5-蒸馏-08药学(8学时)

1世间自有公道付出总有回报说到不如做到要做就做最好与同学们共勉2第5章蒸馏31.分离过程在化工过程中的应用3.传质单元操作的主要类型2.相际传质过程与分离4.传质分离方法的分类传质与分离过程概述预备知识4示例：糠醇和糠酸的制备、己二酸的合成等示例：炼油过程原料反应产物目的产物副产物分离过程反应过程原料目的产物副产物分离过程一、分离过程在化工过程中的应用5非均相物系分离均相物系分离可通过机械方法分离，易实现分离。不能通过简单的机械方法分离，需通过某种物理（或化学）过程实现分离，难实现分离。二、相际传质过程与分离分离过程（沉降、过滤）6均相物系某种过程两相物系根据不同组分在各相中物性的差异，使某组分由一相向另一相转移：相际传质过程实现均相物系的分离相际传质过程均相物系分离均相物系的分离方法7空气+氨水空气氨水吸收塔示例：空气和氨分离乙醇和水分离乙醇水溶液乙醇气乙醇精馏塔水8分离物系：形成两相体系的方法：传质原理：示例：液体混合物多次部分汽化和冷凝各组分的挥发度（沸点）不同苯与甲苯的分离（液相＋气相）1.蒸馏三、传质单元操作的主要类型9分离物系：形成两相体系的方法：传质原理：示例：气体混合物引入一液相（吸收剂）各组分在吸收剂中溶解度不同水吸收空气中的氨气（液相＋气相）2.吸收3.萃取分离物系：形成两相体系的方法：传质原理：示例：液体混合物引入另一液相（萃取剂）各组分在萃取剂中溶解度不同用三氯乙烷萃取分离丙酮水溶液（液相E＋液相R）3.萃取10分离物系：形成两相体系的方法：示例：传质原理：液体混合物溶液冷却过饱和产生晶体各组分的凝固点不同对苯甲酚、邻苯甲酚、间苯甲酚分离（液相＋固相）4.结晶5.干燥分离物系：形成两相体系的方法：传质原理：示例：固体中的湿分引入一气相（干燥介质）气、固相中所含湿分不同湿尿素干燥成尿素产品（固相＋气相）5.干燥11速率分离过程(单相)平衡分离过程(相际传质)分离过程气液传质过程液液传质过程气固传质过程液固传质过程膜分离场分离吸收蒸馏萃取干燥结晶四、传质分离方法的分类(压力差、电位差等)（电场、磁场等）12各种分离技术的发展现状技术成熟度工业应用度精馏吸收结晶特殊精馏溶剂萃取吸附分离色谱分离亲和分离液膜超临界萃取膜分离离子交换精馏是目前工业上应用最广、技术最成熟、最典型的传质单元操作13本章主要内容5.1概述5.2两组分溶液的气液平衡5.3平衡蒸馏和简单蒸馏（了解）5.4精馏原理和流程5.5两组分连续精馏的计算5.6恒沸精馏和萃取精馏（了解）5.7多组分精馏（自学）141.两组分理想物系的气液平衡关系。2.精馏过程的原理。。3.两组分连续精馏的计算：1)理论板与恒摩尔流的概念；2)物料衡算与操作线方程；3)进料热状况的影响；4)回流比的影响及选择；5)简捷法求理论板层数。7)塔板效率。6)理论板层数的计算；本章重点掌握的内容155.1概述（p87）5.1.1蒸馏的原理与应用5.1.2蒸馏的特点与分类16板式蒸馏塔动画17分离物系：形成两相体系的方法：传质原理：示例：液体混合物部分汽化和部分冷凝各组分挥发度不同丙酮与水的分离乙醇与水的分离乙醚与糠醇的分离（液相＋气相）蒸馏一、蒸馏过程的原理5.1.1蒸馏的原理与应用18——利用混合液中各组分挥发度不同，从而实现各组分的分离。蒸馏目的——分离液体混合物(获得高纯度组分)。苯、甲苯混合溶液加热部分汽化苯(xA)、甲苯(xB)混合液(其中甲苯含量高于原料液)苯(yA)、甲苯(yB)混合气(其中苯含量高于原料液)AAAABByxyxyx或蒸馏依据蒸馏原理简介A——易挥发（低沸点，轻）组分(苯)；B——难挥发（高沸点，重）组分(甲苯)。规定∴蒸馏过程极限——气液两相达到平衡状态。气相液相19连续精馏流程简介连续精馏系统：精馏塔：原料从塔中部进料塔顶：冷凝器塔底：蒸馏釜（再沸器）塔顶产品（馏出液）：易挥发组分含量很高；塔底产品（釜残液）：难挥发组分含量很高，也称残液。201.液体混合物分离混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等。