复旦大学 化工原理 第六章 蒸馏.ppt

* 第六章 蒸馏 化工生产中常需将液体混合物分离以达到提纯或回收有用组 分的目的。其提纯的方法有：蒸馏、萃取、超滤等，而最常用的 方法是蒸馏。 蒸馏是籍液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一 种单元操作。 通常称挥发性高的组分为低沸点组分、易挥发组分、轻组分； 挥发性低的组分为高沸点组分、难挥发组分、重组分。 但要注意轻、重组分的区别是相对的，是指同一体系而言的。 蒸馏操作的分类： 按操作方式 a. 简单蒸馏；b. 平衡蒸馏；c. 精馏；d. 特殊精馏 。 按操作压力 a. 常压蒸馏 ； b. 加压蒸馏 ；c. 减压蒸馏 。 按操作时的进料方式 a. 连续蒸馏 ； b. 间歇精馏 。 按原料中所含组分数目 a. 双组分 ； b. 多组分 。 本章的重点是介绍常压条件下的双组分连续精馏。 第一节 双组分溶液的汽液相平衡 一. 溶液的蒸汽压与拉乌尔定律 纯组分液体的汽液两相达到动态平衡时，其饱和蒸汽压是 温度的函数；温度愈高则饱和蒸汽压愈大。工程上通常采用安 托因方程来描述两者的关系。 式中： p0 — 纯组分液体的饱和蒸汽压，kPa ； t — 温度， 0C ； A、B、C — 安托因常数。 对于溶液，其饱和蒸汽压与纯组分的蒸汽压有所不同；当 该溶液为双组分理想溶液时，各组分的蒸汽压满足拉乌尔定律： PA = PA0 xA ； PB = PB0 xB 式中： PA — 组分 A 在某一温度下的蒸汽压 ， kPa ; PA0 — 同温度下纯组分 A 的饱和蒸汽压 ， kPa ； PB — 组分 B 在某一温度下的蒸汽压， kPa ； PB0 — 同温度下纯组分 B 的饱和蒸汽压 ， kPa ； xA — 液相中组分 A 的摩尔分数 ； xB — 液相中组分 B 的摩尔分数 。 其中： xA 、xB 有关系 xA + xB = 1 二. 理想溶液的汽液相平衡 1. 理想溶液的温度组成图 t — y —x 图 y —x 图 2. 理想溶液的温度组成关系式 当总压 P 不是太高时，可认为汽相是理想气体，服从道尔 顿分压定律，即： P = PA + PB = PA0 xA + PB0 xB = PA0 xA +PB0 ( 1- xA ) 则有： 对于理想气体有： 可得到泡点线 可得到露点线 3. 理想溶液的汽液相平衡方程 挥发度 挥发度是用来表示物质挥发能力大小的物理量，其定义为： A 组分的挥发度 nA = PA / xA ; B 组分的挥发度 nB = PB / xB 。 对于理想溶液有： nA = PA0 ; nB = PB0 。 相对挥发度 挥发度的大小并不能反映 A 、B 组分进行分离的难易程度。 因此，提出了一个相对挥发度的概念。 相对挥发度的定义为： a = nA / nB 对于理想溶液有： a = PA0 / PB0 虽然 PA0 、PB0 均随温度而变，但 PA0 / PB0 随温度的变化 较小；当温度变化不太大时，可认为 a 是一常数。 根据定义可推导出理想溶液的汽液相平衡方程： 上式中溶液的相对挥发度 a ，工程上通常取塔顶和塔底 溶液相对挥发度的几何平均值。即： 三. 双组分非理想溶液的汽液相平衡 非理想溶液中各组分的蒸汽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和负偏差两大类。 当 PA PA0 xA ， PB PB0 xB 时，属正偏差溶液； 当 PA PA0 xA ， PB PB0 xB 时，属负偏差溶液。 对于非理想溶液，其汽液平衡关系不能简单地用相平衡方 程来表示，需通过实验进行测定。 第二节 蒸馏与精馏原理 一. 简单蒸馏与平衡蒸馏 1. 简单蒸馏 简单蒸馏的装置如图 所示。其特征是： 随着蒸馏过程的进行， 釜液组成 xB 增大 、xA 减