第四章 精馏概念.ppt

液-液均相系分离技术 1. 蒸馏、精馏 组分间挥发性的差异 精馏：多次部分气化和部分冷凝 2. 萃取 溶解度的差异 3. 溶剂脱杂 选择性溶解组分使杂质残留 （萃取的特殊应用） 4. 冷冻析晶 混合液深冷使某些组分结晶析出 5. 吸附 吸附剂选择性地吸附某些物质 6. 蒸发浓缩 加热气化，应用最广泛浓缩方法之一 7. 膜分离 电渗析——通直流电 反渗透——加压使组分逆向渗透 渗透蒸发——特定组分透过膜并减压气化 根据分子运动理论，液体混合物受热后分子运动会加剧，当接受到足够能量时，就会从液面逸出成为气相分子。 随着液面上方气相分子的增加，有一部分气相分子就会返回液相。在外界条件保持恒定的情况下。最终会达到分子运动的动态平衡，从宏观上看即达到了平衡。 温度t与液相组成x(或气相组成y)之间的对应关系。 气、液组成 y 和 x 之间的对应关系。 因此，对干双组分平衡物系，由“相律”推知：在恒压p下，温度t、液相组成x、气相组成y具有一一对应的关系。此关系可用t-x-y相图或y-x相图来表示。 x-y 相图分别以液相和气相中易挥发组分的摩尔分数为横坐标和纵坐标作出： 1. 两端点（1,1）和（0,0）分别代表纯A和纯B； 2. 在x-y 相图中常作出y = x的对角线作为辅助线； 3. x-y 相图从物理意义来说并不存在相区，可以看到一些对应关系； 4. t-x-y 相图中的液相线和气相线在x-y 相图中合并为一条平衡线。 2.2 两组分非理想物系的气液平衡 实际生产中所遇到的大多数物系为非理想物系。 非理想物系可能有如下三种情况： 液相为非理想溶液，气相为理想气体； 液相为理想溶液，气相为非理想气体； 液相为非理想溶液，气相为非理想气体。 精馏过程一般在较低的压力下进行，此时气相通常可视为理想气体，故多数非理想物系可视为第一种情况。 非理想溶液的平衡分压可用修正的拉乌尔定律表示： γ为组分的活度系数，各组分的活度系数值和其组成有关，一般可通过实验数据求取或用热力学公式计算。 当总压不太高，气相为理想气体时，则其平衡气相组成为 pA = pA*xA pB = pB*xB p x p y A A * A A g = 第四章 精 馏 distillation §1 概 述 精馏是分离液体(均相)混合物的典型单元操作。 原理：通过加热造成气液两相物系，利用物系中各组分挥发度(或沸点)不同的特性而实现分离。 保健美容：大蒜精油、玫瑰精油、葡萄籽精华 能源：原油 食品：白酒 较易挥发的称为易挥发组分（或轻组分）； 较难挥发的称为难挥发组分（或重组分）。 水(100oC) 乙醇（78.37oC） 乙醇-水溶液 甲苯(110.63oC) 苯（80.10oC） 苯-甲苯溶液 易挥发组分 液体混合物 难挥发组分 对于双组分溶液， 当气液两相趋于平衡时，由于苯的挥发性强于甲苯（苯的沸点低于甲苯），气相中苯的含量必然较原来溶液高。 苯-甲苯溶液 加热 部分汽化 冷凝 含苯较多的溶液 含甲苯较多的溶液 1. 蒸馏分离的特点 通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品，通常较为简单。 蒸馏分离的适用范围广，它不仅可以分离液体混合物，而且可用于气态或固态混合物的分离。 蒸馏操作耗能较大。蒸馏操作是通过对混合液加热建立气液两相体系的，所得到的气相还需要再冷凝液化。 双组分蒸馏 多组分蒸馏 2. 蒸馏过程的分类 (1)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 (2)按蒸馏方式 简单蒸馏 平衡蒸馏 精馏 特殊精馏 萃取精馏 恒沸精馏 (3)按操作压强 常压蒸馏 加压蒸馏 减压蒸馏 (4)按组分数目 本章讨论：常压下的双组分连续精馏 § 2 两组分溶液的气液平衡 蒸馏操作是气液两相间的传质过程，气液两相达到平衡状态是传质过程的极限。 气液平衡过程 2.1 两组分理想物系的气液平衡 研究相平衡的基本规律，表示平衡物系中自由度数、相数及独立组分数间的关系。 F = C–Φ + 2 F - 自由度数 C - 独立组分数 Φ - 相数 2 - 外界只有温度和压强可以影响物系的平衡关系。 1. 相律 对于两组分的气液平衡， C= 2 Φ =2 根据相律，F=2 气液平衡中可以变化的参数有4个 温度 t 压强 p 一组分在液相和气相中的组成 x and y 任意规定其中2个变量 平衡物系的状态就被惟一地确定了 若再固定某个变量（如:p) 则该物系仅有一个独立变量 两组分气