化工原理-9章液体精馏-课件PPT

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两相区特点：当两相温度相同时 y > x 当组成相同，t露点>t泡点
t/C
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
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9.1 概 述
工业乙醇的蒸馏（有机化学实验）
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思考：混合物的分类？ 均相混物：物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的
混合物。 化工生产过程中所遇到的物料有许多是两个或两个以上 组分的均相混合物。
如：石油、空气、粗甲醇
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蒸馏操作在工业生产中的应用
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世界六大蒸馏酒的制备 白兰地(Brandy)、威士忌(Whisky)、伏特加(Vodka)、
N ——组分数 φ ——相数
一定压力下: 组成xA(yA)与温度t存在一一对应关系； 气液组成之间xA~yA存在一一对应关系。
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二、 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
法国物理学家拉乌尔在1887年研究含有非挥发性溶质的 稀溶液的行为时发现的，可表述为：“在某一温度下，稀溶 液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数”。
填料塔
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
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9.2 双组分溶液的气液相平衡
9.2.1 双组分理想物系的气液相平衡
理想物系：液相为理想溶液，气相为理想气体且服从 道尔顿分压定律的物系。
理想液体：没有黏性、不可压缩的液体。 理想气体：严格遵从气体状态方程的气体 。 道尔顿分压定律：理想气体混合物的总压力为各组元
原料液 加热器 减压阀 Q
塔顶产品
yA
闪 蒸 罐 xA
特点：闪蒸是连续、稳定的单级蒸 馏程，生产能力大，不能得 到高纯产物，常用于只需粗 略分离的物料。
塔底产品
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简单蒸馏(微分蒸馏/瑞利蒸馏)：
定义：将原料液一次加入蒸馏釜中，在一定压强下加热至沸， 使液体不断气化，并不断将生成的蒸气移出在冷凝器 内冷凝，使混合液中组分部分分离的方法。是间歇过程。
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1、温度-组成图（t-x-y图）
t-x-y图代表的是在总压P一定的条件 下，相平衡时气（液）相组成与温度 的关系。x、y均指易挥发组分的摩尔 分数。
液相线t-x（泡点线）：图中蓝色线 气相线t-y（露点线）：图中红色线 液相区：蓝线以下区域 过热蒸气区：红线以上区域 气液共存区：红线和蓝线包围的区域
——拉乌尔定律
pA0——纯组分A在溶液温度下的饱和蒸气压，Pa； xA——溶液中组分A的摩尔分数；
★ 服从拉乌尔定律是理想溶液 的一个最主要的特性
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实验证明，理想溶液的气液相平衡服从拉乌尔定律，即：
双组份体系：A表示易挥发组分 B表示难挥发组分
pA、pB ——溶液上方组分A、B的平衡分压，Pa； p0A、p0B——平衡温度下纯组分A、B的饱和蒸气压，Pa； xA、xB——溶液中组分A、B的摩尔分数；
原料液 蒸汽
冷凝器 y
x
xD1 xD2 xD3
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三、蒸馏操作的特点
优点：* 适用面广，液体混合物和气体混合物均可 * 操作流程较简单，无需其他外加介质
缺点：* 能耗大（加热和冷却费用是蒸馏过程的 主要操作费用）
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四、气液传质设备的分类
实现蒸馏过程是在气液 板式塔
传质设备中进行的。
填料塔
在塔板上，气液两相密切接触，进行热量18 和质量的交换。
解：甲苯的含量x甲苯=0.2(摩尔分数)时： P甲苯=202 × 0.2=0.4(mmHg) P苯=547.4×(1-0.2)=437.9(mmHg)
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三、双组分理想溶液的气液平衡相图
双组分理想溶液的气液平衡关系用相图表示比 较直观、清晰，而且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（ t-x-y ）图和气相-液相组成（ x-y ）图。
金酒（Gin）、朗姆酒 (Rum)、中国白酒(Spirit)。 蒸馏酒——把经过发酵的原酒，经过一次或多次蒸馏过程 提取的高度酒酒液。
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西凤1952——第一界评酒会获评四大名酒称号
蒸馏水的制备 海水淡化技术
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粗苯精制
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粗甲醇的三塔精馏
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酒精
水
如何实现分离？ 酒精的沸点低易于气化。 如何操作？若将气化的酒精蒸气全部冷凝，即实现分离提纯。12
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指定压力下，溶液沸腾的条件是：
整理得：
——泡点方程
理想物系，平衡时气相服从道尔顿分压定律，即
——露点方程
——安托因方程
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[例题] 苯与甲苯混合液可看作服从拉乌尔定律。已 知在70℃时，纯苯的饱和蒸汽压为547.4mmHg，纯甲 苯的饱和蒸汽压为202mmHg，试计算在此温度下， 当甲苯浓度x甲苯=0.2（摩尔分数) 时，气相中苯和甲 苯的分压。
气体分压力之和。
注：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-乙醇等，在压力不 太高（一般<103kPa）的情况下，近似按理想物系处理。
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组分： A、B 一、相律分析： 变量 ： t、p、xA、 yA
相数： 气相、液相
自由度：f = N –φ + 2 = 2-2+2 = 2
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二、蒸馏的分类
1、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏。 2、按操作压力：常压；减压；加压。 3、按原料液组分数：双组分蒸馏和多组分蒸馏 4、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。
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平衡蒸馏 （闪蒸）
平衡蒸馏是液体的一次部分气化或蒸气的一 次部分冷凝的蒸馏操作。是连续定态过程。
化工原理
principles of chemical engineering 第九章 液体精馏（ Distillation ）
延安大学化学与化工学院 1
第9章 液体精馏
9.1 蒸馏概述 9.2 双组分溶液的气液相平衡 9.3 平衡蒸馏与简单蒸馏 9.4 精馏 9.5 双组分精馏的设计型计算 9.6 双组分精馏的操作型计算 9.7 间歇精馏 9.8 恒沸精馏与萃取精馏 9.9 多组分精馏基础
一、概念
蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从而使混合 物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混合物的典型 单元操作。
易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分。
难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分。
精馏：多次进行部分气化和部分冷凝后，最终可以在气相中得 到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组 分，这个过程叫精馏。