化工原理液体精馏A课件.ppt

液体精馏制酒过程制酒过程汽化器汽化器冷凝器简单精馏简单精馏蒸馏在化工中的应用蒸馏在化工中的应用原油原油汽油汽油 煤油煤油 柴油柴油原油的分离原油的分离混合芳烃的分离混合芳烃的分离混合混合芳烃芳烃苯苯 甲苯甲苯 二甲苯二甲苯7.17.1蒸馏概述蒸馏概述v蒸馏的原理及其特点？蒸馏的原理及其特点？v蒸馏的分类？蒸馏的分类？7.1.1 7.1.1 蒸馏及精馏的分离依据蒸馏及精馏的分离依据蒸馏是分离均相液体混合物的一种方法。蒸馏是分离均相液体混合物的一种方法。蒸馏分离的依据是，根据溶液中各组分挥发蒸馏分离的依据是，根据溶液中各组分挥发度（或沸点）的差异，使各组分得以分离度（或沸点）的差异，使各组分得以分离 7.1.2 挥发度、相对挥发度挥发度、相对挥发度1.挥发度：汽液平衡时，各组分的平衡蒸汽分压挥发度：汽液平衡时，各组分的平衡蒸汽分压与其液相摩尔分率的比值与其液相摩尔分率的比值n说明：纯组分挥发能力以说明：纯组分挥发能力以t一定时，一定时，ps高或高或p一定时，一定时，ts低，则挥发能力强低，则挥发能力强2.相对挥发度：相对挥发度：7.1.3 7.1.3 蒸馏过程的分类蒸馏过程的分类蒸馏操作方式蒸馏操作方式 闪蒸闪蒸简单蒸馏简单蒸馏精馏精馏特殊精馏特殊精馏蒸馏操作流程蒸馏操作流程 间歇精馏间歇精馏连续精馏连续精馏单级蒸馏过程单级蒸馏过程 多级蒸馏过程多级蒸馏过程 非稳态操作 稳态操作 7.1.3 7.1.3 蒸馏过程的分类蒸馏过程的分类蒸馏组分数蒸馏组分数二组分精馏二组分精馏多组分精馏多组分精馏蒸馏操作压力蒸馏操作压力 常压精馏常压精馏减压精馏减压精馏加压精馏加压精馏7.1.4 7.1.4 蒸馏过程的特点蒸馏过程的特点n可以直接获得所需要的产品可以直接获得所需要的产品（与萃取、吸收比（与萃取、吸收比较）较）n蒸馏分离的适用范围广，它不仅可以分离液体蒸馏分离的适用范围广，它不仅可以分离液体混合物，而且可用于气态或固态混合物的分离。混合物，而且可用于气态或固态混合物的分离。n 蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离，而吸蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离，而吸收、萃取等操作，只有当被提取组分浓度较低收、萃取等操作，只有当被提取组分浓度较低时才比较经济。时才比较经济。n蒸馏操作是通过对混合液加热建立汽液两相体蒸馏操作是通过对混合液加热建立汽液两相体系的，所得到的汽相还需要再冷凝液化。因此，系的，所得到的汽相还需要再冷凝液化。因此，蒸馏操作耗能较大蒸馏操作耗能较大 7.1.5 7.1.5 几点思考几点思考 平衡蒸馏及简单蒸馏产生的汽液相其组成平衡蒸馏及简单蒸馏产生的汽液相其组成服从什么关系？服从什么关系？如何蒸如何蒸馏馏可得到高可得到高纯纯度的度的产产品？品？工工业业上上如如何何利利用用多多次次部部分分汽汽化化和和多多次次部部分分冷冷凝凝的的原原理理实实现现连连续续的的高高纯纯度度分分离离，而而流流程程又又不不太复太复杂杂呢呢7.1.6 7.1.6 精馏操作的费用和操作压强精馏操作的费用和操作压强汽汽相冷凝相冷凝，冷却冷却液体加液体加热热汽汽化化高能耗高能耗，节节能能降耗是精降耗是精馏过馏过程研究的重要程研究的重要任任务务。