化工原理少课时版第一节

蒸馏分离操作：利用液体混合物中各组分（component）挥发性（volatility）的差异，以热能为媒介使其部分汽化，从而在汽相富集轻组分，液相富集重组分，使液体混合物得以分离的方法。闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液塔底产品Q减压阀传质过程或分离操作：物质在相间的转移过程。蒸馏：将液体混合物部分气化，利用各组分的挥发度不同的性质以实现分离目的的操作。易挥发组分（轻组份）：沸点低的组分难挥发组分（重组份）：沸点高的组分蒸馏操作的用途：许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制品的切割，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处理等等。分离的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。蒸馏分类：操作流程蒸馏方式简单蒸馏平衡蒸馏（闪蒸）精馏特殊精馏间歇精馏连续精馏较易分离或分离要求不高较难分离很难分离常压加压混合物在常压下为气态减压沸点较高又是热敏性的混合物两（双）组分多组分工业生产中常见，原理及计算方法无本质区别。操作压强组分数目第一节双组分溶液的气液相平衡Vapor-liquidequilibriainbinarysystems理想溶液的汽液平衡——拉乌尔（Raoult）定律蒸馏分离的物系由加热至沸腾的液相和产生的蒸汽相构成。相平衡关系既是组分在两相中分配的依据，也为确定传质推动力所必需，是蒸馏过程分析和设计计算的重要基础。汽、液两相物系分为理想物系与非理想物系两大类。理想物系：液相为理想溶液、汽相为理想气体的物系。实验表明，理想溶液服从拉乌尔（Raoult）定律，理想气体服从理想气体定律或道尔顿分压定律。一、溶液蒸汽压与拉乌尔定律拉乌尔定律溶液理想溶液非理想溶液BBAAABaaa0oAAAAppxpx0(1)oBBBBppxpxoBoApp,可由Antoine方程计算或从手册中查：CtBAPlg(一)t-x-y图与y-x图二理想溶液气液相平衡对于双组分汽、液两相，当固定一个独立变量时，可用二维坐标中的曲线图来表示两相的平衡关系，称为相平衡图或简称相图。若用y、x分别表示双组分汽液相中易挥发组分的摩尔分数，则相图有压强一定的温度-组成图（T-x(y)图）、液相组成和汽相组成图（x-y图），以及温度一定的压强-组成图（p-x图）。(一)、温度—组成(yxt图)•两条线•三个区•三种点二理想溶液气液相平衡表示混合液的平衡温度和液相组成之间关系，t-x线。露点线表示混合液的平衡温度和气相组成之间的关系，t-y线，泡点线•两条线二理想溶液气液相平衡过热蒸汽区液相区•三个区二理想溶液气液相平衡●●●沸点（boilingpoint）●●泡点（bubblepoint）x越大，易挥发组分的含量越高，泡点温度越低。●●露点（dewpoint）y越大，易挥发组分含量越高，露点温度越低。t汽液两相处于平衡时，两相温度相同此时，气相组成大于液相组成；当气液两相组成相同时，气相露点温度总是高于液相的泡点温度。二理想溶液气液相平衡T-x(y)图代表的是在总压P一定的条件下，相平衡时汽（液）相组成与温度的关系（泡点线和露点线）。在总压一定的条件下，将组成为xf的溶液加热至该溶液的泡点TA，产生第一个气泡的组成为yA。继续加热升高温度，物系变为互成平衡的汽、液两相，两相温度相同组成分别为yA和xA。t/Cx(y)01.0露点线泡点线露点泡点xAyAxf气相区液相区两相区当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为yA=xf的气相，最后一滴液相的组成为xA。