武汉大学-《化学工程基础》第6章精馏-1.pptVIP

第六章 精馏 利用液体混合物中各组分挥发度不同的性质，对液体混合物进行多次部分气化和部分冷凝相结合的操作后，就会使气相中易挥发组分的含量越来越高，而液相中难挥发的组分的含量也越来越高，从而达到分离混合物的目的。 §1 气液相平衡 利用液体混合物各组分沸点（或挥发度）的不同，将物质多次部分汽化与部分冷凝，从而使液体混合物分离与提纯的过程，称为精馏操作。 萃取—利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。 古老的烧酒制作过程 （1）粬的制作——发酵过程（获得菌种） （2）粗酒的制作——将酒粬与蒸熟的米饭，按一定比例混合发酵，制成酒、水、酒糟的糊状混和物（生物降解）。 （3）酒的提纯——蒸馏操作过程。 　　锅为汽化器，顶盖为冷凝器。 为什么能使乙醇增浓？ 主要因为乙醇比水的沸点低（或说乙醇比水的挥发度高）。这样蒸汽中乙醇的含量YA高于粗酒中乙醇的含量XA ，即YAXA。蒸汽冷凝之后，就得到乙醇含量高的酒。 yA——蒸汽中乙醇所占的摩尔分率 1-1 x-y相图 理想溶液及拉乌尔定律 在一定的温度下，溶液上方任意组分的蒸汽分压，等于该纯组分在同温度下的蒸汽压与该组分在溶液中的摩尔分率之乘积。 道尔顿分压定律： pA=yA.P pB=yB.P t-x-y图 在一定外压条件下，沸点t与汽液相组成（x , y）的关系，绘在图上即是t-x-y图。 如图所示，对于一定组成的溶液（x1）加热到与t-x相交的点，即出现第一个气泡，所以t-x线亦称泡点线。 对于组成为y1的蒸汽，冷却至与t-y线相交，出现第一个露珠，所以称t-y线为露点线。 若t-x线与t-y线重合，则表示该溶液不能分离。若两线相距愈远，则表示愈易分离。 若为二元理想溶液，t-x-y图可利用计算方法求得： x-y图 取t-x-y图中的x , y 数据，以x为横坐标，y为纵坐标，绘成的图为x-y图。 对于易挥发组分，因为yAxA ，所以x-y线均在对角线上方。 x-y线与对角线偏离越远，表示越易分离。若x-y线与对角线重合，则不能用精馏方法分离。 1-2 气-液相平衡方程 挥发度——达到相平衡时，某组分在蒸汽中的分压和它在平衡液相中的摩尔分率之比，叫做该组分的“挥发度”。是指物质挥发的难易程度。 相对挥发度——各组分的挥发度之比，称为组分间的“相对挥发度”。 通常定义易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之比为相对挥发度。这样定义的α ，则α 1 。 由式（II）得知，当α=1时，表示该二元溶液不能用精馏的方法分离。 x , y一般表示为易挥发组分浓度。 常见的精馏塔分板式、填料式。 板式安装有若干层塔板，每层塔板上保证有一定的液层高度，气、液两相通过塔板进行部分气化和部分冷凝。 填料塔内充填一定的填料层，气、液两相在被润湿的填料表面上进行部分气化和部分冷凝。 2-2 精馏流程 为获得纯度高的产品，人们首先想到应用多次简单蒸馏的办法。例如从含乙醇10°左右的发酵粗酒液，经一次蒸馏可得到50°的烧酒。再将50°的烧酒经过一次蒸馏，就可得到60°～65°的烧酒。 原则上，经过几次的简单蒸馏，可以得到一种纯度高的产品。但是，需要几个加热器和几个冷凝器，要消耗大量蒸汽和冷却水；最终产品的产量小；操作是间歇的。 在上图中，对第i釜作物料衡算： 众所周知，只有同时满足式（I）和式（II），才可称为稳定操作。我们分两种情况进行分析： 众所周知，只有同时满足式（I）和式（II），才可称为稳定操作。我们分两种情况进行分析： 若式（I）成立，即式（II）不能成立。 若式（II）成立，即式（I）不能成立。 据此分析，由于实际中， 式（I）和式（II）不能同时成立。所以，图中的流程是不稳定操作。即，无回流的多次简单蒸馏是不稳定操作。 有回流的多次简单蒸馏 连续精馏流程 精馏段是利用回流液将上升气体中的难挥发组分部分冷凝，产生的冷凝热使塔板上液体部分气化，对易挥发组分起提纯作用。 提馏段是利用上升蒸汽使料液和精馏段回流液的混合液中易挥发组分逐步气化，对难挥发组分起提纯作用。 间隙式精馏塔 将原料一次加入塔底的再沸腾中，用加热的蒸汽使再沸腾器中的液体部分气化，它只有精馏段而无提馏段。 §3 双组分连续精馏的物料衡算和能量衡算 在简单精馏的过程中： 液相组成由 汽相组成（馏出液组成）由 釜液量由 若全部汽化，又全部冷凝，即最终釜液量W=0，则达不到分离的目的。只有部分汽化，部分冷凝，才可得到易挥发组分较高的馏出液。 3-1 恒物质的量流假定 为了实现精馏，需要多次部分汽化与