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第七章 精馏 期末复习重点1 概述一、概念二、蒸馏与蒸发的区别 三、分类2 双组分理想溶液的气液平衡一、纯组分液体的气液平衡二、拉乌尔定律均相混合溶液中某组分的饱和蒸汽压一定比该组分在纯态时的饱和蒸汽压低。1880年，法国人拉乌尔（Francois Maric Raoult ，18301901）提出： 一定温度下，当气液达到平衡时，理想溶液中某组分的饱和蒸汽压等于该组分在纯态时的饱和蒸汽压与该组分在溶液中的摩尔分率的乘积。pA = pAo xA pB = pBo xB 对于双组分溶液，则有 pB = pBo xB = pBo （1xA） 式中：pA 、pB分别为溶液上方A、B两组分的平衡分压。pAo 、pBo分别为同温度下A、B两纯组分的饱和蒸汽压。 xA 、 xB分别为溶液中A、B两组分的摩尔分率。实际溶液只在浓度很稀时服从拉乌尔定律。三、道儿顿分压定律理想气体在一定温度下，气液平衡时，气相中某组分的饱和蒸汽压等于等于该组分在气相中的摩尔分率与总压的乘积。pA = P yA pB = P yB 对于双组分溶液，则有 pB = P yB = P （1yA）针对液相计算时采用拉乌尔定律。针对气相计算时采用道儿顿分压定律。 四、实际溶液与理想溶液五、理想的完全互溶双液系的相平衡图1、p x y 图 （压力组成图） 2、t x y 图 （温度组成图） t t y 线 tB t x 线 tA xB=1 x ( y ) xA=1两条线t y 线（饱和蒸汽线、泡点线）：表示混合液的沸点与平衡气相组成y之间的关系。横坐标为y t x 线（饱和液体线、露点线）：表示混合液的沸点与平衡液相组成x之间的关系。横坐标为x 三个区 液相区：饱和液体线以下的区，此区为全液态的单相区，该区代表低于饱和温度的未沸腾的液体。 过热蒸汽区：饱和蒸汽线以上的区，此区为全气态的单相区。该区代表高于饱和温度的过热蒸汽。气液共存区：饱和液体线以上、饱和蒸汽线以下的区，此区内液体处沸腾状态，气液共存，为两相区。 结论：（1）气液两相达平衡时，由于气液两相温度相同，所以平衡组成处同一水平线上（2）易挥发组分含量增加时，混合液的沸点降低。（3）气液共存时，气相中易挥发组分的浓度只有大于液相中易挥发组分的浓度，即yx，混合液才能用精馏方法分离。y与x相差越大，分离越容易。3、y x 图 （气液平衡曲线） 气液平衡曲线为不同饱和温度时气液组成x、y描绘出的曲线。平衡线距对角线越远，y与x相差越大，精馏分离越容易。平衡线在对角线上方，曲线描述精馏过程；平衡线在对角线下方，曲线描述吸收过程。平衡线与对角线重叠，则不能采用精馏或吸收方法分离。六、挥发度与相对挥发度1、挥发度挥发度的定义：混合液中某组分的平衡分压与平衡时该组分的摩尔分率之比。（1） 挥发度是以混合液中某组分的气相分压的大小表示其挥发难易程度的物理量。（2） 浓度相同时，某组分的气相分压越大，则该组分越容易挥发。（3） 纯液体的挥发度，就是该液体的饱和蒸汽压。（4） 对于理想容易，VA = pAo ； VB = pBo2、相对挥发度 相对挥发度两组分挥发度之比则 y = 气液平衡方程1）当 1时，VAVB，A组分较B组分易挥发，则越大，气相组成y与液相组成x相差越大，混合液分离越容易。2）当 =1时，VA=VB，A组分与B组分挥发度相同。则气相组成y与液相组成x相同，混合液不可能用精馏方法分离。3 简单蒸馏4 平衡蒸馏5 精馏原理一、精馏 多次部分汽化、部分冷凝二、塔板上的热质传递 x n-1 t n -1 y n t n+1x n y n+1 三、回流 回流是保证精馏过程连续稳定操作的必要条件。6 双组分连续精馏塔的计算一、理论板的概念及恒摩尔流假定1、理论板的概念理论板离开此板的气、液两相相互平衡，且板上的液相组成均匀一致。2、恒摩尔流假定 （1）恒摩尔汽化 精馏操作时，精馏塔内精馏段每层板上的上升蒸汽量都相等；提馏段每层板上的上升蒸汽量都相等。（2）恒摩尔溢流 精馏操作时，精馏塔内精馏段每层板流下的液体流量都相等；提馏段每层板流下的液体流量都相等。