第六章-蒸馏设备
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蒸馏⏹双组分溶液的气液相平衡拉乌尔定律由溶剂与溶质组成的稀溶液,在一定温度下汽液两相达到平衡时p A=p A o x Ap A:溶剂在汽相中的蒸气分压,kPap A∗:同温度下纯溶剂A的饱和蒸气压,kPax A:溶剂A在液相中的组成(摩尔分数)对于组分Bp B=p B∗x B=p B∗(1−x A)理想溶液的t−y−x关系式➢温度(泡点) — 液相组成关系式x=p−p B∗p A∗−p B∗x:液相中易挥发组分的摩尔分数p:总压,kPap A∗、p B∗:溶液温度t时,纯组分A、B的饱和蒸气压,kPa ➢恒压下t−y−x关系式y=p A∗x p若已知汽液相平衡温度t下的液相组成x,用上式就可求出与x平衡的汽相组成y ➢温度(露点) — 汽相组成关系式将上面两式合并y=p A∗p×p−p B∗p A∗−p B∗双组分理想溶液的汽液两相达到平衡时,总压p、温度t、汽相组成y及液相组成x的4个变量中,只要决定了两个变量的数值,其他两个变量的数值就被决定了。
相对挥发度与理想溶液的y−x关系式挥发度v挥发度是用来表示物质挥发能力大小的物理量,前面已提到纯组分液体的饱和蒸气压能反映其挥发能力。
理想溶液中各组分的挥发能力因不受其他组分存在的影响,仍可用各组分纯态时的饱和蒸气压表示,即挥发度v等于饱和蒸气压p∘v A=p A ov B=p B o相对挥发度α溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度αa=v Av B=p A op B o对于理想溶液,在操作温度范围内,取最低温度的α值与最高温度的α值之几何平均值理想溶液的汽液相平衡方程式非理想溶液汽液相平衡非理想溶液中各组分的蒸气分压不服从拉乌尔定律,他们对拉乌尔定律发生的偏差有正偏差与负偏差两大类。
实际溶液中,正偏差的溶液比负偏差者多蒸馏与精馏原理简单蒸馏与平衡蒸馏简单蒸馏:只适用于混合液中各组分的挥发度相差较大,而分离要求不高的情况,或者作为初步加工,粗略分离多组分混合液平衡蒸馏:为稳定连续过程,生产能力大。
第六章蒸馏第一节概述一、蒸馏分离依据---利用液体混合物中各组分具有不同的挥发度而进行分离的操作;----即利用在相同温度下各组分的蒸汽压不同。
易挥发组分(轻组分)A难挥发组分(重组分)B例如:酒精(A)与水(B)溶液,沸腾部分汽化,y A>x A同理,蒸汽部分冷凝,x B>y B∴蒸馏----使液体混合物部分汽化,利用其挥发度差异实现初步分离的一种传质操作精馏---利用多次部分汽化,多次部分冷凝,使汽相得到较纯的轻组分,液相得到较纯的重组分的操作二、蒸馏操作分类简单蒸馏(微分蒸馏)与平衡蒸馏(闪蒸)常压蒸馏、加压蒸馏与减压蒸馏连续蒸馏与间歇蒸馏普通蒸馏与特殊蒸馏三、蒸馏分离推动力与分离极限蒸馏是汽液两相间的传质过程蒸馏分离推动力——两相浓度偏离平衡的程度蒸馏分离极限——汽液两相达到相平衡(动态平衡)第二节 双组分溶液的汽液相平衡一、相组成表示法1.质量分率 iAA G G a ∑=该相的总质量一相中某组分质量可见:a <1, a A +a B …+ a N =1 2.摩尔分率 x A ,x B , y A ,y B 3.两者关系 )/(/)/(/i i AA i i A A i A A M a M a M G M G n n x ∑=∑=∑=对两元溶液:B B A A AA A M a M a M a x ///+=BB A A AA A M x M x M x a +=二、溶液的蒸汽压与Raoult 定律1.蒸汽压:汽液相平衡是一种动态平衡纯溶液----在达到汽液动态平衡时,逸出的A 分子数=回到液相的A 分子数,此时汽相中A 的压强=该温度下A 的饱和蒸汽压0A P混合液(A 、B 互溶)----在达到平衡时,由于A 、B 分子间相互作用,使B p <0B P , p A <0A P溶液存在三种分子间的作用力:AA f ,BB f ,AB f (1) 理想溶液:AB BB AA f f f ==显示无容积效应,无热效应如:苯-甲苯,甲醇-乙醇,烃类同系物溶液 (2)非理想溶液(实际溶液);AB BB AA f f f ≠≠2.Roult 定律:实验证明,在一定温度下,理想溶液的汽相中,任一组分的分压等于:A A A P x p =, 00)1(B A B B B P x P x p -==00000)()1(B B A A B A A A B A P P P x P x P x p p P +-=-+=+=00BA B A P P P P x --=∴ 非理想溶液不符合Roult 定律,汽液平衡关系主要靠实验数据。
