菏澤學院化工教研室《化工原理》電子教案2023/7/29第九章

蒸餾一：概述二：雙組分溶液的氣液平衡三：單級蒸餾過程四：精餾——多級蒸餾五：雙組分連續(xù)精餾的計算六：間歇精餾七：特殊精餾八：多組分精餾概述九：板式塔2023/7/29一：學習要求掌握精餾的原理;精餾過程的計算和優(yōu)化;板式塔的基本結構、特性、操作和調節(jié)。二：應重點掌握的內容

1：氣液平衡關系的表達與應用。

2：雙組分連續(xù)精餾過程的計算和優(yōu)化，包括物料衡算和操作關系、進料熱狀況的影響、理論板層數的計算、適宜回流比的確定、板效率的計算。

3：板式塔的基本結構、流體力學和傳質特性、負荷性能圖等。2023/7/294：影響精餾過程主要主要因素的分析。1：平衡蒸餾與簡單蒸餾的特點、適用場合。2：間歇精餾與特殊精餾的特點、適用場合。三：一般了解的內容四：學習時注意點

精餾與吸收均屬于傳質過程，注意兩者之間的共性和特點。2023/7/29第九章

蒸餾一：蒸餾過程的分類二：蒸餾分離的特點第一節(jié)

概述2023/7/29第一節(jié)概述

分離液體混合物的操作。

蒸餾操作：將液體混合物部分汽化，利用其中各組分揮發(fā)度不同的特性（沸點差）而達到分離的目的。

易揮發(fā)組分（輕組分）：揮發(fā)性相對較大的組分；其余組分為難揮發(fā)組分（重組分）。液體混合物部分汽化2023/7/29回流罐（餾出液）再沸器降液管塔頂產品塔底產品（餾殘液）2023/7/29一、蒸餾過程分類1、按組分數分雙組分蒸餾多組分蒸餾2、按操作方式分簡單蒸餾單級蒸餾平衡蒸餾多級蒸餾－精餾本章以常壓、雙組分、連續(xù)精餾為重點。4、按操作流程分：間歇式和連續(xù)式3、按操作壓強分常壓蒸餾減壓蒸餾加壓蒸餾2023/7/29第二節(jié)兩組分溶液的氣液相平衡理想溶液和非理想溶液把性質相似，分子結構相近的物質組成的溶液看作理想溶液。典型的理想溶液如苯-甲苯，甲醇-乙醇等。9.2.1兩組分理想物系的氣液相平衡兩組分理想物系氣相為理想氣體（P＜104KPa）液相為理想液體二、蒸餾操作的特點

1、流程簡單；

2、適用范圍廣；

3、蒸餾中的節(jié)能2023/7/291、用飽和蒸汽壓表示的平衡關系一、氣液相平衡關系一定溫度下，理想溶液達氣液平衡時，氣相中某組分分壓與其在液相中摩爾分率成正比。溶液上方總壓等于各組分蒸氣壓之和。

對于A、B兩組分的理想溶液，平衡分壓遵循拉烏爾定律，平衡氣相組成遵循道爾頓分壓定律。2023/7/29液相的泡點溫度是其組成和壓強的函數。汽相的露點溫度是其組成和壓強的函數。2023/7/29

2、用相對揮發(fā)度表示的氣液相平衡關系

（1）揮發(fā)度：溶液中某組分氣相分壓與其液相組成之比。對純組分或理想溶液（2）相對揮發(fā)度：溶液中兩組分揮發(fā)度之比?！x式2023/7/29溫度變化，氣液相組成變化，但α變化不大，計算時可取操作溫度范圍內的幾何平均值。對于理想溶液---用相對揮發(fā)度表示的平衡方程2023/7/29溫度對飽和蒸汽壓的影響2023/7/29常壓下苯、甲苯的相對揮發(fā)度隨組成的變化2023/7/292023/7/29

例1苯（A）甲苯（B）的飽和蒸氣壓與溫度的關系可用安托尼方程表示，即式中p*的單位為kpa,t的單位為0C。苯和甲苯可看作理想物系?，F(xiàn)測得某精餾塔塔頂壓力為p1=103.3kpa,溫度為t1=81.50C;塔釜壓力為p2=109.3kpa,液相溫度為t2=1120C.試求塔頂、塔底平衡的液相、氣相組成。2023/7/29解：（1）塔頂的液、氣相組成2023/7/29用相對揮發(fā)度計算（2）塔釜的液、氣相組成同理可求得2023/7/292023/7/29例2計算含苯0.5（摩爾分率）的苯-甲苯理想溶液在101.3kpa下的泡點。解：確定指定壓力下溶液的泡點須用試差法。設泡點t=930C,則用安托尼方程可求出2023/7/291、溫度-組成圖（t-x-y圖）二、氣液平衡相圖

