化工原理授课提纲 §9.蒸馏 §9.1.概述 基本原理 吸收一不同溶质在同一溶剂中的溶解度差异 萃取一同一溶质在不同溶剂中的溶解度差异。 馏原理: ◆有机化学学科论述一各组分沸点的差异 ◆物理化学学科论述一各组分蒸汽压的差异 化工原理课程论述一混合物中各组分挥发程度的差异 VB x 其中:A一易挥发组分一轻组分 B一难挥发组分一重组分 蒸馏过程分类 1.按过程分类 (1)平衡蒸馏 闪蒸:一次性汽化 TP. 图9-1:平衡蒸馏流程图 图9-2:平衡蒸馏图解 (2)简单蒸馏 非稳态蒸馏 -3:简单蒸馏流程图 图9-4:简单蒸馏图解计算 化学工程与工艺专业本科教学用
化工原理授课提纲 9.精馏 化学工程与工艺专业本科教学用 9-1 §9. 蒸馏 §9.1. 概述 一. 基本原理： • 吸收—不同溶质在同一溶剂中的溶解度差异； • 萃取—同一溶质在不同溶剂中的溶解度差异。 蒸馏原理： 有机化学学科论述— 各组分沸点的差异； 物理化学学科论述— 各组分蒸汽压的差异； 化工原理课程论述— 混合物中各组分挥发程度的差异。 B A B A x x y y > 其中: A — 易挥发组分—轻组分 B — 难挥发组分—重组分 二. 蒸馏过程分类： 1. 按过程分类 ⑴ 平衡蒸馏 闪蒸： 一次性汽化 ⑵ 简单蒸馏 非稳态蒸馏 T ,P , x f L, x V ,y 图9-1:平衡蒸馏流程图 t x xf y x 图9-2: 平衡蒸馏图解 图9-3:简单蒸馏流程图 t x w x f y t x 图9-4: 简单蒸馏图解计算
化工原理授课提纲 9.精馏 (3)精馏: 过程(如图) 问题: ·精馏原理? 产品回流? 计算与设计? 操作? (4)特殊精馏 间歇精馏 恒沸精馏一加入第三组分与混合物中某组分形成最低 图9-5:精馏流程图 共沸物; ·萃取精馏一第三组分增大混合物的相对挥发度,或使共沸点转移; 反应精馏—CH3 COOCH3+H2OCH3COOH+CH3OH 2.按组分数分类 双组分蒸馏 多组分蒸馏 3.按操作压力分类: 常压蒸馏 减压蒸馏 加压蒸馏 三.蒸馏操作与吸收操作的异同点: 吸收 精馏 作用 分离气体混合物 分离液体混合物或气体混合物 原理 溶解度差异 挥发度差异 机理 分子单向扩散传质 分子双向扩散传质 研究方法物衡+速率+平衡 物衡+热衡+平衡 §9.2.二元物系的汽液平衡 机理一分子作用力、分子热运动→饱和蒸汽压→动态平衡 饱和蒸汽压计算lgP=4-B Antoine方程 相律:F=N-p+2 N=2,=2则 F=2 化学工程与工艺专业本科教学用
化工原理授课提纲 9.精馏 化学工程与工艺专业本科教学用 9-2 ⑶ 精馏： 过程(如图) 问题： • 精馏原理？ • 产品回流？ • 计算与设计？ • 操作？ ⑷ 特殊精馏： z 间歇精馏； z 恒沸精馏—加入第三组分与混合物中某组分形成最低 共沸物； z 萃取精馏—第三组分增大混合物的相对挥发度，或使共沸点转移； z 反应精馏— CH3COOCH3＋H2O⇔CH3COOH＋CH3OH 2. 按组分数分类： • 双组分蒸馏 • 多组分蒸馏 3. 按操作压力分类： • 常压蒸馏 • 减压蒸馏 • 加压蒸馏 三. 蒸馏操作与吸收操作的异同点： 吸 收 精 馏 作 用 分离气体混合物 分离液体混合物或气体混合物 原 理 溶解度差异 挥发度差异 机 理 分子单向扩散传质 分子双向扩散传质 研究方法 物衡＋速率＋平衡 物衡＋热衡＋平衡 §9.2. 二元物系的汽液平衡 • 机理— 分子作用力、分子热运动⇒饱和蒸汽压⇒动态平衡 饱和蒸汽压计算 i i i i t C B P A + = − 0 lg —Antoine方程 • 相律：F=N-φ+2 N=2, φ =2 则 F=2 F , x f D , x D W , x w 图9-5:精馏流程图
化工原理授课提纲 在精馏操作中,可以认为P= constant,那么,F=1,即在1、x、y中仅有一个可以自由改变,其它 参数随之而变。利用此特性可以检测精馏操作。 、理想物系的汽液相平衡 理想物系 想溶液十理想气体 (1)理想溶液: Raoult low PA=PaxA=Pix PB(1-x) (2)理想气体: Dalton low P=P,+p PA PB (3)理想物系相图 P-x相图 图9-6:px相图 P=PA+ PB=PR+(PA-PRx x-y相图 泡点线x线 x=(P-PRVP0-PBFf(O 露点线ry线 图9-7:tx相图 y=PA/P=Px/P=f( ·yx相图 P= constant对角线~y=x线 x线一相平衡曲线 2.相平衡公式 1→相平衡常数 理想物系K=PP 非理想物系A=C 图9-8:y-x相图 →石油物系列线 化学工程与工艺专业本科教学用
