第九章蒸馏.doc

第九章 蒸馏 主要内容：双组分物系的气液相平衡；蒸馏方式；双组分连续精馏的分析与计算；恒沸精馏与萃取精馏；多组分精馏。 重点内容:双组分连续精馏分析和计算；精馏塔的操作因素分析。 难点：进料热状况对提馏段的影响；回流比的影响及其选择。 基本要求：熟练掌握双组分连续精馏分析和计算。 课时安排：22 第一节 概述 蒸馏分离依据 利用液体混合物中各组分具有不同的挥发度而进行分离的操作；即利用在相同温度下各组分的蒸汽压不同。 易挥发组分（轻组分）A，难挥发组分（重组分）B 例如：酒精（A）与水（B）溶液，沸腾部分汽化，yA(xA 同理，蒸汽部分冷凝，xB(yB 蒸馏----使液体混合物部分汽化，利用其挥发度差异实现初步分离的一种传质操作。 精馏---利用多次部分汽化，多次部分冷凝，使汽相得到较纯的轻组分，液相得到较纯的重组分的操作。 蒸馏操作分类 简单蒸馏（微分蒸馏）与平衡蒸馏（闪蒸） 常压蒸馏、加压蒸馏与减压蒸馏 连续蒸馏与间歇蒸馏 普通蒸馏与特殊蒸馏 蒸馏分离推动力与分离极限 蒸馏是汽液两相间的传质过程 蒸馏分离推动力——两相浓度偏离平衡的程度 蒸馏分离极限——汽液两相达到相平衡（动态平衡） 第二节 两组分溶液的汽液相平衡 相组成表示法 1．质量分率 可见：a(1， aA+aB…+ aN=1 2．摩尔分率 xA，xB， yA，yB 3．两者关系 对两元溶液： 溶液的蒸汽压与Raoult定律 蒸汽压：汽液相平衡是一种动态平衡 纯溶液----在达到汽液动态平衡时，逸出的A分子数=回到液相的A分子数， 此时汽相中A的压强=该温度下A的饱和蒸汽压 混合液（A、B互溶）----在达到平衡时，由于A、B分子间相互作用，使 ， pA 溶液存在三种分子间的作用力：，， 理想溶液： 显示无容积效应，无热效应 如：苯-甲苯，甲醇-乙醇，烃类同系物溶液 （2）非理想溶液（实际溶液）； Roult定律： 实验证明，在一定温度下，理想溶液的汽相中，任一组分的分压等于： ， 非理想溶液不符合Roult定律，汽液平衡关系主要靠实验数据。 道尔顿定律：在总压不高的条件下， 相律----研究相平衡的基本规律 自由度 由于蒸馏系统可变参数有四个：P，T，xA和yA，只要确定任意两个，此平衡体系就可确定 Antoine方程：求一定温度下的饱和蒸汽压 二元汽液相平衡图 温度-组成图（t-x-y图） 是分析蒸馏原理的理论基础。 定义：泡点温度----溶液开始沸腾，产生第一个汽泡所对应的温度。 露点温度----过热蒸汽冷却，开始冷凝产生第一滴液滴所对应的温度。 t-x-y图通常由实验测得；对理想溶液，可按Roult定律和道尔顿定律计算。 汽液相平衡图（x-y图） 参考线——对角线y=x 平衡线在对角线的上方，因为yAxA 平衡线离对角线越远，表示分离推动力越大 总压对x-y图影响不大， 总压变化20~30%，x-y图变化不超过2%。 双组分非理想溶液 当和，使汽相中各组分的蒸汽压较理想溶液大，为正偏差溶液。 在t-x-y图中出现最低共沸物。 例如：乙醇-水，正丙醇-水溶 当和，使汽相中各组分的蒸汽压较理想溶液小，为负偏差溶液。 在t-x-y图中出现最高共沸物。 例如：硝酸-水，氯仿-丙酮溶液 四、挥发度和相对挥发度 1．挥发度 ν： 纯溶液 ----指一定温度下的饱和蒸汽压， νA 混合溶液----由于分子间相互作用的影响，使各组分的蒸汽压比纯态为低 νApA / xA νBpB / xB 由于挥发度随温度变化较大，使用上不方便，故引出相对挥发度概念。 2. 相对挥发度αAB (1 αAB大小可判断分离难易程度，αAB越大，A|、B越容易分离 αAB=1，即xA=yA，不能分离 对理想溶液： 尽管，随温度而变，但其比值相差不大；在温度变化不大时，αAB 可视为常数，计算时可取其平均值。 （2）在总压不大时，汽相遵从道尔顿定律： 第三、四节 单级蒸馏和精馏原理 简单蒸馏（微分蒸馏） 非定常态过程，汽液组成随时间而变。 平衡蒸馏（闪蒸） 在一定的P，T下进行闪蒸，其汽液浓度y、x是一定的，与料液的组成xF无关，但与汽液的产量有关（符合杠杆定律）。 若规定xF与汽液量，则汽化温度te 随之而定。