露點線泡點線氣液共存區(qū)氣相區(qū)液相區(qū)2023/7/29t-x線：飽和液體組成和泡點的關系曲線。t-y：飽和蒸氣組成和露點的關系曲線。E、F-難揮發(fā)組分、易揮發(fā)組分沸點?？倝篜恒定氣、液共存區(qū)，蒸氣量與液相量符合杠桿規(guī)則，即氣、液平衡時，兩相溫度相同；故t-y線在t-x線上方；當氣、液兩相組成相同時，露點總大于泡點。2023/7/29將已知組成和溫度的過冷溶液加熱至b點--（泡點線）--加熱至c點（氣液共存區(qū)）---加熱至d點（露點線）---加熱至e點氣相區(qū)），氣、液組成將如何變化？任一個點代表一個狀態(tài)。相平衡的氣液兩相組成不同；其氣相的露點溫度和液相的泡點溫度相同。將g再部分氣化或將h再部分冷凝情況如何？2023/7/29如果體系壓力發(fā)生改變，則溫度-組成圖將發(fā)生變化。P↑→泡點和露點溫度↑→t-x和t-y線上移，且兩曲線靠攏，平衡區(qū)變窄，氣液平衡時，兩相組成差值變小，分離變得困難。2023/7/29從過冷液體至過熱蒸汽的變化過程2023/7/29說明：A：部分氣化和部分冷凝均可起到分離作用；B：全部氣化和全部冷凝沒有分離作用；C：不斷的部分氣化和部分冷凝可使分離程度不斷提高；

D：蒸餾操作應處于氣液兩相區(qū)內；氣液兩相量符合杠桿規(guī)則；E：泡點與濃度有關，其值在A，B組分沸點范圍之內；F：總組成相同，其泡點和露點（冷凝點）溫度不同。2023/7/292、y--x圖：總壓一定，不同溫度下互成平衡的氣液兩相組成y和x繪制在y-x坐標中，得y-x圖?？赏ㄟ^t-x-y圖或通過已知的利用氣液平衡方程求得。..2023/7/29對角線上的點y=x。平衡時y>x，平衡線總位于對角線的上方。

α越大，平衡線離對角線越遠,對應的越大，越易分離。2023/7/29平衡線上各點，即表示不同平衡時的組成，又對應不同的溫度。組成點越向下，平衡溫度越高（向下，x小，難揮發(fā)組分組成大）。平衡曲線是確定壓強下測得的，P↑→氣化需能量↑→達到平衡需溫度↑→α↓，y-x線越靠近對角線，分離變難。但當P變化幅度在20％～30％之間時，x-y曲線的變動≤2％，因此P變化不大時，外壓對平衡曲線的影響可忽略。2023/7/299.2.2雙組分非理想物系的氣液平衡一、氣液平衡方程非理想物系氣液相平衡有如下三種情況：（1)氣相為理想氣體，液相為非理想溶液的體系；(2)氣相為非理想氣體，液相為理想溶液；（3）氣相為非理想氣體，液相為非理想溶液。主要討論第一種。非理想物系的平衡分壓用修正的拉烏爾定律表示。

γ—活度系數，由實驗測取或由熱力學公式計算。2023/7/29正偏差溶液的泡點較理想溶液低；當正偏差較大時，t-x-y圖上出現(xiàn)一最低點，稱為最低恒沸點。如：乙醇－水，正丙醇－水等。

正偏差溶液γ＞1，二、氣液平衡相圖2023/7/29負偏差溶液γ＜1負偏差溶液的泡點較理想溶液高；當負偏差較大時，t-x-y圖上出現(xiàn)一最高點，稱為最高恒沸點。如：硝酸－水，氯仿－酮等。2023/7/29說明：B：在恒沸點處,α=1，故一般蒸餾方法不能使兩組分分離。C：恒沸點隨壓力的變化而變化。D：非理想溶液，α

隨t

（或濃度）變化較大，α不能作為常數。三：氣液相平衡的應用——自學

（1）計算溶液的泡點、氣相的露點、平衡組成；（2）選擇操作壓力；（3）選擇分離方法；

（4）在x-y相圖上說明精餾原理；2023/7/29經常不斷地學習,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量StudyConstantly,AndYouWillKn