用于对过程的定量解析。
汽液相平衡关系可用y—x图表示， y—x图可根据平 衡数据直接绘制。
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。
汽液平衡关系的描述：
用图来表示 (等温图和等压图) 用相对挥发度来表示 用相平衡常数来表示 用表表示 用方程式表示
各适用于什么情况?
平衡关系哪里来? 查书、实验、预测
二、溶液的蒸气压与拉乌尔定律
四、本章重点： 1、连续精馏过程的基本原理及过程描述的基本方法
2、二元精馏过程的设计以及精馏过程的操作分析与诊断 3、精馏过程的塔设备（板式塔）
连续精馏装置组成 全凝器
回流罐
原料 塔
塔顶产品
再沸器 再沸器
塔釜产品
6-2双组分溶液的汽液相平衡
一、气液相平衡
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。
④泡点 t—x线又称为泡点曲线
⑤液相区 t—x液相线以下区域
**由t—x—y图可知，双元理想溶液与纯液体的区别：
①双元理想溶液的沸点不是一个定值，而是一个范围；
②双元理想溶液组成一定时，泡点与露点不相等。
三个区
沸点(boiling point) 泡点(bubble point) 露点(dew point)
五、挥发度与相对挥发度
挥发度 v 对于纯溶液，v=p0 对于混合溶液中某一组分，vi=pi/xi 对于理想溶液， vA=pA0 vB=pB0
相对挥发度α：溶液中两组分挥发度之比
vA
pA/xA
pA0
α= ——— = ——— = ———
vB
pB/xB
**对于非理想溶液，汽液相平衡关系可由实验测定。
三、温度组成图（t—x、t—y关系）(等压图)
在一定压力下（且总压不高时），溶液的温度随组成
而变。对于理想溶液，t—x、t—y数据可由拉乌尔定 律、道尔顿分压定律推导出t—x、t—y数据计算式。 即
p-pB0 x A= ———
pA0- pB0
pA0xA y A= ———
平衡物系涉及的参数为: 温度 t 压强 P (常压蒸馏为定值) 气液两相的组成 xA、 xB、 yA、 yB
*1对于双组分物系，一相中某一组分的摩尔分数确定后，
另一组分的摩尔分数也随之而定，液相或气相组成均可 用单参数表示。即 xA、 yA
*2因物系的自由度为F=2，温度、压强与气液两相的组成
三者中任意规定两个，则物系的状态将被ห้องสมุดไป่ตู้一地确定，余 下参数已不能任意选择。