两组分溶液的气液平衡课件.ppt

1、2022-8-17第六章第六章第六章第六章第六章第六章 蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏一、概述一、概述二、拉乌尔定律二、拉乌尔定律三、挥发度和相对挥发度三、挥发度和相对挥发度四、气液相平衡图四、气液相平衡图五、非理想溶液五、非理想溶液第一节第一节第一节第一节第一节第一节 两组分溶液的气液平衡两组分溶液的气液平衡两组分溶液的气液平衡两组分溶液的气液平衡两组分溶液的气液平衡两组分溶液的气液平衡2022-8-17一、概述一、概述一、概述一、概述一、概述一、概述目的：分离液体混合物 依据：挥发度差异 重组分难挥发组分轻组分易挥发组分AAxy BABAxxyy吸收：气体分离蒸馏：液体分离蒸发：固液分离1、蒸馏

2、的目的及原理、蒸馏的目的及原理2022-8-172022-8-17乙醇水体系的蒸馏分离乙醇水体系的蒸馏分离乙醇水乙醇水加热加热汽相汽相:醇富集醇富集液相液相:水富集水富集冷凝冷凝冷却冷却乙醇乙醇产品产品废水废水2022-8-172、蒸馏的分类、蒸馏的分类按蒸馏方式 简单蒸馏 平衡蒸馏（闪蒸）精馏精馏 特殊精馏 恒沸蒸馏 萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏较易分离的物系或对分离要求不高的物系难分离的物系很难分离的物系或用普通方法难以分离的物系2022-8-17简单蒸馏 2022-8-17恒沸蒸馏 2022-8-17连续精馏连续精馏 2022-8-17按操作压强 常压常压 加压 减压 一般情况下多用常压 常压下

3、不能分离或达不到分离要求 混合物中组分 双组分多组分 按操作方式 间歇 连续连续 2022-8-17二、溶液的蒸气压与拉乌尔定律二、溶液的蒸气压与拉乌尔定律二、溶液的蒸气压与拉乌尔定律二、溶液的蒸气压与拉乌尔定律二、溶液的蒸气压与拉乌尔定律二、溶液的蒸气压与拉乌尔定律 1、拉乌尔定律、拉乌尔定律 溶液理想溶液理想溶液非理想溶液 BBAAABaaaAoAAxpp BoBBxppxpA0)1(0 xpB()()(),()AABBooPftPft2022-8-17oBoApp,可由Antoine方程计算或从手册中查 0lnBPAtC当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和 BAppP)1(

4、xpxpoBoAoBoAoBPPPPxPpyAxPpoA由拉乌尔定律表示的气液平衡关系由拉乌尔定律表示的气液平衡关系2022-8-17三、理想溶液汽液相平衡三、理想溶液汽液相平衡三、理想溶液汽液相平衡三、理想溶液汽液相平衡三、理想溶液汽液相平衡三、理想溶液汽液相平衡1、温度、温度组成组成(yxt图图)两条线两条线三个区三个区三种点三种点2022-8-17表示混合液的平衡温度和液相组成之间关系，t-x线。露点线表示混合液的平衡温度和气相组成之间的关系，t-y线，泡点线两条线两条线2022-8-17过热蒸汽区两相区两相区液相区三个区三个区2022-8-17沸点沸点（boiling point）泡点

5、（泡点（bubble point）x越大，易挥发组分的含量越高，泡点温度越低。露点（露点（dew point）y越大，易挥发组分含量越高，露点温度越低。2022-8-17t 汽液两相处于平衡时，两相温度相同时，当气液两相组成相同时，气相露点温度总是高于液相的泡点温度。AAxy 2022-8-17EtExFxEyE t-x-y 图与蒸馏原理图与蒸馏原理2022-8-172022-8-172、y-x 图图 若在tx（y）图上作一系列水平线，得出汽、液平衡浓度（x，y），将（x，y）一一在yx图上标出则得出yx图，（x，y）点连线为相平衡曲线。2022-8-17苯甲苯txy图2022-8-17温度高

6、。右上角温度低，左下角相平衡方程平衡线上每一点都适合不相同。其不相同，平衡线上每一点组成均对角线上方平衡线在tyxxyAA愈易分离。汽液两相浓度差愈大，互成平衡的平衡线离对角线愈远，t-x（y）图 用以讨论蒸馏原理，作为分析蒸馏依据；y-x 图用以进行过程分析与计算讨论：讨论：2022-8-17四、非理想溶液气液相平衡四、非理想溶液气液相平衡四、非理想溶液气液相平衡四、非理想溶液气液相平衡四、非理想溶液气液相平衡四、非理想溶液气液相平衡 非理想溶液 最低恒沸点 如：乙醇水，正丙醇水 最高恒沸点 如：硝酸水，氯仿酮 正偏差溶液 1i负偏差溶液 1i正偏差：aABaAA，aABaAA，aABaBB

