化工原理气液平衡液体精馏.ppt

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1、7.1概述7.2双组分溶液的气液相平衡7.3精馏原理7.4双组分连续精馏的计算7.5板式塔7.1概述化工生产过程中，常常需要将均相混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。对于均相物系必须要造成一个两相物系，利用原物系中各组分间某种物性的差异，而使其中某个组分（或某些组分）从一相转移到另一相，以达到分离的目的。物质在相间的转移过程称为传质过程或分离过程。化工生产中常见的传质过程有蒸馏、吸收、干燥和萃取等单元操作，常见的蒸馏方式有简单蒸馏、平衡蒸馏和精馏。当分离程度要求不高或较易分离时，可采用简单蒸馏或平衡蒸馏；当分离程度要求很高时，可采用

2、精馏。精馏是蒸馏操作中应用最广泛的一种。27.1.1精馏操作在化工中的应用精馏是分离液体均相混合物典型的单元操作，在化工、炼油等工业生产中应用很广，例如石油精馏可得到汽油、煤油和柴油等；液态空气精馏可得到纯的液氧和液氮等。精馏分离的依据是液体混合物中各组分的挥发性不同。精馏操作通过气、液两相的直接接触，使易挥发组分由液相向气相传递，难挥发组分由气相向液相传递，是气、液两相之间的传质过程。37.1.2精馏的分类工业上精馏操作可按以下方法分类：（1）操作方式：可分为间歇精馏和连续精馏。（2）物系中组分的数目：可分为双组分精馏和多组分精馏

3、。（3）物系分离的难易：可分为精馏和特殊精馏。（4）操作压强：可分为常压精馏、减压精馏和加压精馏。47.2双组分溶液的气液相平衡7.2.1双组分溶液的气液相平衡1．双组分理想溶液的气液相平衡关系气液相平衡关系，是指溶液与其上方的蒸气达到平衡时，系统的总压、温度及各组分在气液两相中组成间的关系。⑴理想溶液及拉乌尔定律实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律。拉乌尔定律表示：当气液呈平衡时，溶液上方组分的蒸气分压与溶液中该组分的摩尔分率成正比。在一定压强下，液体混合物开始沸腾产生第一个气泡的温度，称为泡点温度（简称泡点）。严格而言

4、，实际上理想溶液是不存在的，仅对于那些由性质极相近、分子结构相似的组分所组成的溶液，例如苯-甲苯、甲醇-乙醇、烃类同系物等可视为理想溶液。5⑵气液平衡相图①t-x-y图该图表示在一定总压下，温度与气、液相组成之间的关系。在总压为101.33kPa下，苯-甲苯混合液的t-x-y图如图7-1所示。图7-1苯-甲苯混合液的t-x-y图6②y-x图在一定外压下，以y为纵坐标，以x为横坐标，建立气-液相平衡图，即y-x图，图中曲线代表气液相平衡时的气相组成y与液相组成x之间的关系。图7-2为苯-甲苯混合液在外压为101.33kPa下的y-x图

5、。如图中曲线的D点表示组成为x1的液相与组成为y1的气相互成平衡。该曲线又称为平衡曲线。图7-2苯-甲苯混合液的y-x图72．双组分非理想溶液的气液平衡关系非理想溶液可分为与理想溶液发生正偏差的溶液和负偏差的溶液。例如，乙醇-水物系是具有正偏差的非理想溶液；硝酸-水物系是具有负偏差的非理想溶液。它们的y-x图分别如图7-3和7-4所示。图7-3乙醇-水溶液的y-x图图7-4硝酸-水溶液的y-x图87.2.2相对挥发度1．挥发度挥发度可表示物质挥发的难易程度。纯物质的挥发度可用该物质在一定温度下的饱和蒸气压来表示。同一温度下，蒸气压愈

6、大，表示挥发性愈大。对于混合液，因组分间的相互影响，使其中各组分的蒸气压要比纯组分的蒸气压低，故混合液中组分的挥发度可用该组分在气相中平衡分压与其在液相中组成（摩尔分率）之比表示，2．相对挥发度相对挥发度，即为混合液中组分挥发度之比，用α表示。97.3精馏原理7.3.1精馏原理精馏过程原理可用气液平衡相图说明，如图7-5所示。图7-5多次部分气化和部分冷凝10若将组成为xF、温度低于泡点的某混合液加热到泡点以上，使其部分气化，并将气相和液相分开，则所得气相组成为y1，液相组成为x1，且y1＞xF＞x1，此时气液相量可用杠杆规则确定。

7、若将组成为y1的气相混合物进行部分冷凝，则可得到组成为y2的气相和组成为x2的液相；又若将组成为y2的气相部分冷凝，则可得到组成为y3的气相和组成为x3的液相，且y3＞y2＞y1，可见气体混合物经多次部分冷凝后，在气相中可获得高纯度的易挥发组分。同时，若将组成为x1的液相经加热器加热，使其部分气化，则可得到组成为x2＇的液相和组成为y2＇（图中未标出）的气相，再将组成为x2＇的液相进行部分气化，可得到组成为x3＇的液相和组成为y3＇（图中未标出）的气相，且x3＇＜x2＇＜x1＇，可见液体混合物经过多次部分气化，在液相中可获得高纯度的

8、难挥发组分。117.3.2精馏装置的流程典型的连续精馏流程如图7-7所示。原料液经预热后，送入精馏塔内。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体气化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被全部