化工原理——精馏课件

1.1 概述
•蒸馏distillation •蒸馏与精馏的区别 •蒸馏分类
定义：将液体混合物加热造成气、液两相物质，利用物系 中各组分挥发度不同的特性而实现分离的目的。
分离液相混合物的典型单元操作，属于质量传递 化工生产中蒸馏的应用： 基本化工----液化空气，高温下加热空气，通过蒸馏分离出
氮气和氧气。
yA=
p
A
p=
po
A
xAγA p
2、非理想气体 非理想气体则用逸度来代替压强。
挥发度与相对挥发度 volatility and relative volatility
挥发度 ----某组分由液相挥发到气相中的趋势，是该 组分挥发性大小的标志。 符号： υi
挥发性----液体具有的挥发变成蒸气的能力
双组份非理想物系的气液相平衡
实际生产所遇到的大多数物系为非理想物系。 液相----非理想溶液，气相----理想气体
非理想物系 液相----理想溶液，气相----非理想气体 液相----非理想溶液，气相----非理想气体
1、非理想溶液
非理想溶液的实质----异种分子间的作用力不同于同种 分子间的作用力。
下册第1章 蒸馏与精馏 Distillation and Rectification
• 基本要求 1、掌握精馏原理和塔板数的计算 2、理解回流比对精馏操作的影响 3、了解精馏塔的基本结构和主要性能
• 重点：精馏原理、塔板数的计算； 回流比对精馏的影响
• 难点：连续精馏的基本原理和塔板数的计算
蒸馏的有关基本概念 蒸馏原理 平衡蒸馏与简单蒸馏 精馏
精馏----当产品的纯度要求高，特别是在混合物挥 发度比较接近时采取的分离。
按蒸馏的方法或产品要求不同，可以分为：
简单蒸馏——进行初步分离。
间歇精馏 batch rectification 精馏——较彻底的分离
连续精馏 continuous rectification
水蒸气精馏 vapor rectification 特殊精馏—— 恒沸精馏 azotopic rectification
石油炼制----常减压蒸馏分离汽油、柴油、重油
炼焦化工----蒸馏的方法分离焦油
高聚物工业----提纯单体
区别在于“回流reflux” 蒸馏没有回流，而精馏有回流。 回流的作用----通过回流，造成气液两相接触，从而
进行质量传递和热量传递。通过多次 部分气化、部分冷凝来达到纯化的目 的。
蒸馏----当生产上对产品的纯度要求不高，只需要初 步分离时采用的分离方法；
萃取精馏extractive rectification
根据操作的压力，可以分为：
常压蒸馏 norm al pressure distillation
减压蒸馏 reduced pressure distillation
加压蒸馏 additional pressure distillation
按液体混合物的组分类：
pB =pBoxB= pBo (1- xA) B--难挥发组分less volatile component
假设系统的总压为p ，则 p= pA + pB =pAoxA+ pBo xB =pAo xA+ pBo(1- xA)
∴ 当达到相平衡时，A组分在液相中的摩尔分率xA为
p -p o
B
xA= p o - p o
双 组 分 精 馏 — — 一 般 一 个 精 馏 塔 能 分 出 两 个 组 分 多 组 分 精 馏 — — 分 离 N个 组 分 ， 需 要 N-1个 精 馏 塔
1.2 蒸馏原理——气液相平衡 vapor-liquid phase equlibrium
1.2.1 双组分理想物系的气液相平衡
双组分在溶液中的溶解情况
表现----溶液中各组分的平衡分压偏离于拉乌尔定律。 此偏差可正可负，分别称为正偏差溶液或负偏差溶液
典型实例： 正偏差：乙醇-水、正丙醇-水等物系； 负偏差：硝酸-水、氯仿-丙酮等物系
非理想溶液引入活度系数γ来修正对拉乌尔定律的偏差
pA =pAoxAγA pB =pBoxBγB
若总压p不太高，则气相为理想气体，仍服从道尔顿分 压定律，∴平衡气相的组成为：
α=
υA υB
pA/xA = pB/xB
如果操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律，则：
α=
υA υB
pA/xA = pB/xB
=
pyA/xA = pyB/xB
yA/xA yB/xB
如果是双组分理想溶液，则有：
α=
υA υB
po A
=
po B
虽然理想溶液的pAo 、 pBo是随温度而变化的，但比值pAo/ pBo 的变化却不大。
例如：苯-甲苯，甲醇-乙醇，正己烷-正庚烷， 正庚烷-甲基环己烷等，石油化工中处理 的大部分烃类混合物。
拉乌尔定律： 一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分i 的分压pi等于该纯组分在该温度下的饱和蒸气 压pio与它在溶液中的摩尔分率xi的乘积。
pi =pioxi
对于AB双组分，则： pA =pAoxA A----易挥发组分volatile component
υi大小-----某组分在气相中的平衡分压pi与该组分在液 相中的摩尔分率xi之比。
υi
=
pi xi对ຫໍສະໝຸດ 双组分理想溶液，则有：υA=
pA xA
=
po A
xA
xA
=pAo
υB=
pB xB
=
po B
xB
xB
=pBo
溶液的po 是随温度而变化的，∴各组分的挥发度υ也随温 度而变，使用不方便。
相对挥发度α：两组分的挥发度之比。通常为易挥发组 分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比。
完全互溶 部分互溶
a a a 理想溶液：AB= AA= BB a a a 非理想溶液：AA≠ BB≠ AB
完全不互溶
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 的混合物系
理想物系实际上并不存在，但低压下当各组分性质相近， 分子结构相似，分子与分子之间无缔合作用的混合体系 可视为理想体系。
AB
A组分在气相中的摩尔分率yA ，由道尔顿分压定律：pA = p yA
yA=p pA=pA o pxA=p pA o
p-pB o po-po
AB
纯组分的po与t的关系通常可由Antonine方程表示：
lgpo = A- B t +C
A、B、C为组分的Antonine常数，可查手册。
双组份理想溶液的气液平衡相图