化工原理6蒸馏1. 简介蒸馏是一种常用的分离技术,特别适用于液体混合物的分离。
在化工工业中,蒸馏被广泛应用于石油炼制、化学品生产、药品制造等领域。
本文将介绍蒸馏的原理、工艺和常见设备。
2. 蒸馏的原理蒸馏的原理基于不同物质的沸点不同。
蒸馏过程中,液体混合物被加热至其中物质的沸点,使其蒸发,并在蒸馏塔内上升。
然后,蒸汽与冷凝器中的冷却介质接触,将蒸汽重新变为液体,实现分离。
较挥发性的物质将优先蒸发,而较不挥发性的物质较晚蒸发。
3. 蒸馏的工艺蒸馏的工艺包括以下几个步骤:3.1 加热液体混合物首先,将液体混合物加热至其中物质的沸点。
加热可以使用多种方式,如蒸汽加热、火焰加热或电加热。
3.2 蒸发当液体混合物被加热至其中物质的沸点时,液体开始蒸发,生成蒸汽。
蒸汽随后在蒸馏塔内上升。
3.3 冷凝蒸汽在蒸馏塔顶部进入冷凝器,与冷凝介质接触,冷凝成液体。
冷凝过程中,将产生副产物和所需产品。
3.4 分离通过不同组分的沸点差异,液体混合物在冷凝过程中实现分离。
较挥发性的物质先冷凝,较不挥发性的物质则较晚冷凝。
3.5 收集产品经过分离后,所需产品被收集。
副产物通常会单独收集和处理。
4. 蒸馏设备蒸馏设备是实现蒸馏过程的关键。
常见的蒸馏设备包括以下几种:4.1 蒸馏塔蒸馏塔是蒸馏过程中最重要的设备之一。
它通常由一个筒体和多个板或填料组成。
液体混合物从塔底部进入,通过逐个板或填料的交替进行蒸发和冷凝。
这种连续的蒸发和冷凝过程最终实现了分离。
4.2 冷凝器冷凝器用于将蒸汽冷凝为液体。
它通常由管道和冷却介质组成,如水或空气。
冷凝器可以采用不同的结构,如冷却管、换热器或冷凝室。
4.3 加热器加热器用于加热液体混合物,将其加热至其中物质的沸点。
加热器可以采用不同的形式,如蒸汽加热器、电加热器或火焰加热器。
4.4 分离精馏塔分离精馏塔是一种特殊的蒸馏设备,用于实现高效的分离。
它通常由多个塔板或填料层组成,可以通过不同的蒸馏段和冷凝器段实现精馏。
化工原理学习指导 第6章 蒸馏 计算题答案6-31 某二元混合物蒸汽,其中轻、重组分的摩尔分数分别为0.75和0.25,在总压为300kPa 条件下被冷凝至40℃,所得的汽、液两相到达平衡。
求其汽相摩尔数和液相摩尔数之比。
轻、重组分在40℃时的蒸汽压分别为370kPa 和120kPa 。
解:两相中,720.01203701203000B0A 0B =--=--=p p p p x 888.0300720.03700A A =⨯===x p p p p y设汽相摩尔量为V ,液相摩尔量为L ,总量为F ,那么L V F +=Lx Vy Fx F +=由以上两式可得:217.075.0888.072.075.0F F =--=--=x y x x L V 事实上,汽液平衡体系中,两相的摩尔量比值服从杆杠定律。
6-32 苯和甲苯组成的理想溶液送入精馏塔中进行别离,进料状态为汽液共存,其两相组成分别如下:5077.0F =x ,7201.0F =y 。
用于计算苯和甲苯的蒸汽压方程如下:8.2201211031.6lg 0A +-=t p5.2191345080.6lg 0B +-=t p其中压强的单位为Pa ,温度的单位为℃。
试求:〔1〕该进料中两组份的相对挥发度为多少?〔2〕进料的压强和温度各是多少?〔提示:设进料温度为92℃〕 解:〔1〕混合物中两组分的相对挥发度:49.25077.015077.07201.017201.011F F F F=--=--=x x y y α 〔2〕设进料温度为92℃,那么16.28.220921211031.6lg 0A =+-=pkPa 38.1440A =p 762.15.219921345080.6lg 0B =+-=pkPa 83.570B =p由此求得体系的相对挥发度为:496.283.5738.144'0B0A ===p p α 其值与〔1〕中所求相对挥发度足够接近,故可认为进料温度为92℃。
