化工原理蒸馏PPT

幻灯片1目录§6.1概述§6.2二元物系的汽液相平衡§6.3蒸馏方式与精馏原理1、简单蒸馏2、平衡蒸馏3、平衡级和精馏原理AB溶液（A+B）加热部分汽化易挥发组分难挥发组分§6.1概述获得高纯度产品；获得粗馏分。例如：在酿酒业中饮料酒；利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。一、什么是蒸馏？二、蒸馏在工业生产中的应用根据被蒸馏的混合物的组分数，可分为：多元蒸馏二元蒸馏根据操作过程是否连续，可分为：间歇蒸馏连续蒸馏根据操作压力，可分为减压蒸馏加压蒸馏常压蒸馏根据操作方式，可分为：精馏平衡蒸馏简单蒸馏蒸馏的分类§6.1概述三、基本概念1、易挥发组分（轻组分）：在一定的外界压力下，混合物中沸点低的组分容易挥发2、难挥发组分（重组分）：混合物中沸点高的组分3、饱和蒸气压：在密闭容器内，在一定温度下，纯组分液体的汽液两相达到平衡状态，称为饱和状态，其蒸气称为饱和蒸气，其压力就是饱和蒸气压。在一定温度下，混合液中饱和蒸气压高的组分容易挥发，低的组分难挥发。纯组分的饱和蒸气压仅与温度t有关，可采用实测数据或用安托因（Antoine）方程进行推算：CtBAp0ln液体的饱和蒸气压是表示液体挥发能力的一种属性。液体的挥发能力越大，其蒸气压就越大。00BApp对于纯液体，可以用蒸汽压p0大小表示其挥发度对于混合液中的某一组分i，挥发度i定义为:AAAxpvBBBxpv显然对理想溶液，根据拉乌尔定律有：0AAp，0BBpBAvvBBAAxpxpBBAAxyxy什么是挥发度？相对挥发度什么是相对挥发度？显然对理想溶液，有：xxy)1(1液体混合物的蒸气压1、对于二组分混合液，由于B组分的存在，使得A组分在汽相中的蒸气分压比其在纯态下的饱和蒸气压要小。AAAxpp0------拉乌尔（Raoult）定律2、理想溶液：在全部浓度范围内符合拉乌尔定律的溶液四、理想溶液汽液相平衡蒸馏一般在恒压下操作，恒压下不同组成混合液加热汽化达到汽液两相平衡时的平衡温度与液相组成及汽相组成之间的关系。t,P,yABt,x溶液（A+B）加热§6.2双组分溶液的气液相平衡二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有：温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。22222Cf10P一定Bt-ytt-xA0x或y1泡点线露点线两相区液相区汽相区杠杆原理：力力臂=常数1L2L即：液相量L1=汽相量L2量浓度差露点线一定在泡点线上方。§6.2二元物系的汽液相平衡pAApA0xAAtyx理想物系的y-x相图1）对于理想溶液，曾得到这样一条规则：“相对较易挥发物质，在平衡蒸气相中的浓度要大于其在溶液相中的浓度。”2）数学表示式为：若PA0PB0，则yAxA3）上述规则对非理想溶液来说，一般也是适用的。补充：经验规则（1881年，阿诺华洛夫）由于较易挥发的物质其沸点较低，因此蒸气压—组成图中，蒸气压较高的物质A有较低的沸点；而具有较低沸点的组分在平衡气相中的浓度要大于其在溶液中的浓度。所以气相线在液相线的右上方（如图）P一定Bt-ytt-xA0x或y1ApA0At加热BpApA0PpB00xA（xB）1BBBAAAxppxpp00纯组分A纯组分B6.2.1双组分理想物系的气液相平衡1.利用饱和蒸气压计算气液平衡关系下标A表示易挥发组分（轻组分）；下标B表示难挥发组分（重组分）在一定的压力下在一定的温度下xftygtxfpAxgpBBBBAAAxppxpp00理想物系?理想物系拉乌尔定律理想物系的t-x（y）相平衡关系：0Ap、0Bp仅与温度t有关，可采用实测数据或用安托因（Antoine）方程进行推算：CtBAp0ln对理想物系，汽相满足：BAppP)1(00xpxpBA000BABpppPxPxpPpyAA0000BABpppPPpA01.