化工原理精馏ppt课件

  1.1.工作原理工作原理::利用液体混合物中各组分利用液体混合物中各组分挥发性差异，以热能为媒介使其部分挥发性差异，以热能为媒介使其部分

  汽化从而在汽相富集轻组分液相富集重组分而使混合液分离。汽化从而在汽相富集轻组分液相富集重组分而使混合液分离。

  蒸馏操作实例：蒸馏操作实例：石油炼制中使用的石油炼制中使用的250250万吨常减万吨常减(Jian)(Jian)压装置压装置

  许多生产的基本工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制许多生产的基本工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制

  品的切割，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处品的切割，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处

  理等等。分离的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。理等等。分离的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。

  间歇精馏：间歇精馏：多用于小批量生产或某些有特多用于小批量生产或某些有特(Te)(Te)殊要求的场合。殊要求的场合。

  减压蒸馏：减压蒸馏：常压下物系沸点较高或热敏性物质不能承受高温的情况常压下物系沸点较高或热敏性物质不能承受高温的情况

  加压蒸馏：加压蒸馏：常压下为气体的物系精馏分离，加压提高混常压下为气体的物系精馏分离，加压提高混

  双组分精馏双组分精馏：：如正异构丁醛如正异构丁醛,,苯苯--甲苯体系等。甲苯体系等。

  简单蒸馏或平衡蒸馏：简单蒸馏或平衡蒸馏：用在分离要求不高的情况下。用在分离要求不高的情况下。

  特殊精馏：特殊精馏：混合物中各组分挥发性相差很小，难以用普通精馏分离，混合物中各组分挥发性相差很小，难以用普通精馏分离，

  蒸馏分离的物系由加热至沸腾的液相和产生的蒸汽相构成。相平衡关系是蒸馏过蒸馏分离的物系由加热至沸腾的液相和产生的蒸汽相构成。相平衡关系是蒸馏过

  液相为理想溶液、汽相为理想气体的物系。理想溶液服液相为理想溶液、汽相为理想气体的物系。理想溶液服

  从拉乌尔（从拉乌尔（RaoultRaoult）定律）定律，理想气体服从，理想气体服从道尔顿分压定律。道尔顿分压定律。

  根据拉乌尔定律，两组分物系理想溶液上方的平衡蒸汽压为根据拉乌尔定律，两组分物系理想溶液上方的平衡蒸汽压为

  溶液溶液沸腾沸腾(Teng)(Teng)时时，溶液上方的总压应等于各组分分压之和，即，溶液上方的总压应等于各组分分压之和，即

  AA、、BB、、CC为安托因常数，可由相关的手册查到。为安托因常数，可由相关的手册查到。

  取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总压下液相组取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总压下液相组

