液體的精餾第一講

1、第五章 液體的精餾1第一頁，共二十六頁。5.1 蒸餾概述5.2 雙組分溶液的氣液相平衡5.3 液體的蒸餾方法及分離原理5.4 精餾過程的物料衡算和塔板數(shù)的計算5.5 間歇精餾5.6 恒沸精餾與萃取精餾5.7 板式精餾塔2第二頁，共二十六頁。 一、引言 在化工生產(chǎn)中，由于技術、經(jīng)濟等原因： 1. 原料要求有一定的純度，中間產(chǎn)品要進行下一步反應對其含量的要求，粗產(chǎn)品要進行 提純以達到一定的標準。 2. 副反應的影響。 3. 催化劑對毒物的敏感性。 4. 環(huán)境保護的需要。5.1 概述3第三頁，共二十六頁。 的過程可稱為： 某個組分的富集過程（對一個組分而言） 各組分的分離過程（對幾個組分而言） 從含

2、有雜質 純度較高的某物質從混合液、混合氣 得到幾種較純的物質4第四頁，共二十六頁。二、分離過程 1. 機械分離 被分離物為非均相混合物（兩相或三相） 可用機械來進行分離，如過濾、離心等。 2. 傳質分離 被分離物為均相混合物，設法將均相變?yōu)?非均相，利用物系中不同組分間某種物性 的差異來分離，如蒸餾、吸收等。 3. 速控分離 對均相混和物，通過控制各組分的傳遞速率 來分離，如膜分離等。5第五頁，共二十六頁。三、蒸餾 蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)性的不同，把液體混合物中各組分達到某種程度分離的單元操作。分類：按操作方式間 歇 蒸餾連續(xù) 蒸餾按蒸餾方法簡單 蒸餾平衡 蒸餾精餾特殊精餾6第六頁，

3、共二十六頁。按操作壓強常壓蒸餾加壓蒸餾減壓蒸餾按混合液 組分數(shù)雙組分（二元）蒸餾多組分（多元）蒸餾7第七頁，共二十六頁。氣體的吸收與液體的蒸餾同為分離均相物系的氣液傳質操作，但是，二者有重要的差別。一般說來，為使均相混合物分離成較純凈的組分，必須出現(xiàn)第二個物相。吸收操作中 則采用從外界引入另一相物質（吸收劑）的辦法形成兩相系統(tǒng)。蒸餾操作中采 用改變狀態(tài)參數(shù)的辦法（如加熱與冷卻），使混合物系內部產(chǎn)生出第二個物相。因此，經(jīng)過蒸餾（精餾）操 作可以直接獲得較純凈的輕、重組分，但經(jīng)過吸收操作，混合氣中的溶質卻進入吸收液中，而不能以較純凈的狀態(tài)直接得到。要取得較純凈的溶質組分，還需經(jīng)過第二個分離操作（例

4、如 脫吸）才能實現(xiàn)。 液體蒸餾和氣體吸收8第八頁，共二十六頁。5.2 雙組分溶液的氣液平衡一、理想溶液的概念 根據(jù)溶液中同分子間的與異分子間的作用力的差異，可將溶液分為理想溶液和非理想溶液兩種。理想溶液：在這種溶液內，組分A、B分子間作用力aAB與純組分A的分子間作用力aAA或純組分B的分子間作用力aBB相等。嚴格地說，理想溶液是不存在的。但是，對于那些由性質極相近、分子結構極相似的組分所組成的溶液，例如苯-甲苯，甲醇-乙醇，烴類同系物等都可視為理想溶液。9第九頁，共二十六頁。二、氣液相平衡單位時間從液相進入氣相的分子數(shù)與從氣相進入液相的分子數(shù)相等。 輕組分(A)與重組分(B) 揮發(fā)性：液相中

