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化工原理化工原理2023-2-28第一章第一章 蒸馏蒸馏化工原理Contents双组分溶液的气液相平衡双组分溶液的气液相平衡2平衡蒸馏平衡蒸馏3双组分连续精馏的计算双组分连续精馏的计算5精馏原理和流程精馏原理和流程4 概述概述1化工原理第一节第一节 概述概述蒸馏的定义蒸馏的定义蒸馏分离的特点蒸馏分离的特点蒸馏过程的分类蒸馏过程的分类2023-2-28一、蒸馏的定义一、蒸馏的定义一、蒸馏的定义一、蒸馏的定义一、蒸馏的定义一、蒸馏的定义 蒸馏是利用混合物在一定压力下各组分蒸馏是利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度（沸相对挥发度（沸点）的不同，点）的不同，使其部分气化、通过气液两相间的使其部分气化、通过气液两相间的质量传递质量传递实实现各组分分离的一种单元操作。现各组分分离的一种单元操作。易挥发组分易挥发组分：沸点低的组分沸点低的组分 难挥发组分难挥发组分：沸点高的沸点高的组分组分2023-2-28乙醇水体系的蒸馏分离乙醇水体系的蒸馏分离乙醇水乙醇水加热加热汽相汽相:醇富集醇富集液相液相:水富集水富集冷凝冷凝冷却冷却乙醇乙醇产品产品废水废水2023-2-281 1、蒸馏操作可以直接获得所需要的产品、蒸馏操作可以直接获得所需要的产品 2 2、蒸馏分离应用较广泛，历史悠久、蒸馏分离应用较广泛，历史悠久 3 3、蒸馏操作的能耗很大、蒸馏操作的能耗很大二、蒸馏分离的特点二、蒸馏分离的特点二、蒸馏分离的特点二、蒸馏分离的特点二、蒸馏分离的特点二、蒸馏分离的特点2023-2-28按蒸馏方式按蒸馏方式 简单蒸馏简单蒸馏 平衡蒸馏平衡蒸馏 （闪蒸）（闪蒸）精馏精馏 特殊精馏特殊精馏 恒沸精馏恒沸精馏 萃取精馏萃取精馏 分子精馏分子精馏较易分离的物系或对较易分离的物系或对分离要求不高的物系分离要求不高的物系难分离的物系难分离的物系很难分离的物系或很难分离的物系或用普通方法难以分用普通方法难以分离的物系离的物系三、蒸馏过程的分类三、蒸馏过程的分类三、蒸馏过程的分类三、蒸馏过程的分类三、蒸馏过程的分类三、蒸馏过程的分类2023-2-28按操作压强按操作压强 常压常压 加压加压 减压减压 一般情况下多用常压一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不到分离要求常压下不能分离或达不到分离要求 混合物中组分混合物中组分 双组分双组分多组分多组分 按操作方式按操作方式 间歇间歇 连续连续 化工原理第二节第二节 双组分溶液的气液相平衡双组分溶液的气液相平衡双组分理想物系的气液平衡双组分理想物系的气液平衡双组分非理想物系的气液平衡双组分非理想物系的气液平衡2023-2-28一、双组分理想物系的气液相平衡一、双组分理想物系的气液相平衡一、双组分理想物系的气液相平衡一、双组分理想物系的气液相平衡一、双组分理想物系的气液相平衡一、双组分理想物系的气液相平衡F=C-+2F 自由度数自由度数C 独立组分数独立组分数 相数相数1 1、相律相律2023-2-282 2 2 2 2 2、双组分理想溶液的气液平衡函数关系、双组分理想溶液的气液平衡函数关系、双组分理想溶液的气液平衡函数关系、双组分理想溶液的气液平衡函数关系、双组分理想溶液的气液平衡函数关系、双组分理想溶液的气液平衡函数关系 （1 1）拉乌尔定律）拉乌尔定律 AoAAxpp BoBBxppxpA0)1(0 xpBoBoApp,可由可由Antoine方程计算或从手册中查方程计算或从手册中查 CTBAPoln2023-2-28当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和 BAppP)1(xpxpoBoAoBoAoBPPPPxPpyAxPpoA由拉乌尔定律表示的气液平衡关系由拉乌尔定律表示的气液平衡关系(2)(2)泡点方程和露点方程泡点方程和露点方程 2023-2-28(3)(3)相平衡常数与气液平衡关系相平衡常数与气液平衡关系y=K x其中其中K K为相平衡常数。为相平衡常数。K=p0/P对于理想溶液对于理想溶液xppy02023-2-28（4 4）相对挥发度与相平衡方程）相对挥发度与相平衡方程对纯液体，对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压。挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压。oBBoAApvpv,对混合液，对混合液，挥发度为组分在蒸气中分压和与之平衡的液相挥发度为组分在蒸气中分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比。中的摩尔分率之比。iiixpv 2023-2-28对于理想溶液：对于理想溶液：AAAxpvAAoAxxpoApoBBpv对于非理想溶液：对于非理想溶液：BBBAAAxpvxpv,相对挥发度相对挥发度 溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，用用表示。表示。BAvvBBAAxpxpABBAxpxp2023-2-28相对挥发度的数值可由实验测得相对挥发度的数值可由实验测得 对理想溶液：对理想溶液：oBoABAppvv 理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两组分的理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两组分的饱和蒸汽压之比。饱和蒸汽压之比。