7、，异分子间的吸引力大，使得溶液的两个组分的平衡分压都比拉乌尔定律所预计的低。2022-8-17（1）恒沸组成时汽、液两相的组成相同（）恒沸组成时汽、液两相的组成相同（y=x）M点:恒沸温度78.15 正偏差负偏差，最高恒沸点 2022-8-17Xo硝酸-水体系乙醇-水体系M点：y=x 2022-8-17六、总压对相平衡的影响六、总压对相平衡的影响 2022-8-17分离，两相区扩大，有利于,P减压蒸馏应用：减压蒸馏应用：（降低釜液沸点）1、常压下不易用蒸馏方法分离的液体 混合物，降低体系恒沸温度，避免不稳定组分的分解。2、降低沸点可利用低压蒸汽作为热源，但所 需设备复杂，技术要求高，操作费用大

8、。0.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0=10=5=3=2 yx=12022-8-17五、相对挥发度五、相对挥发度五、相对挥发度五、相对挥发度五、相对挥发度五、相对挥发度 与与与与与与y-x y-x y-x 关系式关系式关系式关系式关系式关系式1、挥发度、挥发度对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压,ooAABBvpvp 对混合液，挥发度为组分在蒸气中分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比iiixpv 势。由液相挥发到汽相的趋挥发度的大小表示组分2022-8-17对于理想溶液：AAAxpvAAoAxxpoApoBBpv对于非理想溶液：BBBAAAxpv

9、xpv,2、相对挥发度、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，用表示。BAvvBBAAxpxpABBAxpxp2022-8-17若操作压强不高，气相遵循Dalton分压定律 BABAyyppABBAxpxpABBAxyxyxyxy)1()1(1(1)xyx气液平衡方程气液平衡方程 双组分体系双组分体系 1,1BABAyyxx 2022-8-17由 xxy)1(1知，1时，。xy 组分A较B易挥发，可以用蒸馏方法分离1时，挥发度差异愈大，愈有利于蒸馏操作。1时，yx,不能用普通蒸馏的方法分离混合液。可作为混合液能否用蒸馏方法分离以及分离难易程度的判据能否用蒸馏方法分离以及

10、分离难易程度的判据。2022-8-17=1，则y=x，对角线，不能用普通蒸馏分开；值愈大，同一x下y值愈大，可获得的提浓程度愈大因此的大小可作为用蒸馏分离某一物系的难易程度标志的大小可作为用蒸馏分离某一物系的难易程度标志 0.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0=10=5=3=2 yx=12022-8-17相对挥发度的数值可由实验测得 对理想溶液：oBoABAppvv 理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两组分的泡和蒸汽压之比。当t变化时，两者的变化不大，一般可将视为常数，计算时可取操作温度范围内的平均值。，算术平均值2/)(21m，几何平均值21m（4）值的

11、求取，通常由实验测定值的求取，通常由实验测定 2022-8-17第五章第五章第五章第五章第五章第五章 蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏蒸馏DistillationDistillationDistillation一、简单蒸馏一、简单蒸馏 Simple distillation二、平衡蒸馏二、平衡蒸馏Equilibrium distillation第二节第二节第二节第二节第二节第二节 蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理2022-8-17一、简单蒸馏（一、简单蒸馏（一、简单蒸馏（一、简单蒸馏（一、简单蒸馏（一、简单蒸馏（Simple distillationSi

12、mple distillationSimple distillation）1、流程及原理、流程及原理 2022-8-17简单蒸馏是一个非稳态过程。含量）逐步降低。可见馏分纯度（轻组分wwwftyxtt最后直至此时釜液温度轻组分蒸出，为为进料组成,yyxxyxffff过程数学描述过程数学描述 2022-8-17二、平衡蒸馏（二、平衡蒸馏（二、平衡蒸馏（二、平衡蒸馏（二、平衡蒸馏（二、平衡蒸馏（Equilibrium distillationEquilibrium distillationEquilibrium distillation）1、原理与流程、原理与流程使混合液体部分气化，并使气液两相处

13、于平衡状态，然后将气液两相分开。又名闪蒸（闪蒸（flash distillation）2022-8-17 2、在相同的原料液浓度及相同釜液的条件下，简单蒸馏简单蒸馏所得到的馏出液浓度高于平衡蒸馏所得到的馏出液浓度高于平衡蒸馏，而平衡蒸馏的优点是连续操作，但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。三、三、小结小结 1、平衡蒸馏与简单蒸馏的根本区别：前者为连续定态，平衡蒸馏与简单蒸馏的根本区别：前者为连续定态，后者为间歇非定态后者为间歇非定态 2022-8-173 讨论几个问题 平衡蒸馏及简单蒸馏产生的汽液相其组成服从什么关系？此外，蒸馏时各股物料和各组分还应满足另一种关系，是什么关系？平衡蒸馏和简单蒸馏能否实现高纯度的分离,为什么？如何蒸馏可得到高纯度的产品？能否利用多次平衡蒸馏或多次简单蒸馏实现高纯度分离？为什么？工业上如何利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理实现连续的高纯度分离，而流程又不太复杂呢？2022-8-17（3）冷凝器）冷凝器