《食品工程原理吸收及蒸馏习题课》由会员分享，可在线阅读，更多相关《食品工程原理吸收及蒸馏习题课（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,吸收：气相混合物的分离（溶解度不同） 蒸馏： 液相混合物的分离（挥发度不同） 挥发度高：轻组分 挥发度低：重组分,蒸馏：使混合液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从而使混合物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混合物的典型单元操作。,7.6.1恒沸精馏与萃取精馏,前述普通精馏方式是以溶液中各个组分的挥发度不同作为分离的依据，若各组分的挥发度差异越大（即相对挥发度 越大），越易分离。但工业生产中需要分离的溶液，也有不少其挥发度很接近或具有恒沸点（最高或最低恒沸点），对于这类溶液的分离，用前诉的普通精馏方式就难以实现。例如： 乙醇水溶液在总压 时有最低恒沸点 ，恒沸物组成摩尔分率 （重量百分率为9
2、5.6%），用前述普通精馏方法，最多只能分离得到接近恒沸组成的酒精，这就是工业酒精中含乙醇只能达到95%（重量百分率）的原因。,第六节 其他蒸馏简介,95% （重量百分率）的 原 因。那么，要 得 到 无水 酒 精怎 么 办？ 理论上可采用降低总压的方法， ， ， ， 当 时， , ，塔顶上升蒸汽在冷凝器中不能用水将之冷凝下来，必须使用人工制冷，能耗大，一般不用。 若两组分的沸点很接近相对挥发度很小，如苯环己烷的沸点分别为80.1和80.8，也很难用普通精馏方法将其分离。 用普通精馏难以分离的物系必须采用特殊精馏的方法分离。特殊精馏的基本原理是：在双组分溶液中加入第三组分，以改变原双组,分物系
3、的非理想性或提高其相对挥发度 而实现分离。根据第三组分所起作用的不同，又可分为恒沸蒸馏和萃取精馏。 9.8.1恒沸精馏 （1）三组分恒沸精馏 在A、B双组分恒沸溶液或相对挥发度很小的双组分溶液中加入称为挟带剂的第三组分C，此挟带剂C与原溶液中一个或两个组分形成新的恒沸物（AC或ABC），新的恒沸物的沸点比纯组分B（或A）或原恒沸物（AB）的沸点低得多，使溶液变成“恒沸物纯组分”的精馏，其相对挥发度大而易于分离。例如：,乙醇-水恒沸物+苯（挟带剂）乙醇-水-苯三元恒沸物+纯乙醇 A+B（AB）+C（ABC）+A （ABC）组成：A（乙醇）0.228，B（水）0.233，C（苯）0.539 （AB
4、C）中水对乙醇摩尔比 ，故只要有足量的苯作为挟带剂，在精馏时水将全部集中于三元恒沸物（ABC）中从塔塔顶带出，而I塔塔底产品为无水酒精，其流程见图，塔用于回收苯，塔用于回收乙醇。 作为挟带剂的苯在系统中循环使用，补充损失的苯量在正常情况下低于无水酒精产量的千分之一。除苯以外，乙醇水溶液恒沸精馏的挟带剂还,可以用戊烷、三氯乙烯等。 （2）恒沸精馏挟带剂的选择 在恒沸精馏中，选择适当的挟带剂是恒沸精馏成败的关键，对挟带剂的要求是：挟带剂应能与被分离组分形成新的恒沸液，其恒沸点要比纯组分的沸点低，一般两者沸点差不小于10；新恒沸液所含挟带剂的量愈少愈好，以便减少挟带剂用量及气化、回收时所需的能量；新
5、恒沸液最好为非均相混合物，便于用分层法分离；无毒性、无腐蚀性，热稳定性好；来源容易，价格低廉。,（3）双组分非均相恒沸精馏 若双组分溶液的恒沸物是非均相的，在恒沸组成下溶液可分为两个具有一定互溶度的液层，此类混合物的分离毋需加入第三组分而只要用两个塔联合操作，便可获得两个纯组分，如糠醛溶液的分离。P121图950 9.8.2萃取精馏 萃取精馏和恒沸精馏相似，也是向原料液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原有组分间的相对挥发度而得到分离。但不同的是要求萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点高得多，且不与组分形成恒沸液。萃取精馏常用于分离各组分沸点（挥发度）差别很小的溶液。例如，,（3）双组分
