[化学]第五章 蒸 馏.ppt

化工原理 第五章 蒸 馏 第一节 　概 述 一、蒸馏及其在化工生产中的应用 化工生产过程中所遇到的液体物料大多是两个或两个以上组分的均相混合物，为了获得合格的产品或者除去其中有害的杂质，常需要对其进行分离或提纯。蒸馏就是分离或提纯均相物系最常用的方法和典型的单元操作之一，广泛地应用于化工、石油、医药、食品及环保等领域。 液体具有挥发为蒸汽的能力。各种液体的挥发能力不同,因此液体混合物经加热汽化后所生成的蒸汽组成与原来液体的组成是有差别的。同理，混合物的蒸汽部分冷凝,则冷凝液组成与原来蒸汽的组成也是有差别的。蒸馏就是通过加热造成汽液两相体系,利用液体混合物各组分挥发性的差别或沸点的差别实现组分的分离与提纯的一种操作。若将混合液加热令其部分汽化,则挥发性高的组分,即沸点低的组分(称为易挥发或轻组分)在汽相中的浓度比在液相中的浓度要高；而挥发性低的组分,即沸点较高的组分(称为难挥发或重组分)在液相中浓度比在汽相中的要高。当汽、液两相达到平衡后,将蒸汽抽出并使之冷凝,则得到的冷凝液中易挥发组分的含量比原来溶液要高。留下的残液中,难挥发组分的含量要比原来溶液要高，这样混合液就得到了初步的分离，这就是蒸馏。 第一节 　概 述 多次进行这样的部分汽化或部分冷凝以后,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,这就叫做精馏。 蒸馏操作按原料的供给方式分为间歇蒸馏和连续蒸馏,前者用于小规模生产，后者用于大规模生产；按蒸馏方法可分为简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏（如恒沸精馏、萃取精馏、分子蒸馏）等多种方法；按操作压强可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压(真空)蒸馏；按原料中所含组分数目可分为双组分(二元)蒸馏、多组分(多元)蒸馏。双组分蒸馏是蒸馏分离的基础，本章将着重讨论常压下双组分的连续精馏。 二、汽液传质设备 实现蒸馏过程是在汽夜传质设备中进行的。汽液传质设备的形式多样，用的最多的是填料塔和板式塔。汽相和液相都是在板式塔塔板上或填料塔填料表面上进行着质量传递过程。易挥发组分从液相转移至汽相，难挥发组分从汽相转移至液相。 第一节 　概 述 1.填料塔：如图5-1所示,其塔体为一圆筒体,塔内填充一定高度的填料,以填料作为汽液相接触的基本单元。液体从塔顶加入,经液体分布器均匀喷淋到塔截面上沿填料表面呈膜状流下。各层填料之间设有液体再分布器,将液体重新均匀分布于塔截面上,再进入下层填料。气体从塔底送入,与液体呈逆流连续通过填料层的缝隙,从塔的上部排出。气液两相在填料塔内进行接触传质。在正常情况下,液相为分散相,汽相为连续相。由于该传质设备主要用于吸收操作，故将在第六章介绍。 第一节 　概 述 2.板式塔：如图5-2所示,其塔体也为圆筒体，塔内装有若干层按一定间距放置的水平塔板。操作时塔内液体依靠重力作用,由上层塔板的降液管流到下层塔板上,然后横向流过塔板,从另一侧的降液管流至下一层塔板。汽相靠压强差推动自下而上穿过各层塔板及板上液层而流向塔顶。塔板是板式塔的核心,在塔板上,汽液两相密切接触,进行热量和质量的双重交换。在正常操作下,液相为连续相,汽相为分散相。该传质设备主要用于精馏操作，本章重点介绍。 第二节　双组分溶液的气液相平衡 蒸馏是汽液两相间的传质过程。组分在两相中的浓度偏离平衡浓度的程度表示了传质推动力的大小。传质过程以两相达到平衡为极限。所以溶液的汽液相平衡是分析精馏原理和进行设备计算的理论依据。 一、理想溶液的汽液相平衡 根据溶液中同分子间作用力与异分子间作用力的关系，溶液可分为理想溶液和非理想溶液两种。理想溶液是指各组分性质相近,分子结构相似,分子间无缔合作用,溶液中同种分子间及同种和异种分子间的作用力相等的溶液。 1.理想溶液相平衡规律：拉乌尔定律（Raoult,s Law） 实验证明，理想溶液的汽液相平衡服从拉乌尔定律，对于A-B双组分溶液有： 　　　　　　　　　　　　 （5-1） 第二节　双组分溶液的气液相平衡 式中： 为溶液上方组分的平衡分压，Pa； 为平衡温度下纯组分饱和蒸汽压,Pa； 为溶液中组分的摩尔分数； 下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分。 各纯组分的饱和蒸气压可从有关化工手册差得，或利用安托因(A