化工原理精馏PPT课件

§1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏
1.3.1 平衡蒸馏（闪蒸）
操作过程：混合液 经加热器升温，使 温度高于分离器压 强下液体的沸点， 通过减压阀降压进 入分离器，此时过 热的液体混合物被 部分汽化得到分离
1．物料衡算
总物料： F D W
F，D，W---原料液、气相、液相产品摩尔流量,kmol/s
化工原理精馏
§1.1 概 述
1．蒸 馏 通过加热造成气液两相物系，利用物系中各组 分挥发度不同的特性以实现分离的单元操作 传质（mass transfer）过程：物质在相间的 转移过程称为传质（分离）过程
常见传质过程： 蒸馏、吸收、萃取、干燥
2．蒸馏过程的分类
简单蒸馏
1．按蒸馏方式
平衡蒸馏
精馏
萃取精馏
易挥发组分： FxF Dy Wx
xF，y，x---原料液、气相、液相产品的组成，摩尔分数
y

1
F D

x

F D
xF
W q, D 1 q y q x xF
FF
q 1 q 1
q：液化分率
2．热量衡算
对加热器热量衡算
Q Fcp (T tF )
原料液减压进入分离器，物料放出的显热等于部分汽 化所需潜热
对相对挥发度的理解
①α>1，表明A比B容易挥发，α越大，挥发度 差别越大，越容易分离。
②若α=1，y=x，说明气液相组成相同，不能 采用普通的精馏方法分离
3. 两组分理想溶液的气液平衡相图
1）温度－组成（t-x-y）图
苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压和温度关系如表， 试利用拉乌尔定律和相对挥发度分别计算苯-甲 苯混合液在总压101.33kPa下的气液平衡数据,温 度－组成图
解 (1)利用拉乌尔定律计算气液平衡数据
xA

p pBo pAo pBo
yA

p
o A
x
A
p
t/℃ x y
80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.8 1.000 0.822 0.639 0.508 0.376 0.256 0.155 0.058 0.000 1.000 0.922 0.819 0.720 0.595 0.453 0.305 0.127 0.000
蒸馏与精馏的区别
※平衡、简单蒸馏是单级分离过程→一次部分汽化→ 混合物部分分离 ※精馏是多级分离过程→多次部分汽化和部分冷凝→ 混合物几乎完全分离
理想气体混合物服从道尔顿分压定律：
pA pyA
p
o A
xA

pyA
yA
p
o A
xA
p
pB pyB p(1 yA )
pBo xB pyB
yB

pBo xB p
yA

p
o A
x
A
p
xA

p pBo pAo pBo
yA
pAo p
p pBo pAo pBo
xA
理想溶液
vA pAo
vB pBo
vA yA / yB
vB xA / xB

yB 1 yA；xB 1 xA
vA yA /(1 yA )
vB xA /(1 xA )
yA

1
(
xA 1) xA
y x 1 ( 1)x
气液平衡方程
特殊精馏
恒沸精馏
常压蒸馏
2．按操作压强 减压蒸馏
加压蒸馏
3．按待分离混合物中组分的数目： 双组分蒸馏 多组分蒸馏
4．按操作流程： 间歇蒸馏：小规模生产，非定态操作 连续蒸馏：大规模，定态操作
本章讨论：常压下的两组分连续精馏
§1.2 两组分溶液的气液平衡
vapor-liquid phase equilibrium 1.2.1 双组分理想物系的气液平衡 理想物系：溶液中不同组分的分子间作用力和 相同组分的分子间作用力完全相等。液相为理 想溶液、气相为理想气体的混合物系
液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律 气相为理想气体，遵循道尔顿定律
气液平衡关系的表示法 1）用饱和蒸气压表示
拉乌尔定律：理想溶液气相中组分的分压等于纯组分 在该温度下的饱和蒸气压与其在溶液中摩尔分数乘积
pA

p
o A
x
A
pB pBo xB pBo (1 xA )
A:易挥发组分，沸点低组分 B:难挥发组分，沸点高组分
t /℃ 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.8 pAo/ kPa 101.3 113.6 130 143.7 160.5 179.2 199.3 221.2 233.0 pBo/ kPa 39.3 44.4 50.6 57.6 65.7 74.5 83.3 93.9 101.3
vA

pA xA

pAo xA xA

pAo
vB

pB xB

pBo xB xB

pBo
☆相对挥发度定义
溶液中易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之比
源自文库
vA pA / xA
vB pB / xB
压强不高，气相遵循道尔顿分压定律
pyA / xA yA xB
pyB / xB yB xA
F cp (T te ) (1 q)F r
原料液离开加热器的温度
T

te

(1
q)
r cp
1.3.2 简单蒸馏（微分蒸馏） 特 点： ① 得不到大量高纯度的产品 ②釜液与蒸气的组成都是随时间而变化的，是
一种非稳态过程 ③只能进行初步分离，而且生产能力低，适合
于当组分挥发度相差较大的情况。
x: 液相中易挥发组分的摩尔分数； 1-x:难挥发组分的摩尔分数
y:气相中易挥发组分的摩尔分数； 1-y:难挥发组分的摩尔分数
溶液沸腾时，总压等于各组分的蒸气压之和
p pA pB
pA

p
o A
x
A
pB pBo xB pBo (1 xA )

xA

p pBo pAo pBo
(2)利用相对挥发度计算气液平衡数据 求平均挥发度
t---y 线 ， 气 相 组 成与平衡温度之 间的关系。饱和 蒸气线，露点线
t---x 线 ， 液 相 组 成与平衡温度之 间的关系。饱和 液相线，泡点线
2）x-y 图
（1）y > x （2）平衡线 离对角线越远， 气液两相浓度 差越大，溶液 越易分离

p pBo pAo pBo
,
yA

pAo p
p pBo pAo pBo
用饱和蒸气压表示的气液平衡关系
2）用相对挥发度表示 ☆挥发度定义
某组分在气相中的平衡分压与该组分在液相中
的摩尔分率之比
挥发度意义
vi

pi xi
某组分由液相挥发到气相中的趋势，是该组分 挥发性大小的标志
双组分理想溶液