利用饱和蒸气压计算气液平衡关系对于混合液中的某一组分i，挥发度i定义为:AAAxpvBBBxpv显然对理想溶液，根据拉乌尔定律有：0AAp，0BBpBAvvBBAAxpxpBBAAxyxy相对挥发度xxy)1(12用相对挥发度表示的气液平衡关系在一定温度范围内，α近似为常数；对理想物系，相对挥发度与温度关系不大，可近似认为与温度无关。α的大小反映了混合液分离的难易程度。2用相对挥发度表示的气液平衡关系xxy)1(1…….双组分理想溶液的气液相平衡方程表1苯－甲苯物系的相对挥发度随温度的变化关系t,0C80.184889296100104108110.60ApmmHg7608569631081121013501502166817830BpmmHg292334381434492556627705760α2.602.562.532.492.462.432.402.372.35xxy)1(1yx思考：若=1，则情形如何？xy，不能用普通蒸馏方法分离提纯。yx理想物系的y-x相图xxy)1(1xyyxy因为yx说明：（1）相平衡曲线必落在对角线的上方；2）气液平衡相图（y-x图）yx理想物系的y-x相图xxy)1(1xyyxy说明：（2）越远离1，也就愈有利于蒸馏操作----------越大，相平衡曲线偏离对角线愈远，表示达到气液相平衡时气、液两相组成的差异愈大，与拉乌尔定律有偏差的溶液称为~。此时，BABBAAfffBBBAAAxppxpp001．正偏差溶液pA0PpB00xA（xB）1AAAxpp0，BBBxpp0如甲醇－水、乙醇－水、苯－乙醇等。负偏差溶液正偏差溶液非理想溶液的气液相平衡6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡有最低恒沸物t-xt-y极大正偏差溶液：6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡AAAxpp0，BBBxpp0如硝酸－水、氯仿－丙酮等物系pA0PpB00xA（xB）12．负偏差溶液t-yt-x极大负偏差溶液：有最高恒沸物t-y6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡表3101.3kPa下乙醇－水物系的相对挥发度随组成的变化关系x0.020.100.200.350.500.650.750.894y0.1750.430.5250.5950.6570.7250.7850.894α10.46.794.422.731.921.421.201.00非理想物系的相平衡关系方程仍可用式xxy)1(1但通常不再是一个常数。6.2.2双组分非理想物系的气液相平衡精馏平衡蒸馏简单蒸馏1）．流程及特点特点：①间隙、不稳定；②分离程度不高yxWD,xDW1,x1加热x2W2tBAx2x1x或y6.3蒸馏方式1、简单蒸馏Dx特点：①连续、稳定，②分离程度不高。精馏平衡蒸馏简单蒸馏2、平衡蒸馏又称闪蒸1）．流程及特点3、平衡级和精馏原理使不平衡的气液两相（气相温度高、液相温度低）经过足够长时间充分接触，离开时，气液两相达到了平衡，这个过程称为平衡级。1）平衡级定义又称接触级接触级x0t0L饱和液相饱和气相y0T0VT0t0yVtxLtBT0t0Axy0x0ytt-yt-xBA0yy0xxx0t0ytLt,xy0T0V进料釜液馏出液精馏段提馏段冷凝器再沸器理论板(平衡级)回流加料板精馏是利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流、经过多次平衡级过程，使物系实现高纯度分离的操作。2）．精馏原理及设备平衡级平衡级平衡级说明1）在精馏过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。2）工业上的精馏过程是在精馏塔内将液相的多次部分汽化和气相的多次部分冷凝过程有机结合而进行的。