化工原理下冊1920學(xué)時課件

第九章蒸餾

通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握兩組分理想物系的氣液平衡關(guān)系；精餾的原理與流程；兩組分連續(xù)精餾的基本計(jì)算方法。了解間歇精餾與特殊精餾過程。掌握板式塔的結(jié)構(gòu)、塔板類型、板式塔的流體力學(xué)性能與操作特性。學(xué)習(xí)目的與要求第九章蒸餾通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握兩組分1第九章蒸餾9.1概述

9.1.1蒸餾的原理及其應(yīng)用第九章蒸餾9.1概述9.1.1蒸餾的原理及其2一、蒸餾過程的原理蒸餾操作原理液體混合物多次部分汽化、多次部分冷凝各組分揮發(fā)度不同易揮發(fā)組分液相難揮發(fā)組分相際間的質(zhì)量傳遞易揮發(fā)組分最終氣相氣相液相液相氣相氣相最終液相難揮發(fā)組分一、蒸餾過程的原理蒸餾操作原理液體混合物多次部分汽化、多次部3液體混合物分離

二、蒸餾過程的應(yīng)用混合芳烴蒸餾可得到苯、甲苯及二甲苯等。氣體混合物分離

空氣液化蒸餾可得到純態(tài)的液氧和液氮等。固體混合物分離

固體脂肪酸加熱融化后用蒸餾方法分離。加壓液化加熱熔化液體混合物分離二、蒸餾過程的應(yīng)用混合芳烴蒸餾可得到苯、甲4第九章蒸餾9.1概述

9.1.1蒸餾的原理及其應(yīng)用9.1.2蒸餾的特點(diǎn)及其分類第九章蒸餾9.1概述9.1.1蒸餾的原理及其5一、蒸餾分離的特點(diǎn)通過蒸餾分離可以直接獲得所需要的產(chǎn)品蒸餾過程適用于各種濃度混合物的分離蒸餾操作耗能較大，節(jié)能是個值得重視的問題蒸餾分離具有以下特點(diǎn)適用范圍廣，可分離液態(tài)、氣態(tài)或固態(tài)混合物一、蒸餾分離的特點(diǎn)通過蒸餾分離可以直接獲得所需要的產(chǎn)品蒸餾過6按蒸餾操作方式分類蒸餾按蒸餾操作流程分類二、蒸餾過程的分類簡單蒸餾

平衡蒸餾

精餾特殊精餾

√蒸餾間歇蒸餾

連續(xù)蒸餾

√按物系中組分?jǐn)?shù)目分類蒸餾兩組分蒸餾

多組分蒸餾

√按操作壓力分類蒸餾常壓蒸餾

加壓蒸餾

√減壓蒸餾

按蒸餾操作方式分類蒸餾按蒸餾操作流程分類二、蒸餾過程的分類簡7第九章蒸餾9.1概述

9.2兩組分溶液的氣液平衡9.2.1兩組分理想物系的氣液平衡第九章蒸餾9.1概述9.2兩組分溶液的氣液平8一、氣液平衡相圖1.溫度—組成圖

在恒定的總壓下，溶液的平衡溫度隨組成而變，將平衡溫度與液（氣）相的組成關(guān)系標(biāo)繪成曲線圖，該曲線圖即為溫度一組成圖。t-x–y圖一、氣液平衡相圖1.溫度—組成圖在恒定的總壓下，溶9苯－甲苯混合液的t-x-y圖氣相線液相線液相區(qū)氣相區(qū)兩相區(qū)泡點(diǎn)露點(diǎn)苯－甲苯混合液的t-x-y圖氣相線液相線液相區(qū)氣相區(qū)102.氣—液相組成圖氣—液相組成圖直觀地表達(dá)了在一定壓力下，處于平衡狀態(tài)的氣液兩相組成的關(guān)系，在蒸餾計(jì)算中應(yīng)用最為普遍。一、氣液平衡相圖x–y圖2.氣—液相組成圖氣—液相組成圖直觀地表達(dá)了在11苯－甲苯混合液的x-y圖平衡線對角線平衡線與對角線之間的距離越大分離越容易x1與y1互成平衡苯－甲苯混合液的x-y圖平衡線對角線平衡線與對角線之間121.拉烏爾定律

二、氣液平衡關(guān)系式當(dāng)理想溶液氣液兩相呈平衡時，溶液上方組分的分壓與溶液中該組分的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。

拉烏爾定律1.拉烏爾定律二、氣液平衡關(guān)系式當(dāng)理想溶液氣液兩相13整理，得泡點(diǎn)方程氣液平衡時液相組成與平衡溫度間的關(guān)系二、氣液平衡關(guān)系式安托尼方程溶液上方的總壓等于各組分的分壓之和

