化学工程与工艺精馏原理与过程.ppt

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1、第六章蒸馏Distillation6.1双组分溶液的汽液相平衡6.2蒸馏与精馏原理6.3双组分连续精馏的计算与分析6.4间歇精馏6.5恒沸精馏与萃取精馏6.6板式塔分离的目的：浓缩：除去溶剂；纯化：除去杂质；分离：将混合物分成两种或多种目的产物；反应促进：把化学反应或生化反应的产物连续取出，以提高反应速率。概述吸收蒸馏萃取吸附、结晶沉降非均相物系过滤干燥分离过程均相物系混合物可分为非均相物系和均相物系均相物系的分离条件是必须造成一个两相物系，然后依据物系中不同组分间某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分从一相向另一相转移，以达到分离的目的。蒸馏：

2、利用液体混合物中各组分挥发性的差异来分离液体混合物的传质过程。沸点低的组分称为易挥发组分，高的为难挥发组分按生产方式分为间歇蒸馏和连续蒸馏按蒸馏方式分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏等按操作压强分为常压、减压、加压蒸馏按待分离混合物中组分数不同分为双组分和多组分蒸馏分类：6.1双组分溶液的汽液相平衡6.1.1双组分理想物系的汽液平衡一、相律在物理化学中，我们学习过相律，即：式中F――自由度数；C――独立组分数；――相数。对双组分的汽液相平衡，由相律知其自由度数为2。二、双组分理想物系的汽液平衡函数关系所谓理想物系，即指液相为理想溶液，遵循拉乌尔

3、定律；汽相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。拉乌尔定律：为溶液温度下纯组分A和B的饱和蒸气压可查有关手册或由下面安托因方程求得：当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和：由上式得：挥发度与相对挥发度挥发度：某组分的溶液蒸汽压与该组分的摩尔分率之比，表示物质挥发能力大小的物理量对理想溶液：相对挥发度：易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之比，即：对双组分溶液，气相遵循道尔顿分压定律，则：上式称为汽液相平衡方程。α越大，分离越容易。对理想溶液，有整理并略去下标，得三、双组分理想溶液的汽液平衡相图温度----组成（t-x-y)图苯—甲苯混合液的t-

4、x-y图x-y图苯—甲苯混合液的x-y图注意：上述的平衡曲线是在恒定的压强（总压为1atm）下测得的。对同一物系而言，混合液的平衡温度愈高，各组分间挥发度差异愈小，即相对挥发度α愈小，因此蒸馏压强愈高，平衡温度随之升高，α减小，分离变得愈难，反之亦然。但实验也表明，在总压变化范围为20-30%下，x-y平衡曲线变动不超过2%，因此在总压变化不大时，外压对平衡曲线的影响可以忽略。6.1.2双组分非理想物系的汽液平衡根据溶液的蒸汽压偏离拉乌尔定律的方向，一般可将非理想溶液分成两大类：１、正偏差溶液当异分子间吸引力小于同分子间吸引力和时，溶液中组分的平衡

5、分压比拉乌尔定律预计的高，即，。属于该类的物系甲醇－水、乙醇－水、苯－乙醇等。２、负偏差溶液当异分子间吸引力大于同分子间吸引力和时，溶液中组分的平衡分压比拉乌尔定律预计的低，即，。属于该类的有硝酸－水、氯仿－丙酮等物系。6.2蒸馏与精馏原理平衡蒸馏和简单蒸馏均为单级蒸馏操作过程，通常用于混合液中各组分挥发度相差较大，对分离要求又不高的场合。6.2.1平衡蒸馏平衡蒸馏装置平衡蒸馏装置一、物料衡算总物料衡算：F=D+W易挥发组分的衡算联立上两式得：设液相产物占总加料量F的分率为q，q叫做液化率，其值0

6、代表通过点（xf，xf)的直线，其斜率为q/(q-1)。二、热量衡算节流减压，液体部分汽化所需的热量来自于物料放出的显热，即：三、汽液平衡关系若已知原料液流量F、组成xf、温度tf及汽化率，则联立上式，即可求得平衡的气液相组成及温度。图解法如下：及平衡蒸馏图解计算6.2.2简单蒸馏简单蒸馏装置简单蒸馏又称微分蒸馏，是一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。简单蒸馏装置一、简单蒸馏计算简单蒸馏为非稳态过程，需要进行微分计算。假设简单蒸馏某瞬间τ釜液量为Lkmol、组成为x，经微分时间dτ后，釜液量变为L+dL、组成变为x+dx，而蒸出的馏出液量为dD、组

7、成为y，且y与x呈平衡关系。在dτ时间内作物料衡算：总物料：易挥发组分：dD=-dLLx=(L+dL)(x+dx)+ydD联解，并略去二阶无穷小量得：则上式积分可得：设初始时，釜液量为F，组成为x1;结束时，釜液量为W，组成为x2。若已知气液平衡关系，则可求出馏出液组成、釜残液组成与釜残液量（或馏出液量）之间的关系。则积分可得：馏出液的组成随时间而变，其平均组成可通过一批操作的物料衡算求得，即：总物料：易挥发组分：D=F-W联立得：6.2.3精馏原理一、精馏过程原理上述的平衡蒸馏和简单蒸馏都是单级分离过程，分离所能达到的程度有限。而精馏是多级分离过

8、程，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，可使混合液得到几乎完全的分离。进料F,xF提馏段再沸器釜液W,xw回流馏出液D,