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1、1,第一章 精 餾,本章主要內容 1.蒸餾的基本原理 2. 常用的蒸餾方法，運用相關的基本理論和方法描述蒸餾過程。 3.結合二元連續(xù)精餾過程，關聯(lián)精餾主要設計變量或操作條件與分離過程關系。 4. 選擇適宜設計變量或操作參數，進行精餾塔設計和實際精餾過程的分析診斷。,2,概 述,一、精餾的應用,精餾廣泛應用于石油、化工、輕工等工業(yè)生產中，是液體混合物分離中首選分離方法。 在工業(yè)中，廣泛應用蒸餾方法分離液體混合物，從石油工業(yè)、酒精工業(yè)直至焦油分離，基本有機合成，空氣分離等等，常常采用蒸餾分離方法，特別是大規(guī)模的生產中蒸餾的應用更為廣泛。 蒸餾是分離液體混合物的一種方法，是傳質過程中最重要的單元操作
2、之一。,3,液體均具有一定的揮發(fā)性。 蒸餾原理是利用混合液中各組分在熱能驅動下，具有不同的揮發(fā)能力，使得各組分在氣液兩相中的組成之比發(fā)生改變，即易揮發(fā)組分（輕組分）在氣相中增濃，難揮發(fā)組分（重組分）在液相中得到濃縮。其過程如圖所示。,二、蒸餾原理,4,例如，加熱苯（沸點80.2）和甲苯（沸點110.4）的混合物時，由于苯的沸點較甲苯為低,即苯揮發(fā)度較甲苯高，故苯較甲苯易從液相中汽化出來。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到苯組成高于原料的產品，依此進行多次汽化及冷凝過程，即可將苯和甲苯分離。最終可以在汽相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分。這叫精餾（rectification）
3、。,5,三、蒸餾過程的分類,蒸餾過程分類有多種方式，可按蒸餾方式、連續(xù)性、以及組分數多少等進行分類。,按操作方式：簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等。,操作壓力： 常壓蒸餾 真空蒸餾：沸點較高，熱敏性物系 加壓蒸餾：沸點較低，常壓為氣態(tài)混合物,6,應用熱力學基本理論表達體系的熱力學性質的相互關系、相平衡關系。 對過程進行物料和熱量衡算，關聯(lián)流入與流出的物流及能流之間關系及塔內級間物流、能流的關系，進而確定給定條件下完成分離要求所需的理論板數，塔內物流流量、組成的分布。 通過嚴格的模擬計算還可獲得溫度、物流性質等分布，為精餾塔設計提供工藝條件及數據。,四、研究基本方法,7,第一節(jié) 氣液相平衡,
4、a. 氣液相平衡,圖 1.1.1 氣、液平衡,1.1.1 基本概念,平衡時氣液兩相的組成之間的關系取決于體系的熱力學性質，稱為相平衡關系，是蒸餾過程的熱力學基礎和基本依據。,8,達到相平衡時，溶液上方蒸汽的壓力溫度 pi0為 i組分飽和蒸汽壓由安妥因(Antion)公式求得：,,C. 體系的分類 氣液平衡的分類，既和混合物所受的壓力有關，又和構成此混合物的組分的化學結構相聯(lián)系。,b. 飽和蒸汽壓,9,,10,,（2）液相是理想溶液，氣相也是理想溶液。,(1) 氣相是理想氣體混合物，液相是理想溶液。 只有在低壓下和兩種組分的分子結構十分相近的溶液才比較接近于這樣的體系。例如苯和甲苯，以及2個大氣
