第一章蒸馏_精品文档.ppt
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化工原理化工原理杨楚芬杨楚芬1采用教材采用教材华南理工大学出版社华南理工大学出版社李功样李功样陈兰英陈兰英余林主编余林主编化工单元操作过程与设备化工单元操作过程与设备参考书：
参考书：
u化工传递过程基础化工传递过程基础王绍亭王绍亭u化工原理化工原理谭天恩谭天恩u传递过程与单元操作传递过程与单元操作陈维杻陈维杻u化工原理化工原理夏清夏清2教学安排教学安排u理论课理论课基础理论课基础理论课习题课习题课u作业作业每周一次，分单双号上交每周一次，分单双号上交3考核方式考核方式u考勤考勤15%（缺勤超（缺勤超1/3者没有考试资格）者没有考试资格）u作业作业15%（缺作业超（缺作业超1/3者没有考试资格）者没有考试资格）u考试考试70%4授课内容授课内容u蒸馏蒸馏u气体吸收气体吸收u气液传质设备气液传质设备u干燥干燥5第一章第一章蒸馏蒸馏u概述概述u两组分溶液的气液平衡两组分溶液的气液平衡u平衡精馏和简单精馏平衡精馏和简单精馏u精馏原理和流程精馏原理和流程u两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算u间歇精馏间歇精馏u特殊精馏特殊精馏u多组分精馏多组分精馏6第一节第一节概述概述u蒸馏：
蒸馏：
利用各组分利用各组分挥发性的差异挥发性的差异将将均相液体均相液体混合物加混合物加以分离的单元操作称为以分离的单元操作称为蒸馏蒸馏。
u挥发性挥发性：
液体挥发成为蒸气的能力。
液体挥发成为蒸气的能力。
u蒸馏操作中，挥发性大、沸点低的组分称为蒸馏操作中，挥发性大、沸点低的组分称为易挥发组易挥发组分分；挥发性小、沸点高的组分称；挥发性小、沸点高的组分称为难挥发组分。
为难挥发组分。
74.在在酿酒业酿酒业中饮料酒；中饮料酒；5.在在石油炼制工业石油炼制工业中，原油经蒸馏后制取汽油、中，原油经蒸馏后制取汽油、煤油、柴油等产品；煤油、柴油等产品；6.在在合成材料合成材料工业中。
工业中。
1.1.液体混合物分离液体混合物分离混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等。
混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等。
2.2.气体混合物分离气体混合物分离空气液化蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。
空气液化蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。
3.3.固体混合物分离固体混合物分离固体脂肪酸加热融化后用蒸馏方法分离。
固体脂肪酸加热融化后用蒸馏方法分离。
蒸馏在工业上的应用蒸馏在工业上的应用8通过蒸馏分离，可以直接获得所需要的产品。
蒸馏分离的特点蒸馏分离的特点蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离。
蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题。
蒸馏分离具有以下特点：
适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物。
9精馏分离的分类精馏分离的分类10第二节第二节两组分溶液的气液平衡两组分溶液的气液平衡u蒸馏操作与相平衡关系蒸馏操作与相平衡关系蒸馏操作蒸馏操作是气液两相间的传质过程，常用组分在是气液两相间的传质过程，常用组分在两两相间的浓度偏离平衡状态相间的浓度偏离平衡状态的程度来衡量传质推动力的程度来衡量传质推动力的大小，因此，的大小，因此，气液两相达到平衡状态是传质过程气液两相达到平衡状态是传质过程的极限。
的极限。
11u气液平衡状态气液平衡状态：
在一定条件下，气液两相互相接在一定条件下，气液两相互相接触，当每个触，当每个组分的分子组分的分子从从液相逸出液相逸出与从与从气相返回的气相返回的速度相同速度相同，达到，达到动态平衡动态平衡时，即达到时，即达到相平衡状态相平衡状态。
u平衡平衡时气液两相组成之间的关系时气液两相组成之间的关系称为称为相平衡关系相平衡关系。
它是蒸馏原理和设备设计的它是蒸馏原理和设备设计的热力学基础热力学基础。