5、物質的分子可從液相進入氣相， 這特性稱為揮發(fā)性。 在外壓不變（一般為常壓）時，設雙組分(A， B)溶液中： A : 沸點低，易揮發(fā)，稱為輕組分； B ：沸點高， 難揮發(fā)，稱為重組分； xA, xB ： 分別為液相中A，B 的摩爾分率； yA, yB ： 分別為氣相中A，B 的摩爾分率；： 分別為純A，B的飽和蒸氣壓；： 分別為平衡分壓。10第十頁，共二十六頁。三、拉烏爾定律 (Raoults Law)實驗表明，理想溶液的氣液平衡關系遵循拉烏爾定律，即: 在一定溫度下，氣相中任一組分的分壓等于此純組分在該溫度下的飽和蒸汽壓與它在溶液中的摩爾分率的乘積。道爾頓分壓定律習慣上以 表示液相中易揮發(fā)組分

6、的摩爾分率，以（1-）表示難揮發(fā)組分的摩爾分率；以表示氣相中易揮發(fā)組分的摩爾分率，以（1-）表示難揮發(fā)組分的摩爾分率。11第十一頁，共二十六頁。四、兩組分氣液平衡圖 蒸餾操作通常在一定的外壓下進行，溶液的沸點隨組成而變。溶液的沸點-組成圖（t-x-y) 是分析蒸餾原理的理論基礎。總壓P=101.3kPa,苯-甲苯混合液的沸點-組成(t-x-y)圖圖中以t為縱坐標,以液相組成x或氣相組成y為橫坐標。圖中有兩條曲線,上方曲線為t-y線,表示混合液的沸點和平衡氣相組成y之間的關系。此曲線稱為飽和蒸氣線。下方曲線為t-x線,表示混合液的沸點和平衡液相組成x之間的關系。此曲線稱為飽和液體線。上述的兩條曲

7、線將t-x-y圖分成三個區(qū)域。飽和液體線以下的區(qū)域代表未沸騰的液體,稱為液相區(qū)；飽和蒸氣線上方的區(qū)域代表過熱蒸氣,稱為過熱蒸氣區(qū)；二曲線包圍的區(qū)域表示氣液同時存在,稱為氣液共存區(qū)。1. t-x-y圖12第十二頁，共二十六頁。若將溫度為t1、組成為x1(圖中點A所示)的混合液加熱，當溫度升高到t2(點J)時，溶液開始沸騰，此時產(chǎn)生第一個氣泡，相應的溫度稱為泡點溫度，因此飽和液體線又稱泡點線。同樣，若將溫度為t4、組成為 (點B)的過熱混合蒸氣冷卻，當溫度降到 t3(點H)時，混合氣開始冷凝產(chǎn)生第一滴液體，相應的溫度稱為露點溫度，因此飽和蒸氣線又稱露點線。通常，t-x-y關系的數(shù)據(jù)由實驗測得。對于

8、理想溶液，也可用純組分的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)按拉烏爾定律及理想氣體分壓定律進行計算。13第十三頁，共二十六頁。2. 氣液相平衡圖（yx圖）txy 圖 y x 圖t1t2x1x2y1y2y1y2x1x214第十四頁，共二十六頁。x-y圖說明蒸餾計算中，經(jīng)常應用一定外壓下的 x-y 圖。圖中對角線為 x=y 的直線，作查圖時參考用。對于大多數(shù)溶液，兩相達到平衡時，y總是大于x，故平衡線位于對角線上方，平衡線偏離對角線愈遠，表示該溶液愈易分離。x-y 圖可以通過 t-x-y 圖作出。若總壓變化范圍為2030%，x-y 平衡線的變動不超過2。因此在總壓變化不大時，外壓的影響可忽略。但 t-x-y 圖隨壓強變

9、化較大，可見精餾中使用 x-y 圖較 t-x-y 圖更為方便。15第十五頁，共二十六頁。四、 揮發(fā)度及相對揮發(fā)度1. 揮發(fā)度： 表示某種溶液易揮發(fā)的程度。若為純液體時，通常用其當時溫度下飽和蒸氣壓來表示，如PA0。若為溶液時，各組分的揮發(fā)度，則用它在一定溫度下蒸氣中的分壓和與之平衡的液相中該組分的 摩爾分率之比來表示， A = pA / xA B = pB / xB A 、B 組分A、B 的揮發(fā)度。 對理想溶液，符合拉烏爾定律 A = pA / xA = pA0 xA / xA = pA0 B = pB0 * 理想溶液中, 各組分的揮發(fā)度等于其飽和蒸汽壓.16第十六頁，共二十六頁。2. 相對揮

