文档介绍：第七章精馏
§1 概述
一、概念
1) 易挥发组分:混合物中沸点低,容易汽化的组分。
2) 难挥发组分:混合物中沸点高,不易汽化的组分。
3) 对于板式塔,易挥发组分从塔顶排出;难挥发组分从塔底排出。
4) 易挥发组分常以下标A表示;难挥发组分常以下标B表示。
5) 混合物中各组分的挥发能力相差越大,精馏分离越容易;混合物中各组分的挥发能力相差越小,精馏分离越难。
二、蒸馏与蒸发的区别
蒸馏:溶质和溶剂都具有挥发性。塔顶和塔底都有可能是产品。
蒸发:溶剂挥发,溶质不挥发。蒸发产品是被浓缩了的溶液。
三、分类
1、按操作方式分类
1)简单蒸馏——一次部分汽化冷凝。
2)精馏——多次部分汽化冷凝。
3)特殊精馏:水蒸气蒸馏、恒沸蒸馏、萃取蒸馏。
2、根据原料的组分数目分类
双组分蒸馏
多组分蒸馏
3、操作流程的不同分类
1)间歇精馏
2)连续精馏
4、按操作压力分类
常压精馏、减压精馏、加压精馏。
混合液加热汽化,易挥发组分相对富集于汽相,难挥发组分相对富集于液相,而易挥发组分有多少量富集于汽相,难挥发组分有多少量富集于液相,这是以相平衡决定的,欲定量讨论精馏过程,必须首先了解相平衡关系。所以,气液相平衡关系是分析精馏操作过程和进行设备设计的理论基础。
精馏传质的推动力是不同组分在两相中的浓度与平衡的偏离程度。
§2 双组分理想溶液的气液平衡
一、纯液体的气液平衡
汽化速度等于冷凝速度——动态平衡
气液平衡时,汽相为饱和蒸汽;蒸汽所具有的压力称为饱和蒸汽压;液体的温度为饱和温度。
二、拉乌尔定律
均相混合溶液中某组分的饱和蒸汽压一定比该组分在纯态时的饱和蒸汽压低。
1880年,法国人拉乌尔(Francois Maric Raoult ,1830~1901)提出: 一定温度下,当气液达到平衡时,理想溶液中某组分的饱和蒸汽压等于该组分在纯态时的饱和蒸汽压与该组分在溶液中的摩尔分率的乘积。
pA = pAo · xA pB = pBo · xB
对于双组分溶液,则有 pB = pBo · xB = pBo ·(1-xA)
式中:pA 、pB分别为溶液上方A、B两组分的平衡分压。
pAo 、pBo分别为同温度下A、B两纯组分的饱和蒸汽压。
xA 、 xB分别为溶液中A、B两组分的摩尔分率。
实际溶液只在浓度很稀时服从拉乌尔定律。
三、道儿顿分压定律
理想气体在一定温度下,气液平衡时,气相中某组分的饱和蒸汽压等于等于该组分在气相中的摩尔分率与总压的乘积。
pA = P · yA pB = P · yB
对于双组分溶液,则有 pB = P · yB = P ·(1-yA)
针对液相计算时采用拉乌尔定律。
针对气相计算时采用道儿顿分压定律。
四、实际溶液和理想溶液
对于实际溶液,浓度较大时拉乌尔定律计算有偏差,偏差主要来源于相同分子之间的作用力与不同分子之间的作用力的差别。
1、混合溶液中不同分子之间的作用力小于相同分子之间的作用力,则混合物分子较纯组分状态容易汽化,溶液上方各组分的蒸汽分压偏大,这种偏差称为正偏差。
2、混合溶液中不同分子之间的作用力大于相同分子之间的作用力,则混合物分子较纯组分状态难于汽化,溶液上方各组分的蒸汽分压偏小,这种偏差称为负偏差。
理想溶液:
1、A、B两组分组成的均相混合物中,不同分子之间的作用力与相同分子之间的作用力完全相同。
2、A、B两组分混合形成溶液时,溶液体积等于两纯组分体积之和。混合前后总体积不变。
3、A、B两组分混合形成溶液时,无热效应产生。混合前后总焓值不变。
4、A、B两组分混合形成溶液,其气液平衡关系在全部浓度范围内服从拉乌尔定律。
五、理想的完全互溶双液系的相平衡图
1、p – x 图(压力—组成图)
pAo
P = pA + pB = pAo · xA + pBo · xB
pBo pA = pAo · xA = pAo · xA + pBo ·(1-xA )
= pBo +(pAo-pBo)· xA
pB = pBo · xB
B A
2、t – x – y 图(温度—组成图)
t
t – y 线
tB
t – x 线 tA
xB=1 x ( y ) xA=1
两条线
t – y 线(饱和蒸汽线、泡点线):表示混合液的沸点与平衡气相组成y之间的关系。横坐标为y
t – x 线(饱和液体线、露点线):表示混合液的沸点与平衡液相组成x之间的关系。横坐标为x
三个区
液相区:饱和液体线以下的区,此区为全液态的单相区,该区代表低于饱和温度的未沸腾的液体。
过热蒸汽区:饱和