化工基础理论第5章传质过程及塔设备.ppt

概述（Introduction） 5.3.1 双组分溶液的气液相平衡关系(Vapor-liquid equilibria in binary systems) 汽液相平衡图（equilibrium diagram） 5.3.2相对挥发度（Relative volatility） 5.3.3平衡蒸馏与简单蒸馏 3. 汽液平衡关系式的表示方法 6.2 平衡蒸馏与简单蒸馏 6.2 平衡蒸馏与简单蒸馏 1.工作原理: 利用液体混合物中各组分(component)挥发性(volatility)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分离的方法。 5.3 液体的蒸 馏 (Distillation) 蒸馏操作实例：石油炼制中使用的 250 万吨常减压装置 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。 2. 蒸馏操作的用途 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。 本章着重讨论常压下双组分连续精馏。 3. 蒸馏的分类 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. 多组分精馏：例如原油的分离。 双组分精馏：如乙醇-水体系,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. 理想溶液的汽液平衡——拉乌尔（Raoult）定律 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基础。 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，理想气体服从理想气体定律或道尔顿分压定律。 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 式中：poA、poB ——溶液温度下纯组分饱和蒸汽压。 理想物系： 溶液沸腾时，溶液上方的总压应等于各组分分压之和，即 泡点方程（bubble-point equation） A、B、C 为安托因常数，可由相关的手册查到。 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： 1.双组分溶液的气液相平衡关系 当汽相为理想气体时 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，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。 1.双组分溶液的气液相平衡关系 （1） 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 。 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。 乙醇-水溶液物系的泡点线和露点线在 M 点重合，该点溶液的泡点比两纯组分的沸点都低，这是因为该溶液为具有较大正偏差的溶液，组成在 M 点时两组分的蒸汽压之和出现最大值。M 点称为恒沸点，具有这一特征的溶液称为具有最低恒沸点的溶液。常压下，乙醇-水物系恒沸组成摩尔分数为0.894，相应温度为78.15℃(纯乙醇为78.3℃)。 与之相反，硝酸-水溶液为负偏差较大的溶液，在硝酸摩尔分数为0.383时，两组分的蒸汽压之和最低，T-x(y) 图上对应出现一最高恒沸点（M点），其沸点为121.9℃。此溶液称为具有最高恒沸点的溶液。 在恒沸点时汽液两相组成相同，用一般的蒸馏方法不能实现该组成下混合溶液的分离。 根据相平衡常数的定义 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，波印丁因子也接近于1，有 若液相也为理想溶液，液相的