第9章 化工原理液体精馏

9 液体精馏(Distillation)

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8

蒸馏概述 双组分溶液的气、液相平衡 平衡蒸馏与简单蒸馏 精馏 双组分精馏的设计型计算 双组分精馏的操作型计算 间歇精馏 恒沸精馏与萃取精馏

9.1蒸馏概述(Introduction of Distillation )1、蒸馏分离的依据 利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度(沸点) 的不同进行分离的一种单元操作。 yA xA y B xB

易挥发组分 ： 沸点低的组分 难挥发组分 ： 沸点高的组分

9.1蒸馏概述(Introduction of Distillation )

2、蒸馏的分类简单蒸馏平衡蒸馏 (闪蒸) 按蒸馏方式 精馏 恒沸蒸馏 特殊精馏 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

9.1蒸馏概述(Introduction of Distillation )常压 按操作压强 加压 减压 混合物中组分 双组分 多组分 间歇 按操作方式 一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不到分离要求

连续

9.1蒸馏概述⑵工业蒸馏过程①平衡蒸馏(闪蒸) 平衡蒸馏又称闪蒸，系连续定态过程，其流程如下图。

9.1蒸馏概述⑵工业蒸馏过程②简单蒸馏 简单蒸馏为间歇操作过程，其流程如下图。

9.1蒸馏概述⑷精馏操作的费用和操作压强蒸馏和精馏都是通过气化、冷凝达到分离提浓的目的,能 耗很高. 节能降耗是精馏过程研究的重要任务。 蒸馏过程中的液体沸腾温度和蒸汽冷凝温度均与操作压 强有关，故工业蒸馏的操作压强应进行适当的选择。加压精 馏可使冷凝温度提高以避免使用费用很高的冷凝器和冷冻剂； 在常压下为气态混合物(如烷、烃类混合物),沸点很低， 需加压使其成液态后才能精馏分离；减压精馏可使沸点降低 以避免使用高温载热体；除上述情况以外一般用常压精馏。

9.2 双组分溶液的气、液相平衡9.2.1理想物系的气液相平衡(1)气液两相平衡共存时的自由度 F = N – Φ + 2 组分数N=2,相数Φ =2,则平衡物系的自由度为2 即平衡物系的温度、压强和液相组成(或气相组成) 三者之中任意规定2个，则物系的状态将被唯一确定。 若操作压强一旦确定，则物系的自由度为1,故： ①液相(或气相)组成与温度间存在一一对应关系； ②气、液组成之间存在一一对应关系

9.2.1 理想物系的气液相平衡(2)x~t(泡点)关系式液相为理想溶液，服从拉乌尔(Raoult)定律：pA pA xA pA xo o

p B p B x B p A (1 x)o o

气相为理想气体，符合道尔顿分压定律：pA pA x yA p po

9.2.1 理想物系的气液相平衡混合液沸腾的条件是各组分的蒸汽压之和等于外压，即

p p A

pB p A x A p B (1 x)o o

x

p pBo

o o

PA PB

9.2.1 理想物系的气液相平衡纯组分的蒸汽压与温度的关系式可用安托尼方程表示， 即

B log p A t co

故p0与t的关系为非线性关系，已知t求p0用上式很方便， 但是已知p求泡点要用试差法(迭代法)求。

9.2.1 理想物系的气液相平衡(3)y~x 关系式指定用上述方法求出后用道尔顿分压定律求，即

pA x yA p

o

9.2.1 理想物系的气液相平衡(4)t~ x (或y)图和y ~ x图将用上述方法求出的数据画在同一张图上，就得到下图。两条线 三个区 三种点

两条线露点线泡点线 表示混合液的平 衡温度和液相组 成之间关系，t-x 线。

表示混合液的平衡 温度和气相组成之 间的关系，t-y线，

三个区过热蒸汽区

液相区

●沸点(boiling point ) ●泡点(bubble point ) ●x越大，易挥发组分 的含量越高，泡点温 ●

度越低。

●●

●露点(dew point ) y越大，易挥发组分含量越高，露点温度越低。

汽液两相处于平衡 时， 两 相 温 度相

同此时，气相组成大于液相组成； 当气液两相组成相 同时，气相露点温 度总是高于液相的 泡点温度。 t

t-x-y 图与蒸馏原理

tE

E

xE

xF

yE

9.2.1 理想物系的气液相平衡(5)y~x图

平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离对角线愈远，表示 该溶液愈易分离。