化工原理 蒸馏VIP免费

第五章蒸馏本章重点及难点内容掌握双组分理想溶液气液相平衡的各种表达形式；掌握进料的不同热状况及其对精馏操作的影响；掌握两组分连续精馏塔理论塔板数的的图解法；掌握回流比对精馏过程的影响；了解简捷法求理论板层数的方法；了解各种类型的塔板的特点及性能，掌握筛板塔的流体力学性能。第一节概述蒸馏是分离液体混合物重要单元操作之一。其原理是利用混合液中各组分在热能驱动下，具有不同的挥发能力，使得各组分在气液两相中的组成之比发生改变，即易挥发组分（轻组分）在气相中增浓，难挥发组分（重组分）在液相中得到浓缩。蒸馏操作的依据：混合液中各组分挥发度的不同。蒸馏特殊精馏精馏平衡蒸馏简单蒸馏减压蒸馏加压蒸馏常压蒸馏蒸馏多组分蒸馏双组分蒸馏蒸馏第二节双组分溶液的气液相平衡1-2-1溶液的蒸汽压及拉乌尔定律一、相律相律是研究相平衡的基本规律。相律表示平衡物系中的自由度数、相数及独立组分数间的关系，即F=C+φ-2式中F一自由度数；C—独立组分数；φ—相数。式1-1个的数字2表示外界只有温度和压强这两个条件可以影响物系的平衡状态。对两组分的气液平衡，其中组分数为2，相数为2，故由相律可知该平衡物系的自由度数为2。由于气液平衡中可以变化的参数有四个，即温度t、压强P、—组分在液相和气相中的组成x和y(另一组分的组成不独立)，因此在t、P、x和y四个变量中，任意规定其中二个变量，此平衡物系的状态也就被唯一地确定了。又若再固定某个变量(例如压强，通常蒸馏可视为恒压下操作)，则该物系仅有—个独立变量，其它变量都是它的函数。所以两组分的气液平衡可以用一定压强下的t-x(或y)及x-y的函数关系或相图表示。气液平衡数据可由实验测定，也可由热力学公式计算得到。二、两组分理想物系的气液平衡函数关系(气液相组成与平衡温度间的关系）所谓理想物系是指液相和气相应符合以下条件：(1)液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。根据溶液中同分了间与异分子间作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液。严格地说，理想溶液是不存在的，但对于性质极相近、分子结构相似的组分所组成的溶液，例如苯一甲苯、甲醇一乙醇、烃类同系物等都可视为理想溶液。(2)气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。当总压不太高(一般不高于104kPa)时气相可视为理想气体。(一)用饱和蒸气压和相平衡常数表示气液平衡关系根据拉乌尔定律，理想溶液上方的平衡分压为0AAAppx001BBBBAppxpx式中p—溶液上方组分的平衡分压，Pa；p。—在溶液温度下纯组分的饱和蒸气压，Pa；x—溶液中组分的摩尔分率。下标A表示易挥发组分，B表示难挥发组分。为简单起见，常略去上式中的下标，习惯上以x表示液相中易挥发组分的摩尔分率，以(1-x)表示难挥发组分的摩尔分率；以y表示气相中易挥发组分的摩尔分率，以(1-y)表示难挥发组分的摩尔分率。当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和，即ABPpp000BAABPpxpp表示气液平衡下液相组成与平衡温度间的关系。当外压不太高时，平衡的气相可视为理想气体，遵循道尔顿分压定律，即AApyp0AAApyxp0000ABAABpPpyppp表示气液平衡时气相组成与平衡温度间的关系。若引入相平衡常数K，AAAyKx0AApKp由式可知，在蒸馏过程中，相平衡常数K值并非常数，当总压不变时，K随温度而变。当混合液组成改变时，必引起平衡温度的变化，因此相平衡常数不能保持常数。上式即为用相平衡常数表示的气液平衡关系。在多组元精馏中多采用此种平衡方程。纯组分的饱和蒸气压p。和温度t的关系通常可用安托因(Antoine)方程表示，即0lgBpAtC式中A、B、C为组分的安托因常数，可由有关手册查得，其值因p、t的单位而异。(二)用相对挥发度表示的气液平衡关系在两组分蒸馏的分析和计算中，应用相对挥发度来表示气液平衡函数关系更为简便。前已指出，蒸馏是利用混合液中各组分的挥发度差异达到分离的目的。通常，纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。而溶液中各组分的蒸气压因组分间的相互影响要比纯态时的低，故溶液中各组分的挥发度υ可用它在蒸气中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分...