化工原理-蒸馏

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1、液体的蒸馏——沸点不同的液体混合物的分离混合物的分类：非均相物系(气固相混合物)均相物系(液体混合物、气体混合物等)均相物系分离的条件：依据物系中不同组分之间的某些性质差异。传质分离过程的概念：将物质在相间的转移过程称为传质(分离)过程。常见的传质分离过程有精馏、吸收、萃取等。蒸馏分离的对象：液体混合物的分离利用被分离液体之间挥发度的差异，采用加热的方式在一定范围遵循拉乌尔定律蒸馏过程的特点：10蒸馏过程将液体溶液加热至沸腾，液体便汽化，由于溶液中各组分的挥发性不同，即蒸汽压不同，产生的所相与液相组成便不同，易挥发的组成较多地进入气相，而难挥发组分则较多的留在液相，于是，由原来单一

2、的液体溶液分成接触的浓度不同的汽液两相，——这样便实现了组份的初步分离——这种分馏原理叫蒸馏原理，根据蒸馏原理而设计的各种分离操作都属于蒸馏过程，常见的的蒸馏过程有闪蒸，简单蒸馏、连续精馏和间隙精馏等。20蒸馏物系：分为二元和多元蒸馏二、蒸馏在工业中的应用举例工业上大规模生产一般应用连续蒸馏，其应用比较广，如原油蒸馏以取得汽油、煤油，柴油等不同组成的多种产品，石油化工中乙烯、乙烷的分离，液态空气蒸馏取的高纯度的02、N2、Ar等，以及乙醇~水溶液液蒸馏取得高浓度乙醇溶液等。在工业中，生产规模较小或不同阶段原料有改变的情况下，间隙蒸馏使用的很多，间隙精馏是分批性操作的，如从杂醇油中蒸

3、出，间隙精馏用得较多，间隙精馏用于进行某溶液的精馏实验研究时，比较灵活。双组份物系的汽液相平衡气、液平衡示意图(1)气液相平衡在一封闭容器中，如图1.2.1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。平衡时气液两相的组成之间的关系称为相平衡关系。它取决于体系的热力学性质，是蒸馏过程的热力学基础和基本依据双组份物系的汽液相平衡一、理想物系的汽液相平衡1）理想物系——其液相为理想溶液，A、B组分均服从拉乌尔定律，其气相

4、为理想气体，服从理想气体定律及道尔顿分压定律的物系。2）相律的应用为使体系的平衡状态具有确定性，应由体系的自由度F决定，而平衡状态体系自由度由相律可得自由度=组分数+2-相数=2+2–2=2（二组分气液平衡本系）对二元体系，在总压P，温度t，气相组成YA（成YB）及液相组成XA、XB中，只需确定二者，则气液平衡状态便被确定。3）平衡的溶液相中各参数的数量关系1、液相中XA+XB=12、气相中P=PA=PBYA=PA/PYB=PB/PYA+YB=13、拉乌尔定律PA=PA0×XA浓度大时，纯A的饱和蒸汽化PB=PB0×XB4、在汽液相等温，总压为P时，由P=PA+PB导出关系：P=P

5、A˚xA+PB˚（1-xA）　　（1）xA=（PA/P）=（P–PB˚）/（PA˚–PB˚）　　（2）（P〈104时可视为理想气体〉ｘＢ＝１－ｘＡ以及yA=PA˚·xA/P，YＢ=PＢ˚·ｘＢ/P（3）由于PA˚以及PB˚是体系温度t的函数，所以对二元理想体系，只需应用（2）、（3）即可根据两个已知参数计算出另两个未知参数温度t时，理想物系的汽液平衡时的“P-x”和“t-x-y”关系图线“P-X”关系图线：其中PA=PA˚xAPB=PB˚(1-xA)，P=PA+PB=PA˚xA+PB˚（1-xA）PA～xA，PB～xB，P～x的图线如图。图中如果已知XA，则由XA与P～XA图线相交

6、得P（总压），与PA～XA，或PB-XA相交，分别得XA时的PA和PBb．安托因（Antoine）方程，各纯组份的饱和蒸汽压与温度的关系可由安托因方程算得，安托因方程为：式中，A、B、C为常数，依组份而定，其值可由物性数据手册查得．P˚-该组份在温度t时的饱和蒸汽压（P˚/mmHg）T——温度˚C例：苯（A）—甲苯（B）液相混合物可视为理想溶液，此两组份的安托因方程分别为：试求总压力为101.3kPa下，苯一甲苯溶液在100℃时的汽、液相平衡组成。该溶液为理想溶液。解：将t＝100℃＝373K代入上述安托因方程，可分别求得＝1344mmHg＝179.2kPa；　＝554mmHg＝7

7、3.86kPa．又P＝101.3kPa，得两相组成x，y(摩尔分数)已知双组分混合液中，苯(A)占80％，甲苯占20％(摩尔百分率)。试求常压下与该液相相平衡的汽相组成及温度。苯、甲苯的饱和蒸汽压可按上例中的Antoine公式计算。解：由已知x＝0.8，P＝101.3kPa，汽相平衡组成可利用计算：由已知x＝0.8，P＝101.3kPa，汽相平衡组成可利用计算：饱和蒸汽压和温度的关系已知，为求　　，需先确定温度t因　　　　　　，故　　　　　。此式可作为试差计算中所设温