相平衡原理在化工分离提纯中的应用_张坤玲.pdf

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1、２０１４年８月石家庄职业技术学院学报Ａｕｇ．２０１４第２６卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅＶｏｌ．２６Ｎｏ．４文章编号：１００９－４８７３（２０１４）０４－００２６－０４相平衡原理在化工分离提纯中的应用张坤玲ａ，张玮ａ，杨永ｂ，李瑞珍ａ（石家庄职业技术学院ａ．化学工程系；ｂ．学生工作部，河北石家庄０５００８１）摘要：相平衡理论是选择分离方法、设计分离装置以及实现最佳操作的理论基础．在化工分离提纯时，相平衡原理的应用主要体现在：对单组分系统可采用超临界萃取方式，对二

2、组分液态完全互溶系统的气液平衡可采用蒸馏和精馏的方法，对二组分液态完全不互溶系统的气液平衡可采用蒸汽蒸馏的方式，对二组分固态完全互溶系统可采用区域熔炼法．关键词：物理化学；相平衡；分离；提纯；萃取中图分类号：Ｏ６４２．４＋２文献标志码：Ａ物理化学知识对基础化学实验有重要的理论指好的溶解性能，以之作为萃取剂，萃取效率较高，且导意义．在化工生产、药物生产、冶金工业和其他生降压后，萃取剂气化，被溶解物质即被分离出来．产过程中，往往要对混合物进行分离提纯，而相平衡超临界ＣＯ２流体的体积质量几乎是最大的，压理论是选择分离方法、设计分离装置以及实现最

3、佳强增加，其体积质量增加很快，其对许多有机物的溶操作的理论基础．本文主要讨论相平衡原理在分离解能力很强，因而最适宜作为超临界萃取剂使用．提纯中的应用．ＣＯ２临界温度低，可在接近室温下完成整个萃１单组分系统———超临界萃取取分离工作，特别适用于热敏性和化学不稳定性强ＣＯ２的相图如图１所示．的天然产物的分离．ＣＯ２临界压强适中，易于实现工业化．与其他有机萃取剂相比，ＣＯ２既便宜，又容易制取，且无毒、惰性、易于分离，因而ＣＯ２在超临界萃取中应用十分普遍．２二组分液态完全互溶系统的气液平衡———蒸馏和精馏二组分系统的气液平衡相图，对液态混合物的分

4、离提纯如蒸馏、精馏、蒸汽蒸馏等有很重要的意义．科研和工业生产中的一些分离操作多是在固定压强下进行的，因此，讨论一定压强下的温度－组成图１ＣＯ２的相图相图更有实际意义．温度－组成相图亦称沸点－组成图，它表示当外压恒定时，二组分系统气液两相平衡图中ＯＣ线为液体ＣＯ２的蒸气压曲线，该线至组成与温度的关系．Ｃ点为止，Ｃ点为ＣＯ２的临界点，临界温度ｔｃ为２．１蒸馏３１．０６℃，临界压强ｐｃ为７．３９ＭＰａ．超过Ｃ点之蒸馏是将液态物质加热到沸腾，使之变为蒸气，后，ＣＯ２的气、液界面消失，系统性质均一，处于此又将蒸气冷凝为液体的过程．若将两种挥发性液体

5、状态的ＣＯ２被称为超临界ＣＯ２流体．混合物进行蒸馏，在沸腾温度下，气相与液相达到平超临界流体由于具有较高的体积质量，故有较衡，蒸气中就含有较多易挥发物质的组分．若将此蒸收稿日期：２０１４－０５－２３作者简介：张坤玲（１９６８－），女，河北石家庄人，石家庄职业技术学院副教授．第４期张坤玲等：相平衡原理在化工分离提纯中的应用２７气冷凝后收集起来，则馏出物中易挥发物质组分的含量高于原始液体混合物，而残留液中却含有较多的难挥发组分（高沸点组分），这就是一次简单的蒸馏．简单蒸馏方法只能粗略地将混合物相对分离，要想得到较纯的两种组分，则需要采用精馏的

6、方法．２．２精馏精馏是将液态混合物反复进行部分气化和部分冷凝，使混合物中的不同组分分离的单元操作．其原理是，利用液态混合物在气液平衡时，各组分的相对挥发能力的不同而将各组分分离开来．在化工生产［１］图３泡罩式精馏塔示意图中，常通过精馏操作分离和提纯液态混合物．２．２．１正常类型液态混合物的精馏物料在塔釜内加热后，蒸气通过塔板上的泡罩这类液态混合物包括理想液态混合物和具有较与塔板上的液体接触，蒸气中难挥发组分冷凝为液小正负偏差的液态混合物．其共同的特点是在全部体并放出热量，使液相中易挥发组分气化并升入高组成范围内均有ｔ＊＊及ｙ（假定Ｂ为易Ｂ

7、＜ｔ＜ｔＡＢ＞ｘＢ一级塔板．上升的蒸气中含有较多的易挥发组分，而挥发组分）．下降的液体中难挥发组分增加．每一层塔板就相当精馏过程的ｔ－ｘ图如图２所示．于一个简单的蒸馏器．最终在塔顶得到纯度较高的易挥发组分，经塔顶冷凝器变为液体放出；而在塔底得到纯度较高的难挥发组分．正常类型的液态混合物可以通过精馏完全分离出纯组分．２．２．２具有最低恒沸点和最高恒沸点类型液态混合物的精馏这两类液态混合物存在最低或最高恒沸点．在恒沸点，两种物质的相对挥发能力相同．因此，通过普通的精馏不能达到完全分离两种物质的目的，只图２精馏过程的ｔ－ｘ示意图能得到一种纯组分

8、和恒沸混合物．设原始溶液的组成为ｘ，加热到ｔ４时，体系点为对具有最低恒沸点类型的液态混合物，如图４所示，若溶液的组成在恒沸组成Ｃ点的左侧，精馏Ｏ，此时气液两相的组成分别为ｙ４和ｘ４．如果把组成