10、發(fā)度相對揮發(fā)度定義：溶液中兩組分揮發(fā)度之比。 3. 氣液相平衡方程（用相對揮發(fā)度表示）：可求得 x-y 關系的方程，稱為氣液平衡方程。 17第十七頁，共二十六頁。例 已知正戊烷（A）及正己烷（B）在不同溫度下的飽和蒸汽壓，求平均相對揮發(fā)度。正戊烷及正己烷的沸點分別為36.1 和68.7 。（50 pA0 =159.16 kPa pB0=54.04 kPa； 55 pA0 = 185.18 kPa pB0 = 64.44 kPa ）解：理想溶液的平均相對揮發(fā)度可用平均溫度下的飽和蒸汽壓求取，平均溫度 t = ( 36.1+ 68.7) / 2 =52.4 50 pA0 =159.16 pB0=5

11、4.04 1 = pA0 / pB0=159.16 / 54.04 =2.9555 pA0 = 185.18 pB0 = 64.44 2 = pA0 / pB0 =185.18 / 64.44 = 2.8718第十八頁，共二十六頁。內插法求52.4 時的相對揮發(fā)度t1 = 501 = 2.95t2 = 552 = 2.87 t = 52.4相平衡方程19第十九頁，共二十六頁。五、雙組分非理想溶液乙醇-水（正偏差，不同分子之間作用力小于同種分子作用力，易揮發(fā)）硝酸-水（負偏差，不同分子之間作用力大于同種分子作用力，不易揮發(fā)）20第二十頁，共二十六頁。一、簡單蒸餾 使混合液在蒸餾釜中逐漸受熱氣化，

12、并不斷將生成的蒸氣引入冷凝器，以達到混合液中各組分得以分離的方法，稱為簡單蒸餾或微分蒸餾。5.3 液體的蒸餾方法及分離原理21第二十一頁，共二十六頁。適用于： 1. 沸點差較大的混合液； 2. 分離含量要求不高的情況； 3. 粗加工過程。一次加料，釜內及餾出液的含量不斷變化， 得不到純組分。不穩(wěn)定過程。簡單蒸餾特點：22第二十二頁，共二十六頁。二、連續(xù)精餾連續(xù)精餾概念 精餾操作就是在同一設備內多次而且同時運用部分氣化和冷凝的方法，以得到接近于純的易揮發(fā)組分和接近于純的難揮發(fā)組分的操作。 精餾操作中液相的部分氣化與氣相的部分冷凝同時發(fā)生，每層塔板上的液體和蒸氣都處于接近飽和的溫度之下。在相界面兩

13、側，輕、重組分同時地向著彼此相反的方向傳遞，即氣相中的重組分向著液相一側傳遞過去，液相中的輕組分則向著氣相一側傳遞過來。23第二十三頁，共二十六頁。精餾設備由精餾塔、冷卻器和再沸器等構成；加料板；精餾段；提餾段冷卻器精餾塔再沸器精餾段提餾段精餾是氣液兩相間的傳質過程，因此常用組分在兩相中的濃度(組成)偏離平衡的程度來衡量傳質推動力的大小。傳質過程是以兩相達到相平衡為極限的。由此可見，氣液相平衡關系是分析精餾原理和進行設備計算的理論基礎。24第二十四頁，共二十六頁。第四章 氣體吸收 吸收分離操作：利用混合氣體中各組分(component)在液體中溶解度(solubility)差異，使某些易溶組分進入液相形成溶液(solution)，不溶或難溶組分仍留在氣相(gas phase)，從而實現(xiàn)混合氣體的分離。吸收劑氣體yx界面氣相主體 液相主體 相界面氣相擴散 液相擴散 yi xi 氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、