化工原理--PPT文件

1、第一章第一章 蒸蒸 餾餾第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 一、定義 1質(zhì)量傳遞過程（傳質(zhì)過程）：由濃度差引起的物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程。 2蒸餾：利用液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異來分離液體混合物的傳質(zhì)過程。 3精餾：多次部分汽化，多次部分冷凝。 二、分類 簡單蒸餾 常壓蒸餾 雙組分蒸餾 間歇蒸餾 平衡蒸餾（閃蒸） 減壓蒸餾 多組分蒸餾 連續(xù)蒸餾 精 餾 加壓蒸餾 特殊精餾（恒沸精餾、萃取精餾） 第一節(jié)第一節(jié) 兩組分溶液的氣液平衡兩組分溶液的氣液平衡1-2-1 兩組分理想物系的氣液平衡兩組分理想物系的氣液平衡 一、相律：只受溫度和壓力影響的平衡物系的自由度數(shù)，等于物系的獨(dú)立組分?jǐn)?shù)減去相數(shù)再加上二，即 式中 F自由

2、度數(shù)； C獨(dú)立組分?jǐn)?shù)； 相數(shù)。 對兩組分的氣液平衡， 若恒定壓力，則 ，即該物系只有一個(gè)獨(dú)立變量，其它變量都是它的函數(shù)，所以可以用平面相圖來表示各變量間的關(guān)系。二、兩組分理想物系的氣液平衡關(guān)系 1理想物系：液相為理想溶液、氣相為理想氣體的物系。 2拉烏爾定律：理想溶液中某組分的溶液蒸汽壓等于該組分同溫度下的液體蒸汽壓與該組分的液相摩爾分率的乘積，即 式中 pA組分A的溶液蒸汽壓，Pa；即溶液上方組分A的平衡分壓； p0A組分A的液體蒸汽壓，Pa；即純液體的飽和蒸汽壓； xA組分A的液相摩爾分率。 2CF2222FAAAxpp0由 得 由 得 3. 相對揮發(fā)度 (1) 揮發(fā)度：某組分的溶液蒸汽壓

3、與該組分的摩爾分率之比，即： 對理想溶液，有 。 (2) 相對揮發(fā)度：易揮發(fā)組分揮發(fā)度與難揮發(fā)組分揮發(fā)度之比，即： 對理想溶液，有 (3) Antoine方程BAABBBBAAAppPxpxppxpp),1 (,000000BABApppPxAAPyp AAAAxPpPpy0.,BBBAAAxpvxpv00,BBAApvpv.BBAABAxpxpvv.00BAppCtBAplg (4) 氣液平衡方程(相平衡方程)若氣相為理想氣體，則 所以 對雙組分溶液，有 整理并略去下標(biāo)，得 三、兩組分理想物系的氣液平衡相圖 (1) 溫度組成（t-x-y）圖 （2） x-y圖 1-2-2 兩組分非理想物系的氣

4、液平衡 ABBABBAABBAAxyxyxPyxPyxpxpBABAxxyyABABxxyy1,1AAAAxxyy11yyxxxy) 1(,) 1(1BHJAyx,tDxy水乙醇 MM最低恒沸點(diǎn)溶液正偏差溶液,yx,xytNN水硝酸 最高恒沸點(diǎn)溶液負(fù)偏差溶液,yx,xty第一節(jié)第一節(jié) 平衡蒸餾和簡單蒸餾平衡蒸餾和簡單蒸餾1-3-1 1-3-1 平衡蒸餾平衡蒸餾 平衡蒸餾又稱為閃蒸，是一種單級蒸餾操作，常以連續(xù)方式進(jìn)行。原料連續(xù)進(jìn)入加熱器中，加熱到一定溫度后經(jīng)節(jié)流閥減到規(guī)定的壓力，部分液體迅速汽化，汽液兩相在分離器中分開，得到了組成不同的塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品。由于汽液兩相成平衡狀態(tài)，所以稱為平衡蒸

5、餾。 DyD,頂部產(chǎn)品WxW,底部產(chǎn)品FxF,原料tAWxFxDy1-3-2 1-3-2 簡單蒸餾簡單蒸餾 簡單蒸餾又稱微分蒸餾，也是一種單級蒸餾操作，常以間歇方式進(jìn)行。在恒定壓力下，將蒸餾釜中的溶液加熱至沸騰，并使液體不斷汽化，產(chǎn)生的蒸汽隨即進(jìn)入冷凝器中冷凝，冷凝液用多個(gè)罐子收集。由于整個(gè)蒸餾過程中，氣相的組成和液相的組成都是不斷降低的，所以每個(gè)罐子收集的溶液的組成是不同的，因此混合液得到了初步的分離。 0 x3x1y2y3y3y1y2y3x0 xtA第四節(jié)第四節(jié) 精餾原理和流程精餾原理和流程1-4-1 1-4-1 精餾過程原理和條件精餾過程原理和條件 一、部分汽化和部分冷凝 由A點(diǎn)的冷液體

