化学工程与工艺幻灯片精馏单元操作技术02
56页1、精馏单元操作技术,任务2:酒精蒸馏回收工艺条件的确定(1),双组分溶液的气液组成的表示方法,1)质量分率:混合物中某一组分在混合物中占的百分数,易挥发组分A,易挥发组分B,2)摩尔分率:,3)换算关系:,气液相平衡的概念,在一封闭容器中,如图所示。在一定 条件下,液相中各组分均有部分分子从 介面逸出进入液面上方气相空间,而气相也有部分分子返回液面进入液相内。经长时间接触,当每个组分的分子从液相逸出与气相返回的速度相同,或达到动平衡时,即该过程达到了相平衡。把这种气液两相在平衡状态下的浓度关系成为气液相平衡关系。,pA, pB 溶液上方A、B组分的分压,Pa; pA0 , pB0 溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压,Pa; xA , xB 液相中A、B组分的摩尔分率。,对于理想溶液,在一定温度下,气液相平衡时,气相中任一组份的分压等于该组分的在该温度下的饱和蒸汽压乘以它在液相中的摩尔分数。,1. 拉乌尔定律( Raoults Law),理想溶液的气液相平衡关系,液相组成 x 与温度的关系,蒸馏通常是在一定外压下进行,操作过程中溶液的沸点随组成而变,故总压一定下的沸点与组成图是分析精馏过程的基础
2、。,沸点组成图,以苯-甲苯混合液为例,在常压下,其t x y图如图所示,以温度t为纵坐标,液相组成xA和汽相组成yA为横坐标(x,y均指易挥发组分的摩尔分数)。,沸点组成图,图中有两条曲线,下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系,称为液相线,上曲线表示平衡时汽相组成与温度的关系,称为汽相线。两条曲线将整个t x y图分成三个区域,液相线以下代表尚未沸腾的液体,称为液相区。汽相线以上代表过热蒸汽区。被两曲线包围的部分为汽液共存区。,沸点组成图,在恒定总压下,组成为x,温度为t1(图中的点A)的混合液升温至t2(点J)时,溶液开始沸腾,产生第一个汽泡,相应的温度t2称为泡点,产生的第一个气泡组成为y1(点C)。同样,组成为y、温度为t4(点B)的过热蒸汽冷却至温度t3(点H)时,混合气体开始冷凝产生第一滴液滴,相应的温度t3称为露点,凝结出第一个液滴的组成为x1(点Q)。F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。,气液相平衡图,y x图表示在恒定的外压下,蒸气组成y和与之相平衡的液相组成x之间的关系。图2是101.3 kPa 的总压下,苯甲苯混合物系的y x图,它表示不同温度下互成平衡的汽液两相组成y
3、与x的关系。图中任意点D表示组成为x1的液相与组成为y1的气相互相平衡。,沸点-组成图(txy图),两条线:气相线(露点线) yAt 关系曲线 液相线(泡点线) xAt 关系曲线,三个区域:液相区 气、液共存区 气相区,气液平衡图xy图,对角线 y=x 为辅助线; xy曲线上各点具有不同的温度; 对于大多数溶液,平衡时yx ,故平衡曲线在对角线的上方; 平衡线离对角线越远,挥发性差异越大,物系越易分离。,压力对txy图及xy图的影响,压力增加,平衡线靠近对角线,分离难度加大。,正偏差溶液:x=0.894,最低恒沸点,78.15,乙醇水溶液相图,非理想溶液的气液相平衡关系 1.具有正偏差的溶液,硝酸水溶液相图,负偏差溶液:x=0.383,最高恒沸点,121.9,2. 具有负偏差的溶液,挥发度与相对挥发度,pA、 pB汽液平衡时,组分A,B在气相中的分压; xA、xB汽液平衡时,组分A,B在液相中的摩尔分数。,混合液某组分挥发度:,1. 挥发度,意义:是该物质挥发难易程度的标志。,定义:气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液相中的该组分摩尔分数之比,用符号表示。,理想溶液:,理想溶液:,一
4、般溶液:,相对挥发度(以 表示),定义:溶液中两组分挥发度之比。,对于二元理想溶液 :yB=1-yA xB=1-xA,即, 相平衡方程,理想溶液:,则,3. 平均相对挥发度,式中 顶塔顶的相对挥发度 釜塔釜的相对挥发度,4.的物理意义,气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之 比的倍数; 标志着分离的难易程度; 若1,则 yx ,可用蒸馏方法分离,且愈大, x-y图中平衡线愈远离对角线,物系愈易分离; =1, 无法用普通蒸馏方法分离。,简单蒸馏和平衡蒸馏,简单蒸馏又称为微分蒸馏,瑞利(Rayleigh)1902年提出了该过程数学描述方法,故该蒸馏又称之为瑞利蒸馏。,1. 装置,2. 特点:,间歇非定态。 一次进料。 xD, xW不是一对平衡组成。 适合于大的组分。,一 、 简单蒸馏,二、平衡蒸馏(又叫闪蒸),1. 流程,2. 特点: 一次进料,粗分 xi, yi是一对平衡组成,三、简单蒸馏和平衡蒸馏的比较,简单蒸馏:相当于分批多次采用一个理论塔板进行蒸馏,故同一理论板相当多次发挥作用。,平衡蒸馏:相当于总进料一次通过一个理论板,进行一次分离。分离效果不及简单蒸馏。,精馏原理,无回流的多
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