谭天恩-化工原理-第十章 蒸馏

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目录第十章 蒸馏第一节 概述一、什么是蒸馏？ 二、蒸馏在工业生产中的应用 三、蒸馏的分类

第二节 二元物系的汽液相平衡一、理想物系的汽液相平衡 二.非理想溶液的汽液相平衡

第三节 蒸馏方式一、简单蒸馏 二、平衡蒸馏 三、平衡级和精馏原理1《化工原理》电子教案/目录

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目录第四节二元连续精馏的分析与计算一、全塔物料衡算 二、精、提馏段物料衡算 三、理论塔板数N的计算 四、塔板效率与实际塔板数 五、回流比的影响及选用 习题课 六、理论板数的捷算法 七、关于二元连续精馏的其它流程 1.塔顶设有分凝器 2.冷液回流 3.直接蒸汽加热流程 4.多股加料和侧线出料流程 习题课《化工原理》电子教案/目录

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目录第四节 二元连续精馏的分析与计算八、精馏塔的热量衡算 九、填料精馏塔的填料层高度

第五节 其他精馏方式一.水蒸汽蒸馏 二.间歇精馏 三.特殊精馏 四.反应精馏

第六节 多元精馏 第七节 吸收过程的塔板数 第十章 小结3《化工原理》电子教案/目录

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第十章 蒸馏第一节 概述一、什么是蒸馏？利用各组分挥发度的差异将液体混合物 加以分离的单元操作称为蒸馏。

二、蒸馏在工业生产中的应用 获得高纯度产品； 获得粗馏分。 例如：

A易挥发组分 B部分汽化

难挥发组分

在酿酒业中饮料酒；在石油炼制工业中，原油经蒸馏 后制取汽油、煤油、柴油等产品；《化工原理》电子教案/第十章

溶液(A+B) 加热4/143

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第一节三、蒸馏的分类

概述

二 元 蒸 馏 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： 间 歇 蒸 馏 常 压 蒸 馏 根据操作压力，可分为 加 压 蒸 馏 减 压 蒸 馏 说明：画圈的就是本 简 单 蒸 馏 根据操作方式，可分为： 平 衡 蒸 馏 精 馏 章要着重介绍的。返回目录5/143

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第二节 二元物系的汽液相平衡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。

自由度数

F C 2 2 2 2 2----独立变量只有2个， 例如：x(y)、P;x、t在一定的压力下

A

t, P, y B

t f x, P t g y, P

t f x

t, x 溶液(A+B) 加热

t g y p A f x p B g x

p A Py f x, t p B P 1 y g x, t

在一定的温度下

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第二节 二元物系的汽液相平衡t f x

t g y

p A f x p B g x

具体函数关系还需实验测 定。其中，理

想物系的函数关 系式较为成熟。

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第二节 二元物系的汽液相平衡一、理想物系的汽液相平衡汽相为理想气体、液相为理想溶液的体系，称为 。满足理想气体状态方程、道尔顿分压定律P p A pB yA pA P yB pB 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。在组分A、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，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、烃类同系物组成 的溶液等等。pA pB xA xB

pA p x A ------拉乌尔(Raoult)定律 0 pB pB x B t f x p A f x p B g x t g 《化工原理》电子教案/第十章 y ?0 A

t 加热

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一、理想物系的汽液相平衡2、理想物系的汽液相平衡关系： pA p0 x A A 0 pB pB x B

t f x t g y

?

对理想物系，汽相满足：P0 P pB x 0 0 p A pB

0 p 0 x p B (1 x ) p A pB A

p0 pA p x y A P P P0 A

0 P pB 0 p 0 pB A

0 p 0 、 p B 仅与温度 t 有关，可采用实测数据或用安托因(Antoine)方 A B 程进行推算： ln p 0 A T C 9/143

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一、理想物系的汽液相平衡理想物系的t-x(y)相图：P 一定

0 P pB x 0 0 p A pB

pA p0 x y A P P

露点线一定在泡点线上方。Why?露点线

B t泡点线

汽相区

杠杆原则：

t-y两相区杠杆

力 力臂 = 常数量 浓度差 即：液相量 L1=汽相量 L2

t-xL1L2

液相区

AA

t, P, y B

0

x 或y

1《化工原理》电子教案/第十章

t, x 溶液(A+B) 加热

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一、理想物系的汽液相平衡t f x t g y

y f x -----理想物系的x-y相平衡关系p0 A x 0 pB

pA p0 x y A P P

P p A pB0 p 0 x pB (1 x ) A

p0 x A y 0 0 0 p A x p B (1 x ) pA x (1 x ) 0 pBp0 A 令 0 ----相对挥发度 pB对理想物系，相对挥发度与温度关 系不大，可近似认为与温度无关。转下页《化工原理》电子教案/第十章

x y 1 ( 1) x

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理想物系相平衡关系举例苯-甲苯物系的相对挥发度随温度的变化关系t, 0C 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

p 0 mmHg A0 p B mmHg

对理想物系，相对挥发度与温度关 系不大，可近似认为与温度无关。

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理想物系的 x-y 相图：说明： (1)相平衡曲线必落在对角 1 线的上方； Why? 因为y x (2

) 越远离1,也就愈 有利于蒸馏操作。---- 越大，相平衡曲线偏 离对角线愈远，表示达到汽 液相平衡时汽、液两相组成 的差异愈大。A t, P, y B

x y 1 ( 1) x

大 小

y y

y x

x0x y 理想物系的 y-x 相图

t, x 溶液(A+B) 加热

x

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3、挥发度、相对挥发度什么是挥发度？

对于纯液体，可以用蒸汽压 p0 表示其挥发度 对于混合液中的某一组分i,挥发度 i 定义为: pA pB A B xA xB 显然对理想溶液，根据拉乌尔定律有： A p 0 A 什么是相对挥发度？0 B pB

A pA x A yA xA 相对挥发度 B pB x B yB xBp0 A 显然对理想溶液，有： 0 pB《化工原理》电子教案/第十章

x y 1 ( 1) x14/143

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3、挥发度、相对挥发度影响 的因素？

体系 不同体系 差别很大。 温度 回忆：理想物系， 与温度可近 似认为与温度无关。 非理想物系， 与温度有关。

压力 一般地， 随总压升高而降低

正丁烷与正己烷混合物在不同压力下的汽液平衡图15/143《化工原理》电子教案/第十章

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x y 1 ( 1) x思考：若 =1,相图如何画？ 能否用普通蒸馏方法提纯？

y

=1

A、B的挥发能力相同，即y=x, 故不能用普通蒸馏方法分离提纯。x16/143《化工原理》电子教案/第十章