化工原理蒸馏讲义.pptVIP

第三章 蒸馏Distillation 3.0 概述 3.1 两组分溶液的汽液平衡 3.2 平衡蒸馏与简单蒸馏 3.3 精馏原理和流程 3.4 两组分连续精馏的计算 3.5 间歇精馏 3.6 特殊精馏 本章总结－联系图 工程案例 3.0 概述 蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。 1.蒸馏分离的依据 将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性而达到分离目的的单元操作。 这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现的。例如：加热甲醇(沸点64.7℃)和乙醇(沸点78.3℃)混合液的过程。 将沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分light component ，用A表示。 将沸点高的组分称为难挥发组分或重组分heavy component ，用B表示。 则混合液：A+B 2、蒸馏过程的分类 按蒸馏方式分为： 平衡蒸馏和简单蒸馏。多用于待分离混合物中各组分挥发度相差较大而对分离要求不高的场合，是最简单的蒸馏； 精馏。适合于待分离的混合物中各组分挥发度相差不大且对分离要求较高的场合，应用最广泛； 特殊蒸馏。适合于待分离混合物中各组分的挥发度相差很小甚至形成共沸物，普通蒸馏无法达到分离要求的场合。主要有萃取精馏、恒沸精馏、盐熔精馏、反应精馏及水蒸气蒸馏。 按操作流程分为： 间歇蒸馏。又称分批蒸馏，属于非稳态操作，主要适用于小规模及某些有特殊要求的场合； 连续蒸馏。属于稳态操作，是工业生产中最常用的蒸馏方式，用于大规模生产的场合。 按操作压力分为： 加压蒸馏。适用于常压下为气态（如空气）或常压下沸点接近室温的混合物； 常压蒸馏。适用于常压下沸点在1500C左右的混合物； 减压蒸馏。（真空蒸馏）适用于常压下沸点较高或热敏性物质，可降低其沸点。 按待分离混合物的组分数分为： 两组分精馏。计算简单。常以此精馏原理为计算基础，然后引申到多组分精馏计算中。 多组分精馏。工业上常见。 本章重点讨论常压两组分连续精馏过程的原理和计算。 3.蒸馏分离的特点 直接获取几乎纯态的产品。而吸收、萃取等操作的产品为混合物。 应用范围广。可分离液体混合物，气体混合物、固体混合物。 能耗高。气化、冷凝需消耗大量的能量。加压、减压，将消耗额外的能量。 3.1 两组分溶液的气液平衡 3.1.1 两组分理想物系的汽液关系 理想物系是指符合以下条件的物系： 液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律； 汽相为理想气体，遵循道尔顿分压定律，当总压不太高(104kPa)时汽相可视为理想气体。 理想溶液的特点： fAA=fBB=fAB：相同与相异分子间的作用力相等。 ΔV混和=0， ΔH混和=0 ：混和前后体积和焓不变，即所形成的溶液无容积效应和热效应。 3.1.1.1 相律 F=C-φ+n 组分数C=2(A，B) 相数=2(汽，液) 影响因素n=2(温度，压力) ∴ Therefore, for binary mixture, freedom of distillation process is 2. F=2 〖说明〗 对两组分汽液平衡物系而言，温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x四个参数中，任意确定其中2个变量，其余的2个变量随之确定，两组分汽液平衡物系的状态便确定了。 一定压力下:液相（汽相）组成x (y)与温度t存在一一对应关系； 气液组成之间x~y存在一一对应关系 3.1.1.2 汽液平衡的函数关系 1.利用饱和蒸汽压计算汽液平衡关系 理想溶液的汽液平衡关系符合拉乌尔定律Raoult’s law ： 理想气体混和时遵循道尔顿分压定律Dolton’s law ： 〖说明〗 因p。=f(t)，所以，上式表明当P一定时，温度t与液相组成x之间的关系，t～x。 泡点：混合液开始沸腾时的温度。 〖说明〗 上式表明当P一定时，温度t与汽相组成y及液相组成x之间的关系，t～x～y。 露点：混合汽开始冷凝时的温度。 P。=f(t)关系确定： 实验测定，查手册； 安托尼经验公式计算： 2.用相对挥发度表示的汽液平衡关系 ①挥发度v 挥发度: 是该物质挥发难易程度的标志。 ②相对挥发度α Relative volatility 相对挥发度：易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比。 〖说明〗 温度对相对挥发度的影响：t↑，α↓ 平均相对挥发度的计算：理想溶液中，由于t↑，pA。、pB。↑，因此α变化不大，一般可将α视为常数，计算时取平均值。算法为： 〖说明〗 利用α的大小判断某混合液能否用一般蒸馏方法分离及分离的难易程度： If α 1 :easy to be separated If 1α1.1 :difficult to be separated If α = 1:Azeotrope, can’t be separated by common distil