2.气体混合物分离空气液化蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。3.固体混合物分离固体脂肪酸加热融化后用蒸馏方法分离。加压液化加热熔化二、蒸馏过程的应用按照物质三态分为：21按照蒸馏在工业上主要应用分为1石油炼制工业(原油汽油、煤油、柴油等）；2石油化工工业（有机合成产品的提纯与精制）；3食品饮料及医药生产（药物及其原料的提纯）；4原料制备：空气的分离（氧气、氮气的制备）；5环保：溶剂的回收和废液排放前的达标处理等。22二、蒸馏过程的应用炼油生产装置23乙烯生产装置24二、蒸馏过程的应用己内酰胺生产装置25丙烯腈生产装置26第1章蒸馏5.1.2蒸馏的特点与分类一、蒸馏分离的特点①通过蒸馏分离，可以直接获得所需要的产品。③蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离。④蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题。蒸馏分离具有以下特点：②适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物。271.按混合液中组分多少两组分（基础）多组分（实际应用较多）2.按操作方法连续蒸馏间歇蒸馏3.按蒸馏方法简单蒸馏(微分蒸馏)、平衡蒸馏精馏特殊精馏（恒沸精馏、萃取精馏）4.按操作压力常压减压加压两组分连续蒸馏精馏常压二、蒸馏过程的分类本章重点讨论常压下两组分理想物系的连续精馏分别用于常压下沸点不同的液体（）285.2两组分溶液的气液平衡（p88）5.2.1两组分理想物系的气液平衡5.2.2两组分非理想物系的气液平衡(自学)295.2.1两组分理想物系的气液平衡一、相律研究相平衡的基本规律。相律表示平衡体系中自由度数F、独立组分数C和相数Φ的关系：2FCΦ两组分物系的气液平衡：222CΦF30即：两组分物系气、液相平衡的自由度为2。两组分气液物系的独立变量(4个）：气相组成y、液相组成x、温度t、压力p。可见：规定其中的两个，则系统平衡状态即定。一般蒸馏压力恒定，故仅有一个自由度。结论：在一定压力p（通常为常压）下平衡时，两组分物系的气相组成y、液相组成x和温度t这3个变量中，只要一个固定，则另外两个就有对应的定值。31*AAAppx**BBBBA(1)ppxpx当理想溶液气液两相呈平衡时，溶液上方组分的分压与溶液中该组分的摩尔分数成正比。拉乌尔定律二、两组分理想物系气液平衡函数关系1.拉乌尔定律1.拉乌尔定律（以饱和蒸汽压表示的气液平衡方程）理想物系：液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律；气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律（总压＜104kPa）。32ABppp**AABA(1)ppxpx整理，得*BA**ABppxpp溶液上方的总压p等于各组分的分压之和气液平衡时液相组成与平衡温度间的关系**AB()()ppft安托尼方程泡点方程泡点方程*log()BpAttC：℃xA=f(t)33AApypAAApyxp设平衡的气相遵循道尔顿分压定律，即*AApKpAAAyKx令相平衡常数以相平衡常数表示的气液平衡方程则2.以平衡常数表示的气液平衡方程AAA/Kyx或34代入泡点方程，得**ABA**ABpppyppp将*AAApyxp气液平衡时气相组成与平衡温度间的关系露点方程露点方程yA=f(t)35AAApυxBBBpυx*AAυp*BBυp对于理想物系，有(1)挥发度3.以相对挥发度表示的气液平衡方程36AAABBB//υpxαυpx*A*Bpαp对于理想物系，有相对挥发度(2)相对挥发度≥1AAAAABBBBBpyxyxKpyxyxK总总或37由道尔顿分压定律，有AAABBBBA//pyxyxαpyxyxAABByxαyxAAAA11yxαyx(3)以相对挥发度表示的气液平衡方程38用相对挥发度表示的相平衡方程（p90）若=1，则y=x，此系统不能用普通精馏分离(恒沸溶液)若1，则y﹥x，可以用普通精馏分离；越大，分离越容易。