化工原理(下册)ppt第二版课件.ppt

返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件第五章第五章 蒸蒸 馏馏 Distillation返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件5.1 概 述化工过程中步骤很多化工过程中步骤很多,这些步骤可分为两类这些步骤可分为两类: v以进行化学反应为主以进行化学反应为主,通常在反应器中进通常在反应器中进行行.v物理性操作物理性操作 单元操作单元操作返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件单元操作单元操作 流体力学：沉降、过滤、离心分离等流体力学：沉降、过滤、离心分离等分离非均相混合物分离非均相混合物传热：传热：传质：吸收、脱吸、精馏、萃取、干燥、传质：吸收、脱吸、精馏、萃取、干燥、吸附、结晶等吸附、结晶等分离操作分离操作非均相混合物非均相混合物均相混合物均相混合物传质设备传质设备返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件 一、化工生产中的传质过程一、化工生产中的传质过程均相混合物的分离过程均相混合物的分离过程1.均相物系的分离均相物系的分离混合物可分为非均相物系和均相物系混合物可分为非均相物系和均相物系非均相物系的分离前面已经讲过；非均相物系的分离前面已经讲过；均均相相物物系系的的分分离离条条件件是是必必须须造造成成一一个个两两相相物物系系，然然后后依依据据物物系系中中不不同同组组分分间间某某种种物物性性的的差差异异，使使其其中中某某个个组组分分或或某某些些组分从一相向另一相转移，以达到分离的目的。

组分从一相向另一相转移，以达到分离的目的返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件均相物系分离的特点均相物系分离的特点v引入第二个相，并使两组分在第二引入第二个相，并使两组分在第二个相中存在不均匀分配个相中存在不均匀分配v相际传质（物质从一相通过相界面相际传质（物质从一相通过相界面进入另一相）进入另一相）返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件分离的目的：分离的目的：v 浓缩：除去溶剂；浓缩：除去溶剂；v 纯化：除去杂质；纯化：除去杂质；v分离：将混合物分成两种或多种目的产物；分离：将混合物分成两种或多种目的产物；v反应促进：把化学反应或生化反应的产物连反应促进：把化学反应或生化反应的产物连续取出，以提高反应速率续取出，以提高反应速率返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件以相际传质为特征的单元操作以相际传质为特征的单元操作常见的有：常见的有：v吸收吸收气体混合物的分离气体混合物的分离物质由气相转入液相物质由气相转入液相气相气相B+A液相液相S+AAA脱吸脱吸吸收吸收逆过程逆过程脱吸脱吸返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件v气体的减湿气体的减湿吸收的一种特殊情况。

吸收的一种特殊情况为水蒸气所饱和的气体与冷水接触，水蒸为水蒸气所饱和的气体与冷水接触，水蒸气则从气相转入液相，传质只在气相中进行气则从气相转入液相，传质只在气相中进行逆过程逆过程气相气相B+A液相（水相）液相（水相）A（水）（水）A减湿减湿增湿增湿A增湿增湿返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件v液液萃取（萃取）液液萃取（萃取）混合液的分离，混合液的分离，物质从一液相转入另一液相物质从一液相转入另一液相液相液相B+A液相液相S+AA萃取萃取A萃取萃取逆过程逆过程萃取萃取返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件v固液萃取（浸沥或浸取）固液萃取（浸沥或浸取） 属多相系的分离属多相系的分离 物质固相表面或内部转入液相物质固相表面或内部转入液相固相固相B+A液相液相S+A浸沥浸沥A返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件v结晶结晶溶质从液相趋附于溶质晶体的表面转溶质从液相趋附于溶质晶体的表面转为固相，使晶体长大为固相，使晶体长大 溶解溶解液相液相S+A固相固相AA结晶结晶溶解溶解A逆过程逆过程返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件v吸附吸附物质从气相或液相趋附于固体表面物质从气相或液相趋附于固体表面（多为多孔性固体的内表面）（多为多孔性固体的内表面）脱附脱附气相或液相气相或液相 B+A固相固相CA吸附吸附脱附脱附A逆过程逆过程返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件v干燥干燥液体（水）经过汽化，从固体表面或液体（水）经过汽化，从固体表面或内部转入气相，属多相系分离内部转入气相，属多相系分离。

固相固相B+A气相气相C+A干燥干燥A返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件v精馏精馏液体混合物的分离液体混合物的分离不同物质在汽液两相间相互转移不同物质在汽液两相间相互转移液相液相A+B汽相汽相A+BAB精馏精馏返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件3.相际传质与传热的相似和区别相际传质与传热的相似和区别相似相似：区别区别：传递量传递量极限极限（最终的平衡状态）（最终的平衡状态）推动力推动力传热传热热量热量Q热平衡热平衡 T=tt=T-t传质传质质量质量m相平衡相平衡C返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件二、相组成的表示法二、相组成的表示法.质量分率和摩尔分率质量分率和摩尔分率质量分率质量分率ai：均相混合物中某组分质量占总质量的分：均相混合物中某组分质量占总质量的分率或百分率率或百分率ai摩尔分率摩尔分率xi、yi：某组分摩尔数占总摩尔数的分率或百：某组分摩尔数占总摩尔数的分率或百分率xiyi返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件2.质量比和摩尔比：常用于双组分物系质量比和摩尔比：常用于双组分物系质量比质量比：a=mA/mB摩尔比摩尔比：X=nA/nBY=nA/nB换算换算a=a1-aa =a1+aX=x1-xX=X1+X返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件3.浓度：单位体积中的物质量浓度：单位体积中的物质量质量浓度：质量浓度：cA=摩尔浓度：摩尔浓度：CA=(体积浓度）体积浓度）质量质量摩尔量摩尔量mAVnAVkg/m3kmol/m3返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件质量浓度与质量分率的关系：质量浓度与质量分率的关系：摩尔浓度与摩尔分率的关系：摩尔浓度与摩尔分率的关系：C混混 合合 物物 在在 液液 相相 中中 的的 总总 摩摩 尔尔 浓浓 度度 ， kmol/m3； 混合物液相的密度，混合物液相的密度，kg/m3。