冷却、沸腾温度冷却、沸腾温度与压强有关与压强有关减减压压精精馏馏可使沸点降低以避免使用高温可使沸点降低以避免使用高温载热载热体，体，沸点高且又是沸点高且又是热热敏性混合物精敏性混合物精馏馏宜用减宜用减压压精精馏馏；加加压压精精馏馏可使冷凝温度提高以避免使用可使冷凝温度提高以避免使用费费用很用很高的冷凝器或者在常高的冷凝器或者在常压压下下为为气气态态混合物（如混合物（如烷烷、烃类烃类混合物），沸点很低，需加混合物），沸点很低，需加压压使其成液使其成液态态后才能精后才能精馏馏分离分离除上述情况外一般用常除上述情况外一般用常压压精精馏馏。7.2 7.2 双组分溶液的汽、液相平衡双组分溶液的汽、液相平衡7.2.17.2.1理想物系的理想物系的汽汽液相平衡液相平衡7.2.27.2.2非理想物系的非理想物系的汽汽液相平衡液相平衡蒸馏操作是汽液两相间的传质过程蒸馏操作是汽液两相间的传质过程汽液两相达到平衡状态是传质过程的极限汽液两相达到平衡状态是传质过程的极限汽液平衡关系是分析精馏原理、解决精馏汽液平衡关系是分析精馏原理、解决精馏计算的基础。计算的基础。7.2.1 理想物系的汽液相平衡理想物系的汽液相平衡理想物系理想物系液体为理想溶液液体为理想溶液气体为理想气体气体为理想气体服从道尔顿分服从道尔顿分压定律压定律服从服从Raoult定律定律1 理想体系描述理想体系描述理想溶液及拉乌尔定律理想溶液及拉乌尔定律基本概念拉拉乌乌尔尔定定律律示示意意图图 在一定的温度下，溶液上方任意组分的蒸气分压，等于该纯组分在同温度下的蒸气压与该组分在溶液中的摩尔分数之乘积。拉乌尔定律。2 相律相律F=c-p+2 2222T,PyA yBxA xB独立变量为独立变量为t,P,xA,yA t,P一定，一定，x=f(t,p)y=f(t,p)P,y(x)一定，一定，x=f(p,y)t=f(p,y)约束关系约束关系 xA+xB=1 yA+yB=13 汽液相平衡图汽液相平衡图n相图来表达汽液平衡关系较为直观相图来表达汽液平衡关系较为直观 n恒压下的温度恒压下的温度组成图组成图n汽相汽相液相组成图液相组成图 P一定时，t-x-y图1)t-x-y 图饱和蒸汽线或饱和蒸汽线或露点线露点线 饱和液体线或饱和液体线或泡点线泡点线液相区液相区 过热蒸汽区过热蒸汽区 汽液共存区汽液共存区v若汽液两相若汽液两相组成相同时，组成相同时，则露点温度总则露点温度总是大于泡点温是大于泡点温度。度。v汽液两相呈平汽液两相呈平衡时衡时汽液两相的温汽液两相的温度相同度相同yxyx2)x-y图平衡曲线平衡曲线对角线对角线x=yx=y理想物系，理想物系，y恒大于恒大于x,平衡线在对平衡线在对角线之上角线之上平衡线偏平衡线偏离对角线离对角线愈远，表愈远，表示该溶液示该溶液愈易分离愈易分离ABtAtB?概念题 1 某二元混合物，其中为易挥发组分，液相组成某二元混合物，其中为易挥发组分，液相组成0.6相应的泡点为，与之相平衡的汽相组成相应的泡点为，与之相平衡的汽相组成0.7，相应的露点为，相应的露点为T，则：（，则：（）。）。（）（）T （）（）T （）（）T （）不能判断（）不能判断 2 某二元混合物，汽液相平衡关系如图。和分别表示图某二元混合物，汽液相平衡关系如图。和分别表示图中中1，2点对应的温度。则点对应的温度。则。