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(duì)揮發(fā)度 即汽相冷凝后，A的濃度升高 實(shí)現(xiàn)了部分分離1.2 蒸餾過(guò)程及經(jīng)濟(jì)性平衡蒸餾簡(jiǎn)單蒸餾只能達(dá)到有限的分離精餾操作的經(jīng)濟(jì)性主要操作費(fèi)用：加熱沸騰、冷卻冷凝 沸騰和冷凝的溫度與操作壓強(qiáng)有關(guān)加壓精餾：如空氣分離； P,t,冷凝費(fèi)用降低真空精餾：P,t, 如高沸點(diǎn)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?jǐn)?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(wàn)方程相平衡 fV = fL理想物系 ,拉烏爾定律 ,歸一條件沸騰時(shí)1)泡點(diǎn)關(guān)系式道爾頓分壓定律泡點(diǎn)線(液相線)2)露點(diǎn)關(guān)系式露點(diǎn)線(汽相線)3) yx的近似表達(dá)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(diǎn))，若變化不大，可取=1時(shí)，y = x，不能進(jìn)行分離為什么不用沸點(diǎn)來(lái)衡量揮發(fā)性？例：101.3kPa下，乙醇沸點(diǎn)：78.3 水沸點(diǎn)：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(qiáng)正偏差pAp0AxA，出現(xiàn)最低恒沸物強(qiáng)負(fù)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(jì)算方法 PyA=p0AxAA, PyB=p0BxBB活度系數(shù)A, B2.3 總壓對(duì)相平衡的影響P， 泡點(diǎn)，露點(diǎn)，相對(duì)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(shí)，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(yīng)加熱至3.2 簡(jiǎn)單蒸餾非定態(tài) y(), x() Wx=ydW+(W-dW)(x-dx)得 (y-x)dW=Wdx當(dāng) 時(shí)，當(dāng)簡(jiǎn)單蒸餾中 與平衡蒸餾中q相等時(shí)，分離程度哪個(gè)大？4

4、精餾原理4.1 精餾過(guò)程分析1 多次部分汽化和部分冷凝xFxxx”xFyyy”精餾分離過(guò)程 精餾的必要條件：回流4.2 精餾過(guò)程數(shù)學(xué)描述 液體逐板下降 汽體逐板上升每塊塔板為一個(gè)汽液接觸單元基本分析方法： 物料衡算 熱量衡算 過(guò)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(gè)變量, 已知4個(gè), 求2個(gè)或5個(gè)變量( )已知3個(gè)求2個(gè)已知 ，求 以xW為支點(diǎn)， ,已知 (塔頂采出率), 求： ，已知 ，輕組分回收率 A( )，求： ，2) 單塊板上過(guò)程的數(shù)學(xué)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(guò)程特征方程理論板離開(kāi)塔板的汽液兩相達(dá)到傳質(zhì)、 傳熱平衡過(guò)程特征方程簡(jiǎn)化為： 泡點(diǎn)方程 tn=(xn) 相平衡方程 yn=f(xn) 如實(shí)際板與理論板的差別板效率默弗里板效率 其中 方法過(guò)程分解簡(jiǎn)化結(jié)果: yn=f(xn)加料板過(guò)程分析 得 定義兩相流量關(guān)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(guò)熱蒸汽加料塔釜和冷凝器塔釜蒸發(fā)器熱負(fù)荷物料衡算塔釜=1塊理論板全凝器, 泡點(diǎn)回流條件下塔頂冷凝器熱負(fù)荷 QC =V rc物料衡算 V=L+D Vy1=Lx0+DxD4.3 塔段的數(shù)學(xué)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(diǎn)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(guān)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