化工原理 教学课件 作者 张宏丽周长丽闫志谦 编 第七章.pptVIP

尚辅网 尚辅网 化工原理 第七章 蒸馏 第一节　概述 一、汽液传质设备的分类 实现蒸馏过程是在汽液传质设备中进行的。汽液传质设备的形式多样，用的最多的是板式塔和填料塔。汽相和液相在板式塔塔板上或填料塔填料表面上进行着质量传递过程。易挥发组分从液向转移至汽相，难挥发组分从汽相转移至液相。在实际生产中，对年产量小的混合液的分离，通常使用填料塔。 第一节　概述 第一节　概述 填料塔的结构如图7-1所示。塔体为一圆形筒体，塔内填充一定高度的填料，以填料作为汽液相接触的基本单元。液体从塔顶加入，经液体分布器均匀喷淋到塔截面上。液体沿填料表面呈膜状流下。各层填料之间设有液体再分布器，将液体重新均匀分布于塔截面上，再进入下层填料。气体从塔底送入，与液体呈逆流连续通过填料层的缝隙，从塔的上部排出。气液两相在填料塔内进行接触传质。在正常情况下，液相为分散相，汽相为连续相。 板式塔的结构如图7-2所示。塔体也为圆筒体，塔内装有若干层按一定间距放置的水平塔板。操作时，塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板上，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。汽相靠压强差推动，自下而上穿过各层塔板及板上液层而流向塔顶。塔板是板式塔的核心，在塔板上，汽液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在正常操作下，液相为连续相，汽相为分散相。 第二节　两组分溶液的汽液 一、理想溶液的汽液相平衡关系——拉乌尔定律 根据溶液中同分子间作用力与异分子间作用力的关系，溶液可分为理想溶液和非理想溶液两种。实验证明，理想溶液的汽液相平衡服从拉乌尔定律，即： 　　　　　　　　　　　　 （7-1） 第二节　两组分溶液的汽液 式中： ——溶液上方组分的平衡分压，Pa； ——平衡温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa； ——溶液中组分的摩尔分数； 下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分。 习惯上，常略去上式表示相组成的下标，以 和 分别表示易挥发组分在液相和汽相中的摩尔分数，以（1- ）表示液相中难挥发组分的摩尔分数，以（1- ）表示汽相中难挥发组分的摩尔分数。 非理想溶液的汽液相平衡关系可用修正的拉乌尔定律，或由实验测定。 第二节　两组分溶液的汽液 二、双组分理想溶液的汽液平衡相图 双组分理想溶液的汽液平衡关系用相图表示比较直观、清晰，而且影响蒸馏的因素可在相图上直接反映出来。蒸馏中常用的相图为恒压下的温度－组成（ ）图和汽相－液相组成（ ）图。 1．温度－组成（ ）图 蒸馏多在一定外压下进行，溶液的沸点随组成而变，故恒压下的温度－组成图是分析蒸馏原理的基础。 第二节　两组分溶液的汽液 苯－甲苯混合液可视为理想溶液。在总压 kPa下，苯－甲苯混合液的 图如图7-3所示。图中以温度为纵坐标，以液相组成 或汽相组成 为横坐标。图中上方曲线为 线，表示混和液的平衡温度和平衡时汽相组成之间的关系，此曲线称为饱和蒸汽线。图中下方曲线为线，表示混和液的平衡温度和平衡时液相组成之间的关系，此曲线称为饱和液体线。上述两条曲线将图分成三个区域。饱和液体线（线）以下的区域代表未沸腾的液体，称为液相区；饱和蒸汽线上方的区域代表过热蒸汽，称为过热蒸汽区；两曲线包围的区域表示汽液两相同时存在，称为汽液共存区。 第二节　两组分溶液的汽液 在恒定总压下，若将温度为 组成为 （图中的A点所示）的苯－甲苯混合液加热，当温度达到 （J点）时，溶液开始沸腾，产生第一个气泡，其组成为C点对应组成y1，相应的温度 称为泡点，因此饱和液体线又称为泡点曲线。同样，若将温度 为组成为（B点）的过热蒸汽冷却，当温度达到 （H点）时，混合汽体开始冷凝产生第一滴液滴，其组成为Q点对应组成 ，相应的温度 称为露点，因此饱和蒸汽线又称为露点曲线。当升温使混合液的总组成与温度位于汽液共存区点K时，则物系被分成互呈平衡的汽液两相，其液相和汽相组成分别由L、G两点所对应横坐标得到。两相的量由杠杆规则确定。由图7-3可见，当汽液两相达到平衡时，两相的温度相同，但汽相中苯（易挥发组分）的组成大于液相组成。当汽液两相组成相同时，则汽相露点总时大于液相的泡点。 第二节　两组分溶液的汽液 数据通常由实验测得。若溶液为理想溶液，则服从拉乌尔定律。总压不太高时，可认为汽相是理想气体，服从道尔顿分压定律。在以上条件下，