[理学]化工原理 蒸馏.ppt

三、基本概念 1、易挥发组分（轻组分）：在一定的外界压力下，混合物中沸点低的组分容易挥发 2、难挥发组分（重组分）：混合物中沸点高的组分 3、饱和蒸气压：在密闭容器内，在一定温度下，纯组分液体的汽液两相达到平衡状态，称为饱和状态，其蒸气称为饱和蒸气，其压力就是饱和蒸气压。 在一定温度下，混合液中饱和蒸气压高的组分容易挥发，低的组分难挥发。 液体混合物的蒸气压 1、对于二组分混合液，由于B组分的存在，使得A组分在汽相中的蒸气分压比其在纯态下的饱和蒸气压要小。 四、理想溶液汽液相平衡 蒸馏一般在恒压下操作，恒压下不同组成混合液加热汽化达到汽液两相平衡时的平衡温度与液相组成及汽相组成之间的关系。 由于较易挥发的物质其沸点较低，因此蒸气压—组成图中，蒸气压较高的物质A有较低的沸点； 而具有较低沸点的组分在平衡气相中的浓度要大于其在溶液中的浓度。 所以气相线在液相线 的右上方（如图） 在一定温度范围内，α近似为常数；对理想物系，相对挥发度与温度关系不大，可近似认为与温度无关。 α的大小反映了混合液分离的难易程度。 说明 1）在精馏过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。 2）工业上的精馏过程是在精馏塔内将液相的多次部分汽化和气相的多次部分冷凝过程有机结合而进行的。 3）气、液相回流是精馏的重要特点。冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。 4）由于在塔的进料板以下（包括进料板）的塔段中，上升气相从下降液相中提出了易挥发组分，故称提馏段（stripping section)；由于塔的上半段上升气相中难挥发组分被除去，易挥发（轻）组分得到了精制，故称精馏段。 采 出 率 6.4.2 理论板的概念及恒摩尔流假定 1.理论板的概念 理论板指离开该板的气相组成与离开该板的液相组成之间温度相等，且平衡的理想化塔板。 6.4.2 理论板的概念及恒摩尔流假定 2.恒摩尔流假定 （1）恒摩尔气流 精馏段 V1= V2= V3= V=常数 提馏段 V1′= V2′= V3′= V′=常数 （2）恒摩尔液流 精馏段 L1= L2= L3= L=常数 提馏段 L1′= L2′= L3′= L′=常数 6.4.3 进料热状况的影响及q线方程 对气液混合物进料： 6.4.4 操作线方程 操作线方程：表达由任意板下降液相组成xn与其下一层塔板上升的气相组成yn+1之间关系的方程。 在连续精馏塔中，因原料液不断从塔的中部加入，使得精馏段和提馏段具有不同的操作关系。 定义：塔釜的汽相回流比（蒸出比） 3、塔釜汽相回流比R’与塔顶液相回流比R及进料热状态参数q的关系式 例题 在一连续操作的精馏塔中，分离正戊烷-正己烷溶液。进料温度20℃，进料组成为0.4，q值为1.22，馏出液组成为0.95，釜液组成为0.05，上述组成均为正戊烷的摩尔分数。精馏段每层塔板下降液体的流量为馏出液流量的1.6倍（摩尔比），试写出本题条件下的提馏段操作线方程。 根据题意，R=1.6，q=1.22 说明： 1）点1表示气相浓度y1与液相浓度x1成平衡，相当于逐板计算中使用一次平衡关系，由y1求x1，因此代表一块理论板。 2）每一梯级的水平线代表液相向下流经每一理论板，其组成由xn降至xn+1；每一梯级的垂直线代表气相向上流经每一理论板，其组成由yn升至yn-1。 3）平衡曲线上各点代表离开该理论板的上升蒸气组成yn与下降液体组成xn的平衡关系。 4）操作线上各点代表相邻两层理论板之间的上升蒸气组成yn+1与下降液体组成xn的操作线关系。 例1 苯和甲苯构成的理想混合物中，含苯0.4，流量1000kmol/h，在一常压精馏塔内进行分离，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90％，泡点进料，泡点回流，取回流比为最小回流比的1.5倍。已知α＝2.5。试求： (1) 塔底残液量W及组成；(2) 精馏段操作线方程； (3) 提馏段操作线方程。 例2 欲用连续精馏塔分离苯－甲苯溶液。已知xF=0.5，xW=0.1，xD=0.9（均为摩尔分率）。采用回流比R＝2 Rmin，系统相对挥发度α=2。 饱和液体由塔中部加入，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。试求： (1) 采出率D/F； (2) 精馏段及提馏段操作线方程。 6.5 恒沸精馏和萃取精馏 一些具有恒沸点的非理想溶液，因该点的相对挥发度等于1，不能采用常规精馏方法将完全分离。有些相对挥发度接近1的体系，采用常规精馏，则需要理论板数多，回流比大，很不经济。 对于上述两种情况，可采用恒沸精馏和萃取精馏。