化工原理下册九-1、2.ppt

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1、第九章液体精馏第一节概述第二节双组分溶液的气液相平衡第三节平衡蒸馏与简单蒸馏第四节精馏第五节双组分精馏的设计型计算第六节双组分精馏的操作型计算第七节间歇精馏第八节恒沸精馏与萃取精馏第九节多组分精馏第一节概述一、蒸馏过程目的：分离液体混合物依据：挥发度差异吸收：气体分离蒸馏：液体分离蒸发：固液分离二、过程实施与经济性经济性——热耗（加热与冷却）加热温度和冷却温度蒸馏无回流有回流连续精馏示意图平衡蒸馏示意图加热温度和冷却温度本章重点：精馏塔的设计型计算与操作型计算难点：汽液相平衡概念及加料热状态问题第二节双组分溶液的气液相平衡一、相律相—具有相同的物性、化学组成均匀

2、部分讨论：平衡物系设计的参数：温度t，压强p，及汽、液两相的组成，三者知其二则物系状态确定。（组分数N=2，相数φ=2，平衡物系自由度F=2）相律蒸馏过程系恒压操作，压强p一旦确定，物质只剩下一个自由度。（1）液相（或汽相）组成与温度间的一一对应关系恒压下双组分于平衡物系中存在如下关系：（2）气液组成之间的一一对应关系。结论：该结论有利于分析蒸馏过程：随着蒸馏进行，液体中轻组分浓度逐渐下降，重组分浓度逐渐上升。反之，当釜液组成没有发生明显变化，则增、减加热速率，只能增、减汽化速率而不能明显改变液相温度。即当组成改变，则釜内温度必随之升高。二、理想物系汽液相平衡关

3、系计算理想物系含义：在一定温度下，理想溶液上方组成i的饱和蒸汽压pi等于纯组分i的饱和蒸汽压pio与该组分在溶液中的摩尔分率xi的乘积。汽相为理想气体，服从理想气体定律或道尔顿分压定律液相为理想溶液，服从拉乌尔定律；拉乌尔定律：理想混合物的总压等于个组分气体分压之和P=p1+p2+···道尔顿分压定律：混合气体中每个组分气体分压等于混合气体总压乘以该气体在混合气体中的分子分数。Pi=Pyi推论：1、双组分理想物系的液相组成——温度（泡点）关系式得当纯组分的饱和蒸汽压及总压已知时可计算溶液的组成，P为操作压强。或纯组分的饱和蒸汽压po与温度t的关系，通常用安托因（

4、Antoine）方程表示：A、B、C为该组分的安托因常数，查手册。2、汽液两相平衡组成间的关系式与亨利定律有相似之处y=mx，K与总压、温度均有关。3、汽相组成与温度（露点）的定量表达式yA与xA关系的计算通过pAo（pBo）作为桥梁过渡，而pAo（pBo）是温度的函数，表明了汽、液组成与温度之间的一一对应关系。泡泡三、相图t-x（y）图和y-x图总压P恒定时，汽（液）相组成与温度关系曲线1、t-x（y）图在t~x（y）图上标出坐标点得出该图温度-组成图是通过查取A、B组分不同温度t的纯组分饱和蒸汽压数据，再经过下式计算得到x、y泡泡若在t~x（y）图上作一系列

5、水平线，得出汽、液平衡浓度（x，y），将（x，y）一一在y~x图上标出则得出y~x图，（x，y）点连线为相平衡曲线。2、y-x图t-x（y）图用以讨论原理，作为分析蒸馏依据；y-x图用以进行过程分析与计算讨论：3、y-x关系式及相对挥发度α（1）挥发度（2）相对挥发度（3）相平衡方程双组分体系故若已知x值则可以根据相平衡方程得到y~x的对应关系得相平衡方程（4）α值的求取，通常由实验测定对理想溶液，用拉乌尔定律代入原则上α随温度变化而变化，但①②讨论：（1）一般情况α愈大则同一液相组成x对应的y值愈大，α=1时，y=x，则汽液两相组成相同即yA=xA，yB=xB

6、，这时用一般精馏方法无法分离。因此α的大小可作为用蒸馏分离某一物系的难易程度标志（2）只有在两相区才有分离如：t0（冷液）、t1（过热蒸汽）在一相区无分离如：当温度为t时四、非理想物系的汽液相平衡实际生产所遇到的大多数物系为非理想物系1、液相属非理想溶液平衡蒸汽压偏离拉乌尔定律2、汽相属非理想气体，进行修正3、具有恒沸点物系溶液的蒸馏（1）恒沸组成时汽、液两相的组成相同（y=x）M点看出有恒沸温度78.15℃，正偏差负偏差，最高恒沸点（2）一般蒸馏方法无法将恒沸物中的两个组分加以分离即对应于M点组成恒沸混合物在恒定温度下沸腾，直至溶液全部汽化为止，不可能分离组分

7、。（yA=xA）M点：y=x（3）具有恒沸点物系溶液的蒸馏以硝酸—水体系为例：初组成为x1（x1>x0）的混合液中在t1下沸腾,汽相生成y1的饱和蒸汽,y1A>y2A,液相中含难挥发组分较多。结果：塔顶可得到纯硝酸，塔底得组分为xo的恒沸液。若初组成x2（x2

8、但所需设备复杂，技术要求