蒸馏教案Word文档下载推荐.docx

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蒸馏是利用液体混合物中各组分的挥发性（沸点）差别，将互溶的液体混合物分离提纯我单元操作。

2、特点：

同样条件下的液体，沸点低的比沸点高的容易挥发。

例如：

某容器中盛有苯-甲苯混合液，苯的沸点低，常压下为353K，则它称为易挥发组分或轻组分，甲苯的沸点高，常压下为383K，称为难挥发组分或重组分。

3、实质：

蒸馏过程的实质是将液体混合物形成汽、液两相平衡体系，使易挥发组分浓集到汽相，难挥发组分浓集到液相我传质分离过程。

（二）蒸馏分离的特点

蒸馏是目前应用最广的一类液体混合物分离方法，其具有如下特点：

（1）通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品，操作流程通常较为简单。

（2）蒸馏分离的适用范围广，它不仅可以分离液体混合物，而且可用于气态或固态混合物的分离。

（3）蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离，而吸收、萃取等操作，只有当被提取组分浓度较低时才比较经济。

（4）蒸馏操作是通过对混合液加热建立汽液两相体系的，所得到的汽相还需要再冷凝液化。

因此，蒸馏操作耗能较大。

蒸馏过程中的节能是个值得重视的问题。

（三）蒸馏的应用及分类

1、应用：

在化工生产过程中，常常需要将原料、中间产物或粗产物进行分离，以获得符合。

工艺要求的化工产品或中间产品。

化工上常见的分离过程包括蒸馏、吸收、萃取、干燥及结晶等，其中蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作，应用最为广泛。

2工业上，蒸馏操作可按以下方法分类：

（1）蒸馏操作方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸），精馏和特殊精馏等。

简单蒸馏和平衡蒸馏为单级蒸馏过程，常用于混合物中各组分的挥发度相差较大，对分离要求又不高的场合；

精馏为多级蒸馏过程，适用于难分离物系或对分离要求较高的场合；

特殊精馏适用于某些普通精馏难以分离或无法分离的物系。

工业生产中以精馏的应用最为广泛。

（2）蒸馏操作流程可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。

（3）物系中组分的数目可分为两组分精馏和多组分精馏。

（4）操作压力可分为加压、常压和减压蒸馏。

三、作业练习：

四、教学后记：

第2讲§

7-2-1溶液的汽-液平衡关系

1、溶液的汽液平衡；

2、拉乌尔定律

1、掌握溶液的汽液平衡定义和拉乌尔定律；

2、熟悉理想溶液的分压计算式

拉乌尔定律的数学式

理想溶液的分压计算式

蒸馏操作是汽液两相间的传质过程，汽液两相达到平衡状态是传质过程的极限。

因此，汽液平衡关系是分析精馏原理、解决精馏计算的基础。

（一）溶液的汽液平衡关系

1、设易挥发组分苯为A，难挥发组分甲苯为B。

饱和状态：

当汽化速度和冷凝速度相等时，汽相和液相中的苯和甲苯分子都不再增加和减少，汽、液两相达到动态平衡。

液面上的蒸汽称为饱和蒸汽；

蒸汽的压力称为饱和蒸汽压；

溶液称为饱和液体；

相应的温度称为饱和温度。

2、理想溶液

所谓理想物系是指液相和汽相应符合以下条件：

（1）液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。

（2）汽相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。

当总压不太高（一般不高于104kPa）时汽相可视为理想气体。

理想物系的相平衡是相平衡关系中最简单的模型。

严格地讲，理想溶液并不存在，但对于化学结构相似、性质极相近的组分组成的物系，如苯—甲苯、甲醇—乙醇、常压及150℃以下的各种轻烃的混合物，可近似按理想物系处理。

3、拉乌尔定律:

即在一定温度条件下，溶液上方蒸气中某一组分的分压，等于该组分在该温度下的饱和蒸气压乘以该组分在溶液中的摩尔分数。

（1）拉乌尔定律实验表明，当理想溶液的汽液两相呈平衡时，溶液上方组分的分压与溶液中该组分的摩尔分率成正比，即

（7-1）

式中

——xA溶液中组分的摩尔分率；

——溶液上方组分的平衡分压，Pa；

——同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa。

下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分。

溶液上方的总压P等于各组分的分压之和，即

或

整理上式得到

式1-4表示汽液平衡时液相组成与平衡温度之间的关系，称为泡点方程。

根据此式可计算一定压力下，某液体混合物的泡点温度。

（2）以平衡常数表示的汽液平衡方程对拉乌尔定律进行分析，即可得出以平衡常数表示的汽液平衡方程。

设平衡的汽相遵循道尔顿分压定律，即

代入式7-4，可得

（7-6）

（3）挥发度和相对挥发度

以相对挥发度表示的汽液平衡方程前已述及，蒸馏的基本依据是混合液中各组分挥发度的差异。

纯组分的挥发度是指液体在一定温度下的饱和蒸汽压。

而溶液中各组分的挥发度可用（7-5）它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比来表示，即

和

分别为溶液中A、B两组分的挥发度。

对于理想溶液，因符合拉乌尔定律，则有

挥发度表示某组分挥发能力的大小，随温度而变，在使用上不太方便，故引出相对挥发度的概念。

习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比称为相对挥发度，以

根据相对挥发度

值的大小可判断某混合液是否能用一般蒸馏方法分离及分离的难易程度。

若

>

1，表示组分A较B容易挥发，

值偏离1的程度愈大，挥发度差异愈大，分离愈容易。

=1，此时不能用普通蒸馏方法加以分离，需要采用特殊精馏或其它分离方法。

第3讲§

7-2-2T-x（y）图

T-x（y）图

掌握T-x（y）图的意义及应用

T-x（y）图的意义及应用

T-x（y）图的应用

用相图来表达汽液平衡关系较为直观，尤其对两组分蒸馏的汽液平衡关系的表达更为方便，影响蒸馏的因素可在相图上直接反映出来。

蒸馏中常用的相图为恒压下的温度—组成图及汽相—液相组成图。

温度—组成T-x（y）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或T-x（y）图。

图1-1所示为总压101.3kPa下，苯—甲苯混合液的平衡温度—组成图。

图中以x（或y）为横坐标，以t为纵坐标。

图中有两条曲线，上方的曲线为t–y线，表示混合物的平衡温度t与汽相组成y之间的关系，称为饱和蒸汽线或露点线；

下方的曲线为t–x线，表示混合物的平衡温度t与液相组成x之间的关系，称为饱和液体线或泡点线。

上述的两条曲线将T-x（y）图分成三个区域。

饱和液体线以下的区域代表未沸腾的液体，称为液相区；

饱和蒸汽线上方的区域代表过热蒸汽，称为过热蒸汽区；

两曲线包围的区域表示汽液两相同时存在，称为汽液共存区。

在恒定的压力下，若将温度为t1、组成为x1（图中点A）的混合液加热，当温度升高到t2（点B）时，溶液开始沸腾，此时产生第一个汽泡，该温度即为泡点温度

。

继续升温到t3（点C）时，汽液两相共存，其汽相组成为y、液相组成为x，两相互成平衡。

同样，若将温度为t5、组成为y1（点E）的过热蒸汽冷却，当温度降到t4（点D）时，过热蒸汽开始冷凝，此时产生第一个液滴，该温度即为露点温度

继续降温到t3（点C）时，汽液两相共存。

由图片1-1可见，汽液两相呈平衡时，汽液两相的温度相同，但汽相组成（易挥发组分）大于液相组成；

若汽液两相组成相同时，则露点温度总是大于泡点温度。

第4讲§

7-2-2y-x图

§

7-2-4简单蒸馏的原理及流程

1、液相组成图（x–y图）；

2、简单蒸馏原理

1、了解x–y图的意义及应用；

2、掌握简单蒸馏的原理

1、x–y图的意义；

2、简单蒸馏的原理

x–y图的意义

一、旧课导入：

回顾T-x（y）图的绘制方法及意义。

（一）汽—液相组成图（x–y图）

x–y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。

上图所示为总压101kPa下，苯—甲苯混合物系的x–y图。

图中以x为横坐标，y为纵坐标。

图中的曲线代表液相组成和与之平衡的汽相组成间的关系，称为平衡曲线。

若已知液相组成x1，可由平衡曲线得出与之平衡的汽相组成y1，反之亦然。

图中的直线为对角线（x=y），该线作为参考线供计算时使用。

对于理想物系，汽相组成y恒大于液相组成x，故平衡线位于对角线上方。

平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。

应予指出，x-y曲线是在恒定压力下测得的，但实验表明，在总压变化范围为20~30%下，x-y曲线变动不超过2%。

因此，在总压变化不大时，外压对x-y曲线的影响可忽略。

X-y图还可通过t-x-y图作出。

常见两组分物系常压下的平衡数据，可从教材附表中查得。

（二）简单蒸馏装置与流程

简单蒸馏又称微分蒸馏，是一种间歇、单级蒸馏操作。

简单蒸馏装置与流程如图1-8所示。

原料液在蒸馏釜中通过间接加热使之部分汽化，产生的蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝液作为馏出液产品排入接受器中。

