第十章蒸餾與吸收王志祥

1第十章蒸餾與吸收10.1蒸餾10.2吸收10.3塔設備21.掌握相對揮發(fā)度的計算方法。2.掌握精餾原理，熟悉精餾塔分離過程。3.掌握理論板數(shù)的計算方法，熟悉回流比的影響與選擇以及精餾裝置的熱量衡算。4.熟悉板式塔和填料塔的基本結(jié)構(gòu)，了解塔板的典型操作現(xiàn)象，掌握填料塔的液泛現(xiàn)象。5.了解恒沸精餾和萃取精餾原理，熟悉水蒸氣蒸餾的原理和特點。6.熟悉填料塔吸收過程，了解吸收與解吸的概念。學習目標蒸餾與吸收3第1節(jié)蒸餾一、概述乙醇:液相氣相分離液體混合物蒸餾與吸收41.蒸餾目的：分離液體混合物2.分離依據(jù)：各組分的揮發(fā)度不同A——揮發(fā)度大——沸點低——輕組分B——揮發(fā)度小——沸點高——重組分第1節(jié)蒸餾一、概述蒸餾與吸收51.蒸餾過程的分離機制：完全氣化：yA=xA0第1節(jié)蒸餾一、概述蒸餾與吸收xA0部分氣化氣相部分：yA＞xA液相部分：xA＜xA063.分類：按操作流程連續(xù)精餾間歇精餾按操作壓強常壓精餾減壓精餾按組分數(shù)目兩組分精餾多組分精餾加壓精餾第1節(jié)蒸餾一、概述蒸餾與吸收7按蒸餾方式簡單蒸餾特殊精餾精餾平衡蒸餾(閃蒸)第1節(jié)蒸餾一、概述蒸餾與吸收8第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡1.飽和蒸汽壓（一）溶液蒸氣壓和拉烏爾定律蒸餾與吸收安托因公式式中A、B、C為物性常數(shù)組分ABC水8.1071750.28235.0苯6.0231206.35220.49第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡2.理想溶液與非理想溶液（一）溶液蒸氣壓和拉烏爾定律蒸餾與吸收理想溶液:FAA=FAB=FBB無熱效應、體積效應多為烴類同系物非理想溶液:FAA≠FAB≠FBB無熱效應、體積效應水-乙醇、水-酸類物質(zhì)103.拉烏爾定律：在某一溫度下，稀溶液某溶劑的蒸汽壓等于該溶劑純?nèi)芤旱恼魵鈮撼艘匀軇┑哪柗謹?shù)理想溶液同溫度下純A的飽和蒸汽壓,Pa同樣：第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收114.道爾頓分壓定律：理想溶液產(chǎn)生的蒸汽為理想氣體，符合Dalton定律第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收在任何容器內(nèi)的氣體混合物中，如果各組分之間不發(fā)生化學反應，每一種氣體都均勻地分布在整個容器內(nèi)，它所產(chǎn)生的壓強和它單獨占有整個容器時所產(chǎn)生的壓強相同。

？(平衡時)12P已知氣液平衡關系式第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收13（二）溫度-組成圖：飽和液體線飽和蒸氣線液相區(qū)氣液共存區(qū)過熱蒸氣區(qū)AB（泡點線）CE（露點線）D第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收氣液兩相達平衡時，兩相溫度相同，氣相組成大于液相組成（B、D）14純組分，沸點不變，泡點＝露點溶液，沸點隨組成而變，泡點≠露點第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收151.揮發(fā)度()：2.相對揮發(fā)度()：純液體第1節(jié)蒸餾三、揮發(fā)度及相對揮發(fā)度蒸餾與吸收溶液中某組分的揮發(fā)度一般用該組分在蒸汽中的分壓與平衡液相中的摩爾分率之比表示16理想溶液：－－氣液平衡方程第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收17若

越大于1，越容易精餾分離第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收18若若，則不能采用普通精餾分離。

越小于1，越容易精餾分離，此時B為易揮發(fā)組分結(jié)論：可以用來判別精餾分離的難易程度，以及用普通精餾方法能否達到分離的目的。t改變,變化不大第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收19（三）汽液平衡圖：