12理想物系的气液相平衡关系理想物系的气液相平衡关系u理想液相理想液相：
遵守遵守拉乌尔定律拉乌尔定律u理想气相理想气相：
遵守遵守道尔顿分压定律道尔顿分压定律当理想溶液气液两相呈平衡时，溶液上方组分的分压与该组分的饱和蒸汽压和溶液中该组分的摩尔分数成正比。
拉乌尔定律13当外压不太高时，当外压不太高时，理想气体中各组分的组成理想气体中各组分的组成，等于，等于该该组分的分压与总压的比值组分的分压与总压的比值。
道尔顿分压定律理想物系的气液相平衡关系14整理，得溶液上方的总压p等于各组分的分压之和气液平衡时液相组成与平衡温度间的关系饱和蒸汽压表示的气液平衡关系饱和蒸汽压表示的气液平衡关系该式表示该式表示气液相平衡气液相平衡时，时，液相组成液相组成与与A、B两两纯组分的饱纯组分的饱和蒸汽压和蒸汽压的关系。
可根据此式计算一定压强下液体混合的关系。
可根据此式计算一定压强下液体混合物的泡点温度，因此称为物的泡点温度，因此称为泡点方程泡点方程。
（x-t）15纯组分的饱和蒸汽压纯组分的饱和蒸汽压p0仅与仅与t有关，可直接从理化有关，可直接从理化手册查得，或用安托尼方程计算：
手册查得，或用安托尼方程计算：
安托尼方程16设平衡的气相遵循道尔顿分压定律，即该式表示气液相平衡时，该式表示气液相平衡时，气相组成气相组成与与平衡温度平衡温度之间之间的关系，根据此式可计算一定压强下，某蒸汽混合的关系，根据此式可计算一定压强下，某蒸汽混合物的露点温度，称为物的露点温度，称为露点方程露点方程。
（y-t）17平衡常数表示的气液平衡方程平衡常数表示的气液平衡方程令平衡常数以平衡常数表示的气液平衡方程则18挥发度和相对挥发度挥发度和相对挥发度1、挥发度：
、挥发度：
衡量组分挥发能力的物理量衡量组分挥发能力的物理量。
对纯液体，对纯液体，挥发度指挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压该液体在一定温度下的饱和蒸汽压对对混混合合液液，挥挥发发度度为为组组分分在在蒸蒸气气中中分分压压和和与与之之平平衡衡的的液液相相中的摩尔分率之比中的摩尔分率之比19对于对于理想溶液理想溶液：
对于对于非理想溶液非理想溶液：
202、相对挥发度相对挥发度溶溶液液中中易易挥挥发发组组分分的的挥挥发发度度与与难难挥挥发发组组分分的的挥挥发发度度之之比比，用用表示。
表示。
21相对挥发度的数值相对挥发度的数值可由可由实验测得实验测得对对理想溶液理想溶液：
理理想想溶溶液液中中组组分分的的相相对对挥挥发发度度等等于于同同温温度度下下两两组组分分的的饱和蒸汽压饱和蒸汽压之比。
之比。
当当t变变化化时时，两两者者的的变变化化不不大大，一一般般可可将将视视为为常常数数，计计算时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。
22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以相对挥发度表示的气液平衡方程23由由知，知，时，时，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时，时，相对挥发度差异愈大，相对挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作愈有利于蒸馏操作。
时，时，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。
能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判据。
24两组分理想溶液的气液平衡相图两组分理想溶液的气液平衡相图1.温度组成图在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而变，将平衡温度与液（气）相的组成关系标绘成曲线图，该曲线图即为温度一组成图。
txy图251、温度、温度组成组成（图图）两条线两条线三个区三个区三种点三种点26表表示示混混合合液液的的平平衡衡温温度度和和液液相相组组成成之之间间关关系，系，t-x线线。
露点线表表示示混混合合液液的的平平衡衡温温度度和和气气相相组组成成之之间间的的关系，关系，t-y线，线，泡点线两条线两条线27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28沸点沸点（boilingpoint）泡点泡点（bubblepoint）x越越大大，易易挥挥发发组组分分的的含含量量越越高高，泡泡点点温温度越低。
