《化工原理》(下)第一章精馏第一次课.ppt

液体均具有一定的挥发性。　　 蒸馏原理是利用混合液中各组分在热能驱动下，具有不同的挥发能力，使得各组分在气液两相中的组成之比发生改变，即易挥发组分（轻组分）在气相中增浓，难挥发组分（重组分）在液相中得到浓缩。其过程如图所示。 例如，加热苯（沸点80.2℃）和甲苯（沸点110.4℃）的混合物时，由于苯的沸点较甲苯为低,即苯挥发度较甲苯高，故苯较甲苯易从液相中汽化出来。若将汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到苯组成高于原料的产品，依此进行多次汽化及冷凝过程，即可将苯和甲苯分离。最终可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分。这叫精馏（rectification）。 三、蒸馏过程的分类 应用热力学基本理论表达体系的热力学性质的相互关系、相平衡关系。 对过程进行物料和热量衡算，关联流入与流出的物流及能流之间关系及塔内级间物流、能流的关系，进而确定给定条件下完成分离要求所需的理论板数，塔内物流流量、组成的分布。 通过严格的模拟计算还可获得温度、物流性质等分布，为精馏塔设计提供工艺条件及数据。 第一节 气液相平衡 a. 气液相平衡　 达到相平衡时，溶液上方蒸汽的压力～温度 pi0为 i组分饱和蒸汽压由安妥因(Antion)公式求得：  （2）液相是理想溶液，气相也是理想溶液。 （3）气相是理想气体或接近于理想气体的混合物，而液相是非理想溶液。 在低压下的大部分体系都属于这一类，例如醇，醛，酮和水的体系等。 （1）气液相平衡共存时的自由度 (2)二元混合物相平衡关系  a: 冷液 b: 饱和液体，泡点 c: 汽液共存 d：饱和蒸汽，露点 e: 过热蒸汽 上曲线：饱和蒸汽线，露点线；（露点方程） 下曲线：饱和液体线，泡点线，泡点方程 t-x-y图还与压力有关。随压力提高，使泡点及露点温度升高，两相区缩小 二、气、液平衡曲线(x-y图) 图是苯—甲苯混合液的Y—X图，图中对角线（Y=X）为参考线。 达到平衡时，汽相中易挥发组分浓度总是大于液相的，所其平衡线位于对角线的上方。（一般用易挥发组分的浓度表示体系的组成） 平衡线离对角线越远，表示该溶液越易分离。 蒸馏中使用X—Y图较T—Y—X图 更为方便。 汽液平衡方程： 由于体系内的组分在混合前后，分子作用不同导致溶液中各组分产生偏离拉乌尔定律。 液相混合物存在正偏差： 分子间存在排斥力， 活度系数r1，pipi0 出现最高蒸汽压或最低恒沸点M，α＝1 例如醇，醛，酮和水的体系。 * * 第一章 精 馏  本章主要内容　 　 1.蒸馏的基本原理 2. 常用的蒸馏方法，运用相关的基本理论和方法描述蒸馏过程。 3.结合二元连续精馏过程，关联精馏主要设计变量或操作条件与分离过程关系。 4. 选择适宜设计变量或操作参数，进行精馏塔设计和实际精馏过程的分析诊断。 概 述 一、精馏的应用 精馏广泛应用于石油、化工、轻工等工业生产中，是液体混合物分离中首选分离方法。 在工业中，广泛应用蒸馏方法分离液体混合物，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，常常采用蒸馏分离方法，特别是大规模的生产中蒸馏的应用更为广泛。 蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一。 二、蒸馏原理 蒸馏过程分类有多种方式，可按蒸馏方式、连续性、以及组分数多少等进行分类。 按操作方式：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏等。 操作压力： 常压蒸馏 真空蒸馏：沸点较高，热敏性物系 加压蒸馏：沸点较低，常压为气态混合物 常压下双组分连续精馏的设计和计算。 四、研究基本方法 图 1.1.1 气、液平衡 1.1.1 基本概念 平衡时气液两相的组成之间的关系取决于体系的热力学性质，称为相平衡关系，是蒸馏过程的热力学基础和基本依据。 C. 体系的分类 气液平衡的分类，既和混合物所受的压力有关，又和构成此混合物的组分的化学结构相联系。 b. 饱和蒸汽压 (1) 气相是理想气体混合物，液相是理想溶液。 只有在低压下和两种组分的分子结构十分相近的溶液才比较接近于这样的体系。例如苯和甲苯，以及2个大气压（绝压）下的轻烃混合物。 （4）两相都是非理想溶液。 在高压下的轻烃类，以及其他的化学结构不相同的物质所组成的体系，特别气相发生缔合等现象的体系，均属于这一类型。 1.1.2 二元组分理想体系气液相平衡关系 自由度2个，在t，p，y，x4个变量中，任意确定其中两个变量，物系的状态即确定。 一般精馏在恒压下操作，因此指定t，则气液相组成y，x均为t的函数。 F＝N－Φ＋2＝2－2＋2＝2 泡点方程 露点方程 1.1.2 二元组分理想体系气液相平衡关系 道尔顿（Dalton）分压定律　　 拉乌