第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收20

特點：平衡線偏離對角線越遠，越易精餾。

圖上讀不出溫度數(shù)據(jù)P對圖影響不大，但對圖影響很大。第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收21（五）雙組份非理想溶液：第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收1.正偏差溶液常壓下乙醇-水溶液的相平衡圖乙醇沸點：78.3℃最低恒沸點：78.15℃，x=0.894FAB＜FAA、FAB＜FBBpA＞p0AxA、pB＞p0BxB22說明：具有恒沸點的溶液精餾時,產(chǎn)品濃度最高為恒沸組成。若相得到更高純度的組分，必須采用特殊精餾。恒沸點處的氣、液組成一致第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收23（五）雙組份非理想溶液：第1節(jié)蒸餾二、雙組分溶液的氣液平衡蒸餾與吸收2.負偏差溶液硝酸沸點：86℃最高恒沸點：121.9℃，x=0.383FAB＞FAA、FAB＞FBBpA＜p0AxA、pB＜p0BxB常壓下硝酸-水溶液的相平衡圖易揮發(fā)組分及恒沸液難揮發(fā)組分及恒沸液理想溶液的t-x(y)相圖上有兩條曲線，下面一條為________線，上面一條為_________線。相對揮發(fā)度的大小，反映溶液蒸餾分離的________程度，相對揮發(fā)度越大，表明該溶液越___________分離。雙組分溶液的相對揮發(fā)度α是溶液中

的揮發(fā)度對____

的揮發(fā)度之比，若α=1表示

。物系的α值愈大，在x-y圖中的平衡曲線愈

對角線。思考題：簡述在定壓下，苯－甲苯混和液的t－x－y圖中的兩條曲線和三個區(qū)域的名稱圖中有兩條曲線：下方曲線為t－x線，稱為飽和液體線或泡點線；上方曲線為t－y線，稱為飽和蒸氣線或露點線。兩條曲線將t－x－y圖分成三個區(qū)域：飽和液體線以下區(qū)域稱為液相區(qū)；飽和蒸氣線以上區(qū)域稱為過熱蒸氣區(qū)；兩曲線之間的區(qū)域稱為氣、液共存區(qū)。例.苯(A)與甲苯(B)組成的混合液。在101.325kPa時苯(A)與甲苯(B)的飽和蒸汽壓與溫度的關系如下表1，試求：分別用拉烏爾定律和相對揮發(fā)度計算苯與甲苯混合液的氣液平衡數(shù)據(jù)。溫度，℃80.1859095100105110.6p0A，kPa101.325116.9135.5155.7179.2204.2240.0p0B，kPa40.046.05463.374.386.0101.325表1解：溫度，℃80.1859095100105110.6x1.00.7800.5810.4120.2580.1300y1.00.9000.7770.6330.4560.2610表2溫度，℃80.1859095100105110.6α2.542.512.462.412.37x1.00.7800.5810.4120.2580.1300y1.00.9000.7770.6330.4560.2610表3271.平衡蒸餾(閃蒸)第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理蒸餾與吸收282.簡單蒸餾（一）簡單蒸餾與平衡蒸餾第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理蒸餾與吸收29ABO杠桿原則：（二）精餾原理第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理蒸餾與吸收1.單級分離：302.部分汽化與部分冷凝缺點：收率低、能耗高第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理蒸餾與吸收31第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理32三、蒸餾與精餾原理33塔板(1)塔板上的液層和填料表面是氣液兩相進行熱交換和質(zhì)交換的場所。(2)每塊塔板相當于一只釜的作用。第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理34加料板以上——精餾段加料板及其以下——提餾段加料位置——與原料液組成和溫度相近的板上進料第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理35第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算1.理論板：（一）理論板及恒摩爾流假設離開塔板的氣相組成yn與液相組成xn之間達到平衡，則稱這種塔板為理論板。36第1節(jié)蒸餾三、蒸餾與精餾原理理論板計算依據(jù)：氣液平衡關系和操作關系物料衡算：Yn+1=?xn

(操作關系)372.恒摩爾流假設：

注意：V不一定等于V′，L不一定等于L′恒摩爾液流恒摩爾氣流第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算38總物料：輕組分：重組分回收率：輕組分回收率：（二）全塔物料衡算第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算39若D/F過大，則必↓，質(zhì)量和數(shù)量互相矛盾

