電子教案與課件：化工原理(制藥專業(yè)適用)-第04章01

1、 第4章 液體精餾1 蒸餾概述1.1 蒸餾分離的依據(jù)(原理) 液體中各組分揮發(fā)度的差異 分離液體混合物恒定溫度、壓力，氣液相平衡A組分比B組分易揮發(fā)： A為輕組分,B為重組分揮發(fā)度定義 相對揮發(fā)度 即汽相冷凝后，A的濃度升高 實現(xiàn)了部分分離1.2 蒸餾過程及經(jīng)濟性平衡蒸餾簡單蒸餾只能達到有限的分離精餾操作的經(jīng)濟性主要操作費用：加熱沸騰、冷卻冷凝 沸騰和冷凝的溫度與操作壓強有關加壓精餾：如空氣分離； P,t,冷凝費用降低真空精餾：P,t, 如高沸點物質(zhì)、熱敏物質(zhì)分離2 雙組分溶液的汽液相平衡雙組份汽液平衡的自由度 F = N + 2 組分數(shù) 相數(shù)F=2, P, t 一定, 組成就定了 P, x

2、一定, t 就定了2.1 理想物系的汽液相平衡理想物系服從拉烏爾定律 服從道爾頓分壓定律安托萬方程相平衡 fV = fL理想物系 ,拉烏爾定律 ,歸一條件沸騰時1)泡點關系式道爾頓分壓定律泡點線(液相線)2)露點關系式露點線(汽相線)3) yx的近似表達式由 和歸一方程可得相平衡方程理想物系在操作溫度范圍(純A、純B沸點)，若變化不大，可取=1時，y = x，不能進行分離為什么不用沸點來衡量揮發(fā)性？例：101.3kPa下，乙醇沸點：78.3 水沸點：1002%乙醇的水溶液，蒸發(fā)后留水98%乙醇的水溶液，蒸發(fā)后留乙醇 2.2 非理想物系的汽液相平衡強正偏差pAp0AxA，出現(xiàn)最低恒沸物強負偏差p

3、Ap0AxA ，出現(xiàn)最高恒沸物 苯-乙醇 氯仿-丙酮常用相平衡計算方法 PyA=p0AxAA, PyB=p0BxBB活度系數(shù)A, B2.3 總壓對相平衡的影響P， 泡點，露點，相對揮發(fā)度 3 液體的蒸餾3.1 平衡蒸餾(閃蒸)物料衡算 F=D+W FxF=Dy+Wx定義 W=qF , D=(1-q)F杠桿定律同時，y 與 x 滿足相平衡熱量衡算 Q=FCp(T-t0)節(jié)流后，顯熱潛熱 FCp(T-te)=(1-q)Fr應加熱至3.2 簡單蒸餾非定態(tài) y(), x() Wx=ydW+(W-dW)(x-dx)得 (y-x)dW=Wdx當 時，當簡單蒸餾中 與平衡蒸餾中q相等時，分離程度哪個大？4

4、精餾原理4.1 精餾過程分析1 多次部分汽化和部分冷凝xFxxx”xFyyy”精餾分離過程 精餾的必要條件：回流4.2 精餾過程數(shù)學描述 液體逐板下降 汽體逐板上升每塊塔板為一個汽液接觸單元基本分析方法： 物料衡算 熱量衡算 過程特征方程考察單元：一塊塔板1) 全塔物料衡算 F=D+W FxF=DxD+WxW6個變量, 已知4個, 求2個或5個變量( )已知3個求2個已知 ，求 以xW為支點， ,已知 (塔頂采出率), 求： ，已知 ，輕組分回收率 A( )，求： ，2) 單塊板上過程的數(shù)學描述 L, V kmol/s I, i kJ/kmol r 汽化潛熱物料衡算總物料：輕組分：熱量衡算忽略

5、組成與溫度引起的飽和液體焓、汽化熱差別 in+1=in=in-1=i rn+1=rn=r則有 (Vn+1-Vn)r=(Vn+Ln-Vn+1-Ln-1)i=0結(jié)論： Vn+1=Vn ， Ln=Ln-1 汽液相摩爾流率不變恒摩爾流假定主要條件：兩組份的摩爾汽化熱相等過程特征方程理論板離開塔板的汽液兩相達到傳質(zhì)、 傳熱平衡過程特征方程簡化為： 泡點方程 tn=(xn) 相平衡方程 yn=f(xn) 如實際板與理論板的差別板效率默弗里板效率 其中 方法過程分解簡化結(jié)果: yn=f(xn)加料板過程分析 得 定義兩相流量關系q為加料熱狀態(tài)參數(shù)(液化率)q=0 飽和蒸汽加料0q1 冷液加料q0 過熱蒸汽加料塔釜和冷凝器塔釜蒸發(fā)器熱負荷物料衡算塔釜=1塊理論板全凝器, 泡點回流條件下塔頂冷凝器熱負荷 QC =V rc物料衡算 V=L+D Vy1=Lx0+DxD4.3 塔段的數(shù)學描述1) 塔內(nèi)汽液摩爾流量定義回流比 R=L/D全凝器, 泡點回流條件下精餾段：L=RD V=L+D=(R+1)D提餾段：2) 操作線方程精餾段操作線操作線表示同一塔截面上的 汽液兩相濃度關系。 塔段物料衡算的結(jié)果 L=RD, V=(R+1)D提餾段操作線操作線圖示精