《蒸馏幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蒸馏幻灯片（121页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 蒸馏,西北民族大学化工学院,化工原理,6 蒸馏,6.1 概述6.2 双组分溶液的气液相平衡6.3 简单蒸馏和平衡蒸馏6.4 精馏原理6.5 双组分连续精馏塔的计算6.6 间歇精馏6.7 特殊精馏,6.1 概述,（1）蒸馏操作在化工生产中的应用（2）蒸馏分离的依据（3）蒸馏操作的分类,（1）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。,（2）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。,（3）蒸馏操作的分类,按蒸
2、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6.2.5 非理想溶液的汽液相平衡本节小结,6.2.1 理想溶液的气液相平衡（1）,汽液相平衡，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。理想溶液的汽液相平衡服从拉乌尔(Raoult)定律。 因此对含有A、B组分的理想溶液可以得出： PA
3、=PAoxA （6-1a） PB=PBoxB= PBo（1-xA） （6-1b）,理想溶液的气液相平衡（2）,式中： PA, PB 溶液上方A和B两组分的平衡分压，Pa；PAo,PBo 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，即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。,理想溶液的气液相平衡（3）,根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律，可得泡点方程： （6-4）该方程描述平衡物系的温度与液相组成的关系。可得露点方程式： （6-5
4、）该方程描述平衡物系的温度与气相组成的关系。,理想溶液的气液相平衡（4）,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PA0, PB0, 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。,6.2.2 温度组成图（t-y-x图）,t-x-y图即温度组成图。图中有两条曲线，曲线为饱和液体线（或泡点线）。曲线为饱和蒸气线或露点线，可由露点方程得到。这两条曲线将图形分成三个区域：分别为液相区，气液共存区和过热蒸气区。,6.2.3 y-x图,在一定外压下，气相组成y和与之平衡的液相组成x之
5、间的关系，称气液相平衡图。y-x图可通过t-x-y图作出，图6-2是苯-甲苯混合液的y-x图。,6.2.4 挥发度与相对挥发度,（1）挥发度（2）相对挥发度（3）平均相对挥发度m,（1）挥发度（1）,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。对于A和B组成的双组分混合液有： （6-6a） （6-6b）,挥发度（2）,式中： 组份A,B的挥发度； 汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压； 汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分率。在理想溶液中，各组分的挥发度在数值上等于其饱和蒸汽压。,（2）相对挥发度（1）,相对挥发度：溶液中两组分挥发度之比，以符号表示。
6、 (6-8)或写成： （6-9）,相对挥发度（2）,相对挥发度值的大小，表示气相中两组分的浓度比是液相中浓度比的倍数。所以值可作为混合物采用蒸馏法分离的难易标志, 若大于1, yx，说明该溶液可以用蒸馏方法来分离, 越大, A组分越易分离；若=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；1。,相对挥发度（3）,对于二元混合物，当总压不高时，可得相平衡方程： (6-10)对于理想溶液，因其服从拉乌尔定律，故有： （6-11）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。,（3）平均相对挥发度m,对于精馏塔，由于每块塔上x,y组成不同，温度不同，也会有
7、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m表示。即： （6-13）式中：顶塔顶的相对挥发度； 釜塔釜的相对挥发度。,6.2.5非理想溶液的汽液相平衡,在工业生产中，理想溶液很少，原因在于同种分子间的作用力与异种分子间的作用力不同，因偏差有正有负，故将溶液分为对拉乌尔定律具有正偏差的溶液和具有负偏差的溶液。（1）具有正偏差的溶液（2）具有负偏差的溶液,（1）具有正偏差的溶液（1）,当在相同温度下溶液上方各组分的蒸汽分压均大于采用拉乌尔定律的计算值，这种混合液对拉乌尔定律具有正偏差。以图6-3乙醇-水溶液的汽液相平衡图为例。在总压1atm,乙醇的摩尔分