整理，得泡點(diǎn)方程氣液平衡時液相組成與平衡溫度間的關(guān)系二、氣液142.以平衡常數(shù)表示的氣液平衡方程設(shè)平衡的氣相遵循道爾頓分壓定律，即令以平衡常數(shù)表示的氣液平衡方程平衡常數(shù)二、氣液平衡關(guān)系式2.以平衡常數(shù)表示的氣液平衡方程設(shè)平衡的氣相遵循道爾頓分壓定15代入泡點(diǎn)方程，得由露點(diǎn)方程氣液平衡時氣相組成與平衡溫度間的關(guān)系二、氣液平衡關(guān)系式代入泡點(diǎn)方程，得由露點(diǎn)方程氣液平衡時氣相組成與平衡溫度間的關(guān)163.以相對揮發(fā)度表示的氣液平衡方程揮發(fā)度定義對于理想物系，有(1)揮發(fā)度二、氣液平衡關(guān)系式3.以相對揮發(fā)度表示的氣液平衡方程揮發(fā)度定義對于理想物系，有17相對揮發(fā)度定義(2)相對揮發(fā)度對于理想物系，有相對揮發(fā)度二、氣液平衡關(guān)系式相對揮發(fā)度定義(2)相對揮發(fā)度對于理想物系，有相對揮發(fā)度二、18由道爾頓分壓定律，有(3)以相對揮發(fā)度表示的氣液平衡方程二、氣液平衡關(guān)系式由道爾頓分壓定律，有(3)以相對揮發(fā)度表示的氣液平衡方程二、19略去下標(biāo)，經(jīng)整理可得蒸餾操作α>1，α值愈大，分離愈容易。討論若α=1，不能用普通蒸餾方法分離。以相對揮發(fā)度表示的氣液平衡方程二、氣液平衡關(guān)系式略去下標(biāo)，經(jīng)整理可得蒸餾操作α>1，α值愈大，分離愈容易20三、氣液平衡方程的應(yīng)用1.計(jì)算泡點(diǎn)溫度設(shè)：t0kiyiNOYEStb=t0已知

、x求t、y三、氣液平衡方程的應(yīng)用1.計(jì)算泡點(diǎn)溫度設(shè)：t0kiyiNOY212.計(jì)算露點(diǎn)溫度設(shè)：t0kixiNOYEStd=t0三、氣液平衡方程的應(yīng)用已知、y

求t、x2.計(jì)算露點(diǎn)溫度設(shè)：t0kixiNOYEStd=t0三、223.計(jì)算氣液平衡組成tki給定xiyi列表xiyi

三、氣液平衡方程的應(yīng)用已知、

t

求

x－

y關(guān)系3.計(jì)算氣液平衡組成tki給定xiyi列表xiyi

三、氣23課外資料：氣液平衡數(shù)據(jù)獲取途徑1.由安托尼方程求取2.由手冊查得

權(quán)威的氣液平衡數(shù)據(jù)手冊

GmehlimgJ,etal.《Vapor-LiquidEquilibriumDataCollection》

3.由實(shí)驗(yàn)測定安托尼方程課外資料：氣液平衡數(shù)據(jù)獲取途徑1.由安托尼方程求取2.由手冊24第九章蒸餾9.1蒸餾過程概述

9.2兩組分溶液的氣液平衡9.2.1兩組分理想物系的氣液平衡9.2.2兩組分非理想物系的氣液平衡

9.3平衡蒸餾與簡單蒸餾9.3.1平衡蒸餾

(選讀)第九章蒸餾9.1蒸餾過程概述9.2兩組分溶液25一、平衡蒸餾裝置將混合液在壓力P1下加熱，然后通過減壓閥使壓力降低至P2后進(jìn)入分離器。過熱液體混合物在分離器中部分汽化，將平衡的氣、液兩相分別從分離器的頂部、底部引出，即實(shí)現(xiàn)了混合液的初步分離。

平衡蒸餾的原理平衡蒸餾為單級蒸餾操作。

閃蒸一、平衡蒸餾裝置將混合液在壓力P1下加熱，然后通過減26平衡蒸餾裝置簡圖1.加熱器；2.減壓閥；3.分離器。平衡蒸餾裝置簡圖1.加熱器；27二、平衡蒸餾過程的計(jì)算1.物料衡算

總物料衡算

易揮發(fā)組分物料衡算氣相產(chǎn)品的流量為

二、平衡蒸餾過程的計(jì)算1.物料衡算總物料衡算易揮發(fā)組分物28設(shè)則整理得直線方程斜率過點(diǎn)液化率汽化率平衡蒸餾中氣液相組成的關(guān)系式二、平衡蒸餾過程的計(jì)算設(shè)則整理得直線斜率過點(diǎn)液化率汽化率平衡蒸餾中氣液二、平衡蒸餾292.熱量衡算對加熱器作熱量衡算，忽略熱損失，得對減壓閥和分離器作熱量衡算，忽略熱損失，得整理得二、平衡蒸餾過程的計(jì)算2.熱量衡算對加熱器作熱量衡算，忽略熱損失，得對減壓閥303.氣液平衡關(guān)系

