化工原理 6.1

乙醇水
加热 液相: 液相 水富集
冷却
废水
2011-6-14
（2）蒸馏过程在化工过程中的应用
原油蒸馏可得到：汽油，煤油，柴油及重油等 混合芳烃蒸馏可得到：苯，甲苯及二甲苯等 （3）实验室蒸馏如何？ 3
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3、蒸馏的分类
二元蒸馏 根据被蒸馏的混合物的组分数，可分为： 根据被蒸馏的混合物的组分数，可分为： 多元蒸馏 连续蒸馏 根据操作过程是否连续，可分为： 根据操作过程是否连续，可分为： 间歇蒸馏
• X-y图直观的表达了在一定的压力下，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。
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对于理想物系，y恒>x，故 平衡线必位于对角线上方。 表明气相中易挥发组分的含 量比液相中多。 当平衡线突出得离对角线愈 远，越有利于蒸馏过程中分 离的进行。 总压P对此图有影响。当总 压变化不大时，此曲线图变 化并不大，但当总压变化大 于一倍时，曲线将会发生较 大的改变。
气相区 露点 两相区 露点线
泡点 泡点线 液相区
0
xA
xf
yA
1.0
x(y) 当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的气相， 最后一滴液相的组成为 xA。
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§9.2 二元物系的汽液相平衡
P 一定 B t
泡点线
0 P − pB x= 0 0 p A − pB
pA p0 x y= = A P P
自由度数
F = C −Φ+ 2
= 2+ 2−2 = 2
t = f (x)
A
t, P, y B
t = f (x, P )
t = g( y, P )
t, x 溶液（ 溶液（A+B） ） 加热
在一定的压力下
p A = Py = f ( x , t ) 在一定的温度下 p B = P (1 − y ) = g ( x , t )
pA vA = xA
vB = pB xB
显然对理想溶液， 根据拉乌尔定律有： 显然对理想溶液， 根据拉乌尔定律有： 0 ν A = p 0 ， ν B = pB A
什么是相对挥发度？ 什么是相对挥发度 ？
vA pA x A y A xA 相对挥发度α = = = vB pB x B yB xB
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A B
y=
y
αx 1 + (α − 1) x
y∗
y=x
x
y x 理想物系的 y-x 相图
∗
t, x 溶液（ 溶液（A+B） ）
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加热
四、相对挥发度
什么是挥发度？ 什么是挥发度？
对于纯液体， 大小表示其挥发度 挥发度ν 对于纯液体，可以用蒸汽压 p0 大小表示其挥发度ν
对于混合液中的某一组分 i，挥发度νi 定义为: ，挥发度ν 定义为
t = f (x )
理想物系
?
理想物系的 t-x（y）相平衡关系： （ ）相平衡关系：
0 对理想物系，汽相满足： P = p A + p B = p 0 x + p B (1 − x ) 对理想物系，汽相满足 A
0 P − pB x= 0 0 p A − pB pA p0 x y= = A P P
0 p 0 、 p B 仅与温度 t 有关，可采用 有关， A
αx y= 1 + (α − 1) x
p0 显然对理想溶液， 显然对理想溶液，有： α = A 0 pB
表1
t, 0C
苯－甲苯物系的相对挥发度随温度的变化关系
80.1 760 292 2.60 84 856 334 2.56 88 963 381 2.53 92 1081 434 2.49 96 1210 492 2.46 100 1350 556 2.43 104 1502 627 2.40 108 1668 705 2.37 110.6 1783 760 2.35
p0 mmHg A
0 pB mmHg
α
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αx y= 1 + (α − 1) x
y
思考： 思考 ： =1， 则情形如何？ 若 α =1， 则情形如何 ？
y = x ， 不能 用普 通 蒸
馏方法分离提纯。 馏方法分离提纯。
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xቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
五．非理想溶液的汽液相平衡
正偏差溶液 负偏差溶液 与拉乌尔定律有偏差的溶液称为~。 与拉乌尔定律有偏差的溶液称为 。
一、概述
第六章 蒸馏
第一节 两组分溶液气液平衡
二、二元物系的汽液相平衡 三、双组分理想溶液的气液平 衡相图 四、挥发度和相对挥发度五、 挥发度和相对挥发度五 非理想溶液
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第6章 蒸馏
一、 概述
1、什么是蒸馏？ 什么是蒸馏？
利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单 利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单 挥发度的差异 元操作称为蒸 元操作称为蒸馏。