随着蒸馏过程的进行，釜液中易挥发组分的含量不断降低，与之平衡的汽相组成（即馏出液组成）也随之下降，釜中液体的泡点则逐渐升高。

当馏出液平均组成或釜液组成降低至某规定值后，即停止蒸馏操作。

在一批操作中，馏出液可分段收集，以得到不同组成的馏出液。

简单蒸馏多用于液体混合物的初步分离。

第5讲§

7-3-1精馏原理

§

7-3-2精馏流程

精馏的原理及其流程

1、掌握精馏的原理；

2、认识精馏的流程

精馏的原理及流程

精馏的原理

回顾简单蒸馏的原理及流程。

（一）精馏原理

1、多次部分汽化和多次部分冷凝基本原理

在下图（t-y-x图）中示，若将温度为t1、组成为xF的溶液（A点）加热到t2（J点），液体开始沸腾，产生的蒸气组成为y1（D点）。

y1与xF平衡，且y1＞xF。

如不从物系中取出物料继续加热，当温度升高到t3（E点）时物系内汽液两相共存，液相的组成为x2（F点），汽相的组成为y2（G点），y2与x2平衡，由图知y2＞x2。

若再继续升高温度到t4（H点）时，液相终于完全消失，而在液相消失之前，其组成为x3（C点）。

这时的蒸气量与最初的混合液量相等，蒸气的组成与混合液的最初组成xF相同。

若再加热到H点以上蒸气成为过热蒸气，温度升高而组成不变，仍为y3，等于xF。

可见，部分汽化（自J点向上至H点以下的加热过程）和部分冷凝（自H点向下至J点以上的冷凝过程）可使混合液分离，获得定量的液体和蒸气，两者的浓度有较显著的差异。

若将其蒸气和液体分开，蒸气进行多次地部分冷凝，如图所示，最后所得蒸气Vn含易挥发组分极高。

液体进行多次地部分汽化，最后所得到的液体（

）几乎不含易挥发组分。

2、精馏过程的实现

在t-y-x图上示出初、终组分

多次部分汽化和多次部分冷凝方法虽能使混合物分离为几乎纯净的两个组分，但是要很多的部分冷凝器和部分汽化器，使流程庞杂而设备繁多；

要很多的冷却剂和加热剂，消耗大量能源；

汽相每经过一次部分冷凝，就有一部分蒸气变成液体，多次地部分冷凝，最后所剩蒸气浓度虽高但数量甚少；

液相每经过一次部分汽化，就有一部分液体变成蒸气，多次地进行部分汽化，最后所剩的液体数量也就不多了。

因此，工业上不能采用这样的流程。

为了改善上述缺点，可将中间产物重又引回到分离过程中，即将部分冷凝的液体L1、L2……部分汽化的蒸气V1′、V2′……分别送回到它们的前一分离器中。

为得到回流的液体精馏塔上半部最上一级尚需设置部分冷凝器。

为获得上升的蒸气，精馏塔下半部最下一级还需装置部分汽化器。

这样，对任一分离器有来自下一级的蒸气和来自上一级的液体，液-汽两相在本级接触，蒸气部分冷凝同时液体部分汽化，又产生新的汽-液两相。

蒸气逐级上升，液体逐级返回到下一级。

除最上和最下一级之外的其他中间各级既可省去部分冷凝器又无需部分汽化器。

有回流的多次部分汽化、冷凝示意图

3、塔板的作用

最简单的塔板结构是在圆板上开有许多小孔作为蒸气的通道，液体在重力作用下由上层塔板沿降液管流下，横向流过本层塔板，再由降液管流至下层塔板。

蒸气在压差作用下由小孔穿过板上液层。

4、精馏塔内进行的精馏过程