化工原理基本概念和原理

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1、化工原理基本概念和原理蒸榴基本概念和基本原理利用各组分捏发厪丕運将液体浞合物部分汽化而使浞合物得到分离的单元操作称为蒸馏。这种分离操作是通过液相和气相之间的质量传递过程来实现的。对于均相物系，必须造成一个两相物系冰能将均相混合物分离。蒸馏操作采用改变状态参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产生出笫二个物相（气相）；吸收操作屮则采用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。一、两组分溶液的气液平衡1.拉乌尔定律理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律：Pa=Pa°XaPb=Pb（）Xb=Pb°（1—xa）根掘道尔顿分压定律：Pa=PYa而P=Pa+Pb则两组分理想物系的气液相平

2、衡关系：xA=（P—Pb°）/（Pa°—Pb（））泡点方程yA=pA（）xA/P露点方程对于任一理想溶液，利用一定温度I纯组分饱和蒸汽压数据可求得平衡的气液相组成；反之，己知一相组成，可求得与之平衡的另一相组成和温度（试差法）。2.用相对挥发度表示气液平衡关系溶液中各组分的挥发度v可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率来表示，即vA=pA/xAvB=pB/xB溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比为担2?±經发度。其表达式有：=va/vb=（Pa/xa）/（pB/xB）=yAxB/yBxA对于理想溶液:^=Pa0/Pb°气液平衡方程：y=^x/[l+（J一1）x]

3、值的大小可用來判断蒸馏分离的难易程度。〃愈大，挥发度差异愈大，分离愈易：Izk时不能用普通精馏方法分离。3.气液平衡相图（1）温度一组成（t-x-y）网该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区,两曲线之间区域为气液共存区。气液两相呈M状态时，气液两相温度相同,但气相组成太i液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度太±液相泡点温度。（2）x-y阁x-y图表示液相组成x与之平衡的气相组成y之间的关系曲线图，平衡线位于对角线的上方。平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。总压对平衡曲线影响不大。二、精馏原理精馏过

4、程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的，精馏操作的依据是混合物屮各纟II分挥发度的差异,实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相hl流和塔底产生上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低:精馏塔的塔顶温度总是低i塔底温度，原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低；原因之二是：存在压降使塔底压力岛于塔顶，塔底沸点较岛。当塔板屮离开的气相与液相之间达到相平衡时,该塔板称为理论板。精馏过程中，再沸器的作用是提供•-•定量的上升蒸汽流,冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证由适宜的液相回流。三、两组分连续精馏的计算1.全塔物料衡算总物料衡算：F=D+W易挥发组分：Fxf

5、=Dxd+Wxw塔顶易挥发组分回收率：々d=(Dxd/Fxf)x100%塔底难挥发组分回收率：/7W=[W(l-xw)/F(l-xp)]xl00%2.精馏段物料衡算和操作线方程总物料衡算：V=L+D易挥发组分：Vyn+i=Lxn+DxD操作线方程：yn+i=(L/V)xn+(D/V)xd=[R/(R+l)]xn+[l/(R+l)]xD其中：R=L/D——回流比上式表示在一定操作条件下，精馏段内向任意第n层板下降的液相组成Xi勾艽相邻的下一层板(第n+1层板)上升蒸汽相组成y_n+l之间的关系。在:x-y坐标上为直线，斜率为R/R+1,截距为x；j/R+l03.提馏i物料衡算和操作线方

6、程总物料衡算：L'=V'+W易挥发组分：L'xm'=V'ym+1'+Wxw操作线方程：ym+1'=(L'/V')xm'—(W/V')xw上式表示在一定操作条件下，提馏段内自任意第m层板下降的液相组成xm'勾其相邻的下一层板(第m+1层板)上升蒸汽相组成ym+r之间的关系。L'除与L有关外，还受进料量和进料热状况的影响。四、进料热状况参数实际操作屮，加入精馏塔的原料液可能有五种热状况：(1)温度低于泡点的冷液体；(2)泡点下的饱和液体；(3)温度介于泡点和露点的气液混合物；(4)露点下的饱和蒸汽；(5)温度高于露点的过热蒸汽。IV_IF将U/7W/进料变为饱和蒸汽所需的热量Iv~Ih原

7、料液的千摩尔汽化潜热不同进料热状况下的q值进料热状况冷液体饱和液体气液混合物饱和蒸汽过热蒸汽q值>11()〜10<0对于饱和液体、气液浞合物和饱和蒸汽进料而言，q伉等于进料屮的液相分率。L'=L+qFV=VV—(q—1)Fq线方程(进料方程)为：y=[q/(q—1)]x—xF/(q—1)上式表示两操作线交点的轨迹方程。搭底再沸器相当于一层理论板(气液两相平衡),塔顶采用分凝器时，分凝器相当于一层理论板。由于冷液进料时提馏段内循环量增人，分离程度提高，冷液进