文档介绍：第四章蒸馏 Distillation
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第一节概述
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蒸馏
气体的吸收与液体的蒸馏同为分离均相物系的气-液传质操作,但是,二者有重要的差别。一般说来,为使均相混合物分离成较纯净的组分,必须出现第二个物相。吸收操作中则采用从外界引入另一相物质(吸收剂)的办法形成两相系统。蒸馏操作中采用改变状态参数的办法(如加热与冷却),使混合物系内部产生出第二个物相。因此,经过蒸馏(精馏)操作可以直接获得较纯净的轻、重组分,但经过吸收操作,混合气中的溶质却进人吸收液中,而不能以较纯净的状态直接得到。要取得较纯净的溶质组分,还需经过第二个分离操作(例如脱吸)才能实现。
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精馏
精馏操作中液相的部分气化与气相的部分冷凝同时发生,每层塔板上的液体和蒸气都处于接近饱和的温度之下。在相界面两侧,轻、重组分同时地向着彼此相反的方向传递,即气相中的重组分向着液相一侧传递过去,,液相温度远远低于其沸点,溶剂没有显著的气化现象。因此,只有溶质分子由气相进入液相的单向传递,而气相中的惰性组分及液相中的溶剂组分则处于“停滞”状态。
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第一节概述
用于均相液体混合物的分离,达到提纯或回收
组分的目的。
利用液体混合物中各组分挥发能力的差异。
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蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、恒沸精馏、萃取精馏、水蒸气精馏等。
: 常压、真空、加压。
:双组分、多组分。
:间歇、连续。
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蒸馏是气液两相间的传质过程,因此常用组分在两相中的浓度(组成)偏离平衡的程度来衡量传质推动力的大小。传质过程是以两相达到相平衡为极限的。由此可见,气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础,故在讨论精馏过程的计算前,首先简述相平衡关系。相平衡是《物理化学》课程的基本内容,本章侧重于论述其在化学工程中的应用,且讨论的只限于两组分理想溶液。
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第二节双组分溶液的气液平衡
4-1 溶液的蒸汽压及拉乌尔定律
根据溶液中同分子间的与异分子间的作用力的差异,可将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。
** 溶液的蒸汽压与纯组分时不同
一. 气液相平衡:单位时间从液相进入气相的分子
数与从气相进入液相的分子数相等。
摩尔分率:混合物中某组分的摩尔数与混合物总摩尔数的比值,称为该组分的摩尔分率,以x表示
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2 基本概念
易挥发组分:通常将沸点低的组分称为易挥发组分。
难挥发组分:通常将沸点高的组分称为难挥发组分。
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。
理想溶液:在这种溶液内,组分A、B分子间作用力aAB与纯组分A的分子间作用力aAA或纯组分B的分子间作用力aBB相等。
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Raoult’s law
实验表明,理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律(Raoult's Law),即: 在一定温度下,气相中任一组分的分压等于
此纯组分在该温度下的饱和蒸汽压与它在溶液中的摩尔分率的乘积。 PA= PA0 x A
严格地说,理想溶液是不存在的。但是,对于那些由性质极相近、分子结构极相似的组分所组成的溶液,例如苯-甲苯,甲醇-乙醇,烃类同系物等都可视为理想溶液。对于非理想溶液的气液平衡关系可用修正的拉乌尔定律或实验数据来表示。
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两组分气液平衡图
蒸馏操作通常在一定的外压下进行,溶液的沸点随组成而变。溶液的沸点-组成图(t-x-y) 是分析蒸馏原理的理论基础。
在总压P=,苯-甲苯混合液的沸点-组成(t-x-y)图如下图所示。
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