[研究生入学考试]第七章 蒸馏2006.ppt

4、1、2 两组分理想溶液的气液平衡相图 2、三个区域： A：饱和液体线以下的区域代表未沸腾的液体，称为液相区； B：饱和蒸气线上方的区域带报过热蒸气，称为过热蒸气区； C：两曲线包围的区域表示两相同时存在，称为气液 共存区； 3、特点：气液两相呈平衡时（1）若气液两相温度相同，气相组成大于液相组成；（2）若气液两相组成相同，气相露点温度总是大于液相的泡点温度。 4、1、2 两组分理想溶液的气液平衡相图 由图t-x-y可得到图x-y：在蒸馏计算中广泛应用的是汽液平衡组成的相图，它是表示液相组成与之平衡的气相组成间的关系。 对大多数溶液。两相达到平衡时，y总是大于x，故平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。 4、2、3 精馏原理 精馏操作的最基本的三个设备：精馏塔、再沸器和冷凝器。 再沸器作用：是提供一定量的上升蒸汽流； 冷凝器的作用：是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相回流，使精馏能连续稳定进行； 塔顶蒸汽冷凝回流和塔釜溶液再蒸发是精馏高纯度分离的充分必要条件。 4、2、3 精馏原理 分离的条件：将混合液组成为xF，温度为TF，其状态以F点表示，温度低于泡点温度。 （1）加热到Ta(A点)时，混合液内部开始沸腾汽化，产生第一个气泡，其组成为y2，与液相组成 xF相平衡。 Ta称为泡点（也称为混合液的沸点）。 （2）再加热到Tb(B点)时，蒸馏釜内气液两相共存，液相组成为x3（B点），气相组成则为y3（B`点）。y3与x3成平衡，由图可见，在气液共存内，将混合液加热到不同的温度时，相对应的气液相组成也不同。 （3）若再加热，使达到Tc （C点）时，混合液即全部汽化，气相组成与混合液的最初组成xF相同，液相在消失之前，其组成为x4。此点（C`点）对应的温度Tc为露点。 （4）如再加热到C`点以上，则蒸气成为过热蒸气，温度升高而组成不变。 4、2、3 精馏原理 将混合液加热到Tb（B点）即为部分汽化，若将饱和蒸气（C`点）冷却至温度Tb（B点）即为部分冷凝。部分汽化和部分冷凝过程，实际上就是混合液的分离过程。 因为在这个过程中，由于气液两相共存，可以获得一定量的气相和液相，而且两相的组成有相当的差别（y3＞x3)，则可得到易挥发组分含量较高的蒸汽和易挥发组分含量较低的液体。 4、2、3 精馏原理 如何来实现？ 将组成为y1的气相混合物进行部分冷凝，则可得到组成为y2的气相和组成为x2的液相，依次将组成为y2的气相混合物进行部分冷凝，可得到气相为y3，液相为x3且：y3＞ y2＞y1,由此可见。气相混合物经多次部分冷凝后，在气相中可获得高纯度的易挥发组分。 同时x3＜x2＜x1，由此可见，将液体混合物进行多次部分汽化，在液相中可获得高纯度的难挥发组分。 工业上精馏过程是多次部分汽化和部分冷凝的联合操作。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行。 以第n层板上的操作情况为例： 第n层板上：气相组成和温度为y n+1和t n+1;气相组成和温度为x n-1和t n-1; t n+1 ＞t n-1， x n-1 大于与y n+1成平衡的液相组成 x* n+1 ； 组成为y n+1的气相与组成为x n-1的液相在第n层板上接触时，由于存在温度差和浓度差（即具有传热和传质的推动力），气相就要进行部分冷凝，使其中部分难挥发组分转入液相中；而气相冷凝时放出的潜热传给液相，使液相部分汽化，其中部分易挥发组分转入气相中。使得x n＜ x n+1， y n ＞y n+1。 4、2、3 精馏原理 精馏操作的最基本的三个设备：精馏塔、再沸器和冷凝器。 再沸器作用：是提供一定量的上升蒸汽流； 冷凝器的作用：是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相回流，使精馏能连续稳定进行； 塔顶蒸汽冷凝回流和塔釜溶液再蒸发是精馏高纯度分离的充分必要条件。 从气相得到较纯的易挥发组分； Multi-partial gasification and condensing A P=定值 T x(y) xm yn xF B 从液相中则得到较纯的难挥发组分 。 二、多次部分气化和多次部分冷凝 xF x2 x1 y1 x3 y2 y3 y3 (或xD) y1 冷凝器 分离器 加热器 多次部分气化示意图 分离过程得到的中间馏分多，纯产品的收率低。 解决方法： 上图所示的流程存在的问题： 对任一分离器有来自下一级的蒸汽和来自上一级的液体，气液两相在本级接触，蒸汽部分冷凝，同时液体部分气化，又产生新的气液两相。蒸汽逐级上升，液体逐级下降。省却中间加热器和冷凝器。工业上采用塔板取代中间各级。 流程庞杂，设备繁多，能量消耗大。 xF x2 x1 y1 x3 y2 y3