(1)t1=t2 (2)t1t2 (3)t11,A的挥发能力大于的挥发能力大于B的挥发能力的挥发能力A轻组分，易挥发组分轻组分，易挥发组分 B重组分，难挥发重组分，难挥发组分组分nAB1,B的挥发能力大于的挥发能力大于A的挥发能力的挥发能力 （1）若汽相为理想汽体）若汽相为理想汽体相平衡方程相平衡方程（2)2)若液相为若液相为理想溶液理想溶液拉拉乌乌尔尔定律定律（3）说明）说明已知平衡的已知平衡的x、y已知已知pA0、pB0的计算的计算tP0变化不大，可取操作温度的平均值变化不大，可取操作温度的平均值（4）相对挥发度与分离程度相对挥发度与分离程度 为为常数常数时时，溶液的相平衡曲，溶液的相平衡曲线线如如下图下图所示。所示。蒸蒸馏馏分离某物分离某物系的系的难难易程度易程度的的标标志志提提浓浓程度越大，程度越大，分离程度越好分离程度越好X一定时，一定时，y6 汽液相平衡常数汽液相平衡常数相平衡常数Kf（T、P、组成）适用于多元体系7.2.2 非理想物系的气液相平衡非理想物系的气液相平衡非理想物系分非理想物系分为为：液相属非理想溶液；液相属非理想溶液；气相属非理想气体两大气相属非理想气体两大类类。仅仅限于限于讨论讨论非理想溶液的相平衡曲非理想溶液的相平衡曲线图线图。7.2.2 非理想物系的气液相平衡（1）非理想溶液）非理想溶液 溶液的非理想性来源于异种分子之间的作溶液的非理想性来源于异种分子之间的作用力用力aAB不同于同种分子间的作用力不同于同种分子间的作用力aAA、aBB，其表现是溶液中各组分的平衡蒸汽压偏离拉其表现是溶液中各组分的平衡蒸汽压偏离拉乌尔定律。此偏差可以是正偏差，也可以是负乌尔定律。此偏差可以是正偏差，也可以是负偏差，实际溶液尤以正偏差居多。偏差，实际溶液尤以正偏差居多。7.2.2 非理想物系的气液相平衡（1）正偏差体系）正偏差体系aABaAA，aABaAA，aABaBB两个组分的两个组分的平衡分压都平衡分压都比拉乌尔定律比拉乌尔定律所预计的低所预计的低最高恒沸点最高恒沸点tm64.5 ，xm0.657.2.2 非理想物系的气液相平衡非理想物系的气液相平衡（3）总压对相平衡的影响）总压对相平衡的影响nP，泡点泡点t 、，分离较困难分离较困难n当当P PA,临界临界时，气、液共存区缩小，精馏只能时，气、液共存区缩小，精馏只能在一定浓度范围内进行，即得不到轻组分的高在一定浓度范围内进行，即得不到轻组分的高纯度产物。纯度产物。7.2.2 非理想物系的气液相平衡非理想物系的气液相平衡（2）总压对相平衡的影响）总压对相平衡的影响 7.2.2 非理想物系的气液相平衡非理想物系的气液相平衡思考题：思考题：P，减压精馏，理论上能否得到无水乙醇？减压精馏，理论上能否得到无水乙醇？1 在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是_。2 精馏塔塔顶某理论板上汽相的露点温度为精馏塔塔顶某理论板上汽相的露点温度为t1、液相、液相的泡点温度为的泡点温度为t2，塔底某理论板上汽相的露点温度，塔底某理论板上汽相的露点温度为为t3、液相的泡点温度为、液相的泡点温度为t4，试按从大到小顺序将，试按从大到小顺序将以上以上4个温度排列如下：个温度排列如下：。3 某二元混合物，其中某二元混合物，其中A为易挥发组分。液相组成为易挥发组分。液相组成xA=0.4，相应的泡点为，相应的泡点为t1；汽相组成，相应的露；汽相组成，相应的露点为点为t2。则。则t1与与t2大小关系为大小关系为。4 对一定组成的二元体系的精馏过程，压力越大，则对一定组成的二元体系的精馏过程，压力越大，则相对挥发度越相对挥发度越_，对分离越，对分离越_。