(3.1.17)--精馏 第2次课 简单蒸馏平衡蒸馏.pdf

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1、第一章 精馏简单蒸馏、平衡蒸馏2挥发度挥发度v v 表示某种纯物质在一定温度下蒸汽压大小，衡量组分挥发能力表示某种纯物质在一定温度下蒸汽压大小，衡量组分挥发能力的物理量。的物理量。在一定条件下纯组分的挥发度：在一定条件下纯组分的挥发度：v vi i=p pi i0 0在混合物中在混合物中i i组分的挥发度组分的挥发度v vi i：相对挥发度相对挥发度在混合物中各组分间挥发能力的差异定义为相对挥发度。在混合物中各组分间挥发能力的差异定义为相对挥发度。BBiiBiiBx/px/pvv=三、理想体系气液相平衡关系三、理想体系气液相平衡关系3汽液平衡方程汽液平衡方程Vapor Vapor-liquid

2、 equilibrium equationliquid equilibrium equation：0B0ABAABppvv=对二元理想体系对二元理想体系：的影响因素：的影响因素：理想体系的理想体系的仅与仅与温度有关，与组成无关温度有关，与组成无关的物理意义：的物理意义：值的大小可反映分离的难易程度，可分析某混合液可分离的值的大小可反映分离的难易程度，可分析某混合液可分离的难易程度难易程度1,1,yx yx 可用普通蒸馏法分离可用普通蒸馏法分离=1=1y=x y=x 不能用普通蒸馏法分离不能用普通蒸馏法分离11yx yx 说明说明B B为轻组分为轻组分4由于体系内的组分在混合前后，分子作用不同导

3、致溶液中各组由于体系内的组分在混合前后，分子作用不同导致溶液中各组分产生偏离拉乌尔定律。分产生偏离拉乌尔定律。存在负偏差存在负偏差分子间存在吸引力，分子间存在吸引力，活度系数活度系数r r 11，p pi i 11，p pi i p pi i0 0出现最高蒸汽压或最低恒沸点出现最高蒸汽压或最低恒沸点lowlowest constant boiling point est constant boiling point M M，1 1例如醛，酮和水的体系。例如醛，酮和水的体系。6第二节第二节简单蒸馏和平衡蒸馏简单蒸馏和平衡蒸馏2.2.1 2.2.1 简单蒸馏简单蒸馏Simple distillat

4、ionSimple distillation简单蒸馏又称为微分蒸馏，瑞利（简单蒸馏又称为微分蒸馏，瑞利（Rayleigh)1902Rayleigh)1902年提出了年提出了该过程数学描述方法，故该蒸馏又称之为瑞利蒸馏。该过程数学描述方法，故该蒸馏又称之为瑞利蒸馏。1.1.流程流程简单蒸馏是分批加入原料，简单蒸馏是分批加入原料，进行间歇操作。蒸馏过程中不断进行间歇操作。蒸馏过程中不断从塔顶采出产品。每从塔顶采出从塔顶采出产品。每从塔顶采出一定量的产品，则塔釜减少相同一定量的产品，则塔釜减少相同的釜液量，产品与釜液组成随时的釜液量，产品与釜液组成随时间而改变，且互成相平衡关系。间而改变，且互成相平

5、衡关系。72.2.特点特点间歇，非定态操作，在操作过程中系统温度和浓度随时间间歇，非定态操作，在操作过程中系统温度和浓度随时间变化，变化，t t增加，馏出液的浓度增加，馏出液的浓度y y，x x降低降低分离效果不高，分离效果不高，x xw w=0,y=0,y=x xDmaxDmax=y=y0 0适用于产品的初步分离适用于产品的初步分离3.3.计算计算从塔顶采出量的产品，则塔釜减少相同的釜液量，产品与从塔顶采出量的产品，则塔釜减少相同的釜液量，产品与釜液组成随时间而改变，且互成相平衡关系。为此，该过釜液组成随时间而改变，且互成相平衡关系。为此，该过程是一动态过程，由物料衡算采用微分衡算程是一动态