8、数xP=0.894时，所对应的温度为78.15，称为最低恒沸点，而水的沸点为100，乙醇沸点78.3，说明具有该点组成的混合物为恒沸物。,具有正偏差的溶液（2）,图63 乙醇水溶液的相图,（2）具有负偏差的溶液（1）,当各组分的蒸汽分压小于拉乌尔定律的计算时，这种混合液对拉乌尔定律具有负偏差。如图6-4硝酸-水溶液，在总压1atm下，恒沸组成xM=0.383，最高恒沸点TM=121.9，比水的沸点(100)与纯硝酸的沸点(86)都高。,具有负偏差的溶液（2）,图64 硝酸水溶液的相图,本节小结（1）,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与组成x(y)这两个参数中，只要决定
9、一个参数，另一个即被定。换言之，恒压下的双组分平衡物系中存在着两个对应关系：,本节小结（2）,2）在一定外压下，纯组分的饱和蒸汽压与外压相等时，液体开始沸腾，其对应的温度称为沸点，可见，外压一定时，纯组分的沸点为一定值。在一定外压下，液体混合物的沸腾温度称为泡点，泡点与混合物的组成有关。在(t-x-y)图上可见，表示不同组成液体混合物的泡点温度（从x=0到x=1.0）为泡点曲线。在该曲线上，对应x=0(即xA=0，xB=1.0)的温度为B组分的沸点；对应x=1.0(即xA=1.0，xB=0) 的温度曲线为A组分的沸点。,本节小结（3）,3）相对挥发度，对理想溶液 ，对非理想溶液a可由实验测定。
10、用相对挥发度表示的相平衡方程 。可用于计算理想溶液的汽、液平衡组成。当在操作温度范围内（即操作温度的上、下限之间）物系的相对挥发度变化不大时，可取其平均值（即视为常数）进行计算。,6.3简单蒸馏和平衡蒸馏,（1）简单蒸馏（2）平衡蒸馏,（1）简单蒸馏,简单蒸馏是一个非定常稳定过程，特点是：塔顶塔底组成不是一对平衡组成。适合于混合物的粗分离，特别适合于沸点相差较大而分离要求不高的场合，例如原油或煤油的初馏。,图6-5 简单蒸馏 （1蒸馏釜，2冷凝器，3回收罐）,简单蒸馏的计算（1）,简单蒸馏的计算包括两个方面：蒸馏釜的生产能力根据热负荷和传热能力计算馏出液、残液的浓度与馏出量之间的关系根据物料衡
11、算和相平衡关系计算,简单蒸馏的计算（2）,设釜内在某时刻的釜液量为W（kmol）；其液气相组成分别为x、y（摩尔分率），经过时间d后，液相量减为 ，组成降为 ，则残液中所含易挥发组分的量为 ，而蒸出的易挥发组分的量为 ，根据物料衡算：即,简单蒸馏的计算（3）,略去高阶无穷小，分离变量得确定边界条件，积分得,理想溶液,理想溶液相平衡关系可写为将y表达式代入后积分得,相平衡关系为直线,若在涉及范围内相平衡关系可近似的用直线 表达，将y表达式代入后积分得,一般情形,若相平衡关系不能用简单的数学式表达式可以应用图解积分或数值积分。,（2）平衡蒸馏,平衡蒸馏又称闪蒸，是一个连续稳定过程，在恒定温度与压力
12、下，蒸汽与釜液处于平衡状态，即平衡蒸馏在闪蒸器内通过一次部分汽化使混合液得到一定程度的分离，属于定常连续操作，适合于大批量生产且物料只需粗分离的场合。,图6-6 平衡蒸馏（1加热器，2节流阀，3分离器，4冷凝器）,平衡蒸馏的计算（1）,平衡蒸馏的计算中，通常是已知料液的流量F和组成xF，以及闪蒸后的气相流率V（或液相流率L），需求得气液两相的组成yD和xW。根据物料衡算,平衡蒸馏的计算（2）,将 代入后得将上式除以F。得 令液相分率 则得,6.4 精馏原理,6.4.1 多次部分汽化和多次部分冷凝6.4.2 连续精馏装置流程6.4.3 塔板的作用6.4.4 回流的作用本节小结,6.4.1 多次部
13、分汽化和多次部分冷凝（1）,根据t-x-y图，在恒压条件下，通过多次部分汽化和多次部分冷凝，最终可以获得几乎纯态的易挥发组分和难挥发组份，但得到的气相量和液相量却越来越少。可采用如图6-11所示的多次部分汽化和多次部分冷凝流程来实现。但若采用如图6-11所示的流程用于工业生产，则会带来许多实际困难，如流程过于庞大，设备费用极高；部分汽化需要加热剂，部分冷凝需要冷却剂，能量消耗大；纯产品的收率很低。,多次部分汽化和多次部分冷凝（2）,多次部分汽化和多次部分冷凝（3）,为了克服上述缺点，采用图6-13所示带回流的流程，在实际工业装置中，精馏流程是通过板式或填料精馏塔来实现的。,多次部分汽化和多次部分冷凝（4）,6.4.2 连续精馏装置流程（1）,工业生产中常常采用图6-9所示的流程进行操作。连续精馏装置主要包括精馏塔，蒸馏釜（或称再沸器）等。精馏塔常采用板式塔，也可采用填料塔。加料板以上的塔段，称为精馏段；加料板以下的塔段（包括加料板），称为提馏段。连续精馏装置在操作过程中连续加料，塔顶塔底连续出料，故是一稳定操作过程。,