当当t变化时，两者的比值变化不大，一般可将变化时，两者的比值变化不大，一般可将视为常视为常数，计算时数，计算时可取操作温度范围内的平均值可取操作温度范围内的平均值。2023-2-28若操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律若操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律 BABAyyppABBAxpxpABBAxyxyxyxy)1()1(xxy)1(1 气液平衡方程气液平衡方程 2023-2-28由由 xxy)1(1知，知，1时，时，xy 组分组分A较较B易挥发，易挥发，可以用蒸馏方法分离可以用蒸馏方法分离1时，时，挥发度差异愈大，挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作愈有利于蒸馏操作。1时，时，xy 不能用普通蒸馏的方法分离混合液。不能用普通蒸馏的方法分离混合液。可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判据。度的判据。2023-2-283 3 3 3 3 3、双组份理想溶液的气液平衡相图、双组份理想溶液的气液平衡相图、双组份理想溶液的气液平衡相图、双组份理想溶液的气液平衡相图、双组份理想溶液的气液平衡相图、双组份理想溶液的气液平衡相图 (1)(1)、温度、温度组成组成(yxt图图)2023-2-28露点线露点线表示混合液的表示混合液的平衡温度和气平衡温度和气相组成之间的相组成之间的关系，关系，t-yt-y线线表示混合液的表示混合液的平衡温度和液平衡温度和液相组成之间关相组成之间关系，系，t-xt-x线线 。泡点线泡点线两条线两条线2023-2-28过热蒸汽区过热蒸汽区两相区两相区液相区液相区三个区三个区2023-2-28沸点沸点（boiling point）泡点（泡点（bubble point）x越大越大，易挥发组分，易挥发组分的含量越高，的含量越高，泡点温泡点温度越低。度越低。露点（露点（dew point）y越大越大，易挥发组分含量，易挥发组分含量越高，越高，露点温度越低。露点温度越低。2023-2-28t 汽液两相处于平汽液两相处于平衡时，两相温度相衡时，两相温度相同时，同时，气相组成大气相组成大于液相组成；于液相组成；当气液两相组成相当气液两相组成相同时，同时，气相露点温气相露点温度总是高于液相的度总是高于液相的泡点温度。泡点温度。2023-2-28(2)(2)、x-yx-y 图图平衡线位于对角线的平衡线位于对角线的上方上方，平衡线偏离对，平衡线偏离对角线角线愈远愈远，表示该溶，表示该溶液液愈易分离愈易分离。2023-2-28非理想溶液非理想溶液 最低恒沸点最低恒沸点 如：乙醇水，正丙醇水如：乙醇水，正丙醇水 最高恒沸点最高恒沸点 如：硝酸水，氯仿酮如：硝酸水，氯仿酮 正偏差溶液正偏差溶液 1i负偏差溶液负偏差溶液 1i二、双组分非理想物系的气液相平衡二、双组分非理想物系的气液相平衡二、双组分非理想物系的气液相平衡二、双组分非理想物系的气液相平衡二、双组分非理想物系的气液相平衡二、双组分非理想物系的气液相平衡2023-2-28第第第第第第一一一一一一章章章章章章 蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏DistillationDistillationDistillationDistillationDistillationDistillation一、平衡蒸馏的流程一、平衡蒸馏的流程二、平衡蒸馏的计算二、平衡蒸馏的计算第第第第第第三三三三三三节节节节节节 平衡蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏2023-2-28一、平衡蒸馏一、平衡蒸馏一、平衡蒸馏一、平衡蒸馏一、平衡蒸馏一、平衡蒸馏(闪蒸闪蒸闪蒸闪蒸闪蒸闪蒸)的流程的流程的流程的流程的流程的流程 使混合液体部分使混合液体部分气化，并使气液气化，并使气液两相处于平衡状两相处于平衡状态，然后将气液态，然后将气液两相分开。两相分开。又名又名闪蒸（闪蒸（flash distillation）2023-2-28化工原理F(xf,tF)W(xW,tW)D(yD,tD)总总物料衡算：物料衡算：F D+W易挥发组分衡算：易挥发组分衡算：F xF=D yD+W xW液化率：液化率：q=W/F二、平衡蒸馏二、平衡蒸馏(闪蒸闪蒸)的计算的计算 相平衡方程：相平衡方程：WWDxxy)1(1 11qxxqqyFWD2023-2-28 例例1：在常压下对苯与甲苯二元理想溶液分别进行平衡蒸在常压下对苯与甲苯二元理想溶液分别进行平衡蒸馏。若原料液中苯的浓度为馏。若原料液中苯的浓度为0.5（摩尔分率）。物系的相对（摩尔分率）。物系的相对挥发度为挥发度为2.47。试求：。试求：当汽化率为当汽化率为 0.4时，釜液与馏出液的组成。时，釜液与馏出液的组成。解：解：xxxxy47.1147.2)1(12023-2-28因为汽化率因为汽化率f=0.4，q=0.6物料衡算式为：物料衡算式为：11qxxqqyF16.05.016.06.0 x25.15.1x634.0,411.0yx2023-2-28简单蒸馏（简单蒸馏（简单蒸馏（简单蒸馏（简单蒸馏（简单蒸馏（Simple distillationSimple distillationSimple distillationSimple distillationSimple distillationSimple distillation）流程及原理流程及原理
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