度越低。
露点露点（dewpoint）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。
292.气液相组成图气液相组成图直观地表达了在一定压力下，处于平衡状态的气液两相组成的关系，在蒸馏计算中应用最为普遍。
xy图30D苯甲苯混合液的xy图平衡线对角线平衡线与对角线之间的距离越大分离越容易x1与y1互成平衡31两组分非理想物性的气液平衡两组分非理想物性的气液平衡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负偏差溶液负偏差溶液32t-xt-y33t-yt-x有最高恒沸物有最高恒沸物34第三节第三节平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏和简单蒸馏u平衡蒸馏平衡蒸馏与简单蒸馏均为与简单蒸馏均为仅利用一次仅利用一次部部分汽化或部分冷凝的蒸馏操作过程。
分汽化或部分冷凝的蒸馏操作过程。
351、原理与流程、原理与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（flashdistillation）平衡蒸馏平衡蒸馏（Equilibriumdistillation）362计算计算1）物料衡算）物料衡算对总物料：
对总物料：
对易挥发组分：
对易挥发组分：
37令令平衡蒸馏物料衡算方程平衡蒸馏物料衡算方程液化分率液化分率在在x-y图上图上，代表通过点代表通过点（xF，xF）且斜率为且斜率为的直线。
的直线。
382）热量衡算）热量衡算对加热器作热量衡算，若忽略加热器的热损失对加热器作热量衡算，若忽略加热器的热损失原原料料液液节节流流减减压压后后进进入入分分离离器器，物物料料放放出出的的显显热热等等于于部部分气化所需的潜热分气化所需的潜热原料液离开加热器的温度原料液离开加热器的温度：
393）气液平衡关系）气液平衡关系已已知知原原料料液液流流量量F，组组成成xF，温温度度tF及及汽汽化化率率，即即可可求求得得平衡的汽液相组成及温度。
平衡的汽液相组成及温度。
40图解计算平衡蒸馏步骤图解计算平衡蒸馏步骤作出该原料液的作出该原料液的y-x相图和相图和t-x图。
图。
由汽化分率由汽化分率（1-q）求出液化分率求出液化分率q。
过点过点e（xF，xF）作斜率为作斜率为q/（q-1）的直线，与平的直线，与平衡线衡线y-x交于点交于点f，由，由f可读出平衡的气液相组成可读出平衡的气液相组成y和和x。
过点过点f作垂线与作垂线与t-x线相交，由交点可读出线相交，由交点可读出平衡平衡温度温度t。
4142简单蒸馏（简单蒸馏（Simpledistillation）1、流程及原理、流程及原理简单蒸馏简单蒸馏是一种单级蒸馏，又称是一种单级蒸馏，又称微分蒸馏微分蒸馏。
流程如图所示：
将原料液整批加入蒸馏釜中，流程如图所示：
将原料液整批加入蒸馏釜中，在恒定压力下加热沸腾汽化，产生的蒸气进入在恒定压力下加热沸腾汽化，产生的蒸气进入冷凝器中，冷凝后的馏出液进入接收器中作为冷凝器中，冷凝后的馏出液进入接收器中作为产品。
产品。
4344在蒸馏的在蒸馏的任一瞬间任一瞬间，产生的，产生的气相与釜液互为平衡气相与釜液互为平衡，且，且气气相组成相组成y大于液相组成大于液相组成x。
随着蒸馏的进行，釜液不断随着蒸馏的进行，釜液不断减少，气液两相组成逐渐降低，减少，气液两相组成逐渐降低，温度随着升高，当釜温度随着升高，当釜液中易挥发组分的浓度降到规定值时，液中易挥发组分的浓度降到规定值时，完成此批蒸馏。
完成此批蒸馏。
45简单蒸馏的特点及其应用1.简单蒸馏的特点间歇操作过程。
非稳态过程。
单级过程，无塔段。
2.简单蒸馏的应用场合液体混合物的初步分离。
测油品的沸程恩式蒸馏。
某些料液的脱色。
46简单蒸馏过程的计算简单蒸馏为非稳态过程。
因此，简单蒸馏的计算应该进行微分衡算。
设在某瞬间釜液量为L，kmol釜液组成为x经时间釜液量为L-dL，kmol釜液组成为x-dx馏出量dD，kmol馏出组成为y47总物料衡算易挥发组分衡算联立以上两式，并略去二阶无穷小量，得48
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