平衡蒸餾中，氣液兩相處于平衡狀態(tài)，即兩相溫度相等，組成互為平衡。

在平衡蒸餾中，氣液組成關(guān)系同時滿足平衡

方程與物料衡算方程。注意二、平衡蒸餾過程的計(jì)算3.氣液平衡關(guān)系平衡蒸餾中，氣液兩相處于平衡狀態(tài)，31練習(xí)題目思考題作業(yè)題:1、21.討論溶液的氣液平衡關(guān)系有何意義？2.揮發(fā)度與相對揮發(fā)度有何不同？3.相對揮發(fā)度在精餾計(jì)算中有何重要意義？4.何為泡點(diǎn)和露點(diǎn)，如何進(jìn)行計(jì)算？5.平衡蒸餾的原理是什么？練習(xí)題目思考題作業(yè)題:1、21.討論溶液的氣液平32第九章蒸餾

通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握兩組分理想物系的氣液平衡關(guān)系；精餾的原理與流程；兩組分連續(xù)精餾的基本計(jì)算方法。了解間歇精餾與特殊精餾過程。掌握板式塔的結(jié)構(gòu)、塔板類型、板式塔的流體力學(xué)性能與操作特性。學(xué)習(xí)目的與要求第九章蒸餾通過本章學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握兩組分33第九章蒸餾9.1概述

9.1.1蒸餾的原理及其應(yīng)用第九章蒸餾9.1概述9.1.1蒸餾的原理及其34一、蒸餾過程的原理蒸餾操作原理液體混合物多次部分汽化、多次部分冷凝各組分揮發(fā)度不同易揮發(fā)組分液相難揮發(fā)組分相際間的質(zhì)量傳遞易揮發(fā)組分最終氣相氣相液相液相氣相氣相最終液相難揮發(fā)組分一、蒸餾過程的原理蒸餾操作原理液體混合物多次部分汽化、多次部35液體混合物分離

二、蒸餾過程的應(yīng)用混合芳烴蒸餾可得到苯、甲苯及二甲苯等。氣體混合物分離

空氣液化蒸餾可得到純態(tài)的液氧和液氮等。固體混合物分離

固體脂肪酸加熱融化后用蒸餾方法分離。加壓液化加熱熔化液體混合物分離二、蒸餾過程的應(yīng)用混合芳烴蒸餾可得到苯、甲36第九章蒸餾9.1概述

9.1.1蒸餾的原理及其應(yīng)用9.1.2蒸餾的特點(diǎn)及其分類第九章蒸餾9.1概述9.1.1蒸餾的原理及其37一、蒸餾分離的特點(diǎn)通過蒸餾分離可以直接獲得所需要的產(chǎn)品蒸餾過程適用于各種濃度混合物的分離蒸餾操作耗能較大，節(jié)能是個值得重視的問題蒸餾分離具有以下特點(diǎn)適用范圍廣，可分離液態(tài)、氣態(tài)或固態(tài)混合物一、蒸餾分離的特點(diǎn)通過蒸餾分離可以直接獲得所需要的產(chǎn)品蒸餾過38按蒸餾操作方式分類蒸餾按蒸餾操作流程分類二、蒸餾過程的分類簡單蒸餾

平衡蒸餾

精餾特殊精餾

√蒸餾間歇蒸餾

連續(xù)蒸餾

√按物系中組分?jǐn)?shù)目分類蒸餾兩組分蒸餾

多組分蒸餾

√按操作壓力分類蒸餾常壓蒸餾

加壓蒸餾

√減壓蒸餾

按蒸餾操作方式分類蒸餾按蒸餾操作流程分類二、蒸餾過程的分類簡39第九章蒸餾9.1概述

9.2兩組分溶液的氣液平衡9.2.1兩組分理想物系的氣液平衡第九章蒸餾9.1概述9.2兩組分溶液的氣液平40一、氣液平衡相圖1.溫度—組成圖

在恒定的總壓下，溶液的平衡溫度隨組成而變，將平衡溫度與液（氣）相的組成關(guān)系標(biāo)繪成曲線圖，該曲線圖即為溫度一組成圖。t-x–y圖一、氣液平衡相圖1.溫度—組成圖在恒定的總壓下，溶41苯－甲苯混合液的t-x-y圖氣相線液相線液相區(qū)氣相區(qū)兩相區(qū)泡點(diǎn)露點(diǎn)苯－甲苯混合液的t-x-y圖氣相線液相線液相區(qū)氣相區(qū)422.氣—液相組成圖氣—液相組成圖直觀地表達(dá)了在一定壓力下，處于平衡狀態(tài)的氣液兩相組成的關(guān)系，在蒸餾計(jì)算中應(yīng)用最為普遍。一、氣液平衡相圖x–y圖2.氣—液相組成圖氣—液相組成圖直觀地表達(dá)了在43苯－甲苯混合液的x-y圖平衡線對角線平衡線與對角線之間的距離越大分離越容易x1與y1互成平衡苯－甲苯混合液的x-y圖平衡線對角線平衡線與對角線之間441.拉烏爾定律

