食品工程原理-蒸馏资料课件

蒸馏第十章主讲：孔欣第一节：概述一、基本概念蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从而使混合物达到分离的单元操作。蒸馏是分离均相液体混合物的典型单元操作。易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分二、蒸馏操作的分类1、按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏2、按原料中所含组分数目分：双组分蒸馏及多组分蒸馏3、按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏4、按操作流程分：连续蒸馏和间歇蒸馏本章主要讨论常压双组分连续精馏。三、蒸馏在食品行业的应用白酒制造酒精提纯芳香油精制维生素提纯（分子蒸馏）蒸馏是气液两相间的传质过程；用组分在两相中的浓度（组成）偏离平衡的程度来衡量传质推动力的大小，传质过程以两相达到相平衡为极限；气液相平衡是分析蒸馏原理和进行蒸馏设备计算的理论基础。第二节蒸馏的基本原理汽液相平衡：溶液与其上方蒸汽达到平衡时汽液两相各组分组成的关系。溶液的分类：理想溶液和非理想溶液。理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即式中p——溶液上方组分的平衡分压

p0——同温度下纯组分的饱和蒸气压

x——溶液中组分的摩尔分数一、拉乌尔定律根据道尔顿分压定律，溶液上方的蒸汽总压为

当总压P不高时，平衡的气相可视为理想气体，服从道尔顿分压定律，即

（a）和（b）为两组分理想物系的气液平衡关系式。（a）（b）二、双组分体系汽液相平衡1、温度-组成图（T-x图）上曲线：平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线（露点曲线）；下曲线：平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线（泡点曲线）。两曲线将图分成三个区域：液相区、过热蒸汽区、汽液共存区。

x1(y1)

t4BHJA

t-x

t-yTt3t2t1平衡线位于对角线的上方；平衡线离对角线越远，表示该溶液越易分离。蒸馏中使用y-x

图较t-y-x

图更为方便。2、气液平衡组成图（X—Y图）液相组成x气相组成y110X—Y

图（一）具有正偏差的溶液如乙醇–水、正丙醇–水等物系。对于乙醇–水体系，其恒沸组成为x=y=0.894，恒沸点t=78.15℃(常压下)。称为具有最低恒沸点的溶液。三、两组分非理想溶液的气液平衡相图（二）具有负偏差的溶液如硝酸–水、氯仿–丙酮等物系。对于硝酸–水体系，其恒沸组成为x=y=0.383，恒沸点t=121.9℃(常压下)。称为具有最高恒沸点的溶液。三、两组分非理想溶液的气液平衡相图

同一种溶液的恒沸组成随压强而变。在理论上可采用改变压强的方法来分离恒沸溶液。但在实际使用时，则应该考虑经济性和操作可能性。纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。相对挥发度：是指溶液中两组分挥发度之比，常以易挥发组分的挥发度为分子。溶液中各组分的挥发度定义为该组分在蒸气中的分压和与之相平衡的液相中的摩尔分数之比，即α=vA/vB=（PA/XA）/（PB/XB）

vA=PA/xA

vB=PB/xB

四、相对挥发度及气液平衡方程相对挥发度的意义其值的大小可用于判断某混合溶液能否用蒸馏方法加以分离以及分离的难易程度。当α>1时，表示组分A较B容易挥发，α愈大，挥发度差异愈大，分离愈容易。当α=1时，气相组成与液相组成相同，不能用普通精馏方法加以分离。历史上最早应用的蒸馏方法；一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行；简单蒸馏多用于混合液的初步分离。第三节蒸馏方式

一、简单蒸馏（微分蒸馏）白酒蒸馏器将料液加热至泡点，溶液汽化，产生的蒸汽随即进入冷凝器，冷凝成馏出液；随着过程的进行，釜中易挥发组分液相组成不断下降，与之相平衡的气相组成（馏出液组成）亦随时降低，而釜内液体的沸点逐渐升高（难挥发组分组成越来越高）；（一）简单蒸馏操作原理当馏出液的平均组成或釜残液组成降至某规定值后，即可停止蒸馏操作；在同一批操作中，馏出液分批收集，可得到不同组成的馏出液。（一）简单蒸馏操作原理蒸汽原料液冷却水冷凝器蒸馏釜收集器（二）简单蒸馏流程从气相得到较纯的易挥发组分；

AP=定值Tx(y)

xm

yn

xFB从液相中则得到较纯的难挥发组分。（一）多次部分气化和多次部分冷凝二、精馏原理和流程

分离过程得到的中间馏分多，纯产品的收率低。解决方法：书210页图8-9所示的流程存在的问题对任一分离器有来自下一级的蒸汽和来自上一级的液体，气液两相在本级接触，蒸汽部分冷凝，同时液体部分气化，又产生新的气液两相。蒸汽逐级上升，液体逐级下降。省却中间加热器和冷凝器。工业上采用塔板取代中间各级。流程庞杂，设备繁多，能量消耗大。

（二）精馏原理

1、精馏的定义

精馏是将由挥发度不同的组分所组成的混合液，在精馏塔中同时多次地进行部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组分的过程。

如图所示，考察筛板塔中任意第n层板的操作情况。

yn-1yn

yn+1

xn-1

xn

xn+1塔内气液的流动在任一塔板上易挥发组分由液相转移到气相，而难挥发组分从气相转移到液相。2、精馏操作流程设备：包括精馏塔、塔底再沸器、塔顶冷凝器、原料预热器、回流液泵等，见书212页。3、精馏塔加料板：当某块塔板上的浓度与原料的浓度相近或相等时，料液由此加入，该板称为加料板。精馏段：加料板以上的部分，它起着回收原料中易挥发组分增浓的作用。提馏段：加料板以下的部分（包括加料板），它起着回收原料中难挥发组分的作用。

精馏操作分为连续精馏和间歇精馏，流程如下图所示。冷凝水水蒸气液体蒸汽塔顶产品冷却水蒸气塔底产品进料进料板再沸器连续精馏操作流程

回流：升到塔顶的汽流组成在冷凝器中冷凝后，只放出一部分作为塔顶产品，另一部分返回塔顶作为液流，这部分液流称为回流。

再沸器：提供一定量上升的蒸气流。4、精馏连续稳定进行的必要条件第五节：板式塔一、塔板结构1、气体通道2、溢流堰3、降液管

yn-1yn

yn+1

xn-1

xn

xn+1二、筛板上的气液接触状态当液体流量一定时，随着气速的增加，可以出现三种不同的接触状态。（一）鼓泡接触状态当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。（二）泡沫接触状态当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形成一些直径较小，扰动十分剧烈的动态泡沫。由于泡沫接触状态的表面积大，并不断更新，为两相传热与传质提供了良好的条件，是一种较好的接触状态。（三）喷射接触状态当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力作用又落回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相，两相传质的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散，这种液滴的反复形成和聚集，使传质面积大大增加，而且表面不断更新，有利于传质与传热进行，也是一种较好的接触状态。如图：筛板上的气液接触状态如上所述，泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。因喷射接触状