化工原理授课提纲 9.精馏 化学工程与工艺专业本科教学用 9-3 在精馏操作中,可以认为 P = constant,那么, F=1,即在 t、x、y中仅有一个可以自由改变，其它 参数随之而变。利用此特性可以检测精馏操作。 一. 、理想物系的汽液相平衡 1. 理想物系 理想溶液 ＋理想气体 ⑴ 理想溶液： FAA = FBB = FAB Raoult low pA = 0 PA xA= 0 PA x pB = 0 PB xB= 0 PB (1-x) ⑵ 理想气体： Dalton low P = pA +pB pA = PyA = Py pB = PyB = P(1-y) ⑶ 理想物系相图 z P—x 相图 pA = PA 0 xA pB= PB 0 xB ＝PB 0 (1-x) P = pA+ pB =PB 0 +(PA 0 -PB 0 )x z t-x-y 相图 P = constant 泡点线 t—x线: x=(P-PB 0 )/(PA 0 -PB 0 )=f(t) 露点线 t—y线: y=pA/P=PA 0 x/P = f(t) z y—x 相图 P = constant 对角线～y=x线 y～x线 — 相平衡曲线 2. 相平衡公式 yi =K ixi ⇒ K i → 相平衡常数 理想物系 K i=P0 i / P 非理想物系 K i= 0 0 i( g ) i( l ) f f → 石油物系列线图 - - - P ¡ x P P A x P B ¡ x 0 x 1 图9-6:p-x 相图 t x x y t-y线 t-x线 图9-7:t-x 相图 1 y 0 x 1 图9-8: y-x相图
化工原理授课提纲 挥发度和相对挥发度 1.挥发度(绝对挥发度) 理想物系v=P0 2.相对挥发度 分离的难易程度: >1 -VA/VB x 分离机理 f(o) 3.相平衡方程式 ax/1+(a-1x] 【例10-1】:相平衡计算:苯(A)和甲苯(B)的安托因公式如下: logf=6897-1206(+2202)mmHg log PB=6953-1344+2194)mmHg 求此物系在P=1atm下在如下温度下的相平衡数据、相对挥发度及y值。 t℃80.1848892 108110.6 PA0760856963108112101350150216681783 PB 334381434492556627705760 10.8160.6510.5040.3730.2570.1520.0570 0.9190.8250.7170.59404560.3000.1250 a2602.562.532492462432402372.35 109160.8210.7140.59404590.3060.1 0.9190.8250.7190.59404560.3000.1260 〖解〗()P的计算:将温度值代入安托因公式,得到P和PB0值见表 (2)x,y的计算:设物系为理想物系,则 x=(P-PB0)(PA°-PB) 化学工程与工艺专业本科教学用
化工原理授课提纲 9.精馏 化学工程与工艺专业本科教学用 9-4 二. 挥发度和相对挥发度 1. 挥发度 (绝对挥发度) 定义： νA = pA /xA νB = pB/xB 理想物系 νi = Pi 0 2. 相对挥发度 分离的难易程度: y y x x A B A B / 1 > → = = B B A A B A B A B A B A x p x p x x p p x x y y / / / =νA/νB 定义：α = νA/νB → 分离机理 α >1 α = f(t) → α = α1+(α2-α1 )x → αm = (α1+α2 )/2 3. 