化工原理第一節(jié) 精餾1.概述、相平衡課件

第6章蒸餾

Distillation2024/1/161化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡

蒸餾概述

2024/1/162化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡2024/1/163化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡一.目的與依據(jù)：

1.目的:分離均相（互溶）液體混合物(酒精、油品）。工業(yè)上90-95%的分離過程（產(chǎn)品提純）

由精餾完成。通過液相混合物部分氣化所生成的氣相組成與液相組成有差別，即：2.依據(jù):各組分揮發(fā)性的差異易揮發(fā)組分：輕組分難揮發(fā)組分：重組分概念:2024/1/164化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡二.分類：分類依據(jù)分類情況組分數(shù)雙組分蒸餾與多組分蒸餾操作方式間歇蒸餾與連續(xù)蒸餾

分離方式簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾操作壓強常壓蒸餾、加壓和減壓蒸餾2024/1/165化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡1.簡單蒸餾DifferentialDistillation加熱冷凝溫度越來越高易揮發(fā)組分越來越少2024/1/166化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡2.平衡蒸餾（閃蒸）

Equilibrium(Flash)Distillation經(jīng)過節(jié)流閥以后的氣液兩相成平衡狀態(tài)：故稱之為平衡蒸餾關(guān)鍵部件：節(jié)流閥2024/1/167化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡3.精餾

Rectification加熱器冷凝器2024/1/168化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡4.特殊精餾

恒沸精餾Azetropic-Distillation

萃取精餾Extrative-Distillation分子蒸餾催化精餾反應精餾現(xiàn)代科技進展之一：分子水平上的分離現(xiàn)代科技進展之二：加入催化劑之精餾現(xiàn)代科技進展之三：反應與精餾之耦合2024/1/169化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡1.流程簡單，無溶劑加入，可直接獲得產(chǎn)品；2.分離程度高，應用廣泛；3.發(fā)生相變（須造成兩相），故能耗大。三.特點精餾塔設(shè)計容量范圍比其它過程設(shè)備大得多單塔直徑：0.3～10米，高度：3～75米2024/1/1610化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡四.蒸餾費用和操作壓強1.操作費用：汽化：需提供熱量冷凝：需提供冷量操作費用為加熱費、冷卻費、料液輸送費用之和。2.操作壓強P的選擇：經(jīng)濟核算確定(1)加壓蒸餾：P↑，Tc（冷凝點）↑，免用昂貴冷凍劑，但Th↑；（主要考慮的是易揮發(fā)產(chǎn)品端的降耗）(2)減壓蒸餾：P↓，Th（沸點）↓，免用高溫載熱體，但Tc↓。（主要考慮的是難揮發(fā)端的節(jié)能）2024/1/1611化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡

第1節(jié)雙組分溶液汽液相平衡2024/1/1612化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡一.理想物系汽液相平衡（兩組分）1.相律：求氣液平衡時物系的自由度F＝N（組分）－φ（相數(shù)）＋2＝2－2＋2＝2參數(shù)：P、t、yA、xA，物系中只有2個自由度；如果再固定P一定F=1，x（y）～t或y～x一一對應討論氣液平衡的工程目的：即找出一定壓力下的t～y（x）

和y～x

關(guān)系2024/1/1613化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡2.理想物系（雖實際不存在，但處理簡單）

理想溶液，服從拉烏爾定律

兩個含義

理想氣體，服從道爾頓分壓定律

或理想氣體定律

則：P=poAxA+poBxB嚴格地講，理想溶液不存在。物性和結(jié)構(gòu)、分子大小基本相似的物系近似看成理想的。（甲醇/乙醇、苯/甲苯等）2024/1/1614化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡3.雙組分物系汽液平衡方程（1）用飽和蒸汽壓法表示的氣液平衡：

①泡點方程（x～t關(guān)系—泡點針對的是液體的蒸發(fā)）組分的飽和蒸汽壓實際上是溫度的函數(shù)—Antoine方程(附錄10---P.335)2024/1/1615化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡（2）

用相平衡常數(shù)K表示的氣液平衡（類似吸收章節(jié)）：②露點方程（y～t關(guān)系—露點針對的是氣體冷凝）：t,p,x,y的相關(guān)計算P238表格（例子6-1；6-2）：化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡①揮發(fā)度（3）用相對揮發(fā)度表示相平衡關(guān)系（重點）：

以各組分的（氣相）平衡分壓與其液相摩爾分率比值表示，即理想溶液，應用拉烏爾定律：表明理想溶液中各組分的揮發(fā)性不因混合而發(fā)生變化。poA是溫度的函數(shù)，

隨T而變化，使用起來并不方便。2024/1/1617化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡②相對揮發(fā)度RelativeVolatility定義理想液:α=pA°/pB°則：

對雙組分物系：相平衡方程約定：x,y都以輕組分的摩爾分率來表示2024/1/1618化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡③④討論a.對理想溶液但在x=0~1的范圍內(nèi)變化不大

在操作的濃度（溫度)范圍內(nèi)，

m取平均值作為常數(shù)