二、物料衡算和操作线方程1、全塔物料衡算 总物料衡算 F = W + D 易挥发组分物料衡算 F xF = W xw + D xD分离程度的表示：塔顶易挥发组分的回收率 = 塔底难挥发组分的回收率 = 例：每小时将15000含苯40 %和甲苯60 %的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2 %（以上均为质量百分数），塔顶馏出液的回收率为92.7 %。操作压强为常压，试求馏出液及釜残液的流量（kmol / h）及组成（摩尔分率）。2、精馏操作线方程 操作线方程即精馏塔内上一层板的气相组成与下一层板的液相组成之间的关系方程。 R 1yn+1 = x n + x D R + 1 R + 1 精馏段操作线方程 3、提馏段操作线方程 L / W y m+1 = x m x w L /W L /W 提馏段操作线方程 三、进料热状况的影响1、五种加料热状况1）温度低于泡点的冷液进料 L V F L/ L + F V/ V L/ V/2）泡点温度下的饱和液体进料 L V F L/ = L + F V/ = VL/ V/3）温度介于泡点和露点之间的汽液混合进料 L V L L/ L + FF V/ V V/ + FL/ V/4）露点温度下的饱和蒸汽进料L V L/ = L F V = V/ + FL/ V/5）温度高于露点的过热蒸汽进料L V L/ V/ + FL/ V/ 2、加料板上的物料衡算及热量衡算 四、q 线方程 q 线 方 程 q线方程为直线方程，斜率为，截距为，过点（xF ，xF）。 五种加料热状态下的q线五、理论板数的计算1、逐板计算法平衡关系： ； 操作线关系： 精馏段理论板数：提馏段理论板数 计算到时的计算次数即精馏塔的理论板数。2、图解法在平衡线和操作线之间作阶梯，阶梯数即为精馏塔理论板数。所以图解法又称为梯级法。 3、适宜的进料位置 4、加料热状态的选择 六、回流比的影响及选择1、全回流和最少理论板数 2、最少回流比 精馏段操作线、提馏段操作线、q线和平衡线四条线交于一点时的回流比为最少回流比。 最少回流比的两种求法 1）作图法 精馏段操作线斜率： 则最少回流比 2）解析法 3、适宜回流比的选择根据经验，操作回流比为最小回流比的1.11.2倍。 即 R =（1.11.2）Rmin 例1：苯-甲苯混合液中含苯30%（摩尔分率）预热到40oC以10kmol/h的流量连续加入精馏塔中。塔的操作压强为760mmHg，塔顶馏出液中含苯95%，釜残液含苯3%，回流比R=3。试求塔釜的蒸发量V/。 已知料液泡点为98.6oC，泡点温度下r苯= 7956 kcal / kmol ， r甲苯= 9384 kcal / kmol 。69.3 oC 下，Cp苯=35.5 kcal / kmol oC ，Cp甲苯= 41.9 kcal / kmol oC 例2：若用一常压连续精馏塔分离某二元混合液（理想溶液），其中含易挥发组分的摩尔分率为0.4，相对挥发度为3.0。要求塔顶馏出物中含易挥发组分不低于0.95，塔底残液中含易挥发组分不高于0.02。试求饱和液体进料时该塔的精馏段操作线方程和提馏段操作线方程。 操作时取回流比为1.5Rmin七、实际塔板层数的计算 1、总板效率（全塔效率）ET 总板效率即指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数之比。 2、单板效率（默弗里板效率）EM 指汽相或液相经过一层实际板前后的组成变化与经过一层理论板前后的组成变化之比。 7 板式塔简介 8 特殊蒸馏 一、水蒸气蒸馏1、原理 不互溶两液体混合物液面饱和蒸汽压为两组分纯态时的饱和蒸汽压之和。2、特点蒸馏饱和温度一定小于100oC。 3、应用 1）饱和温度高而有热敏性的物料。 2）料液与水不互溶。 3）原混合液中A、B两组分的挥发度相差较大。 如食品油和奶油在真空下脱臭；水蒸气蒸馏制备八角油、桂皮油等。 二、恒沸蒸馏 1、恒沸物 在T x图上混合物的泡点和露点重合，蒸馏过程中汽相组成和液相组成相同，液相组成不发生变化，则其沸点不变，称为恒沸物。 2、原理 加入挟带剂，打破原来恒沸液，形成新的恒沸液。 3、恒沸蒸馏流程 4、对挟带剂的要求 1）挟带剂能与被分离组分形成新的恒沸液。 2）新形成的恒沸液中挟带剂与所要挟带的组分的质量比尽可能小，以