化工原理第一节-精馏1.概述、相平衡(课堂PPT).ppt
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1、第第6 6章章蒸蒸 馏馏 Distillation21 蒸馏概述蒸馏概述 2223一一.目的与依据:目的与依据:1.目的目的:分离均相(互溶)液体混合物分离均相(互溶)液体混合物(酒精、油品)酒精、油品)。工业上。工业上90-95%的分离过程(产品提纯)的分离过程(产品提纯)由精馏完成。由精馏完成。通过液相混合物通过液相混合物部分部分气化气化所生成的气相组所生成的气相组成与液相组成有差别,成与液相组成有差别,即:即:2.依据依据:各组分各组分挥发性挥发性的差异的差异易挥发组分:易挥发组分:轻组分轻组分难挥发组分:难挥发组分:重组分重组分24概念概念:二二.分类:分类:分类依据分类依据 分类情况
2、分类情况 组分数组分数 双组分蒸馏双组分蒸馏与多组分蒸馏与多组分蒸馏 操作方式操作方式 间歇蒸馏与间歇蒸馏与连续蒸馏连续蒸馏 分离方式分离方式简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏操作压强操作压强 常压蒸馏常压蒸馏、加压和减压蒸馏、加压和减压蒸馏 251.简单蒸馏简单蒸馏 Differential Distillation26加热加热冷凝冷凝温度越来越高温度越来越高易挥发组分越来越少易挥发组分越来越少2.平衡蒸馏(闪蒸)平衡蒸馏(闪蒸)Equilibrium(Flash)Distillation27经过节流阀以后的气液两相成平衡状态:故称之为平衡蒸馏经过节流阀以后的气液两相成平衡状态
3、:故称之为平衡蒸馏关键部件:节流阀关键部件:节流阀3.精馏精馏 Rectification28加热器加热器冷凝器冷凝器4.特殊精馏特殊精馏 恒沸精恒沸精馏馏 Azetropic-Distillation 萃取精萃取精馏馏 Extrative-Distillation分子蒸分子蒸馏馏催化精催化精馏馏反反应应精精馏馏29现代科技进展之一:分子水平上的分离现代科技进展之一:分子水平上的分离现代科技进展之二:加入催化剂之精馏现代科技进展之二:加入催化剂之精馏现代科技进展之三:反应与精馏之耦合现代科技进展之三:反应与精馏之耦合1.流程流程简单简单,无溶,无溶剂剂加入,可直接加入,可直接获获得得产产品;品
4、;2.分离程度高,分离程度高,应应用广泛;用广泛;3.发发生相生相变变(须须造成两相),故能耗大。造成两相),故能耗大。三三.特特 点点精精馏馏塔塔设计设计容量范容量范围围比其它比其它过过程程设备设备大得多大得多单单塔直径:塔直径:0.310米,高度:米,高度:375米米210四四.蒸馏费用和操作压强蒸馏费用和操作压强1.操作费用:操作费用:汽化:汽化:需提供需提供热热量量 冷凝:冷凝:需提供冷量需提供冷量 操作操作费费用用为为加加热费热费、冷却、冷却费费、料液、料液输输送送费费用用之和。之和。2.操作压强操作压强P的选择:的选择:经济核算确定经济核算确定(1)加压蒸馏:加压蒸馏:P,T c(
5、冷凝点)(冷凝点),免用昂,免用昂贵贵冷冷冻剂冻剂,但,但T h;(主要考虑的是易挥发产品端的降耗)(主要考虑的是易挥发产品端的降耗)(2)减压蒸馏:减压蒸馏:P,T h(沸点)(沸点),免用高温,免用高温载热载热体,但体,但T c。(主要考虑的是难挥发端的节能)(主要考虑的是难挥发端的节能)211 第第1 1节节 双组分溶液双组分溶液 汽液相平衡汽液相平衡212一一.理想物系汽液相平衡(两组分)理想物系汽液相平衡(两组分)1.相律:求气液平衡时物系的自由度相律:求气液平衡时物系的自由度 F N(组分)(组分)(相数)(相数)2 2222参数:参数:P、t、y A、x A,物系中只有,物系中只
6、有2个自由度;如果再固定个自由度;如果再固定P一定一定 F=1,x(y)t 或或 y x 一一对应一一对应讨论气液平衡的工程目的:讨论气液平衡的工程目的:即找出一定压力下的即找出一定压力下的 ty(x)和和 yx 关系关系2132.理想物系(虽实际不存在,但处理简单)理想物系(虽实际不存在,但处理简单)理想溶液理想溶液,服从拉乌尔定律,服从拉乌尔定律 两个含义两个含义 理想气体理想气体,服从道尔顿分压定律,服从道尔顿分压定律 或理想气体定律或理想气体定律 则:则:P=p o A x A+p o B x B严格地讲,理想溶液不存在。严格地讲,理想溶液不存在。物性和结构、分子物性和结构、分子大小基
7、本相似的大小基本相似的物系物系近似看成理想近似看成理想的。(甲醇的。(甲醇/乙乙醇、苯醇、苯/甲苯等)甲苯等)2143.双组分物系汽液平衡方程双组分物系汽液平衡方程(1 1)用饱和蒸汽压法表示的气液平衡:)用饱和蒸汽压法表示的气液平衡:泡点方程(泡点方程(x xt t关系关系泡点针对的是液体的蒸发泡点针对的是液体的蒸发)215组分的饱和蒸汽压实际上是温度的函数组分的饱和蒸汽压实际上是温度的函数Antoine 方程方程(附录附录10-P.335)(2)用相平衡常数用相平衡常数K表示的气液平衡表示的气液平衡(类似(类似吸收章节):吸收章节):露点方程(露点方程(y yt t关系关系露点针对的是气体
8、冷凝露点针对的是气体冷凝):):216t,p,x,y的相关计算的相关计算 P238 表格(表格(例子例子6-1;6-2):):挥发度挥发度(3)用相对挥发度表示相平衡关系)用相对挥发度表示相平衡关系(重点):(重点):以各组分的(气相)平衡分压与其液相摩尔分率以各组分的(气相)平衡分压与其液相摩尔分率比值表示,即比值表示,即理想溶液,应用理想溶液,应用拉乌尔定律:拉乌尔定律:表明理想溶液中表明理想溶液中各组分的挥发性不因混合而发生各组分的挥发性不因混合而发生变化变化。poA是温度的函数是温度的函数,随随T而变化,使用而变化,使用起来并不方便。起来并不方便。217 相对挥发度相对挥发度 Rela
9、tive Volatility定义定义 理想液理想液:=p A/p B则:则:对双组分物系:对双组分物系:l相平衡方程相平衡方程218约定:约定:x,y 都以轻组分的摩尔分率来表示都以轻组分的摩尔分率来表示 讨论讨论a.对对理想溶液理想溶液 l但在但在x=0 1的范围内变化不大的范围内变化不大 l在操作的浓度(温度在操作的浓度(温度)范围内,范围内,m取平均值取平均值 作为常数作为常数 -算术算术 -几何几何l要求:要求:l 1(塔顶)和塔顶)和 2(塔底)相差塔底)相差 1时时*只有只有 1时,才可用普通蒸馏方式分离时,才可用普通蒸馏方式分离l 大小是大小是混合液分离难易程度的标志混合液分离
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