第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算40（三）精餾段操作線方程：總物料：輕組分：令：——回流比第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算41第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算（xD，xD）42（四）提餾段操作線方程：總物料：輕組分：第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算斜率：截距：點：（xW，xW）43例：用連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯溶液，已知原料液中苯的含量為40%（質(zhì)量分率），甲苯含量為60%，處理量為10000kg/h。要求釜殘液中苯的含量不高于2%，塔頂溜出液中苯的回收率不低于97%，計算塔頂溜出液和塔底殘液的流量及組成。44例：用連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯溶液，已知原料液中苯的含量為40%（質(zhì)量分率），甲苯含量為60%，處理量為10000kg/h。要求釜殘液中苯的含量不高于2%，塔頂溜出液中苯的回收率不低于97%，計算塔頂溜出液和塔底殘液的流量及組成。1.精餾和蒸餾的區(qū)別在于___________________。

多級與單級分離2.在連續(xù)精餾塔內(nèi)，加料板以上的塔段稱為

，其作用是

；加料板以下的塔段（包括加料板）稱為

，其作用是

。思考題：增濃上升蒸汽中易揮發(fā)組分提濃下降液體中難揮發(fā)組分461.進料熱狀況（五）進料熱狀況和進料方程第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算47第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算48第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算49第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算1.進料熱狀況定量分析物料衡算熱量衡算精餾過程中，加料版上下溫度及氣液組成較為接近50第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算51泡點進料露點進料第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算52可得提餾段的操作線方程為第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算532.進料方程(q線方程)第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算描述精餾段與提餾段操作線交點軌跡的方程。在交點處變量相同：54

作圖q線的作法①②第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算q>1q=10<q<1q=0q<0eXFaXDXwb不同熱狀態(tài)下的q線圖進料狀況進料的焓IFq值q線斜率q線在y-x圖上的位置冷液體IF<ILq>1+飽和液體IF=IL

q=1無窮大氣液混合IL<IF<IV

0<q<1–飽和蒸汽IF=IVq=00過熱蒸汽IF>IVq<0+56例：在常壓操作的連續(xù)精餾塔中分離含甲醇0.4與水0.6（摩爾分率）的溶液，進料的熱狀況參數(shù)為1.1，原料液流量為100kmol/h，要求塔頂易揮發(fā)組分的回收率不低于0.94，釜液組成為0.04（以上均為易揮發(fā)組分的摩爾分率），回流比為2.5，試求產(chǎn)品的流量、精餾段和提餾段的操作線方程及提餾段上升的蒸汽流量。假設氣液相均為恒摩流動。解:57(2)精餾段操作線方程:

(3)提餾段操作線方程:

58(4)另591.逐板計算法：精餾段：若塔頂為全凝器,則(六)理論板數(shù)的計算第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算60第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算61當時則第n層為加料板，即若是其它進料熱狀況,（泡點進料）操作線交點處的液相組成加料板算在提餾段第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算62提餾段：已知第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算63總層數(shù)：當時，結(jié)束，則(再沸器)第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算642.圖解法精餾段操作線的作法

作圖第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算65提餾段操作線的作法第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算66梯級圖解法67例：某苯與甲苯的混合原料，苯的摩爾分率為0.4。擬采用精餾塔加以分離，原料液處理量為100kmol/h。要求塔頂產(chǎn)品含量為0.9，苯的回收率不低于90％，原料預熱至泡點加入塔內(nèi)。塔頂采用全凝器冷凝，回流比為1.875。已知在操作條件下，物系的相對揮發(fā)度為2.47。求為完成分離任務所需要的理論板數(shù)及加料位置。68解:(1)求D，W

(2)求精餾段操作線方程1.逐板計算法：69(3)求提餾段操作線方程(4)求相平衡方程由(5)計算精餾段理論板數(shù)70由第5塊板為加料板以下計算提餾段操作線方程代替精餾段操作線方程71(6)計算提餾段理論板數(shù)由722.梯級圖解法73

（七）回流比的影響及選擇第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算(平衡線與操作線越遠)74第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算若D=0(通常也有F=0,W=0)全回流，全塔操作線與對角線重合，理論板層數(shù)最少。1.全回流和最少理論板層數(shù)：752.最小回流比：(平衡線與操作線越近)當四條線交于一點時交點附近板上無增濃作用即挾緊點第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算76

