食品工程原理 教学课件 作者 姜淑荣 主编 冷士良 主审第八章.ppt

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1、蒸馏第八章蒸馏8.1概述8.2蒸馏理论8.3蒸馏方法8.4板式塔中双组分精馏的计算8.5精馏装置蒸馏8.1概述蒸馏是利用互溶液体混合物中各组分沸点的不同，将液体混合物分离成为较纯组分的一种单元操作。蒸馏操作所以能够分离互溶的液体混合物，是由于溶液中各组分的沸点不同，沸点低的组分容易气化，称为易挥发组分，而沸点高的组分不易气化，称为难挥发组分。因此，蒸馏所得的蒸汽中，与其冷凝后形成的液体（简称馏出液）中，低沸点组分的含量较多；而残留的液体（简称残液）中，高沸点组分的含量较多。故用蒸馏方法处理液体混合物，可以得到较纯的馏出液和较纯的残液，达到混合物分离

2、的目的。蒸馏可见，液体混合物中各组分的沸点相差愈大、汽液两相的组成差别愈大，愈有利于蒸馏分离。有关混合物中汽液两相共存时组分间汽液相平衡关系是蒸馏操作的基础，将在第二节中讨论。根据蒸馏时混合液中的组分数，可分为双组分蒸馏和多组分蒸馏，但双组分蒸馏是多组分蒸馏的基础，而且很多多组分蒸馏问题，可以作为双组分蒸馏来处理。故本章主要讨论双组分连续蒸馏的原理、方法和计算。蒸馏8.2蒸馏理论在蒸馏操作中，各组分均有一定的挥发性。如果蒸馏系统中仅含两组分，则液相和气相中均有此两组分，这样的系统称为双组分系统或二元系统。8.2.1双组分理想溶液的汽液相平衡1．理想

3、溶液概念根据溶液中同分子间作用力与异分子间作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液。所谓理想溶液，是指在这种溶液内，组分A、B分子间作用力aAB与纯组分Ａ的分子间作用力aAA或纯组分B的分子间作用力aBB相等，即aAA＝aBB＝aAB。反之，纯组分间作用力aAA及aBB与组分A、B分子间作用力aAB不相等，则称该溶液为非理想溶液。蒸馏2．理想溶液特点（1）两个完全互溶的挥发性组分（A、B两组分）所构成的理想溶液，其汽液平衡关系服从拉乌尔定律，即p=pºx(8-1)式中p—溶液上方某组分的平衡分压，Pa；pº—在当时温度下该纯组分的饱和蒸汽压，

4、Pa；X—溶液中该组分的摩尔分数。（2）若汽液平衡时总压P不很高（如10atm以内），道尔顿分压定律可适用于气相，即p=p1+p2(8-2)蒸馏3．双组分理想溶液汽液相平衡关系相图将双组分体系相平衡关系图用平面图形表示出来，经常使用以下几种相图：①一定温度下的压力－组成图，即p－x图、p－y图；②一定压强下的温度－组成图，即t－x－y图；③一定压强下的y－x图。蒸馏（1）p－x图、p－y图对于由A、B二组分构成的理想溶液，xA+xB＝1，可省略下标，用x表示A组分（易挥发组分）的摩尔分数，则B组分（难挥发组分）的摩尔分数为（1-x）。如前所述，理想

5、溶液服从拉乌尔定律，蒸汽是理想气体，服从道尔顿分压定律。在平衡时，根据拉乌尔定律：pA=p0AxApB=p0BxB=p0B(1-xA)蒸馏根据道尔顿分压定律，溶液上方蒸汽总压力p为：p＝pA＋pB＝p0AxA＋p0B(1－xA)或p＝(p0A－p0B)xA＋p0B（8-3）xA=（8-3a）对于混合溶液为理想溶液，而其上方蒸汽为理想气体的系统，有pyA＝p0AxA,pyB＝p0BxByA＝xAyB＝xB（8-3b）蒸馏因为对于双组分混合物有xA＋xB＝1，yA＋yB＝1因此，整理得（8-4）式中p—气相总压，Pa；pA、pB—组分A和B的气相平衡分

6、压，Pa；p0A、p0B—纯组分A和B的饱和蒸汽压，Pa；xA，xB—组分A和B平衡时在液相中的摩尔分数；yA，yB—组分A和B平衡时在气相中的摩尔分数。蒸馏式（8-3）表示双组分理想溶液在一定温度下溶液上方蒸汽压力p与液相组成xA的关系，称为液相等温线方程式，将该式标绘在直角坐标系上，即得压力—组成（p-x）相图。p-x图为一直线，称为液相等温线。如图8-1（a）所示。同理式（8-4）表示双组分理想溶液在一定温度下溶液上方蒸汽压力p与气相组成yA的关系，称为气相等温线方程式，所对应的曲线为压力－组成（p-y）相图，称为气相等温线。如图8-1(b)

7、所示，它在液相等温线之下。蒸馏图8-1理想溶液压力—组成图（a）液相等温线（b）气相等温线蒸馏（2）t－x－y图蒸馏操作通常是在一定外压下进行，而且在操作过程中，溶液的温度随其组成而变，故恒压下的温度－组成图对蒸馏过程的分析具有实际意义。对于任意两组分理想溶液，利用一定温度下纯组分的饱和蒸气压数据，由式（8-3a）和(8-3b)即可求得该温度下平衡时气、液相组成，由此可以以x或y为横坐标，以t为纵坐标，绘出一定压强下的t－x及t－y两条曲线，这就是温度－组成相图，即t－x－y图，如图8-2所示。蒸馏图8-2理想溶液温度—组成图蒸馏图中，上面的曲线为

8、气相线（亦称冷凝曲线或露点曲线），它表示饱和蒸气的冷凝温度与气相组成（浓度）之间的关系；下面的曲线为液相线（亦称沸腾曲线或