5、壓（絕壓）下的輕烴混合物。,11,（3）氣相是理想氣體或接近于理想氣體的混合物，而液相是非理想溶液。 在低壓下的大部分體系都屬于這一類，例如醇，醛，酮和水的體系等。,,（4）兩相都是非理想溶液。 在高壓下的輕烴類，以及其他的化學結構不相同的物質所組成的體系，特別氣相發(fā)生締合等現(xiàn)象的體系，均屬于這一類型。,12,（1）氣液相平衡共存時的自由度,1.1.2 二元組分理想體系氣液相平衡關系,自由度2個，在t，p，y，x4個變量中，任意確定其中兩個變量，物系的狀態(tài)即確定。 一般精餾在恒壓下操作，因此指定t，則氣液相組成y，x均為t的函數。,FN22222,13,(2)二元混合物相平衡關系,,泡點方程,
6、露點方程,1.1.2 二元組分理想體系氣液相平衡關系,道爾頓（Dalton）分壓定律 拉烏爾(Raoult)定律,14,,例1.1.1 已知苯（A）和甲苯（B）的飽和蒸汽壓可按Antoine公式計算： 試求總壓力為 101.3 kPa下，苯一甲苯溶液在100時的汽、液相平衡組成。該溶液為理想溶液。,15,,例1.1.1 解：將t100373 K代入上述安妥因方程，可分別求得PA0=1344 mmHg179.2kPa；PB0554 mmHg73.86 kPa 又P101.3k Pa，得兩相組成x，y（摩爾分數）,16,,例1.1.2 已知雙組分混合液中，苯（A）占 80，甲苯占 20（摩爾百分
7、率）。試求常壓下與該液相相平衡的汽相組成及溫度。苯、甲苯的飽和蒸汽壓可按Antoine公式計算。,17,例1.1.2解：由已知x0.8，P101.3kPa，汽相平衡組成可利用下式計算： 飽和蒸汽壓和溫度的關系已知，為求，需先確定溫度t。 因， 故 此式可作為試差計算中所設溫度是否正確的判據。 假設t85，由上述安妥因方程可求得 PA0116.9kPa，PB045.8kPa。 重設t84.5，重復上述計算，可得PA0 115.2kPa， PA0 45kPa,18,a: 冷液 b: 飽和液體，泡點 c: 汽液共存 d：飽和蒸汽，露點 e: 過熱蒸汽 上曲線：飽和蒸汽線，露點
8、線；（露點方程） 下曲線：飽和液體線，泡點線，泡點方程 t-x-y圖還與壓力有關。隨壓力提高，使泡點及露點溫度升高，兩相區(qū)縮小,一、t-x-y相圖,(3) 理想體系氣液相平衡關系圖,19,二、氣、液平衡曲線(x-y圖),將t-x-y圖平衡組成關系直接影射到直角坐標x-y中，如圖所示?；蛴蓌-y平衡數據直接標繪在x-y直接坐標系中 可將x-y平衡數據擬合成平衡關系經驗表達式y(tǒng)=f(x),,20,圖是苯甲苯混合液的YX圖，圖中對角線（Y=X）為參考線。 達到平衡時，汽相中易揮發(fā)組分濃度總是大于液相的，所其平衡線位于對角線的上方。（一般用易揮發(fā)組分的濃度表示體系的組成） 平衡線離對角線越遠，表示該溶
9、液越易分離。 蒸餾中使用XY圖較TYX圖 更為方便。,21,揮發(fā)度 v 表示某種純物質在一定溫度下蒸汽壓大小，衡量組分揮發(fā)能力的物理量。 在一定條件下純組分的揮發(fā)度：vi=pi0 在混合物中i組分的揮發(fā)度vi ： 相對揮發(fā)度 在混合物中各組分間揮發(fā)能力的差異定義為相對揮發(fā)度。,三、理想體系氣液相平衡關系,22,汽液平衡方程：,對二元理想體系：,的影響因素 理想體系的 僅與溫度有關，與組成無關,的物理意義： 值的大小可反映分離的難易程度，可分析某混合液可分離的難易程度 1, yx 可用普通蒸餾法分離 =1 y=x 不能用普通蒸餾法分離 <1 y
【化工原理 課件】第一章 精餾第一次課