返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件4 4气体总压与理想气体中组分的分压气体总压与理想气体中组分的分压总压与某组分的分压之间的关系总压与某组分的分压之间的关系:摩尔比与分压之间的关系摩尔比与分压之间的关系:摩尔浓度与分压之间的关系摩尔浓度与分压之间的关系:pA = PyA返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件三、传质设备简介三、传质设备简介1. 对传质设备的要求（设计原则）：对传质设备的要求（设计原则）：v给传质的两相（或多相）提供良好的接触机给传质的两相（或多相）提供良好的接触机会，包括增大相界面积和增强湍动程度会，包括增大相界面积和增强湍动程度v两相在接触后能分离完全两相在接触后能分离完全v结构简单、紧凑，操作便利，稳定，运转可结构简单、紧凑，操作便利，稳定，运转可靠，周期长，能量消耗小等靠，周期长，能量消耗小等返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件2. 填料塔和板式塔：填料塔和板式塔：v填料塔：填料塔：在填料塔内气液两相沿着塔高连续接触、传质，因而两在填料塔内气液两相沿着塔高连续接触、传质，因而两相的浓度也沿塔高连续变化。

相的浓度也沿塔高连续变化 连续接触式传质设备连续接触式传质设备v板式塔：板式塔：在板式塔内气流与液流依次在各层塔板上接触、传质，在板式塔内气流与液流依次在各层塔板上接触、传质，其浓度沿塔高呈阶跃式变化其浓度沿塔高呈阶跃式变化 逐级接触式传质设备逐级接触式传质设备返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件板式塔板式塔返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环阶梯环阶梯环 环环填料塔填料塔返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件5.2 蒸馏概述蒸馏概述1. 蒸馏原理：蒸馏原理： 蒸馏是蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度利用液体混合物中各组分挥发度的不同实现分离的单元操作的不同实现分离的单元操作. . 沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分，沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分，高的为难挥发组分或重组分高的为难挥发组分或重组分返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件 2.蒸馏分离的特点蒸馏分离的特点蒸馏操作需要消耗大量的能量，流程简单蒸馏操作需要消耗大量的能量，流程简单蒸蒸馏馏操操作作既既可可用用于于气气体体混混合合物物的的分分离离，也也可用于液体混合物甚至是固体混合物的分离可用于液体混合物甚至是固体混合物的分离蒸蒸馏馏操操作作有有时时需需要要高高压压、高高真真空空、高高温温或或低低温条件温条件返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件3.蒸馏过程的分类蒸馏过程的分类返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件5.1双组分溶液的气液相平衡双组分溶液的气液相平衡5.1.1双组分理想物系的气液平衡双组分理想物系的气液平衡5.1.2双组分非理想物系的气液平衡双组分非理想物系的气液平衡返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件5.1 双组分溶液的气液平衡双组分溶液的气液平衡5.1.1双组分理想物系的气液平衡双组分理想物系的气液平衡一、相律一、相律在物理化学中，我们学习过相律，即：在物理化学中，我们学习过相律，即：式中式中F自由度数；自由度数；C独立独立组组分数；分数；相数。

相数对双组分的气液相平衡，由相律知其自由度数为对双组分的气液相平衡，由相律知其自由度数为2返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件二、双组分理想物系的气液平衡函数关系二、双组分理想物系的气液平衡函数关系所所谓谓理理想想物物系系，即即指指液液相相为为理理想想溶溶液液，遵遵循循拉拉乌尔定律乌尔定律；气相为理想气体，遵循；气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律道尔顿分压定律返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件理想溶液理想溶液理想溶液理想溶液理想溶液理想溶液是指溶液中不同组分的分子间作用力和相同分是指溶液中不同组分的分子间作用力和相同分子间的作用力完全相等的溶液子间的作用力完全相等的溶液拉乌尔（拉乌尔（拉乌尔（拉乌尔（RaoultRaoult）定律：）定律：）定律：）定律：理想溶液各分子之间的牵制力理想溶液各分子之间的牵制力相等，各组分的挥发性不受其他组分存在的影响，它们相等，各组分的挥发性不受其他组分存在的影响，它们在平衡气相中的分压仅由纯组分的饱和蒸气压及其在溶在平衡气相中的分压仅由纯组分的饱和蒸气压及其在溶液中的摩尔分率决定液中的摩尔分率决定p=pA+pB 设设A-B是一对理想溶液体系，若在纯液体是一对理想溶液体系，若在纯液体A中逐渐加入较难挥发的液体中逐渐加入较难挥发的液体B形成形成A、B溶溶液，液，A的平衡分压（蒸汽压）的平衡分压（蒸汽压）pA仅仅由于被仅仅由于被B的稀释而降低，则：的稀释而降低，则：同理：同理：拉乌尔（拉乌尔（Raoult）定律）定律返回武汉理工大学化工原理电子课件武汉理工大学化工原理电子课件拉乌尔定律：拉乌尔定律：pA0、pB0为溶液温度下纯组分为溶液温度下纯组分A和和B的饱和蒸气压的饱和蒸气压,可查有关手册或由下面安托因方程。