化工原理--精馏(PPT54页)

Ki
p
0 i
P
此式即为拉乌尔定律表达式。
对多组分物系汽液平衡关系的计算，应用相平衡常数比较方便。
Βιβλιοθήκη Baidu 1 双组分溶液的气液相平衡关系
1.3.2 相对挥发度 α
溶液中各组分的挥发性由挥发度来量衡，定义为组分在汽相中的 平衡蒸汽压与在液相中的摩尔分数的比值。对双组分物系
AxpA A
BxpB B
对纯组分液体，其挥发度就等于该温度下液体的饱和蒸汽压。
多组分精馏：例如原油的分离。 双组分精馏：如正异构丁醛,苯-甲苯体系等。
简单蒸馏或平衡蒸馏：用在分离要求不高的情况下。 精馏：分离纯度要求很高时采用。 特殊精馏：混合物中各组分挥发性相差很小，难以用普通精馏分离，
借助某些特殊手段进行的精馏。
1 双组分溶液的气液相平衡关系
蒸馏分离的物系由加热至沸腾的液相和产生的蒸汽相构成。相平衡 关系是蒸馏过程分析的重要理论基础。
上式为一定总压下汽相组成与温度的关系式。该温度又称为露点 （dew-point），上式又称为露点方程。
严格地说没有完全理想的物系。对那些性质相近、结构相似的组分 所组成的溶液，如苯-甲苯，甲醇-乙醇等，可视为理想溶液；若汽相 压力不太高(<10Mpa)，可视为理想气体，则物系可视为理想物系。
对非理想物系不能简单地使用上述定律。汽液相平衡数据更多地依靠 实验测定。
t/C
气相区
露点 两相区
露点线
泡点
泡点线
液相区
0
xA
xf
yA 1.0
x(y)
当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的气相， 最后一滴液相的组成为 xA。
1.2.2汽液平衡相图:x-y 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。
1.2.2汽液平衡相图:x-y 图 ➢x-y 图代表在总压一定下，液相组成和与之成平衡的汽相组成的关系。 ➢x-y 图可通过 T-x(y) 图作出，图中对角线 (y=x) 为一参考线。 ➢大多数溶液，两相平衡时，y 总是大于 x，平衡线位于对角线上方。 ➢平衡线偏离对角线越远，该溶液越易分离。
蒸馏
概述
1.工作原理: 利用液体混合物中各组分挥发性差异，以热能为媒介 使其部分汽化从而在汽相富集轻组分液相富集重组分而使混合液 分离。
原料液 加热器 减压阀 Q
塔顶产品
yA
闪 蒸 罐 xA
yAxA
或
yAxA yB xB
塔底产品
2. 蒸馏操作的用途
许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制 品的切割，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处 理等等。分离的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。
1 双组分溶液的气液相平衡关系
1.2.1 汽液平衡相图： T-x(y) 图
T-x(y) 图代表的是在总压 P 一定的条 件下，相平衡时汽（液）相组成与 温度的关系。
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 生第一个气泡的组成为 yA。
继续加热，随温度升高，物系变为 互成平衡的汽液两相，两相温度相 同组成分别为 yA 和 xA 。
1.1 理想物系的汽液平衡
理想物系：
液相为理想溶液、汽相为理想气体的物系。理想溶液服从拉乌尔 （Raoult）定律，理想气体服从 道尔顿分压定律。 根据拉乌尔定律，两组分物系理想溶液上方的平衡蒸汽压为
pA pAxA
pB pBxB
式中：poA、poB ——溶液温度下纯组分饱和蒸汽压。
6.1 双组分溶液的气液相平衡关系
1.3 汽液平衡关系式的表示方法 汽液两相平衡组成常用相平衡常数 K 或相对挥发 的关系式来表达。
1.3.1相平衡常数
Ki 表示 i 组分的相平衡常数，其定义为
Ki
yi xi
=f（物系 , T，P ）
式中： yi 和 xi 分别表示 i 组分在互为平衡的汽、液两相中的摩尔分数。 对于易挥发组分，Ki >1，即 yi > xi。
fˆiL fiLxii
式中：i — 气（汽）相 i 组分的逸度系数； i — 液相 i 组分的活度系数；
fiL — 纯液体 i 在系统温度、压力下的逸度，可由下式计算
fiLpi0i0exV piLP RT pi0
式中： pio — 纯组分i 的饱和蒸汽压；
io — 纯组分 i 的逸度系数；
ViL — 纯液体 i 的摩尔体积。
Ki 值越大，组分在汽、液两相中的摩尔分数相差越大，分离也越容易。
对多组分物系汽液平衡关系的计算，应用相平衡常数比较方便。
气（汽）液相平衡时，两相的温度和压强相等，每个组分在两相中的逸 度（fugacity）相等，即
fˆiG fˆiL
对非理想物系，气（汽）、液相的逸度服从下列方程：
fˆiG Pyii
溶液沸腾时，溶液上方的总压应等于各组分分压之和，即
P p A p B p A 0 x A p B 0 1 x A
xA
P pB0 pA0 pB0
泡点方程（bubble-point equation）
poA、poB 取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总压下液相组成与溶液泡
点温度关系。已知溶液的泡点可由上式计算液相组成；反之，已知溶液
组成也可算出溶液泡点。
纯组分 饱和蒸汽压与温度的关系，用安托因（Antoine）方程表示：
logp0 A B tC
A、B、C 为安托因常数，可由相关的手册查到。
6.1 双组分溶液的气液相平衡关系
当汽相为理想气体时
yA
pA P
pA0xA P
xA
P pB0 pA0 pB0
yA
pA0 P
P pB0 pA0 pB0
根据相平衡常数的定义
Ki
yi xi
fiLi Pi
式中 i，i 的计算与气（汽）相组成和液相组成有关，相平衡常数 K 不
仅与系统温度、压强有关，也与组成有关。
当系统压力较低，气相近似为理想气体时，气相逸度系数 i 接近于1，
有
Ki
pi0 P
i
液相为非理想溶液，汽相为理想 气体的相平衡常数计算式
若液相也为理想溶液，液相的活度系数就等于1，则
蒸馏操作实例：石油炼制中使用的 250 万吨常减压装置
概述
3. 蒸馏的分类
间歇精馏：多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。 连续精馏：多用于大批量工业生产中。
常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。 减压蒸馏：常压下物系沸点较高或热敏性物质不能承受高温的情况 加压蒸馏：常压下为气体的物系精馏分离，加压提高混合物的沸点.