1(1)xyx气液平衡方程)(yαyyx1注意：式中x、y分别表示易挥发组分液相、气相组成，简便起见，省略角标A（本章依此约定，下同）39对理想溶液**AAAAA**BBBBB//pxxppxxpWDm温度变，PA*、PB*变，但比值PA*/PB*变化不大，可取全塔平均值（一般取塔顶和塔底的几何平均数)可取全塔平均值（一般取塔顶和塔底的几何平均数)40气液相平衡动画41例5-1【例5–1】苯（A）与甲苯（B）的饱和蒸气压与温度的关系可用安托尼方程表达，即式中p*的单位为kPa，温度t的单位为℃。苯和甲苯可视作理想物系。现测得某精馏塔的塔顶压力p1=103.3kPa，塔顶的液相温度为t1=81.5℃，塔釜压力p2=109.3kPa，塔釜液相温度为t2=112℃，试分别求塔顶平衡时、塔釜平衡时的液相和气相组成。*A*B1206.35lg6.032220.241343.94lg6.078219.58ptpt42解:分析：本题既可用饱和蒸气压的平衡关系来计算，也可用相对挥发度的平衡关系来计算，关键是确定塔顶、塔釜温度下各组分的饱和蒸气压。(1)塔顶的液、气相组成塔顶温度下，苯和甲苯的饱和蒸气压用安托尼方程计算即*A*A1206.35lg6.0322.03481.5220.24108.1kPapp*B*B1343.94lg6.0781.61481.5219.5841.11kPapp1.61443再由相对挥发度计算气相组成。由于苯和甲苯可视作理想物系，于是*A1*B108.12.63041.11pap可见两种方法求得的y值基本相等。则*1BA**AB*AAA1103.341.110.9283108.141.11108.1y0.92830.9714103.3ppxpppxp2.6300.92830.97151(1)1(2.6301)0.9283axyax则44(2)塔釜的液气相组成(109.3kPa,112℃)和塔顶相同的方法求得各有关参数为pA*=251.8kPapB*=105.9kPa*A2*B251.82.378105.9pap2.3780.02330.05371(1)11.3780.0233axyax则比较可见：随温度升高，相对挥发度值变小，即则A*2BA**B*AAA2109.3105.90.0233251.8105.9251.8y0.02330.0537109.3ppxpppxp(α1=2.63)a2a1451.温度—组成图在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而变，将平衡温度与液（气）相的组成关系标绘成曲线图，该曲线图即为温度-组成图。t–x–y图三、两组分理想溶液的气液平衡相图（p92）46露点线(气相线）泡点线(液相线)液相区气相区气液平衡区（两相区）FxFtABbtCxyFtEDdt泡点露点苯－甲苯混合液的t–x–y图47①曲线t-x表示恒定压力下，饱和液体组成与泡点的关系，称为饱和液体线或泡点曲线。②曲线t–y表示恒定压力下，饱和蒸气的组成和露点的关系，称为饱和蒸气线或露点曲线。③在t-x线下方为过冷液相区。④在t-y线上方为过热气相区。⑤在两线之间为两相共存区，即气、液相平衡区。t–x–y图线说明：482.气—液相组成图气—液相组成图直观地表达了在一定压力下，处于平衡状态的气液两相组成的关系，在蒸馏计算中应用最为普遍。y–x图49yy2y1x1x2xtt1t2x1x2y1y2y–x图——压力恒定时直接由t–x(y)图得到：y–x图有两条线在精馏计算中多采用y–x图。露点线泡点线对角线平衡线t–x(y)图y–x图50D平衡线对角线平衡线与对角线之间的距离越大分离越容易x1与y1互成平衡1x1yxy苯－甲苯混合液的x–y图51输入:pxi；Antoine常数Tb初值pi*Kiyi,δ=yi-1310N输出：Tb,xi,yi结束YTb=Tb-fn/fn’计算步骤：四、气液平衡