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第1讲 §7-1 蒸馏过程概述 教学课题：蒸馏概述 教学目标：1、掌握蒸馏的概念；2、熟悉蒸馏的特点及应用 教学重点：蒸馏的概念 教学难点：蒸馏的分类 教学过程： 一、新课导入： 蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作，应用最为广泛。例如将原油蒸馏可得到汽油、煤油、柴油及重油等；将混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等；将液态空气蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。 蒸馏分离的特点蒸馏是目前应用最广的一类液体混合物分离方法，其具有如下特点： (1) 通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品，操作流程通常较为简单。 (2) 蒸馏分离的适用范围广，它不仅可以分离液体混合物，而且可用于气态或固态混合物的分离。 (3) 蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离，而吸收、萃取等操作，只有当被提取组分浓度较低时才比较经济。 (4) 蒸馏操作是通过对混合液加热建立汽液两相体系的，所得到的汽相还需要再冷凝液化。因此，蒸馏操作耗能较大。蒸馏过程中的节能是个值得重视的问题。 蒸馏的应用分类在化工生产过程中，常常需要将原料、中间产物或粗产物进行分离，以获得符合工艺要求的化工产品或中间产品。化工上常见的分离过程包括蒸馏、吸收、萃取、干燥及结晶等，其中蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作，应用最为广泛。例如将原油蒸馏可得到汽油、煤油、柴油及重油等；将混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等；将液态空气蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。工业上，蒸馏操作可按以下方法分类： （1）蒸馏操作方式 可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸），精馏和特殊精馏等。简单蒸馏和平衡蒸馏为单级蒸馏过程，常用于混合物中各组分的挥发度相差较大，对分离要求又不高的场合；精馏为多级蒸馏过程，适用于难分离物系或对分离要求较高的场合；特殊精馏适用于某些普通精馏难以分离或无法分离的物系。工业生产中以精馏的应用最为广泛。 （2）蒸馏操作流程 可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。（3）物系中组分的数目 可分为两组分精馏和多组分精馏。 （4）操作压力 可分为加压、常压和减压蒸馏。的汽液平衡蒸馏操作是汽液两相间的传质过程，汽液两相达到平衡状态是传质过程的极限。因此，汽液平衡关系是分析精馏原理、解决精馏计算的基础。 的汽液平衡所谓理想物系是指液相和汽相应符合以下条件： 液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。 汽相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。当总压不太高（一般不高于104kPa）时汽相可视为理想气体。 理想物系的相平衡是相平衡关系中最简单的模型。严格地讲，理想溶液并不存在，但对于化学结构相似、性质极相近的组分组成的物系，如苯—甲苯、甲醇—乙醇、常压及150℃以下的各种轻烃的混合物，可近似按理想物系处理。 （1）拉乌尔定律实验表明，当理想溶液的汽液两相呈平衡时，溶液上方组分的分压与溶液中该组分的摩尔分率成正比，即 （-1） 式中 —— xA溶液中组分的摩尔分率； ——溶液上方组分的平衡分压，Pa ； ——同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa 。 下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分。 溶液上方的总压P等于各组分的分压之和，即 或 整理上式得到 式1-4表示汽液平衡时液相组成与平衡温度之间的关系，称为泡点方程。根据此式可计算一定压力下，某液体混合物的泡点温度。 （2）以平衡常数表示的汽液平衡方程对拉乌尔定律进行分析，即可得出以平衡常数表示的汽液平衡方程。 设平衡的汽相遵循道尔顿分压定律，即 或 代入式-4，可得 (7-6) （3）挥发度挥发度以相对挥发度表示的汽液平衡方程前已述及，蒸馏的基本依据是混合液中各组分挥发度的差异。纯组分的挥发度是指液体在一定温度下的饱和蒸汽压。而溶液中各组分的挥发度可用(-5)它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比来表示，即 式中 和 分别为溶液中A、B两组分的挥发度。 对于理想溶液，因符合拉乌尔定律，则有 挥发度表示某组分挥发能力的大小，随温度而变，在使用上不太方便，故引出相对挥发度的概念。习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比称为相对挥发度，以 根据相对挥发度 值的大小可判断某混合液是否能用一般蒸馏方法分离及分离的难易程度。若 1，表示组分A较B容易挥发， 值偏离1的程度愈大，挥发度差异愈大，分离愈容易。若 =1，此时不能用普通蒸馏方法加以分离，需要采用特殊精馏或其它分离方法。用相图来表达汽液平衡关系较为直观，尤其对两组分蒸馏的汽液平衡关系的表达更为方便，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—组成图及汽相—液相组成图。温度—组成在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而变，将平衡温度与液（汽）相的组成关系标绘成曲线图，该曲线图即为温度一组成图或。 图1-1所示为总压