分析化学第五章第1节.ppt

第一章 蒸馏 一、概述 二、相律和拉乌尔定律 三、挥发度和相对挥发度 四、两组分理想溶液的气液平衡相图 五、非理想溶液 第一节 两组分物系的气液平衡 一、概述 1、蒸馏操作在化工生产中的应用 （1）混合物的分类 均相混合物：体系中具有相同组成，相同物理性质和相同化学性质的均匀物质。相与相之间没有明确的界面。 非均相混合物：凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同者，称为非均相混合物或非均相物系。 均相物系分离的操作——传质操作： 如液-液：蒸馏、萃取； 气-气：吸收； 固-液：干燥 在化工生产过程中，常常需要将原料、中间产物或粗产品中的组成部分进行分离。 如将原油分成气油、煤油、柴油及重油等馏分作为产品； 又如聚氯乙烯在聚合前要求单体氯乙烯纯度不低于99.99%（也即将杂质分离掉）。 这些物质都是均相混合物。 对于均相物系的分离，必须造成一个两相物系： 利用组分间某种物性的差异使其中某个或某些组分从一相迁移到另外一相，实现传质与分离操作。 常见的传质与分离过程有蒸馏、吸收、萃取与干燥等。 其中蒸馏是分离均相液态溶液的最常用的方法。 一、概述 1、蒸馏的原理 蒸馏： 利用液体混合物在一定压力下各组分挥发度（沸点、蒸气压）的不同，而将混合物中各组分进行分离的一种单元操作。 易挥发组分 ： 沸点低的组分以A表示 难挥发组分 ： 沸点高的组分以B表示 乙醇水体系的蒸馏分离 乙醇水 加热 气相: 醇富集 液相: 水富集 冷凝 冷却 乙醇 产品 废水 图1为常采用的连续精馏装置流程图 2、蒸馏的分类 按蒸馏方式 简单蒸馏 平衡蒸馏 （闪蒸） 精馏 特殊精馏 恒沸蒸馏 萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏 较易分离的物系或对分离要求不高的物系 难分离的物系 很难分离的物系或用普通方法难以分离的物系 按操作压强 常压 加压 减压 一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不到分离要求 混合物中组分 双组分 多组分 按操作方式 间歇 连续 蒸馏分离的特点： （1）可以直接获得所需要的组分（产品） （2）应用广泛，历史悠久； （3）耗能 本章学习重点： 1、相律 二、相律与拉乌尔定律 相律表示平衡物系中的自由度数、相数及独立组分数间的关系。 对于两组分的气液平衡，则有： F=C-P+2 F－自由度数；C－独立组分数； P－相数。 自由度：体系的自由度是它的可变因素（如温度、压力或浓度）数目。 二、相律与拉乌尔定律 2、拉乌尔定律 溶液 理想溶液 非理想溶液 p—溶液上方组分的平 衡分压，Pa； po----纯组分的饱和蒸气压，由安托尼方程或手册查得； x---组分的摩尔分率。 分压：理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律 可由Antoine方程计算或从手册中查 当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和 ——由拉乌尔定律表示的气液平衡关系 -----泡点方程 把X代入则为露点方程 三、挥发度和相对挥发度 1、挥发度 对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸气压 对混合液，挥发度为组分在蒸气中分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比 对于理想溶液： 对于非理想溶液： 2、相对挥发度 溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，用 表示。 相对挥发度的数值可由实验测得 对理想溶液： 理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两组分的饱和蒸气压之比。 当温度 变化时，两者的变化不大，一般可将 视为常数，计算时可取操作温度范围内的平均值。　　 若操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律 ——气液平衡方程 由 知， 时， 组分A较B易挥发，可以用蒸馏方法分离 时， 挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作。 时， 不能用普通蒸馏的方法分离混合液。 可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判据。 四、气液平衡相图 1、温度—组成( 图) 两条线 三个区 三种点 表示混合液的平衡温度和液相组成之间关系，t-x线 。 露点线 表示混合液的平衡温度和气相组成之间的关系，t-y线， 泡点线 两条线 过热蒸气区 气液两相区 液相区 三个区 ● ● ●沸点（boiling point ） ● ●泡点（bubble point ） x越大，易挥发组分的含量