9-1_双组分溶_液气液相平衡.ppt

第九章 液体精馏 第一节 概述 第二节 双组分溶液的气液相平衡 第三节 平衡蒸馏与简单蒸馏 第四节 精馏 第五节 双组分精馏的设计型计算 第六节 双组分精馏的操作型计算 第七节 间歇精馏 第八节 恒沸精馏与萃取精馏 第九节 多组分精馏 第一节 概述 一、蒸馏过程 蒸馏目的：分离液体混合物 吸收：气体分离 蒸馏：液体分离 蒸发：固液分离 闪蒸罐 塔顶产品 yA xA 加热器 原料液 塔底产品 Q 减压阀 二、过程实施与经济性 蒸馏 无回流 有回流 蒸馏依据：挥发度差异 挥发度表示组分由液相至气相的能力。液体均有挥发成为蒸汽的能力，但各液体的挥发性各不相同，因此液相混合物部分汽化生成的气相组成也液相组成也有差别。 y 原料液 x 蒸气 xD1 xD2 xD3 冷凝器 闪蒸罐 塔顶产品 yA xA 加热器 原料液 塔底产品 Q 减压阀 简单蒸馏示意图 平衡蒸馏示意图 料液, xF Feed 塔顶产品, xD Overhead product 塔底产品, xW Bottoms product 液相回流 Liquid reflux 汽相回流 Vapor reflux 精馏段 Rectifying section 提馏段 Stripping section 再沸器 Reboiler 冷凝器condenser 精馏示意图 蒸馏分离实例：石油炼制中使用的 250 万吨常减压装置 本章重点：精馏塔的设计型计算与操作型计算 难点：汽液相平衡概念及加料热状态问题 蒸馏的经济性——热耗（加热费用与冷却费用） 第二节 双组分溶液的气液相平衡 一、相律 相 — 具有相同的物性、化学组成均匀部分 讨论：平衡物系设计的参数：温度t，压强P ，及汽、 液两相的组成，三者知其二则平衡体系的状态确定。 （组分数 N=2，相数φ=2，平衡物系自由度 F=2） 相律 蒸馏过程系恒压操作，压强P一旦确定，物质 只剩下一个自由度。 （1）液相（或汽相）组成与温度间的一一对应关系 恒压下双组分平衡物系中存在如下关系： （2）汽液组成之间的一一对应关系。 结论： 该结论有利于分析蒸馏过程： 随着蒸馏进行，液体中轻组分浓度逐渐下降，重组分浓度逐渐上升。 即当组成改变，则釜内温度必随之升高。反之，当釜液组成没有发生明显变化，则增、减加热速率，只能增、减汽化速率而不能明显改变液相温度。 二、理想物系汽液相平衡 理想物系含义： 在一定温度下，理想溶液上方组分 i 的蒸汽压 pi 等于纯组分i的饱和蒸汽压pio乘以溶液中的i摩尔分率xi。 汽相为理想气体，服从理想气体定律或道尔顿分压定律 液相为理想溶液，服从拉乌尔定律； 拉乌尔定律： 理想混合物的总压等于个组分气体分压之和 P = p1 + p2 + ··· 道尔顿分压定律： 混合气体中每个组分气体分压等于混合气体总压乘以该气体在混合气体中的分子分数。 pi = P yi 推论： 1、双组分理想物系的液相组成——温度（泡点）关系式 当纯组分的饱和蒸汽压 p0 及总压P 已知时，可计算溶液的组成。纯组分的饱和蒸汽压 与温度 t 的关系通常用安托因（Antoine）方程表示： A、B、C 为该组分的安托因常数，查手册。 2、汽液两相平衡组成间的关系式 与亨利定律有相似之处 y = mx， 相平衡常数K与总压、温度均有关。 3、汽相组成与温度（露点）的定量表达式 yA与xA关系的计算通过pAo（pBo）作为桥梁过渡，而pAo（pBo）是温度的函数，表明了汽、液组成与温度之间的一一对应关系。 三、相图 t-x(y) 图和 y-x 图 1、t-x(y) 图 t-x(y) 图代表的是在总压 P 一定的条件下，相平衡时汽（液）相组成与温度的关系（泡点线和露点线）。 在总压一定的条件下，将组成为 xf 的溶液加热至该溶液的泡点 tA，产生第一个气泡的组成为 yA。 继续加热升高温度，物系变为互成平衡的汽、液两相，两相温度相同组成分别为 yA 和 xA 。 t/?C x(y) 0 1.0 露点线 泡点线 露点 泡点 xA yA xf 气相区 液相区 两相区 当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的气相，最后一滴液相的组成为 xA。 在 t~x(y)图上标出坐标点得出该图 温度-组成图是通过查取纯组分A、B在不同温度 t 的饱和蒸汽压数据，再经过下式计算得到x、y t C 0 E F x(或y) A yA xA 1.0 总压P一定 若在t~x（y）图上作一系列