华中师范大学化工-第四章 精馏.ppt

第四章精馏
第一节概述
蒸馏分离的实质是气、液两相间的质量传递和热量传递。
蒸馏分离的依据是:
液体均具有挥发性,但不同组分液体的挥发性各不相同,在部分气化时,气相中含易挥发组分(轻组分)比液相中多,而液相中含的难挥发组分(重组分)将比气相中多使原混合液达到某种程度的分离。同理,当混合气体部分冷凝时,冷凝液中所含的难挥发组分(重组分)将比气相中多,也能达到一定程度的分离。
第二节气液相平衡
一、理想溶液
理想溶液是指溶液中不同组分的分子间作用力和相同分子间的作用力完全相等的溶液。
拉乌尔(Raoult)定律:理想溶液各分子之间的牵制力相等,各组分的挥发性不受其他组分存在的影响,它们在平衡气相中的分压仅由纯组分的饱和蒸气压及其在溶液中的摩尔分率决定。
p=pA+pB
设A-B是一对理想溶液体系,若在纯液体A中逐渐加入较难挥发的液体B形成A、B溶液,A的平衡分压(蒸汽压)pA仅仅由于被B的稀释而降低,则:
同理:
拉乌尔(Raoult)定律
道尔顿分压定律:
总压:
气相中A、B组分的摩尔分率为:
二、气液平衡相图(理想溶液)
1、温度—组成(T—x—y)图
将不同温度下的xA、yA绘在直角坐标系中得到T-x-y图
图中各点和线的物理意义:
1)、A、B两端点分别代表纯组分A、B 的沸点。
2)、T—x线——称为泡点线 (也就是饱和液体线)。
T—x线以下,代表过冷液体(温度未达到沸点)。
3)、T—y——称为露点线 (也就是饱和蒸气线)
4)、图中分为三个区:
T—x以下,液相区
T—x线和 T—y线之间,气液共存区
T—y线以上,气相区
A
20
40
60
80
T(℃)
80
90
100
110
(x)y(%)
B
T - x
T - y
1)、温度T上升TE时, 单一液相此时位于液相区
2)、温度T上升TF时,开始沸腾产生气泡,此时位于T—x线称为泡点线
3)、温度T上升TG时,有部分气化此时位于气液共存区
4)、温度T上升TH时,全部液体变成饱和蒸气,
5)、温度T上升TI时,过热蒸气此时位于气相区
分析:含40%A和B的混合液体逐渐升温时各点、线的意义
反过来,温度由TI降至TH时,蒸气冷凝开始有液滴出现,T—y线称为露点线。
20
40
60
80
T(℃)
80
90
100
110
x(y)(%)
I
F
E
B
G
H
T - x
A
T - y
2、气液平衡图(x—y图)
气液平衡图(也称为x—y图)表示在一定压强下,气相组成y与之平衡的液相组成x之间的关系。
气液平衡线上的任一点均表示平衡时气相、液相的组成,但是不同的点对应的温度不同,其组成也各不相同。
结论:
1、平衡线偏离对角线越远,溶液采用精馏法分离越容易。
2、若平衡线与对角线相交或相切,则溶液达到平衡时交点或切点处的两相组成完全相同,表示该溶液不能采用普通精馏的方法来同时获得两个纯净组分。
三、非理想溶液的温度组成图和气液平衡图
1、具有正偏差的非理想溶液
产生正偏差的原因:
不同分子间的吸引力aAB小于相同分子间的吸引力aAA和aBB。
当不同分子间的排斥倾向达到一定的程度时,就会出现最高蒸气压和相应的最低恒沸点,这就是所谓的“共沸”现象
“共沸”现象:
如:乙醇水溶液在P=1atm下,当x=,℃
2、具有负偏差的非理想溶液
产生负偏差的原因:
不同分子间的吸引力aAB大于相同分子间的吸引力aAA和aBB。
当负偏差达到一定程度时,也会出现“共沸”现象,就会出现最低蒸气压和相应的最高恒沸点
如:***水溶液在P=1atm下,当x=,℃
共沸:
四、相对挥发度
1、挥发度
挥发度是指体系达到平衡时,某一组分在气相中的分压p与该组分在相应条件下液相中的浓度x(摩尔分率)之比。
A-B混合液 A的挥发度:υA = pA/xA
B的挥发度:υB = pB/xB
2、相对挥发度
溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比称为相对挥发度
3、气液平衡关系