化工原理课件 第九章

化工原理课件第九章第1页，共37页，2023年，2月20日，星期一2、蒸馏依据混合物中各组分挥发度的差异若易挥发组分；难挥发组分则或即由此可知：易挥发组分在气相中增浓难挥发组分在液相中增浓3、相对挥发度的定义第2页，共37页，2023年，2月20日，星期一三、工业蒸馏过程

平衡蒸馏（闪蒸）：连续定态简单蒸馏：间歇注意：蒸馏只能达到有限程度的提浓。第3页，共37页，2023年，2月20日，星期一四、蒸馏过程实施加热，使混合液部分汽化；再冷凝，达到部分程度的提浓五、蒸馏操作费用和操作压强操作费用：加热费用和冷却费用加压蒸馏：冷凝温度，免用冷冻剂减压蒸馏：沸点，免用高温载热体第4页，共37页，2023年，2月20日，星期一第二节双组分溶液的气液相平衡2-1、理想物系的气液相平衡理想物系：液相为理想溶液，服从拉乌尔定律气相为理想气体，服从理想气体定律一、汽液两相平衡共存时的自由度相律现，，平衡物系涉及的参数有：且蒸馏中是选定的故在恒压下双组分平衡物系中存在：液相（或气相）组成与温度间一一对应关系气、液相组成之间一一对应关系第5页，共37页，2023年，2月20日，星期一二、液相组成与温度（泡点）关系式理想溶液:沸腾时：与的关系可由Antoine方程表示：第6页，共37页，2023年，2月20日，星期一三、气液两相平衡组成间的关系式平衡常数四、气相组成与温度（露点）关系式第7页，共37页，2023年，2月20日，星期一五、图和图第8页，共37页，2023年，2月20日，星期一六、相平衡曲线的近似式讨论：（1）对理想物系，随温度变化很小（2）是判别分离难易程度的标志。大易分离；小不易分离；，不能用蒸馏方法分离第9页，共37页，2023年，2月20日，星期一2-2非理想物系的气液相平衡非理想物系：液相属非理想溶液气相属非理想气体一、非理想溶液非理想溶液不再遵循乌拉尔定律，此时：

：活度系数

称正偏差系统，称负偏差系统当总压不太高时有：第10页，共37页，2023年，2月20日，星期一当偏差达到一定程度时，会形成恒沸物在恒沸组成时气液两相的组成相同，因此不能用一般的蒸馏方法将恒沸物中两组分分离。第11页，共37页，2023年，2月20日，星期一二、非理想气体三、总压对相平衡的影响对同一物系，蒸馏的压强增高，泡点升高，相对挥发度减小，分离困难。第12页，共37页，2023年，2月20日，星期一第三节平衡蒸馏和简单蒸馏3-1、平衡蒸馏一、物料衡算第13页，共37页，2023年，2月20日，星期一二、热量衡算加热炉的热流量：节流减压后：料液加热温度：三、过程特征方程式：相平衡方程：理想溶液泡点方程：第14页，共37页，2023年，2月20日，星期一四、过程计算给定气化率联立方程可得气液相组成第15页，共37页，2023年，2月20日，星期一3-2简单蒸馏一、过程数学描述对微元时间做易挥发组分的物料衡算：略去二阶无穷小量，则：积分得：相平衡方程式：第16页，共37页，2023年，2月20日，星期一二、过程计算

理想溶液：代入物料衡算式中积分可得：馏出液平均组成第17页，共37页，2023年，2月20日，星期一例题：如相同，且平衡蒸馏所得液相组成与简单蒸馏终了的液相组成相同，试比较简单蒸馏所得汽相浓度和平衡蒸馏所得汽相浓度的大小第18页，共37页，2023年，2月20日，星期一第四节精馏4-1精馏过程一、精馏原理精馏段：除去重组分，完成上升蒸汽的精制。提馏段：脱除轻组分，完成下降液体中重组分的提浓。

可将双组分混合物高纯度地分离为轻重两组分。

第19页，共37页，2023年，2月20日，星期一精馏与蒸馏的区别：回流回流目的：产生不平衡两相，造成传质的条件回流必须解决的问题：（1）必须造成有利的传质方向

塔顶全凝器相平衡关系轻组分向气相转移，重组分向液相转移。第20页，共37页，2023年，2月20日，星期一（2）回流量必须只是产品的一部分

物料衡算：设塔无限高，成平衡，即无须上升蒸汽全部做回流由以上分析可知：精馏过程的基础依然是组分挥发度的差异第21页，共37页，2023年，2月20日，星期一二、全塔物料衡算，（1）已规定，则亦随之而定（2）规定，则亦随之而定另：，不宜过大第22页，共37页，2023年，2月20日，星期一三、回流比与精馏的能耗精馏段：相当于吸收过程，液气比，有利于塔顶产品提纯。回流比，若分离要求一定，加热速率，冷凝量，能耗。提馏段：相当于解吸过程，气液比，有利于塔底产品提纯，即增大塔釜加热速率结论：有利于精馏；但能耗第23页，共37页，2023年，2月20日，星期一4-2精馏过程数学描述的基本方法4-3塔板上过程的数学描述一、单块塔板的物料衡算（非加料板）第24页，共37页，2023年，2月20日，星期一二、单块塔板热量衡算及简化（非加料扳）对饱和蒸汽：简化：忽略温度与组成所引起的饱和液体焓及汽化潜热化的差别，即则物料衡算、热量衡算联列，可得：第25页，共37页，2023年，2月20日，星期一，以上称恒摩尔流假定，即：在精馏塔内没有加料和出料的任一塔段中，各板上升的蒸汽量、下降的液体量相等。：精馏段气液流量：提馏段气液流量恒摩尔流假定的条件是：（1）沸点相差较小（2）汽化潜热相近第26页，共37页，2023年，2月20日，星期一三、塔板传质过程的简化理论板：气液两相充分混合，传质、传热阻力为零。过程特征方程：板效率：表达实际板和理论板的差异第27页，共37页，2023年，2月20日，星期一理论板与分离要求、相平衡关系、塔内气液两相流率比有关，反映了分离的难易程度。板效率与物性、流动情况、设备结构有关，反映了设备分离性能的优劣。第28页，共37页，2023年，2月20日，星期一四、加料板过程分析（1）加料的热状态（2）理论加料板不论进入加料板物流的组成、热状态及接触方式如何，离开加料板的气液两相温度相等，组成互为平衡。物料衡算式：相平衡方程：第29页，共37页，2023年，2月20日，星期一（3）精馏段与提馏段两相流量关系总物料衡算：热量衡算：联立以上两式：令：第30页，共37页，2023年，2月20日，星期一：加料热状态参数，大小等于每加入1kmol原料使提馏段液体所增加的kmol数。五种加料热状态：：饱和蒸汽进料：气液混合物进料：泡点进料：冷液进料：过热蒸汽进料第31页，共37页，2023年，2月20日，星期一五、精馏塔内的摩尔流率塔顶设全凝器、泡点回流：精馏段：提馏段：塔顶全凝器的热负荷：塔釜热负荷：第32页，共37页，2023年，2月20日，星期一4-4精馏塔的操作方程一、精馏段操作线方程对控制体作物料衡算：精馏段任意两塔板之间，上升蒸气组成与下降液体组成的关系受上式约束。第33页，共37页，2023年，2月20日，星期一二、提馏段操作线方程对