6、到B點(diǎn)的過熱蒸汽的加熱過程，B點(diǎn)的過熱蒸汽到A點(diǎn)的冷液體的冷卻過程可知，部分汽化或部分冷凝可以獲得濃度有顯著差異的汽液兩相，將該汽液兩相分開，便可使液體混合物得到初步分離。 二、多次部分汽化和多次部分冷凝 若將該汽液兩相分別多次部分汽化和多次部分冷凝，則可將液體混合物幾乎完全分離。多次部分汽化、冷凝的流程示意圖如下，該過程原理可在t-x-y圖上看出，而且溫度是塔底高、塔頂?shù)汀?多次部分汽化、多次部分冷凝雖然能獲得幾乎純凈的兩個(gè)組分，但由于每次汽化時(shí)就有部分液體變成蒸汽，每次冷凝時(shí)就有部分蒸汽變成液體，所以最后得到的幾乎純凈的組分的量很少，另外，流程復(fù)雜、能耗高，因此，這種方法(流程)實(shí)際上是行

7、不通的。 三、初始精餾操作流程 如果將部分汽化、部分冷凝分別得到的液體L2，L3，Ln、氣體V2，V3Vm分別送回到它們的前一分離器中，則任一分離器有來自下一級的蒸汽和來自上一級的液體。汽液兩相在該分離器接觸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)部分冷凝和部分汽化，并產(chǎn)生新的汽液兩相。這樣除最上和最下一級外，中間各級的冷凝器和汽化器都可省去。若用塔板取代中間各級的分離器，就得到板式精餾塔。 BA5t4t3t2t1t3x2x1x1y2ymx1xFx1yny3ynnyV ,11,nnyV22, yVnL11, yV1nL2LFxF,2V 1mV11,xLmV22,xL11,mmxLmmxL , AnnyV ,分凝器回流液體,

8、nL降液管塔板加料板再沸器mmxL , 上升蒸汽,mV提餾段精餾段FxF, 四、精餾操作條件 板式精餾塔如圖所示。精餾塔除了塔板外，在塔頂還有冷凝器，在塔底還有再沸器。因?yàn)樗斎绻麤]有回流液體返回精餾塔，則塔頂最上一層塔板的傳質(zhì)就無法進(jìn)行，同樣塔底如果沒有上升蒸汽返回精餾塔，則塔底最下一層塔板的傳質(zhì)也無法進(jìn)行。 五、塔板的作用 塔板是開有許多小孔的圓板，在精餾塔內(nèi)放有許多塔板，以第n層板為例來說明塔板的作用，其上為第n-1層板，其下為第n+1層板。來自n-1層板組成為xn-1的液體與來自n+1層板組成為yn+1的蒸汽在第n層板上接觸。由于xn-1與yn+1不平衡，而且蒸汽的溫度（tn+1）比液

9、體的溫度（tn-1）高，所以，組成為yn+1的蒸汽在第n層板上部分冷凝，并使xn-1的液體部分汽化。假設(shè)蒸汽和液體充分接觸，并在離開第n層板時(shí)達(dá)到相平衡，則yn與xn平衡，且ynyn+1，xn xDm）則 （與連續(xù)精餾飽和液體（xF=x1）進(jìn)料的精餾段一樣）從而2圖解法求理論板層數(shù)：同前述精餾段圖解法求理論板層數(shù) 二、對具有一定理論板層數(shù)的精餾塔，確定操作過程中各瞬間的xD和xW的關(guān)系恒回流比時(shí)，餾出液組成與釜液組成具有對應(yīng)關(guān)系。任意選定xDi，通過點(diǎn)（xDi，xDi）作斜率為R/(R+1)的操作線，在操作線與平衡線之間作梯級，最后一個(gè)梯級達(dá)到的液相組成即為xWi。 FFFDqqqDxyyxx

10、yyxR1minmin)21 . 1 (RR 三、對具有一定理論板層數(shù)的精餾塔，確定操作過程中xD（或xW）與釜液量W、餾出液D之間的關(guān)系如圖所設(shè)，在d時(shí)間內(nèi)對釜液所占范圍進(jìn)行總物料衡算，則 對釜液所占范圍進(jìn)行易揮發(fā)組分的物料衡算，則 所以 由上式可求出任一xD(xW)對應(yīng)的W。再由總物料衡算可求D=F-W。 在一批操作時(shí)間內(nèi)，對系統(tǒng)進(jìn)行總物料衡算，則 對系統(tǒng)進(jìn)行易揮發(fā)組分的物料衡算， 則 解之 另外 dDdW dWxdDxWxdDDW)(dWxdWxWdxDWWWWDWdxdWxx)(FweexxWDWFWxxdxWdWFwexxWDWexxdxWFlnDxD,DmDxxD,WeWxxW,

11、WDFWeDmFWxDxFxWFWxFxxWeFDmDRDLV) 1(1-5-2 1-5-2 餾出液組成恒定時(shí)的間歇精餾計(jì)算餾出液組成恒定時(shí)的間歇精餾計(jì)算 一、確定理論板層數(shù)已知：xD、xWe 則 同樣同前述精餾段圖解法求理論板層數(shù) 二、確定xW和R的關(guān)系 恒餾出液組成時(shí)，回流比與釜液組成具有對應(yīng)關(guān)系。 任意選定Ri，通過點(diǎn)a（xD，xD）作斜率為Ri/(Ri+1)的操作線，從點(diǎn)a開始按理論板數(shù)畫梯級，最后一個(gè)梯級即對應(yīng)xWi。三、計(jì)算一批操作的氣化量 設(shè)在d時(shí)間內(nèi)，釜液的氣化量為dV kmol，餾出液量為dD kmol，回流液量為dL kmol， 則回流比為： 對全凝器作物料衡算， 得 在一批操作中任一時(shí)刻前對系統(tǒng)進(jìn)行物料衡算， 得 微分（1），