文档介绍：第六章精馏
§1 传质过程概述
6-1 传质过程的定义
传质过程的定义——物质以扩散的方式,从一相转移到另一相的相界面的转移过程,称为物质的传递过程,简称传质过程。
日常生活中的冰糖溶解于水,樟脑丸挥发到空气中,都有相界面上物质的转移过程。
例如某焦化厂里,用水吸收焦炉气中的氨。。如图6-1所示。
图6-1 吸收传质示意图
再如某酒精厂里,酒精的增浓与提纯。即利用乙醇与水的沸点不同,或挥发度不同,使乙醇与水分离的过程。如图6-2所示。
图6-2 精馏传质示意图
这两个例子说明,有物质在相界面的转移过程,都称为传质过程。
6-2 传质过程举例
焦化厂的例子,是吸收操作。——利用组成混合气体的各组分在溶剂中溶解度不同来分离气体混合物的操作,称为吸收操作。
焦炉气中不仅含有,还有等气体,利用易溶于水,以水为吸收剂,使
从焦炉气中分离出来。吸收主要用来分离气体混合物,所以有的教材称吸收为气体吸收。如图6-3所示。
图6-3 吸收局部示意图
水称为溶剂,称为溶质,炉气中其他气体称为惰性组分。
用水吸收氯化氢气体,制备盐酸,也是一种吸收操作。
酒精厂的例子,是精馏操作。——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。
精馏主要用来分离液体混合物,所以有的教材称精馏为液体精馏。
传质过程还有,
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。
例如用醋酸乙酯萃取醋酸水溶液中的醋酸。如图6-4所示。
图6-4 萃取示意图
此例中醋酸乙酯称为萃取剂,醋酸称为溶质,水称为稀释剂。萃取操作能够进行的必要条件是:溶质在萃取剂中有较大的溶解度,萃取剂与稀释剂要有密度差。
干燥操作——利用热能使湿物料的湿分汽化,水汽或蒸汽经气流带走,从而获得固体产品的操作。如图6-5所示。
图6-5 干燥传质示意图
还有固—液萃取,结晶,吸附等操作。
要研究传质过程,主要从三个方面进行研究。相平衡关系(气-液溶解度,液-液溶解度,干燥中的水蒸气分压),物料衡算关系和传质速率关系。
浓度表示法及其换算:重量百分率(质量分率)
§2 理想溶液的汽-液平衡
6-3 由制酒作坊引出相平衡
大庆油田开采出来的是原油,如何将原油加工成汽油、煤油、柴油、重油呢?酿酒厂酿制出了原酒,如何将粗酒加工成的白酒呢?
先介绍以下古老的烧酒作坊吧!目前江浙一带仍有这种家庭小作坊,主要分三步:
粬的制作——发酵过程(获得菌种)
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)。
酒的提纯——蒸馏操作过程。
图6-6 制酒作坊装置图
锅为汽化器,顶盖为冷凝器。如图6-6所示。
这就是一种简单蒸馏的操作过程。我还不知道“对酒当歌”源于哪个朝代的帝王将相,但可以肯定,从“对酒当歌”那个时候起,劳动人民已经掌握了简单精馏这种操作过程。
为什么能使乙醇增浓呢?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高于粗酒中乙醇的含量,即。蒸汽冷凝之后,就得到乙醇含量高的酒。
——蒸汽中乙醇所占的摩尔分率
——液相中乙醇所占的摩尔分率
本章中,均代表蒸汽的组成(摩尔分率),均代表液体的组成(摩尔分率)
我们要问,与服从什么规律呢?即的函数关系如何呢?本节就要回答这个问题。
6-4 理想溶液及拉乌尔定律
图6-7 拉乌尔定律示意图
如图6-7所示,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。——拉乌尔定律。
的意思是时的蒸汽分压。
道尔顿分压定律的表达式为:
6-5 图
在一定外压条件下,沸点与汽液相组成的关系,绘在图上即是图。
图6-8 温度-组成图
如图6-8所示,对于一定组成的溶液加热到与相交的点,即出现第一个气泡,所以线亦称泡点线。
对于组成为的蒸汽,冷却至与线相交,出现第一个露珠,所以称线为露点线。
若线与线重合,则表示该溶液不能分离。若两线相距愈远,则表示愈易分离。
图可通过实验测定。
若为二元理想溶液,t-x-y图可利用计算方法求得:
…………
式说明,只要知道某温度下的(饱和蒸汽压数据),就可以计算得到与,就可以作出在指定外压下的图。式还说明,总压对图是有影响的。
6-6 x-y图
取图中的数据,以为横坐标,为纵坐标,绘成的图为图。
如图6-9所示,用一条曲线表达汽-液相平衡,图面清晰,数据易查。
图6-9 x-y图
对于易挥发组分,因为,所以线均在对角线上方。
线与对角线偏离越远,表示