第六章 蒸馏1、在一连续精馏塔中分离苯含量为0.5(摩尔分数,下同)苯—甲苯混合液,其流量为100 kmol/h ,已知馏出液组成为0.95,釜液组成为0.05,试求(1)馏出液的流量和苯的收率;(2)保持馏出液组成0.95不变,馏出液最大可能的流量。
解:(1)馏出液的流量和苯的收率F W D W 0.50.0510050kmol h 0.950.05x x D F x x --==⨯=--D F 500.95100%100%95%1000.5Dx Fx η⨯=⨯=⨯=⨯ (2)当η=100%时,获得最大可能流量,即:F max D 1000.5kmol/h 52.63 kmol/h 0.95Fx D x ⨯=== 2、在连续精馏塔中分离A 、B 两组分溶液。
原料液的处理量为100kmol/h ,其组成为0.45(A 的摩尔分数,下同),饱和液体进料,要求馏出液中易挥发组分的回收率为96%,釜液的组成为0.033。
试求(1)馏出液的流量和组成;(2)若操作回流比为2.65,写出精馏段的操作线方程;(3)提馏段的液相负荷。
解:(1)由全塔物料衡算,可得D F 0.960.961000.4543.2 kmol/h Dx Fx ==⨯⨯=()W 10.961000.45 1.8 kmol/hWx =-⨯⨯=1.80.033W ==54.55 kmol/h 10054.5545.45/D F W kmol h =-=-=9505.045.452.43D ==x (2)精馏段操作线方程1D 1 2.650.95050.7260.260411 3.65 3.65n n R y x x x x R R +=+=+=+++ (3)提馏段的液相负荷L L 2.6545.451100220.4 kmol/h qF RD qF '=+=+=⨯+⨯=3、在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。
进料量为60 kmol/h ,其组成为0.46(易挥发组分的摩尔分数,下同),原料液的泡点为92℃。
蒸馏设备工作原理解析蒸馏设备是一种常用的分离技术设备,广泛应用于化工、石油、食品等领域。
本文将对蒸馏设备的工作原理进行解析,从而帮助读者更好地理解蒸馏过程和设备。
一、蒸馏设备的基本结构蒸馏设备主要由蒸馏塔、冷凝器、加热炉和分离装置等组成。
蒸馏塔是蒸馏设备的核心部件,其内部通常设置有填料或板式结构,以增加传质效果。
冷凝器则用于将蒸汽凝结为液体,以实现物质的分离与回收。
加热炉则提供蒸馏过程所需的热量,而分离装置则用于分离不同组分的混合物。
二、蒸馏的基本原理蒸馏是一种利用液体混合物不同挥发性成分的沸点差异来实现分离的物理过程。
根据不同的挥发性,混合物中的组分可以在不同的温度下转化为汽态或液态,从而实现分离。
蒸馏设备通过改变温度和压力等操作条件,使得混合物中的组分升华、沸腾、凝结等过程发生,从而实现分离。
三、蒸馏设备的工作流程1. 加热:首先,将混合物加热至设定温度,以使其中的挥发性成分沸腾并转化为蒸汽。
加热可以通过加热炉或外部热源完成。
2. 蒸发:随着加热,混合物的挥发性成分逐渐蒸发,并进入蒸馏塔中。
蒸发过程中,液体中的组分会逐渐浓缩。
3. 束流效应:蒸发的蒸汽上升至蒸馏塔顶部,遇冷凝器时冷凝成液体,并通过分离装置进一步分离。
4. 回流:部分冷凝的液体会回流至蒸馏塔底部,与上升中的蒸汽进行接触,促进分离效果。
这种回流现象可以提高设备的分离效率。
5. 重新沸腾:回流液体在蒸馏塔底部重新沸腾,产生新的蒸汽。
经过多次循环,混合物中的不同组分逐渐得到分离。
四、蒸馏设备的应用蒸馏设备在化工、石油和食品等行业中具有广泛的应用。
例如,在石油炼制过程中,蒸馏设备可以将原油中的各种油品和化学物质进行分离,以得到符合市场需求的产品。
在化工生产中,蒸馏设备可以用于分离和提纯化学反应产物,以确保产品质量。
在食品工业中,蒸馏设备常用于酒精及其他液态饮料的提纯过程。
总结:蒸馏设备通过利用液体混合物中不同组分的挥发性差异来实现分离。