露点线
汽相区 t-y
露点线一定在泡点线上方。 露点线一定在泡点线上方。 杠杆原理： 杠杆原理： 力×力臂 = 常数 量 浓度差 液相量× 汽相量× 即：液相量×L1=汽相量×L2 汽相量
pA A pA0
两相区
t-x
L1
L2
液相区
A
0
x 或y
13
1
xA A
t
• 2 汽－液相组成（y-x）图 液相组成（ ）
0 pA = pA x A ------拉乌尔（Raoult）定律 0 pB = pB x B t = f (x)
pA A xA A pA0
t 加热
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p A = f (x ) p B = g(x )
t = g( y )
§6.1 二元物系的汽液相平衡
0 pA = pA x A 0 pB = pB x B
xA （xB）
1
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极大正偏差溶液： 极大正偏差溶液： 有最低恒沸物
t-y t-x
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2．负偏差溶液 ．
0 p A < p 0 x A ， pB < pB x B A
pA0 P pB0
如硝酸－水、氯仿－丙酮等物系 如硝酸－ 氯仿－
0 x A （ x B） 1
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P = pA + pB pA yA = P pB yB = P
1、理想溶液 、 在全部浓度范围内都服从拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。 拉乌尔定律的溶液称为理想溶液 在全部浓度范围内都服从拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。
在组分A、 组成的理想溶液中 则有： 组成的理想溶液中， 在组分 、B组成的理想溶液中，则有： f A− A = f B − B = f A− B 只有物性和结构相似， 只有物性和结构相似，且分子大小也相近的物系才符合 拉乌尔定律，如苯－甲苯、甲醇－乙醇、 拉乌尔定律，如苯－甲苯、甲醇－乙醇、烃类同系物组成 的溶液等等
常压蒸馏 根据操作压力， 根据操作压力，可分为 加压蒸馏 减压蒸馏 简单蒸馏 根据操作方式，可分为： 根据操作方式，可分为： 平衡蒸馏 精馏
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二、 二元物系的汽液相平衡
相律 二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有： 二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有： 温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。 温度 、压力 、汽相组成 、液相组成 等 个
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§9.2 二元物系的汽液相平衡 说明： 说明： （1）相平衡曲线必落在对角 ） 线的上方； 线的上方； Why？ 因为 ≥x ？ 因为y≥ （2） α越远离 ，也就愈 ） 越远离1， 有利于蒸馏操作---------- α 有利于蒸馏操作 越大， 越大，相平衡曲线偏离对 角线愈远， 角线愈远，表示达到汽液 相平衡时汽、 相平衡时汽、液两相组成 的差异愈大， 的差异愈大， t, P, y
极大负偏差溶液：有最高恒沸物 有最高恒沸物
t-y t-x
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非理想物系的相平衡关系方程仍可用式 y = 但α通常不再是一个常数。 通常不再是一个常数。
αx 1 + (α − 1) x
表3 x y α
101.3kPa 下乙醇－水物系的相对挥发度随组成的变化关系 下乙醇－ 0.02 0.175 10.4 0.10 0.43 6.79 0.20 0.525 4.42 0.35 0.595 2.73 0.50 0.657 1.92 0.65 0.725 1.42 0.75 0.785 1.20 0.894 0.894 1.00
两点两线三区图 两点：A代表纯轻组分A沸点 B代表纯重组分B沸点 两线：t-x线称为泡点线 t-y线称为露点线 三区：t-x线下方称为液相区 t-x与t-y线之间的区为两相区 t-y线上方称为气相区
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气相区 露点 两相区 露点线
B
泡点 泡点线 液相区
A
0
xA
xf x(y)
yA
1.0
1. T-x(y) 图 T-x(y) 图代表的是在总压 P 一定的条 件下，相平衡时汽（液）相组成与 温度的关系。 在总压一定的条件下，将组成为 xf 的溶液加热至该溶液的泡点 tA ，产 生第一个气泡的组成为 yA。 继续加热，随温度升高，物系变为 互成平衡的汽液两相，两相温度相 同组成分别为 yA 和 xA 。 t/°C
实测数据或用安托因（ 实测数据或用安托因（ Antoine）方 ） 程进行推算： 程进行推算
p0 = A P 2011-6-14
0 P − pB 0 p0 − pB A
ln p 0 = A −