•t-x-y图与蒸馏原理01.070120x(y)气相气—液液相t-y饱和蒸气线t-x饱和液体线温度t,°C苯－甲苯混合溶液的图由图可看出：温度相同时，y≥x，组成相同时，露点温度高于泡点温度。注意：P对t-x(y)图影响较大。（二）理想溶液的t-y-x图溶液沸腾时，溶液上方的总压应等于各组分的分压之和，即ABAABAxpxpppP100根据拉乌尔定律，两组分物系理想溶液上方的平衡蒸汽压为AAAxppBBBxpp式中：pA、pB—液相上方A、B两组分的蒸汽压，Pa；xA、xB—液相中A、B两组分的摩尔分数；poA、poB—在溶液温度t下纯组分A、B的饱和蒸汽压，为温度的函数，Pa。泡点方程（bubble-pointequation）000BABApppPxA、B、C为安托因常数，可由相关的手册查到。因poA、poB取决于溶液沸腾时的（泡点）温度，所以上式实际表达的是一定总压下液相组成与溶液泡点温度关系。已知溶液的泡点可由上式计算液相组成；反之，已知组成也可由上式算出溶液的泡点，但一般需试差。式中纯组分A、B的饱和蒸汽压与温度的关系，通常用安托因（Antoine）方程表示：000BABApppPxCtBAPlg当汽相为理想气体时PxpPpyAAAA00000BABAApppPPpy上式为一定总压下汽相组成与温度的关系式。对一定组成的汽相而言该温度又称为露点(dew-point)，故上式又称为露点方程。严格地说没有完全理想的物系。对性质相近、分子结构相似的组分所组成的溶液，如苯-甲苯，甲醇-乙醇，烃内同系物等，可视为理想溶液；若汽相压力不高，可视为理想气体，则物系可视为理想物系。对非理想物系不能简单地使用上述定律。汽液相平衡数据可以通过分子模拟计算，但更多地依靠实验测定。000BABApppPx（三）相对挥发度与理想溶液的y-x关系式溶液中各组分的挥发性由挥发度来量衡，其定义为组分在汽相中的平衡蒸汽压与在液相中的摩尔分数的比值。A、B——溶液中A、B两组分的挥发度。对纯组分液体，其挥发度就等于该温度下液体的饱和蒸汽压。溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度，用表示BBBAAAxpxpBBAABAxpxpBABABABBAAKKxxyyxPyxPy低压气体是相平衡时两个组分在汽相中的摩尔分数比与液相中摩尔分数比的比值，由其大小可以判断该混合液能否用蒸馏方法加以分离以及分离的难易程度。对双组分物系道尔顿分压定律二理想溶液气液相平衡对理想溶液，组分的挥发度=po，所以00BABApp尽管组分的饱和蒸汽压随温度变化较大，但值随温度变化相对较小，因此在一定的温度范围内，对理想溶液常取的平均值用于相平衡的计算。非理想溶液的值随温度有显著变化。相对挥发度是双组分物系相平衡计算中最常采用的方法。二理想溶液气液相平衡对双组分物系有yB=1-yA，xB=1-xA，代入并略去下标A可得——相平衡方程xxy111，表示组分A较B易挥发；值越大，两个组分在两相中相对含量的差别越大，越容易用蒸馏方法将两组分分离；若=1，yA=xA，此时不能用普通蒸馏方法分离该混合物。BABAxxyy若已知两组分的相对挥发度，则可由上式确定平衡时汽液两相的组成。二理想溶液气液相平衡组成。即：气相组成高于液相若xyxaaxxaaxya11111离。相组成，体系愈容易分即：气相组成越高于液又yaxaxxaxxaxxaaxy1111111111法。则不能用普通的精馏方若xya1二理想溶液气液相平衡x-y图中曲线代表在总压一定下，液相组成和与之成平衡的汽相组成的关系。x-y图可通过T-x(y)图作出，图中对角线(y=x)为一参考线。对于大多数溶液，两相平衡时，y总是大于x，故平衡线位于对角线上方。平衡线偏离对角线越远，表示该溶液越易分离。恒沸点时，x-y线与对角线相交，该点处汽液相组成相等。精品课件！精品课件！x-y图•平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。