3）气、液相回流是精馏的重要特点。冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。4）由于在塔的进料板以下（包括进料板）的塔段中，上升气相从下降液相中提出了易挥发组分，故称提馏段（strippingsection)；由于塔的上半段上升气相中难挥发组分被除去，易挥发（轻）组分得到了精制，故称精馏段。幻灯片2目录§6.4双组分连续精馏的分析与计算6.4.1全塔物料衡算6.4.2理论板的概念和恒摩尔流假定6.4.1操作线方程6.4.4进料热状况的影响及q线方程D,xDW,xWF,xF§6.4二元连续精馏塔的计算计算项目：塔顶（或塔底）产量和浓度塔内物流量回流量塔板数或填料层高度进料位置塔径LVLVD,xDW,xWF,xFWDFWxDxFxWDF6.4.1全塔物料衡算F－原料流量，kmol/hD－塔顶产品（馏出液）流量，kmol/hW－塔底产品（釜液）流量，kmol/hxF–原料中易挥发组分的摩尔分数xD–馏出液中易挥发组分的摩尔分数xW–釜液中易挥发组分的摩尔分数采出率WDFDWDWFxxxxFDFWxxxxFD1釜液的采出率馏出液的采出率塔顶易挥发组分回收率：%100FDDFxDx塔底难挥发组分的回收率：)1()1(FWWxFxW6.4.1全塔物料衡算参见：例题6-31.理论板的概念理论板指离开该板的气相组成与离开该板的液相组成之间温度相等，且平衡的理想化塔板。6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定2.恒摩尔流假定（1）恒摩尔气流精馏段V1=V2=V3=V=常数提馏段V1′=V2′=V3′=V′=常数（2）恒摩尔液流精馏段L1=L2=L3=L=常数提馏段L1′=L2′=L3′=L′=常数6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定下标1,2,…表示塔板的序号。恒摩尔流假定理论板假定两个简化假定计算前提：6.4.2理论板的概念及恒摩尔流假定饱和液相x0t0ytLV饱和汽相t,xy0T0LVBAABANBN------若组分A、B的汽化潜热接近，则NA=NBVL6.4.3进料热状况的影响及q线方程露露露泡泡泡过热蒸汽：饱和蒸汽：饱和液、汽混合物：饱和液体：过冷液体：五种进料热状况tttttttttttFFFFFP一定Bt-ytt-xA01(a)过冷液体(b)饱和液体(c)汽液混合物(d)饱和蒸汽(e)过热蒸汽VLLVF}VLLVF{VLLVF{VLLVF{}VLLVF}VV，LLV=V，LLVV，LLVV，L=LVV，LL6.4.3进料热状况的影响及q线方程V,HVL,HLL,HLV,HVF,HFLVFVHHHHFLL进料的千摩尔汽化潜热量态变为饱和蒸汽所需热每千摩尔进料从进料状-----进料热状况参数qFqVVqFLL)1(LLFVV1.进料热状态参数(a)过冷液体(b)饱和液体(c)汽液混合物(d)饱和蒸汽(e)过热蒸汽VLLVF}VLLVF{VLLVF{VLLVF{}VLLVF}001011qttqttqtttqttqttFFFFF，过热蒸汽：，饱和蒸汽：，饱和液、汽混合物：，饱和液体：，过冷液体：五种进料热状况露露露泡泡泡FqVVqFLL)1(''VV，LLV=V，LLVV，LLVV，L=LVV，LLLVFVHHHHFLLq'对气液混合物进料：q表示了进料中液体量占总进料的分率，称为液体分率。FLLq------操作线方程：表达由任意板下降液相组成xn与其下一层塔板上升的气相组成yn+1之间关系的方程。在连续精馏塔中，因原料液不断从塔的中部加入，使得精馏段和提馏段具有不同的操作关系。6.4.4操作线方程全凝器，泡点回流D,xDW,xWF,xFV,yn+1L,xnV,y1DnnDxLxVyDLV1DnnxVDxVLy1令DLR-------回流比