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1、第5章精餾5.1概述5.2雙組分溶液的氣液相平衡5.3精餾5.4雙組分精餾理論塔板數(shù)的計(jì)算5.5雙組分精餾的核算5.6板式塔蒸餾分離實(shí)例：石油煉制中使用的250萬(wàn)噸常減壓裝置5.1概述蒸餾目的：分離液體混合物蒸餾依據(jù)：揮發(fā)度差異混合物中易揮發(fā)組分稱為輕組分，難揮發(fā)組分稱為重組分。飽和蒸氣壓：在密閉容器內(nèi)，在一定溫度下，純組分液體的氣液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，其蒸氣的壓力稱為飽和蒸氣壓。例如相同體積等條件下的密閉箱子內(nèi)，分別裝有未滿的等物質(zhì)量的水和乙醇，兩種液體會(huì)向上部真空空間揮發(fā)，乙醇揮發(fā)的多，其蒸氣壓當(dāng)然比水大得多飽和蒸氣壓液體
2、的揮發(fā)能力越大，其蒸氣壓就越大。所以液體的飽和蒸氣壓是表示液體揮發(fā)能力的一個(gè)屬性。閃蒸罐塔頂產(chǎn)品yAxA加熱器原料液塔底產(chǎn)品Q減壓閥一、蒸餾過(guò)程平衡蒸餾示意圖y原料液x蒸氣xD1xD2xD3冷凝器簡(jiǎn)單蒸餾示意圖料液,xFFeed塔頂產(chǎn)品,xDOverheadproduct塔底產(chǎn)品,xWBottomsproduct液相回流Liquidreflux汽相回流Vaporreflux精餾段Rectifyingsection提餾段Strippingsection再沸器Reboiler冷凝器condenser精餾示意圖蒸餾無(wú)回流有回流蒸餾
3、的操作費(fèi)用——能耗（加熱費(fèi)用與冷卻費(fèi)用）二、精餾操作的費(fèi)用和操作壓強(qiáng)氣相冷凝溫度如低于常溫，不能用一般的冷卻水而要使用冷凍劑——加壓蒸餾可以避免使用冷凍劑加熱溫度超出一般水蒸氣加熱范圍，要用高溫載熱體減壓蒸餾可避免使用高溫載熱體。5.2雙組分溶液的氣液相平衡一、氣液兩相平衡共存時(shí)的自由度相——具有相同的物性、化學(xué)組成均勻部分討論：平衡物系設(shè)計(jì)的參數(shù)：溫度t，壓強(qiáng)P，及氣、液兩相的組成，三者知其二則平衡體系的狀態(tài)確定。（組分?jǐn)?shù)N=2，相數(shù)φ=2，平衡物系自由度F=2）相律蒸餾過(guò)程系恒壓操作，壓強(qiáng)P一旦確定，物質(zhì)只剩下一個(gè)自由度
4、。體系的自由度是體系的獨(dú)立可變的因素的數(shù)目，這些因素的數(shù)值在一定的范圍內(nèi)，可以任意地改變，而不會(huì)引起相的數(shù)目的改變。如需標(biāo)明水的狀態(tài)，需要指出T、P。如只指定了T或P，則水的狀態(tài)還不能確定。如指定了T、P，水的狀態(tài)就確定了，因此水的F=2。當(dāng)體系T、P在一定范圍內(nèi)變化(0～100oC)，仍然為液態(tài)；但當(dāng)溫度大于100oC，水呈水氣；溫度小于0oC，水呈冰。（1）液相（或氣相）組成與溫度間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系恒壓下雙組分平衡物系中存在如下關(guān)系：（2）氣液組成之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。分析簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程：隨著簡(jiǎn)單蒸餾過(guò)程的進(jìn)行，液體中輕組分含
5、量逐漸下降，重組分含量逐漸上升，釜內(nèi)溫度必隨之升高。反之，當(dāng)釜液組成沒(méi)有發(fā)生明顯變化，則增、減加熱速率，只能增、減汽化速率而不能明顯改變液相溫度。二、理想物系氣液相平衡理想物系含義：在一定溫度下，理想溶液上方組分i的蒸汽壓pi等于純組分i的飽和蒸汽壓pio乘以溶液中i的摩爾分率xi。氣相為理想氣體，服從理想氣體定律或道爾頓分壓定律液相為理想溶液，服從拉烏爾定律；拉烏爾定律：理想混合物的總壓等于個(gè)組分氣體分壓之和P=p1+p2+···道爾頓分壓定律：混合氣體中每個(gè)組分氣體分壓等于混合氣體總壓乘以該氣體在混合氣體中的摩爾分?jǐn)?shù)。p
6、i=Pyi推論：1、雙組分理想物系的液相組成——溫度關(guān)系式當(dāng)純組分的飽和蒸汽壓p0及總壓P已知時(shí)，可計(jì)算溶液的組成。純組分的飽和蒸汽壓與溫度t的關(guān)系通常用安托因（Antoine）方程表示：A、B、C為該組分的安托因常數(shù)，查手冊(cè)。2、氣相組成與溫度的關(guān)系式y(tǒng)A與xA關(guān)系的計(jì)算通過(guò)pAo（pBo）作為橋梁過(guò)渡，而pAo（pBo）是溫度的函數(shù)，表明了氣、液組成與溫度之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。3、氣液兩相平衡組成間的關(guān)系式與亨利定律形式上有相似之處y=mx相平衡常數(shù)K與總壓、溫度均有關(guān)通過(guò)氣液兩相平衡組成的關(guān)系式計(jì)算理想物系的泡點(diǎn)作出t-
7、x(y)圖作出y-x圖例5-1理想物系泡點(diǎn)及平衡組成的計(jì)算某蒸餾釜的操作壓強(qiáng)為106.7kPa，其中溶液中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為20%，甲苯的摩爾分?jǐn)?shù)為80%。求此溶液的泡點(diǎn)及平衡組成泡點(diǎn)：將某一組成的混合液加熱，當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí)，溶液開始沸騰，此時(shí)產(chǎn)生第一個(gè)氣泡，相應(yīng)的溫度稱為泡點(diǎn)溫度露點(diǎn)：若將某一溫度的過(guò)熱蒸氣冷卻，當(dāng)溫度降到某一溫度時(shí)，混合氣開始冷凝產(chǎn)生第一滴液體，相應(yīng)的溫度稱為露點(diǎn)溫度。溫度-組成圖是通過(guò)查取純組分A、B在不同溫度t的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)下式計(jì)算得到x、ytC0EFx(或y)AyAxA1.0總壓P一定
8、三、t-x(y)圖和y-x圖氣、液兩相呈平衡狀態(tài)時(shí)，氣液兩相的溫度相同，但氣相組成大于液相組成1、t-x(y)圖稱為泡點(diǎn)線稱為露點(diǎn)線tC0EFx(或y)AyAxA1.0BxyD總壓恒定x1組成為x的液體，升溫至B點(diǎn)，到達(dá)該溶液的泡點(diǎn)，產(chǎn)生第一個(gè)氣泡的組成為y。一定組成的氣體冷卻至D點(diǎn)，凝結(jié)