  成与溶液泡点温度关系。已知溶液的泡点可由上式计算液相成与溶液泡点温度关系。已知溶液的泡点可由上式计算液相

  组成；反之，已知溶液组成也可算出溶液泡点。组成；反之，已知溶液组成也可算出溶液泡点。

  纯组分饱和蒸汽压与温度的关系，用安托因（纯组分饱和蒸汽压与温度的关系，用安托因（AntoineAntoine）方程表示：）方程表示：

  上式为一定总压下汽相组成与温度的关系式。该温度又称为露点（上式为一定总压下汽相组成与温度的关系式。该温度又称为露点（dew-pointdew-point），），

  严格地说没有完全理想的物系。对那些性质相近、结构相似的组分所组成的溶液严格地说没有完全理想的物系。对那些性质相近、结构相似的组分所组成的溶液

  ，如苯，如苯--甲苯，甲醇甲苯，甲醇--乙醇等，可视为理想溶液；若汽相压力不乙醇等，可视为理想溶液；若汽相压力不

  对非理想物系不能简单地使用上述定律。汽液相平衡数据更多地依靠对非理想物系不能简单地使用上述定律。汽液相平衡数据更多地依靠

  当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 y y

  平衡线位 平衡线位(Wei) (Wei) 于对角线的上方 于对角线的上方，平衡线偏离对角线 ，平衡线偏离对角线愈远 愈远，表示该溶液愈易 ，表示该溶液愈易

  x-y x-y 图代表在总压一定下，液相组成和与之成平衡的汽相组成的关系。 图代表在总压一定下，液相组成和与之成平衡的汽相组成的关系。

  大多数溶液，两相平衡时， 大多数溶液，两相平衡时，y y 总是大于 总是大于 x x ，平衡线位于对角线上方。 ，平衡线位于对角线上方。

  平衡线偏离对角线越远，该溶液越易分离。 平衡线偏离对角线越远，该溶液越易分离。

  汽液两相平衡组成常用相平衡常数 汽液两相平衡组成常用相平衡常数 K K 或相对挥发 或相对挥发  的关系式来表达。 的关系式来表达。

  分别表示 分别表示 i i 组分在互为平衡的汽、液两相中的摩尔 组分在互为平衡的汽、液两相中的摩尔

  值越大，组分在汽、液两相中的摩尔分数相差越大，分离 值越大，组分在汽、液两相中的摩尔分数相差越大，分离

  对多组分物系汽液平衡关系的计算，应用相平衡常数较为方便。 对多组分物系汽液平衡关系的计算，应用相平衡常数较为方便。

  气（汽）液相平衡时，两相的温度和压强相等，每个组分 气（汽）液相平衡时，两相的温度和压强相等，每个组分(Fen) (Fen) 在两相中的逸度 在两相中的逸度

  对非理想物系，气（汽）、液相的逸度服从下列方程： 对非理想物系，气（汽）、液相的逸度服从下列方程：

  — — 气（汽）相 气（汽）相 i i 组分的逸度系数； 组分的逸度系数；

  — — 纯液体 纯液体 i i 在系统温度、压力下的逸度，可由下式计算 在系统温度、压力下的逸度，可由下式计算

  的计算与气（汽）相组成和液相组成有关，相平 的计算与气（汽）相组成和液相组成有关，相平

  衡常数 衡常数 K K 不仅与系统温度、压强有关，也与组成有关。 不仅与系统温度、压强有关，也与组成有关。

  当系统压力较低，气相近似为理想气体时，气相逸度系数 当系统压力较低，气相近似为理想气体时，气相逸度系数  

  若液相也为理想溶液，液相的活度系数就等于 若液相也为理想溶液，液相的活度系数就等于1 1 ，则 ，则

  对多组分物系汽液平衡关系的计算，应用相平衡常数比较方便。 对多组分物系汽液平衡关系的计算，应用相平衡常数比较方便。

  溶液中各组分的挥发性 溶液中各组分的挥发性(Xing) (Xing) 由挥发度来量衡，定义为组分在汽相中的平衡蒸 由挥发度来量衡，定义为组分在汽相中的平衡蒸

  汽压与在液相中的摩尔分数的比值。对双组分物系 汽压与在液相中的摩尔分数的比值。对双组分物系

  对纯组分液体，其挥发度就等于该温度下液体的饱和蒸汽压。 对纯组分液体，其挥发度就等于该温度下液体的饱和蒸汽压。

  溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度，用 溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度，用   表示 表示

  当操作压强不高，气相服从道尔顿分压定律时，上式可改写为 当操作压强不高，气相服从道尔顿分压定律时，上式可改写为

  对理想溶液，组分的挥发度 对理想溶液，组分的挥发度   = = p p

    值随气温变化比较小，在一定的温度范围内，常取 值随气温变化比较小，在一定的温度范围内，常取   的平均值用于相平 的平均值用于相平

   >

  1 ，表示组分 ，表示组分 A A 较 较 B B 易挥发； 易挥发；  值越大，两个组分在两相中相对含量的差 值越大，两个组分在两相中相对含量的差

  别越大，越容易用蒸馏方法将两组分分离；若 别越大，越容易用蒸馏方法将两组分分离；若  =1 =1 ， ， yA=xA yA=xA ，此时不能用普 ，此时不能用普

  若已知两组分的相对挥发度，可由上式确定汽液平衡组成。 若已知两组分的相对挥发度，可由上式确定汽液平衡组成。

  时， 时， 挥发度差异愈大， 挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作 愈有利于蒸馏操作。 。

  α α 可作为混合液 可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判据。 能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判据。

  平衡蒸馏是液体的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸馏操作。生产的基本工艺中溶液 平衡蒸馏是液体的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸馏操作。生产的基本工艺中溶液

  的闪蒸分离是平衡蒸馏的典型应用 的闪蒸分离是平衡蒸馏的典型应用( ( 如醋酸 如醋酸V103 V103) ) 。 。

  式中： 式中：F F 、 、D D 、 、W W —— ——进料流率和出塔汽 进料流率和出塔汽. . 液相产物的流率， 液相产物的流率，kmol/s kmol/s

  —— ——料液组成以及出塔汽、液相产物的摩尔 料液组成以及出塔汽、液相产物的摩尔

  若设液相产物占总加料量的分 若设液相产物占总加料量的分 (Fen) (Fen) 率为 率为 q q ，即 ，即W/F=q W/F=q ，则汽化率为 ，则汽化率为

  上式表示了汽化率与汽、液相组成的关系。 上式表示了汽化率与汽、液相组成的关系。

  平衡蒸馏过程可认为经部分汽化或部分冷凝后所得的汽液两相呈平衡，即 平衡蒸馏过程可认为经部分汽化或部分冷凝后所得的汽液两相呈平衡，即 y y

  和生产任务所要求的汽化率 和生产任务所要求的汽化率 (1 (1-q -q) ) ，结合物料衡算式 ，结合物料衡算式

  的显热全部用于料液的部分汽化所需的潜热，即 的显热全部用于料液的部分汽化所需的潜热，即

  通过以上诸式，在 通过以上诸式，在 q q 为已知的条件下，由物料衡算与相平衡关系求得 为已知的条件下，由物料衡算与相平衡关系求得

  简单蒸馏也是一种单级蒸馏，间歇非稳态操作，在蒸馏过程中系统的温度和汽液相组成 简单蒸馏也是一种单级蒸馏，间歇非稳态操作，在蒸馏过程中系统的温度和汽液相组成

  分批加入蒸馏釜的原料液持续加热沸腾汽化，产生的蒸汽 分批加入蒸馏釜的原料液持续加热沸腾汽化，产生的蒸汽

  由釜顶连续引入冷凝器得馏出液产品。釜内任一时刻的汽 由釜顶连续引入冷凝器得馏出液产品。釜内任一时刻的汽

  任一时刻，易挥发组分在蒸汽中的含量 任一时刻，易挥发组分在蒸汽中的含量 y y 始终大于剩余在釜内的液相 始终大于剩余在釜内的液相

  中的含量 中的含量 x x ，釜内易挥发组分含量 ，釜内易挥发组分含量 x x 由 由(You) (You) 原料的初始组成 原料的初始组成 x x