二、氣液平衡關(guān)系式當(dāng)理想溶液氣液兩相呈平衡時，溶液上方組分的分壓與溶液中該組分的摩爾分?jǐn)?shù)成正比。

拉烏爾定律1.拉烏爾定律二、氣液平衡關(guān)系式當(dāng)理想溶液氣液兩相45整理，得泡點(diǎn)方程氣液平衡時液相組成與平衡溫度間的關(guān)系二、氣液平衡關(guān)系式安托尼方程溶液上方的總壓等于各組分的分壓之和

整理，得泡點(diǎn)方程氣液平衡時液相組成與平衡溫度間的關(guān)系二、氣液462.以平衡常數(shù)表示的氣液平衡方程設(shè)平衡的氣相遵循道爾頓分壓定律，即令以平衡常數(shù)表示的氣液平衡方程平衡常數(shù)二、氣液平衡關(guān)系式2.以平衡常數(shù)表示的氣液平衡方程設(shè)平衡的氣相遵循道爾頓分壓定47代入泡點(diǎn)方程，得由露點(diǎn)方程氣液平衡時氣相組成與平衡溫度間的關(guān)系二、氣液平衡關(guān)系式代入泡點(diǎn)方程，得由露點(diǎn)方程氣液平衡時氣相組成與平衡溫度間的關(guān)483.以相對揮發(fā)度表示的氣液平衡方程揮發(fā)度定義對于理想物系，有(1)揮發(fā)度二、氣液平衡關(guān)系式3.以相對揮發(fā)度表示的氣液平衡方程揮發(fā)度定義對于理想物系，有49相對揮發(fā)度定義(2)相對揮發(fā)度對于理想物系，有相對揮發(fā)度二、氣液平衡關(guān)系式相對揮發(fā)度定義(2)相對揮發(fā)度對于理想物系，有相對揮發(fā)度二、50由道爾頓分壓定律，有(3)以相對揮發(fā)度表示的氣液平衡方程二、氣液平衡關(guān)系式由道爾頓分壓定律，有(3)以相對揮發(fā)度表示的氣液平衡方程二、51略去下標(biāo)，經(jīng)整理可得蒸餾操作α>1，α值愈大，分離愈容易。討論若α=1，不能用普通蒸餾方法分離。以相對揮發(fā)度表示的氣液平衡方程二、氣液平衡關(guān)系式略去下標(biāo)，經(jīng)整理可得蒸餾操作α>1，α值愈大，分離愈容易52三、氣液平衡方程的應(yīng)用1.計(jì)算泡點(diǎn)溫度設(shè)：t0kiyiNOYEStb=t0已知

、x求t、y三、氣液平衡方程的應(yīng)用1.計(jì)算泡點(diǎn)溫度設(shè)：t0kiyiNOY532.計(jì)算露點(diǎn)溫度設(shè)：t0kixiNOYEStd=t0三、氣液平衡方程的應(yīng)用已知、y

求t、x2.計(jì)算露點(diǎn)溫度設(shè)：t0kixiNOYEStd=t0三、543.計(jì)算氣液平衡組成tki給定xiyi列表xiyi

三、氣液平衡方程的應(yīng)用已知、

t

求

x－

y關(guān)系3.計(jì)算氣液平衡組成tki給定xiyi列表xiyi

三、氣55課外資料：氣液平衡數(shù)據(jù)獲取途徑1.由安托尼方程求取2.由手冊查得

權(quán)威的氣液平衡數(shù)據(jù)手冊

GmehlimgJ,etal.《Vapor-LiquidEquilibriumDataCollection》

3.由實(shí)驗(yàn)測定安托尼方程課外資料：氣液平衡數(shù)據(jù)獲取途徑1.由安托尼方程求取2.由手冊56第九章蒸餾9.1蒸餾過程概述

9.2兩組分溶液的氣液平衡9.2.1兩組分理想物系的氣液平衡9.2.2兩組分非理想物系的氣液平衡

9.3平衡蒸餾與簡單蒸餾9.3.1平衡蒸餾

(選讀)第九章蒸餾9.1蒸餾過程概述9.2兩組分溶液57一、平衡蒸餾裝置將混合液在壓力P1下加熱，然后通過減壓閥使壓力降低至P2后進(jìn)入分離器。過熱液體混合物在