6、过程，由物料衡算采用微分衡算8由物料衡算可得：由物料衡算可得：dVdV=-dWdW对二元物系，其相对挥发度可近似取为常数时，则上式平衡关系积分为：对二元物系，其相对挥发度可近似取为常数时，则上式平衡关系积分为：经整理可得：经整理可得：式中式中W W-釜液量；釜液量；V V-蒸馏气相流量，蒸馏气相流量，kmolkmol/h/h；xixi-釜液组分釜液组分i i组成，摩尔分数；组成，摩尔分数；yiyi-气相中组分气相中组分i i组成，摩尔分数。组成，摩尔分数。馏出液总量：馏出液总量：馏出液平均组成：馏出液平均组成：91.2.2 1.2.2 平衡蒸馏（闪蒸）平衡蒸馏（闪蒸）Flashing Flas

7、hing 分离的汽液两相为平衡状态，含一个理论级，属于平衡蒸馏过程分离的汽液两相为平衡状态，含一个理论级，属于平衡蒸馏过程。(1)(1)平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理液相（或气相）混合物连续通过节流闪蒸或膨胀或将混合气液相（或气相）混合物连续通过节流闪蒸或膨胀或将混合气进行部分冷凝，使物流达到一次平衡的蒸馏过程，称之平衡蒸馏。进行部分冷凝，使物流达到一次平衡的蒸馏过程，称之平衡蒸馏。101.2.2 1.2.2 平衡蒸馏（闪蒸）平衡蒸馏（闪蒸）Flashing Flashing(1)(1)平衡蒸馏平衡蒸馏原理原理11（2 2）特点：）特点：平衡蒸馏中系统的平衡蒸馏中系统的T T，P P和浓度是恒定的，

8、是一个稳态过程，和浓度是恒定的，是一个稳态过程，可连续和间歇操作，生产能力较大。可连续和间歇操作，生产能力较大。产品的汽相产品的汽相y y和液相和液相x x成平衡状态成平衡状态得不到高纯产品，只适用于产品的初步分离得不到高纯产品，只适用于产品的初步分离（3 3）计算：）计算：物料衡算物料衡算q q为液化分率，原料中的为液化分率，原料中的液相产品量液相产品量,q=L/Fq=L/FF FL LV V12热量衡算热量衡算节流后减压，节流后减压，T T降低为降低为t1t1，放出的显热混合物组，放出的显热混合物组分汽化的潜热分汽化的潜热x)(xy11+=式中式中 r r-进料摩尔气化热，进料摩尔气化热，

9、kJ/kJ/kmolkmol平衡关系平衡关系：若为理想溶液：若为理想溶液：ppcrqttVrrLFFrqttFcQ)1()()1()(1212+=13例：例：将苯、甲苯混合物分别采用简单蒸馏和平衡蒸馏，将苯、甲苯混合物分别采用简单蒸馏和平衡蒸馏，苯的摩尔分数苯的摩尔分数x=0.7,x=0.7,气化率气化率w=1/3w=1/3，体系相对挥发度，体系相对挥发度=2.47=2.47，试求两种蒸馏方式获得产品组成。，试求两种蒸馏方式获得产品组成。x)(xy11+=q=1-1/3=2/3 代入上式得：代入上式得：y=-2x-2.1 相平衡关系：相平衡关系：=2.47代入整理可得：代入整理可得：y=2.4

10、7/(1+1.47x)解得：解得：x=0.642;y=0.816（1）平衡蒸馏）平衡蒸馏物料衡算物料衡算：14（2）简单蒸馏）简单蒸馏开始釜液与最终残比：开始釜液与最终残比：解得：解得：x20.633，y2=0.83415相同点：相同点：二者分离程度都不高，只适用于初步分离二者分离程度都不高，只适用于初步分离。不同点：不同点：简单蒸馏：间歇、不稳定，生产能力小简单蒸馏：间歇、不稳定，生产能力小平衡蒸馏：连续和间歇、稳态、生产能力大平衡蒸馏：连续和间歇、稳态、生产能力大当原料组成、当原料组成、F F（进料量）和最终的温度相同时，（进料量）和最终的温度相同时，二元理想溶液的二者比较：二元理想溶液的二者比较：x xD D简单简单 x xD D平衡平衡简单蒸馏获得相对好的分离效果简单蒸馏获得相对好的分离效果1.2.3 简单蒸馏与平衡蒸馏的比较简单蒸馏与平衡蒸馏的比较16简单蒸馏相当于分批多次采用一个理论塔板进行蒸馏，故同一理论板相当多次发挥作用。（多次汽化，多次分离）闪蒸相当于总进料一次通过一个理论板，进行一次分离。分离效果不及简单蒸馏。