6、非均相恒沸精馏,在常压下苯的沸点为80.1，环乙烷的沸点为80.73，若在苯环乙烷溶液中加入萃取剂糠醛，则溶液的相对挥发度发生显著的变化，如表所示。 表 苯环乙烷溶液中加入糠醛后的变化,9.8 恒沸精馏与萃取精馏,由表可见，相对挥发度随萃取剂量加大而增高。,9.8 恒沸精馏与萃取精馏,图为分离苯环乙烷溶液的萃取精馏流程示意图。原料液进入萃取精馏塔1中，萃取剂（糠醛）由塔1顶部加入，以便在每层板上都与苯相结合。塔顶蒸出的为环乙烷蒸汽。为回收微量的糠醛蒸汽，在塔1上部设置回收段2（若萃取剂沸点很高，也可以不设回收段）。塔底釜液为苯糠醛混合液，再将其送入苯回收塔3中。由于常压下苯沸点为80.1，糠醛
7、的沸点为161.7，故两者很容易分离。塔3中釜液为糠醛，可循环使用。在精馏过程中，萃取剂基本上不被气化，也不与原料液形成恒沸液，这些都是有异于恒沸精馏的。 选择萃取剂时，主要应考虑：（1）萃取剂应使原组分间相对挥发度发,9.8 恒沸精馏与萃取精馏,生显著的变化；（2）萃取剂的挥发性应低些，即其沸点应较纯组分的为高，且不与原组分形成恒沸液；（3）无毒性、无腐蚀性，热稳定性好；（4）来源方便，价格低廉。 萃取精馏与恒沸精馏的特点比较如下：（1）萃取剂比挟带剂易于选择；（2）萃取剂在精馏过程中基本上不气化，故萃取精馏的耗能量较恒沸精馏的为少；（3）萃取精馏中，萃取剂加入量的变动范围较大，而在恒沸精馏
8、中，适宜的挟带剂量多为一定，故萃取精馏的操作较灵活，易控制； （4）萃取精馏不宜采用间歇操作，而恒沸精馏则可采用间歇操作方式； （5）恒沸精馏操作温度较萃取精馏的为低，故恒沸精馏较适用于分离热敏性溶液。,分子蒸馏原理 根据分子运动理论，液体分子受热从液面逸出，不同种类的分子，其平均自由程不同； 液体混合物为达到分离的目的，首先进行加热，能量足够的分子逸出液面。 轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一冷凝面，使得轻分子落在冷凝面上被冷凝，从而破坏了轻分子的动态平衡，使得轻分子继续不断逸出。而重分子因达不到冷凝面，很快趋于动态平衡。
9、这样就将混合物分离了。 由于轻分子只走很短的距离即被冷凝，所以分子蒸馏亦叫短程蒸馏。,精馏操作的原理是 ， 若溶液中两组分的挥发度非常接近，可采用 精馏或 精馏来处理。,在精馏塔操作中，再沸器的作用是 。 冷凝器的作用是 。,精馏塔操作中，从塔顶往塔底，温度逐渐 ，压力逐渐 。,图解法求理论板层数时与下列参数中的 无关：F、xF、q、R、xD、 xW。,在塔板设计中，为使雾沫传夹带率下降，应将板间距 。,恒摩尔流假定的前提主要是（1） ， （2） ，（3） 。,蒸馏采用直接蒸汽加热的条件是 。,精馏塔中恒摩尔流假定的主要依据之一是各组分的 ， 但精馏段与提馏段的摩尔流率由于 的影响而不一定相等。,设计精馏塔时，若其它条件均不变，将进料热状况从q=1变为q1，则所需 理论板数将 ，塔顶冷凝器热负荷 ，塔釜再沸器的热负荷 。（变 大、变小、不变、不一定）,板式塔塔板上汽液两相接触状态有 、 、 、 四种。,板式塔的流体力学性能包括： 、 、 、 及 。,对板式传质设备而言，是采用分块式还是整块式塔板，取决于 。,若在板式塔的设计中发现操作易发生雾沫夹带现象，可采取 或 的方法进行调整。,
