化学工程基础第六章.ppt

第六章 精馏 6.1 概述 一 蒸馏操作在化工生产中的应用 用于均相液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分的目的。 二 蒸馏分离的依据 蒸馏是利用混合物中各组分挥发性的差异，而将混合物中各组分进行分离的单元操作。 挥发快的组分称为易挥发组分或轻组分，以A表示； 挥发慢的组分称为难挥发组分或重组分，以B表示。 三 蒸馏操作的分类 按蒸馏方式可分为简单蒸馏，平衡蒸馏、精馏及特殊精馏等多种方式； 按物系的组分数可分为双组分精馏和多组分精馏； 按操作压力可分为常压蒸馏、加压蒸馏和减压（真空）蒸馏； 按操作方式又分为间歇精馏和连续精馏。 6.2 双组分溶液的气液相平衡 6.2.1 理想溶液的气液相平衡 气液相平衡，是指溶液与其上方蒸汽达到平衡时气液两相间各组分组成的关系. 理想溶液的气液相平衡服从拉乌尔(Raoult)定律。 拉乌尔定律 PA=PA*xA (6-1a) PB=PB*xB= PB*（1-xA） (6-1b) 式中： PA, PB —— 溶液上方A和B两组分的平衡分压，Pa； PA*、PB* —— 同温度下，纯组分A和B的饱和蒸汽压，Pa； xA ,xB —— 混合液组分A和B的摩尔分率。 理想物系气相服从道尔顿分压定律，既总压等于各组分分压之和。 对双组分物系： P=PA+PB （6-2） 式中： P—— 气相总压，Pa ； PA和PB —— A,B组分在气相的分压，Pa。 根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律，可得泡点方程： 可得露点方程式： 在总压一定的条件下，对于理想溶液，只要溶液的饱和温度已知，根据A,B组分的蒸气压数据，查出饱和蒸汽压PA*, PB*, 则可以采用式（6-4）的泡点方程确定液相组成xA，采用式（6-5）的露点方程确定与液相呈平衡的气相组成yA。 已知溶液的泡点可由上式计算液相组成；反之，已知组成也可由上式算出溶液的泡点，但一般需试差。 式中纯组分 A、B 的饱和蒸汽压与温度的关系，通常用安托因（Antoine）方程表示： 举例 苯（A）与甲苯（B）的饱和蒸汽压和温度的关系可用安托尼方程表达即： 式中压强的单位为kPa，温度t的单位为摄氏度。 苯和甲苯可视作理想物系，现测得某精馏塔的塔顶压力P1=103.3kPa，塔顶的液相温度为t1=81.5℃；塔釜压力P2=109.3kPa，液相温度t2=112℃.试求塔顶和塔釜平衡的液相和气相组成。 解：可用饱和蒸汽压或相对挥发对表示的平衡关系来计算，关键是确定塔顶、塔釜温度下组分的饱和蒸汽压。 （1）塔顶和液、气相组成 塔顶温度下，苯和甲苯的饱和蒸汽压用安托尼方程计算，即 再由相对挥发度计算气相组成。由于苯和甲苯可视作理想物系，于是 （2）塔釜的液、气相组成 和塔顶相同的方法求得各有关参数为 计算含苯0.5（摩尔分数）的苯和甲苯理想溶液在总压101.3kPa下的泡点。苯和甲苯的饱和蒸汽压用上述例题的安托尼方程计算。 解：确定指定压力下溶液的泡点需要采用试差方法。 设泡点t=93℃，则 将有关数据带入泡点方程，即 计算结果表明，初设泡点93℃稍微偏高。再设泡点t=91.53℃，同样由安托尼方程求得 6.2.2 温度组成图(t-y-x图) 6.2.3 y-x图 6.2.4挥发度与相对挥发度 一、挥发度 挥发度：气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液相中的该组份摩尔分率之比，以符号 表示。 二、相对挥发度 相对挥发度：溶液中两组分挥发度之比，以符号α表示。 相对挥发度α值的大小，表示气相中两组分的浓度比是液相中浓度比的倍数。所以α值可作为混合物采用蒸馏法分离的难易标志, 若α大于1, yx，说明该溶液可以用蒸馏方法来分离, α越大, A组分越易分离；若α=1，则说明混合物的气相组分与液相组分相等；则普通蒸馏方式将无法分离此混合物；α1, 则重新定义轻组分与重组分，使α 1。 对于二元混合物，当总压不高时，可得相平衡方程： 对于理想溶液，因其服从拉乌尔定律，故有： 即理想溶液的相对挥发度等于同温度下两纯组分的饱和蒸汽压之比。 三、平均相对挥发度αm 对于精馏塔，由于每块塔上x,y组成不同，温度不同，α也会有所变化，因此对于整个精馏塔，一般采用相对挥发度的平均值，即平均相对挥发度来表示,以符号αm表示。即： 6.2.5非理想溶液的汽液相平衡 一、具有正偏差的溶液 二、具有负偏差的溶液 本节注意点： 1．恒压条件下，双组分平衡物系中仅有一个自由度，即在温度t