相平衡方程式 y = αx/[1+(α-1)x] 【例 10-1】: 相平衡计算： 苯(A)和甲苯(B)的安托因公式如下： log PA 0 = 6.897-1206/(t+220.2) mmHg log PB 0 = 6.953-1344/(t+219.4) mmHg 求此物系在P=1 atm下在如下温度下的相平衡数据、相对挥发度及y值。 t ℃ 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.6 PA 0 760 856 963 1081 1210 1350 1502 1668 1783 PB 0 292 334 381 434 492 556 627 705 760 x 1 0.816 0.651 0.504 0.373 0.257 0.152 0.057 0 y 1 0.919 0.825 0.717 0.594 0.456 0.300 0.125 0 α 2.60 2.56 2.53 2.49 2.46 2.43 2.40 2.37 2.35 y1 1 0.916 0.821 0.714 0.594 0.459 0.306 0.130 0 y2 1 0.919 0.825 0.719 0.594 0.456 0.300 0.126 0 〖解〗(1)Pi 0 的计算: 将温度值代入安托因公式，得到PA 0 和PB 0 值见表； (2) x，y的计算：设物系为理想物系，则 x=(P-PB 0 )/(PA 0 -PB 0 )
化工原理授课提纲 y(PA/P)x 依次代入P值求出x,y值见表 (3)a的计算: 理想物系:a=PAPB0或a=y4xB/yxA(定义) 非理想物系:a=yAxB/yBxA(定义式) 当=80.1℃时a=yxB/xA=0/0c利用定义计算a的局限性;本物系为理想物系,用α PA%P0计算结果如上表 (4)用a计算y值: y=amx/1+(am-1)x]结果见表, 取∝=2.36+0.25x代入相平衡公式得 2=ax/1+(a-1)x]结果见表。 非理想物系 非理想物系包括 非理想溶液+理想气体 理想溶液十非理想气体 非理想溶液十非理想气体 1.非理想溶液 AA≠FBB≠FAB 溶液上方的实际蒸汽压与用拉乌尔定律计算值有差异, P1≠Px 校正1=P 相图: px图,rx图,yx图(见P91页) ·正偏差F<{F1,F}→P>Px→>1 →可能出现最低共沸点(乙醇一水物系) 负偏差F>{F,F}→P1<Px→Y →可能出现最高共沸点(硝酸一水物系) →在共沸点处ν=x,α=1不可能用普通精馏的方法进行分离 2.非理想气体:(参考‘化工热力学’) 用逸度压代替压力p 丘→后=P 3.相平衡计算 化学工程与工艺专业本科教学用 9-5
化工原理授课提纲 9.精馏 化学工程与工艺专业本科教学用 9-5 y=(PA 0 /P)x 依次代入Pi 0 值求出x，y值见表； (3) α的计算： 理想物系： α＝PA 0 /PB 0 或 α＝yAxB/yBxA (定义) 非理想物系：α＝yAxB/yBxA (定义式) 当t=80.1℃时 α＝yAxB/yBxA ＝0/0 ⇐ 利用定义计算α的局限性；本物系为理想物系，用α ＝PA 0 /PB 0 计算结果如上表。 (4) 用α计算y值： 取αm=(α1+α2)/2 y1=αmx/[1+(αm-1)x] 结果见表， 取α＝2.36+0.25x代入相平衡公式得： y2=αx/[1+(α-1)x]结果见表。 三. 非理想物系 非理想物系包括: • 非理想溶液＋理想气体 • 理想溶液＋非理想气体 • 非理想溶液＋非理想气体 1. 非理想溶液 FAA ≠ FBB ≠ FAB 溶液上方的实际蒸汽压与用拉乌尔定律计算值有差异， pi ≠ Pi 0 xi 校正 pi =Pi 0 γixi 相图： p—x 图，t—x 图，y—x图(见P91页) • 正偏差 Fij < { Fii ，Fjj } → pi > Pi 0 xi → γi > 1 →可能出现最低共沸点（乙醇—水物系） • 负偏差 Fij > { Fii ，Fjj } → pi < Pi 0 xi → γi < 1 →可能出现最高共沸点（硝酸—水物系） → 在共沸点处yi=xi，α=1 不可能用普通精馏的方法进行分离。 2. 非理想气体：（参考‘化工热力学’） 用逸度fi代替压力pi: fi=fi 0 yi → fi = piφi 3. 相平衡计算