--算術(shù)---幾何要求：

1（塔頂）和

2（塔底）相差<15%超過這個范圍，應將相平衡曲線分段P242（例子6-3）：2024/1/1619化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡表1、苯和甲苯混合物的相對揮發(fā)度苯沸點：80.1℃，甲苯沸點：110.63℃，

可看成常數(shù)。近似理想物系。溫度(℃)

80

90

100110

2.62

2.44

2.40

2.392024/1/1620化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡從相平衡方程看，

愈大y~x差距（比值）愈大，

>1時**只有

>1時，才可用普通蒸餾方式分離大小是混合液分離難易程度的標志氣液平衡時，氣相中的易揮發(fā)組分（比例）大于液相中的程度愈大，揮發(fā)性差異愈大則愈有利于分離b.相對揮發(fā)度

的物理意義2024/1/1621化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡（1）x（y）～t圖4.雙組分相圖（以圖表示的相平衡）兩線氣相線液相線三區(qū)：過熱蒸氣SuperheatVapour過冷液體OvercooledLiquid氣液共存區(qū)互為平衡的氣液兩相2024/1/1622化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡分析混合液體加熱過程在t~x~y相圖上表達泡點（沸點）：BoilingPoint泡點線：

BoilingCurve對應液體的每一個組成，都有與之對應的泡點。所有這些泡點形成的藍色線叫泡點線2024/1/1623化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡混合蒸汽冷凝過程在t~x~y相圖上表達露點：Dewpoint露點線：Dewpointcurve

2024/1/1624化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡注意混合液體的泡點、露點隨組成而變，不是定值在兩個純組分沸點（露點）之間

泡點是混合液體的性質(zhì)露點是混合氣體的性質(zhì)2024/1/1625化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡（2）y～x圖

y–x曲線可由t–x–y相圖直接作出。注意：y~x線上各點的溫度是不同的輔助線對角線y=x供查圖時使用y~x相平衡線位于對角線的上方,為什么（相對揮發(fā)度？2024/1/1626化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡(3)總壓力對t~xA（yA）圖及x~y圖的影響壓力增加，平衡線靠近對角線，分離難度大壓力減小，平衡線遠離對角線，分離比較容易P1<P2化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡二.非理想物系的汽液相平衡：1.非理想物系：如：液相為非理想溶液，氣相為理想氣體;液相和氣相都是非理想的（復雜）aAB（吸引力）<<aAA（吸引力）或aBB

（吸引力）PA>pAoxApA、pB比拉烏爾定律預計的要高

溶液的非理想性原因:不同分子間的吸引力aAB與相同分子間的吸引力aAA或aBB有很大偏差（1）正偏差溶液:（實際的相平衡線總是位于理想線上方）2024/1/1628化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡回憶：理想物系（pA~xA;pB~xB/xA呈線性關(guān)系）

理想溶液，服從拉烏爾定律

兩個含義

理想氣體，服從道爾頓分壓定律

poAxA

或poAxA理想氣體定律

則：P=poAxA+poBxB嚴格地講，理想溶液不存在。物性和結(jié)構(gòu)、分子大小基本相似的物系近似看成理想的。（甲醇/乙醇、苯/甲苯等）2024/1/1629化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡非理想物系：在t-x-y圖上具有最低沸點M點為恒沸點（y=x,氣相線與液相線相交）恒沸物azeotrope，恒沸組成（對應于恒沸點）2024/1/1630化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡非理想物系：在y-x圖上平衡線與對角線相交此處氣液兩相組成

相等，y=x，

=1不能采用一般的蒸

餾方法加以分離（工業(yè)酒精85%）可采用特殊蒸餾法2024/1/1631化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡

pA～x較低，t～x較高（2）負偏差溶液最高恒沸點（實際的相平衡線總是位于理想線下方）2024/1/1632化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡2024/1/1633化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡注意不是所有的非理想溶液都有恒沸點只有與理想溶液偏差很大的溶液才有恒沸點當總壓改變時，相圖變化，恒沸組成也會變化非理想溶液的

值隨濃度變化非常大2024/1/1634化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡2.非理想溶相平衡關(guān)系

液相為非理想溶液，氣相仍為理想氣體時，拉烏爾定律應修正：pA=pA°xAγA，pB=pB°xBγB，

--相平衡關(guān)系2024/1/1635化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡第2節(jié)平衡蒸餾與簡單蒸餾2024/1/1636化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡一.平衡蒸餾1.蒸餾過程2024/1/1637化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡2.特點：連續(xù)定態(tài)操作，適于粗分。節(jié)流閥的作用：過熱液體高于沸點的顯熱隨即變?yōu)闈摕帷共糠忠后w氣化過程：閃蒸分離器：閃蒸塔2024/1/1638化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡例：管式蒸餾釜pipestill

……石油工業(yè)2024/1/1639化工原理第一節(jié)精餾1.概述、相平衡3.數(shù)學描述

流量（kmol/s）組成（摩爾分率）加料液