文档介绍：第六章蒸馏
第一节概述
蒸馏分离依据---利用液体混合物中各组分具有不同的挥发度而进行分离的操作;
----即利用在相同温度下各组分的蒸汽压不同。
易挥发组分(轻组分)A
难挥发组分(重组分)B
例如:酒精(A)与水(B)溶液,沸腾部分汽化,yA>xA
同理,蒸汽部分冷凝,xB>yB
\蒸馏----使液体混合物部分汽化,利用其挥发度差异实现初步分离的一种传质操作
精馏---利用多次部分汽化,多次部分冷凝,使汽相得到较纯的轻组分,液相得到较纯的重组分的操作
蒸馏操作分类
简单蒸馏(微分蒸馏)与平衡蒸馏(闪蒸)
常压蒸馏、加压蒸馏与减压蒸馏
连续蒸馏与间歇蒸馏
普通蒸馏与特殊蒸馏
蒸馏分离推动力与分离极限
蒸馏是汽液两相间的传质过程
蒸馏分离推动力——两相浓度偏离平衡的程度
蒸馏分离极限——汽液两相达到相平衡(动态平衡)
第二节双组分溶液的汽液相平衡
相组成表示法
可见:a<1, aA+aB…+ aN=1
xA,xB, yA,yB
对两元溶液:
溶液的蒸汽压与Raoult定律
蒸汽压:汽液相平衡是一种动态平衡
纯溶液----在达到汽液动态平衡时,逸出的A分子数=回到液相的A分子数,
此时汽相中A的压强=该温度下A的饱和蒸汽压
混合液(A、B互溶)----在达到平衡时,由于A、B分子间相互作用,使
<, pA<
溶液存在三种分子间的作用力:,,
理想溶液:
显示无容积效应,无热效应
如:苯-甲苯,甲醇-乙醇,烃类同系物溶液
(2)非理想溶液(实际溶液);
Roult定律:
实验证明,在一定温度下,理想溶液的汽相中,任一组分的分压等于:
,
非理想溶液不符合Roult定律,汽液平衡关系主要靠实验数据。
道尔顿定律:在总压不高的条件下,
相律----研究相平衡的基本规律
自由度
由于蒸馏系统可变参数有四个:P,T,xA和yA,只要确定任意两个,此平衡体系就可确定
Antoine方程:求一定温度下的饱和蒸汽压
0
x或y
t1
t2
t3
t4
t/0C
B
H
J
A
P=
-x-y图
110
过热汽相区
液相区
汽液共存区
饱和蒸汽线
饱和液体线
二元汽液相平衡图
温度-组成图(t-x-y图)
是分析蒸馏原理的理论基础。
定义:泡点温度----溶液开始沸腾,产生第一个汽泡所对应的温度。
露点温度----过热蒸汽冷却,开始冷凝产生第一滴液滴所对应的温度。
t-x-y图通常由实验测得;对理想溶液,可按Roult定律和道尔顿定律计算。
yA
xA
0
-x图
汽液相平衡图(x-y图)
参考线——对角线y=x
平衡线在对角线的上方,因为yA>xA
平衡线离对角线越远,表示分离推动力越大
总压对x-y图影响不大,
总压变化20~30%,x-y图变化不超过2%。
双组分非理想溶液
当<和,使汽相中各组分的蒸汽压较理想溶液大,为正偏差溶液。
在t-x-y图中出现最低共沸物。
例如:乙醇-水,正丙醇-水溶
当>和,使汽相中各组分的蒸汽压较理想溶液小,为负偏差溶液。
在t-x-y图中出现最高共沸物。
例如:硝酸-水,氯仿-丙酮溶液
四、挥发度和相对挥发度
:
纯溶液----指一定温度下的饱和蒸汽压, νA
混合溶液----由于分子间相互作用的影响,使各组分的蒸汽压比纯态为低
νApA / xA
νBpB / xB
由于挥发度随温度变化较大,使用上不方便,故引出相对挥发度概念。
2. 相对挥发度αAB
>1
αAB大小可判断分离难易程度,αAB越大,A|、B越容易分离
αAB=1,即xA=yA,不能分离
对理想溶液:
尽管,随温度而变,但其比值相差不大;在温度变化不大时,αAB
可视为常数,计算时可取其平均值。
(2)在总压不大时,汽相遵从道尔顿定律:
第三节蒸馏和精馏原理
简单蒸馏(微分蒸馏)---非定常态过程,汽液组成随时间而变。
yF
yW
xW
xF
简单蒸馏相图
1-蒸馏釜,2-冷凝器,3受器
1
2
3
te
x
y
xF
平衡蒸馏的t-x-y图
平衡蒸馏(闪蒸)----定常态过程
1
2
3
汽相产物
液相产物
4
原料
1-加热器,2-节流器,3-分离器,4-冷凝器
在一定的P,T下进行闪蒸,其汽液浓度y、x是一定的,与料液的组成xF无关,但与汽液的产量有关(符合杠杆定