学习情境一精制提纯工业酒精Chapter1Distillation.ppt
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1、学习情境一:精制提纯工业酒精Chapter 1 Distillation,应用热力学基本理论表达体系的热力学性质的相互关系、相平衡关系。对过程进行物料和热量衡算,确定给定条件下完成分离要求所需的理论板数,塔内物流流量、组成的分布。通过严格的模拟计算还可获得温度、物流性质等分布,为精馏塔设计提供工艺条件及数据。,本章研究方法,本章重点,连续精馏过程的基本原理及过程描述的基 本方法。 二元精馏过程的设计以及精馏过程的操作 分析与诊断。 精馏过程及塔设备的工艺计算。,1.1.1 蒸馏的应用 液体产品的精制,苯 甲苯 二甲苯等,煤焦油,目的:对液体混合物的分离,提取或回收有用组分。 依据:液体混合物中
2、各组分挥发性的差异。,1.1.2 蒸馏分离的目的和依据,乙醇水体系的蒸馏分离,二元蒸馏 液体混合物:(酒精水溶液),必有: yA xA, yB xB,按蒸馏方式,简单蒸馏,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,很难分离的物系或用普通方法难以分离的物系,1.1.3 蒸馏过程的分类,按操作压强,常压,加压,减压,一般情况下多用常压,常压下不能分离或达不到分离要求,混合物中组分,双组分,多组分,按操作方式,间歇,连续,1.1.4 蒸馏操作的费用,主要费用:加热和冷却费用,即能耗大。,1.1.5 与吸收、萃取的比较,分离
3、依据 挥发性的差异 溶解度的差异,单元操作 蒸馏 吸收 萃取,操作难易 操作简便,操作费用在于加热、冷却耗能 需加入分离剂,操作费用在于解吸过程耗能,适用性 适于各种浓度液态混合物的分离 仅适于低浓气体、液体混合物的分离,1.2.1 双组分溶液的气液关系 1.2.2 气液相平衡 1.2.3 挥发度与相对挥发度 1.2.4 非理想溶液,1.2 双组分溶液的气液相平衡,1.2.1 双组分溶液的气液关系,1、组成的表示方法 1)质量分率:混合物中某一组分在混合物中占的百分数,易挥发组分A,易挥发组分B,2)摩尔分率:,3)换算:,组分(C): A、B 变量 : t、p、xA、 yA 相数( ): 气
4、相、液相,一定压力下,液相(气相)组成xA(yA)与温度t存在一一对应关系,气液组成之间xAyA存在一一对应关系。,自由度:,2、相律分析,1.2.1 双组分溶液的气液关系,2、理想溶液 定义 :溶液中同分子间的作用力与异分子间的 作用力相等。,如:甲醇与乙醇,苯和甲苯, 二甲苯和对二甲苯,理想物系:液相为理想溶液,服从拉乌尔定律; 气相为理想气体,服从道尔顿分压定律。,1.2.2 气液相平衡,在一封闭容器中,如图所示。在一定 条件下,液相中各组分均有部分分子从 介面逸出进入液面上方气相空间,而气相也有部分分子返回液面进入液相内。经长时间接触,当每个组分的分子从液相逸出与气相返回的速度相同,或
5、达到动平衡时,即该过程达到了相平衡。,pA, pB 溶液上方A、B组分的分压,Pa; pA0 , pB0 溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压,Pa; xA , xB 液相中A、B组分的摩尔分率。,对于理想溶液:,1. 拉乌尔定律( Raoults Law),泡点方程,液相组成 x 与温度(泡点)的关系,气液两相平衡组成间的关系:,气相组成yA与温度(露点)的关系,露点方程,2、道尔顿分压定律:,3、组成温度图(txy图),两条线:气相线(露点线) yAt 关系曲线 液相线(泡点线) xAt 关系曲线,三个区域:液相区 气、液共存区 气相区,混合液体的泡点随组成的变化而变化; 同温度下,气液两相达平衡
6、,气液量大小由 杠杆定律确定; 同组成下,露点高于泡点。,4、xy图,对角线 y=x 为辅助线; xy曲线上各点具有不同的温度; 对于大多数溶液,平衡时yx ,故平衡曲线在对角线的上方; 平衡线离对角线越远,挥发性差异越大,物系越易分离。,5. 压力对txy图及xy图的影响,压力增加,平衡线靠近对角线,分离难度加大。,1.2.3 挥发度与相对挥发度,pA、 pB汽液平衡时,组分A,B在气相中的分压; xA、xB汽液平衡时,组分A,B在液相中的摩尔分数。,混合液某组分挥发度:,1. 挥发度,意义:是该物质挥发难易程度的标志。,定义:气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液相中的该组分摩尔分数之比,
7、用符号表示。,理想溶液:,理想气体:,一般物系:,相对挥发度(以 表示) (Relative volatility),定义:溶液中两组分挥发度之比。,对于二元物系:yB=1-yA xB=1-xA,即, 相平衡方程,理想溶液:,则,3. 平均相对挥发度,式中 顶塔顶的相对挥发度 釜塔釜的相对挥发度,4.的物理意义,气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之 比的倍数; 标志着分离的难易程度; 若1,则 yx ,可用蒸馏方法分离,且愈大, x-y图中平衡线愈远离对角线,物系愈易分离; =1, 无法用普通蒸馏方法分离。,1.2.4 非理想溶液,1.具有正偏差的溶液,一般正偏差:pApA理, pBpB理
8、,介于pAo、pBo 之间。,正偏差溶液:x=0.894,最低恒沸点,78.15,乙醇水溶液相图,硝酸水溶液相图,负偏差溶液:x=0.383,最高恒沸点,121.9,2. 具有负偏差的溶液,一般负偏差 pApA理, pBpB理。,注意: 1.非理想溶液不一定都具有恒沸点。 如甲醇水溶液,属正偏差系统。 2.精馏分离的依据: 挥发度的差异,而非沸点的大小。,1.3.1 简单蒸馏与平衡蒸馏 1.3.2 精馏原理 1.3.3 连续精馏装置流程 1.3.4 理论板的概念和恒摩尔流假设,1.3 蒸馏与精馏原理,1.3.1 简单蒸馏和平衡蒸馏,简单蒸馏又称为微分蒸馏,瑞利(Rayleigh)1902年提出
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