化工传质与分离-第三章(01)蒸馏

第三章蒸馏通过本章学习，应掌握两组分理想物系的汽液平衡关系、平衡蒸馏与简单蒸馏、精馏的原理与流程和两组分连续精馏的基本计算方法；了解间歇精馏与特殊精馏过程。学习目的与要求蒸馏分离物系：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冷凝各组分挥发度不同丙酮与水的分离（液相＋汽相）一、蒸馏过程的原理液体混合物分离二、蒸馏过程的应用混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等。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。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、蒸馏过程的应用炼油生产装置二、蒸馏过程的应用乙烯生产装置二、蒸馏过程的应用己内酰胺生产装置二、蒸馏过程的应用丙烯腈生产装置一、蒸馏分离的特点通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品。蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离。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适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物。按蒸馏操作方式分类蒸馏按蒸馏操作流程分类二、蒸馏过程的分类简单蒸馏平衡蒸馏精馏特殊精馏√蒸馏间歇蒸馏连续蒸馏√按物系中组分数目分类蒸馏两组分蒸馏多组分蒸馏√按操作压力分类蒸馏常压蒸馏加压蒸馏√减压蒸馏一、汽液平衡相图1.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（汽）相的组成关系标绘成曲线图，该曲线图即为温度一组成图。t-x–y图苯－甲苯混合液的t-x-y图汽相线液相线液相区汽相区两相区FxFtABbtCxyFtEDdt泡点露点2.汽—液相组成图汽—液相组成图直观地表达了在一定压力下，处于平衡状态的汽液两相组成的关系，在蒸馏计算中应用最为普遍。一、汽液平衡相图x–y图苯－甲苯混合液的x-y图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1.拉乌尔定律AAAxpp0)1(00ABBBBxpxpp二、汽液平衡关系式当理想溶液汽液两相呈平衡时，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BAppP)1(00ABAAxPxpP整理，得000BABApppPx溶液上方的总压P等于各组分的分压之和泡点方程气液平衡时液相组成与平衡温度间的关系)()(00tfppBA二、汽液平衡关系式安托尼方程2.以平衡常数表示的汽液平衡方程PpyAAAAAxPpy0设平衡的汽相遵循道尔顿分压定律，即PpkAA0AAAxky令以平衡常数表示的汽液平衡方程平衡常数二、汽液平衡关系式代入泡点方程，得0000BABAApppPPpy由AAAxPpy0露点方程气液平衡时汽相组成与平衡温度间的关系二、汽液平衡关系式3.以相对挥发度表示的汽液平衡方程AAAxpBBBxp0AAp0BBp挥发度定义对于理想物系，有(1)挥发度二、汽液平衡关系式相对挥发度定义(2)相对挥发度BBAABAxpxp//00BApp对于理想物系，有相对挥发度二、汽液平衡关系式由道尔顿分压定律，有ABBABBAAxyxyxPyxPy//BABAxxyyAAAAxxyy11(3)以相对挥发度表示的汽液平衡方程二、汽液平衡关系式略去下标，经整理可得xxy)1(1蒸馏操作α1，α值愈大，分离愈容易。讨论若α=1，不能用普通蒸馏方法分离。以相对挥发度表示的汽液平衡方程二、汽液平衡关系式三、汽液平衡方程的应用1.计算泡点温度已知P、x求t、y设：t00ipkiyiiy1NOYEStb=t02.计算露点温度已知P、y求t、x设：t00ipkixiix1NOYEStd=t0三、汽液平衡方程的应用3.计算汽液平衡组成已知P、t求x－y关系tki给定xi0ipyi列表xiyi三、汽液平衡方程的应用课外资料：汽液平衡数据获取途径1.由安托尼方程求取iiiiCtBAp0lg2.由手册查得权威的汽液平衡数据手册GmehlimgJ,etal.《Vapor-LiquidEquilibriumDataCollection》3.由实验测定安托尼方程一、平衡蒸馏装置将混合液在压力P1下加热，然后通过减压阀使压力降低至P2后进入分离器。过热液体混合物在分离器中部分汽化，将平衡的汽、液两相分别从分离器的顶部、底部引出，即实现了混合液的初步分离。平衡蒸馏的原理平衡蒸馏为单级蒸馏操作。闪蒸平衡蒸馏装置简图二、平衡蒸馏过程的计算1.物料衡算总物料衡算WDF易挥发组分物料衡算WxDyFxF汽相产品的流量为xyxxFDFFWq/设FDq/1则11qxxqqyF整理得直线方程斜率1qq过点),(FFxx液化率汽化率平衡蒸馏中汽液相组成的关系式二、平衡蒸馏过程的计算2.热量衡算对加热器作热量衡算，忽略热损失，得)(FptTFCQ对减压阀和分离器作热量衡算，忽略热损失，得rFqtTFCep)1()(peCrqtT)1(整理得二、平衡蒸馏过程的计算3.汽液平衡关系平衡蒸馏中，汽液两相处于平衡状态，即两相温度相等，组成互为平衡。xxy)1(1在平衡蒸馏中，汽液组成关系同时满足平衡方程与物料衡算方程。注意二、平衡蒸馏过程的计算练习题目思考题作业题:1、21.讨论溶液的汽液平衡关系有何意义？2.挥发度与相对挥发度有何不同？3.相对挥发度在精馏计算中有何重要意义？4.何为泡点和露点，如何进行计算？5.平衡蒸馏的原理是什么？