的求取：(1)作圖法第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算77非正常平衡曲線的：78(2)解析法第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算79泡點進料露點進料第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算803.適宜回流比的選擇：選擇依據(jù)：總費用=操作費用+設備費費用最低(1)精餾操作費主要取決于第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算81(2)設備費包括精餾塔、再沸器、冷凝器的費用精餾塔費用高第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算82難分離物系：一般取第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算83操作型問題：理論板數(shù)已定，R調(diào)節(jié)第1節(jié)蒸餾四、雙組分連續(xù)精餾塔的計算841.定義：氣相液相2.依據(jù)：溶解度不同第2節(jié)吸收一、吸收過程的基本概念NH3:氣相液相利用氣體混合物中不同組分在液體中的溶解度差異而實現(xiàn)分離的單元操作853.相關概念：吸收質(zhì)(溶質(zhì))：A尾氣：B+(A)惰性組分(載體)：B吸收劑：S吸收液：S+A第2節(jié)吸收一、吸收過程的基本概念86A有用；回收A有害；凈化制備A的S溶液。第2節(jié)吸收二、吸收的工業(yè)應用87第2節(jié)吸收三、吸收的分類性質(zhì)溶質(zhì)數(shù)目熱效應物理：化學：無明顯化學反應有………………等溫：非等溫：溫變小溫變大單組分：多組分：A為1個A為多個88第2節(jié)吸收四、吸收與解吸氣相液相液相氣相吸收過程解吸過程89第2節(jié)吸收五、吸收劑的選擇溶解度（大）；吸收選擇性（高）；揮發(fā)度（小）；粘性（小）；穩(wěn)定性（高）；無毒，腐蝕性小，不易燃易爆，價廉易得

。90（一）板式塔五、塔設備1.塔板孔速：912.塔板的典型操作現(xiàn)象(1)氣液接觸狀態(tài)：鼓泡接觸泡沫接觸噴射接觸傳質(zhì)阻力較大傳質(zhì)效果較好傳質(zhì)效果較好92(2)漏液：危害性：產(chǎn)生原因：93(3)霧(液)沫夾帶：分析：產(chǎn)生原因：確定原則：防范措施：適當加大板間距氣體穿過板上液層時，將一小部分液滴挾帶至上一層塔板。94(4)液泛(淹塔)：危害性：產(chǎn)生原因：防范措施：——優(yōu)化板結(jié)構(gòu),增大板間距,可提高液泛氣速操作被完全破壞氣相或液相流量過大時，降液管內(nèi)液體不能順利流下，開始在管內(nèi)累積，液位增高至溢流堰頂部，兩板間的液體連為一體，塔板產(chǎn)生積液，并依次上升。95(二)填料塔961.填料9798（1）支承裝置：作用:支承填料和持有的液體要求機械強度高自由截面積應較填料層中的大分類柵板式陶瓷多孔板——耐腐蝕升氣管式圓型條型——氣體流量大2.填料塔附件第1節(jié)蒸餾五、填料塔99100（2）液體分布器作用:使液體初布均勻要求：噴淋點多且均布擋板式蓮蓬式齒槽式多孔管式：環(huán)管式、直管式第1節(jié)蒸餾五、精餾塔101102103104（3）液體再分布裝置：作用:將液體重新引回塔中部截錐式帶支承板不帶支承板:不占空間:可分段裝卸填料1051.溫度組成圖和氣液平衡圖，相對揮發(fā)度及其計算。2.簡單蒸餾和平衡蒸餾過程，精餾原理和精餾塔分離過程。3.雙組分連續(xù)精餾的計算。4.塔的結(jié)構(gòu)，塔板操作現(xiàn)象及填料塔的液泛現(xiàn)象。5.填料塔吸收過程，吸收的分類及工業(yè)應用，吸收與解吸，吸收劑的選擇。學習小結(jié)蒸餾與吸收習題課D,xDW,xWF,xF公式：操作條件包括：進料狀況（F、xF、q）操作壓力P、操作溫度T、D、W。q線方程思考題：雙組分溶液的相對揮發(fā)度α是溶液中

的揮發(fā)度對

的揮發(fā)度之比，若α=1表示

。物系的α值愈大，在x-y圖中的平衡曲線愈

對角線。思考題：在連續(xù)精餾塔內(nèi)，加料板以上的塔段稱為

，其作用是

；加料板以下的塔段（包括加料板）稱為

，其作用是

。提濃上升蒸汽中易揮發(fā)組分提濃下降液體中難揮發(fā)組分思考題：精餾過程回流比R的定義式為

；對于一定的分離任務來說，當R=