食品工程原理-第4章 蒸馏ppt课件.ppt

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1、第四章蒸馏第一节概述概念分类在古希腊时代，亚里士多德曾经写到：“通过蒸馏，先使水变成蒸汽继而使之变成液体状，可使海水变成可饮用水”。这说明当时人们发现了蒸馏的原理。古埃及人曾用蒸馏术制造香料。在中世纪早期，阿拉伯人发明了酒的蒸馏。西安出土的西汉墓中的蒸馏酒、药的铜器民间蒸馏酒用的陶器蒸馏是分离液体混合物重要单元操作之一。其原理是在热能驱动下，利用混合液中各组分具有不同的挥发能力，使得各组分在气液两相中的组成之比发生改变，即易挥发组分（轻组分）在气相中增浓，难挥发组分（重组分）在液相中得到浓缩。蒸馏的分离对象：均相的液体混合物均相物系：混合物全部是

2、固、液或气体；分离条件是必须形成两相体系。非均相物系：混合物中至少存在两相。分离依靠质点运动（如：离心机）。蒸馏分离的依据：混合液体中各组分挥发度不同易挥发组分（轻组分）：沸点低的组分难挥发组分（重组分）：沸点高的组分蒸馏就是利用混合物在一定压力下各组分挥发度（沸点）的不同进行分离的一种单元操作。特点1．通过蒸馏操作，可以直接获得所需要的产品，而吸收和萃取还需要如其它组分。2．应用较广泛，历史悠久。3．能耗大，在生产过程中产生大量的气相或液相。获得高纯度产品；获得粗馏分。例如：在酿酒业中饮料酒；蒸馏在工业生产中的应用乙醇水体系的蒸馏分离乙醇水加热

3、汽相:醇富集液相:水富集冷凝冷却乙醇产品废水石油炼制中使用的250万吨常减压装置蒸馏过程的分类（4种分法）：操作方式：间歇蒸馏、连续蒸馏操作压力：加压、常压、真空蒸馏组分数目：双组分蒸馏（二元蒸馏）、多组分蒸馏按蒸馏方式简单蒸馏（实验室制蒸馏水）平衡蒸馏（闪蒸）精馏特殊精馏恒沸蒸馏萃取蒸馏水蒸汽蒸馏较易分离的物系或对分离要求不高的物系难分离的物系（如苯-甲苯体系）很难分离的物系或用普通方法难以分离的物系双组份理想溶液的气液相平衡非理想双组份理想溶液简介第二节二元物系的汽液相平衡一.相律(自由度、相数和独立组分数的关系)自由度=组分数-相数+2即F

4、=C–φ+22表示外界只有温度和压强可以影响物系的平衡关系。故双组分气液平衡物系的自由度为2，在t、p、y、x4个变量中，任意确定其中的两个变量，则物系的状态被唯一地确定,余下的参数已不能任意选择。一般精馏在恒压（p一定）下操作，物系只剩下1个自由度。故：①指定温度t，则气液组成y、x均为t的函数被确定。换句话说，y、x与t之间存在一一对应关系t~y或t~x；②指定液相组成x，则气相组成y被确定，换句话说y与x之间存在一一对应关系y~x。我们主要讨论理想物系的情况。理想物系气相和液相应符合以下条件：①气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。②液相为理

5、想溶液，遵循拉乌尔定律。总压不高于104kPa时，气相可视为理想气体。通常，有性质相近组分所组成的混合液，例如苯-甲苯混合液、甲醇-乙醇混合液、烃类同系物等化学结构相似、极性相近的混合液，它们中同分子间作用力与异分子间作用力基本上相等，可视为理想溶液。加热温度t总压强pABAB气相：液相：pA、pB：气相中AB的分压pA0、pB0：纯AB在t下的饱和蒸气压有以下关系：p=pA+pBpA=pA0*xA=p*yApB=pA0*xA=p*yBxA+xB=yA+yB=1二、双组份理想溶液的气液相平衡1、液相组成x与液相温度t（泡点）关系式拉乌尔定律:(A

6、表示易挥发组分，B表示难挥发组分）液相中A组分的摩尔分数液相上方A组分的蒸汽压在溶液温度t下纯组分A饱和蒸汽压(1-1)液相中B组分的摩尔分数液相上方B组分的蒸汽压在溶液温度t下纯组分B饱和蒸汽压(1-2)(1-3)(1-4)泡点方程当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和纯组分的饱和蒸汽压p0与温度t的关系式p0=f(t)可用安托万方程表示，即常用液体的安托因常数A、B、C值可由有关手册查得。表示气液平衡下液相组成与平衡温度之间的关系。习惯上，X表示液相中易挥发组分的摩尔分率，以1-x表示难挥发组分的摩尔分率；安托万方程的应用：①已知

7、总压P及泡点t，求x。将t及各组分的安托因常数代入安托因方程求出、将P、、代入中直接求出x，算法简便；②已知总压P及液相组成x，求泡点t。算法：假设一个t用安托因方程求出、将p、、代入中求x计比较x计与已知x试差到x计=x为止，所设t即为所求t。2、气相组成y与气相温度t（露点）的关系式将泡点方程代入道尔顿分压定律：与t（泡点）~x间的计算类似，t（露点）~y间的计算也有两种类型，算法也类似。气相为理想气体，符合道尔顿分压定律:总压露点方程纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。相对挥发度（RelativeVolatility）是指溶液

8、中两组分挥发度之比，常以易挥发组分的挥发度为分子。溶液中各组分的挥发度定义为该组分在蒸气中的分压和与之相平衡的液相中的摩尔分率之比，即α