【正文】 傳質(zhì)與分離工程 關(guān)于本課程 ？ ? 從宏觀的角度，討論 混合物 在不同 單元操作 中進(jìn)行分離的有關(guān)規(guī)律，核心是 質(zhì)量傳遞 問(wèn)題。 關(guān)于本課程 ？ ? 混合物分離操作的論述內(nèi)容主要涉及： 物質(zhì)傳遞依據(jù) 分離的原理 物質(zhì)傳遞手段 外加的因素 物質(zhì)傳遞極限 相平衡 物質(zhì)傳遞速率 推動(dòng)力與阻力 關(guān)于本課程 ？ ? 確定分離過(guò)程中各物流各組分的量（ 定量計(jì)算 ） ? 了解傳質(zhì)分離設(shè)備 關(guān)于本課程 講授章節(jié) ? 精餾 ? 吸收 ? 塔式氣液傳質(zhì)設(shè)備 ? 干燥 第 1章 .蒸餾 ? 混合物的分離是化工、石油化工、環(huán)保、食品、輕工、制藥等生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的重要操作。 ? 混合物分為均相混合物和非均相混合物。 第 1章 .蒸餾 ? 均相混合物分離的常見(jiàn)操作有蒸餾、吸收、萃取、蒸發(fā)、結(jié)晶、膜分離等。 ? 均相混合物的分離條件： 利用物系中的某種 物性差異 ，由均一相 變?yōu)閮上?，并且使其中的 組分 在兩相間以與原物系不同的比例發(fā)生 轉(zhuǎn)移 ，從而實(shí)現(xiàn)組分間的分離。 互溶液體混合物的分離問(wèn)題 ， 如石油煉制品的切割 、 有機(jī)合成產(chǎn)品的提純 、 食品乳化劑中單甘醇的富集 、溶劑回收和廢液排放前的達(dá)標(biāo)處理等等 。 分離的方法有多種 ， 工業(yè)上最常用的是蒸餾或精餾 。 蒸餾操作實(shí)例：石油煉制中使用的 250 萬(wàn)噸常減壓裝置 第 1章 .蒸餾 ? 蒸餾是分離液體均相混合物的典型單元操作。 利用混合液中 各組分揮發(fā)能力或沸點(diǎn)不同的特性； (分離依據(jù) ) 加熱 將液體混合物部分氣化， 由原來(lái)的均一相變?yōu)閮上啵?(分離手段 ) 通過(guò)液相和氣相間的 質(zhì)量傳遞 來(lái)實(shí)現(xiàn)分離。 閃蒸罐 塔頂產(chǎn)品 yA xA 加熱器 原料液 塔底產(chǎn)品 Q 減壓閥 第 1章 .蒸餾 ? 蒸餾分離的特點(diǎn)： 可直接得到所需組分（產(chǎn)品）。 歷史悠久、應(yīng)用較廣泛，對(duì)有些氣體混合物或固體混合物作液化處理后使用蒸餾方法分離。 需要消耗大量的能量。 第 1章 .蒸餾 ? 蒸餾過(guò)程的分類： 按操作流程分： 間歇蒸餾、連續(xù)蒸餾 。 間歇精餾： 多用于小批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場(chǎng)合 。 連續(xù)精餾： 多用于大批量工業(yè)生產(chǎn)中 。 蒸餾的分類 第 1章 .蒸餾 ? 蒸餾過(guò)程的分類： 按蒸餾方式分： 簡(jiǎn)單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等。 簡(jiǎn)單蒸餾：用在分離要求不高的情況下 。 精餾： 分離純度要求高時(shí)采用 。 特殊精餾：難以用普通精餾分離 ， 借助某 些特殊手段進(jìn)行的精餾 。 第 1章 .蒸餾 ? 蒸餾過(guò)程的分類： 按操作壓力分： 常壓蒸餾、減壓蒸餾、加壓蒸餾。 常壓蒸餾： 蒸餾在常壓下進(jìn)行 。 減壓蒸餾： 常壓下沸點(diǎn)較高或熱敏性物質(zhì)不能承受高溫的情況 。 如 丁二酸二甲酯 加壓蒸餾：常壓下為氣體的物系精餾分離 ， 加壓提高沸點(diǎn) . 第 1章 .蒸餾 ? 蒸餾過(guò)程的分類： 按混合物中的組分?jǐn)?shù)目分： 雙組分蒸餾、多組分蒸餾。 多組分精餾：例如原油的分離 。 雙組分精餾：如乙醇 水體系 ,苯 甲苯體系等 。 氣液平衡關(guān)系， 是指溶液與其上方蒸氣達(dá)到平衡時(shí)，氣相組成與液相組成之間的關(guān)系。 雙組分理想物系的氣液平衡關(guān)系 ? 理想溶液 平衡時(shí)組分在液相上方的分壓與在 液 相中摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系遵循拉烏爾定律： AAA xPp ??? 理想氣體 平衡時(shí)組分在氣相中的分壓與在 氣 相中摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系遵循道爾頓分壓定律： AA Pyp ?（ 12） 用飽和蒸汽壓表示兩組分理想溶液氣液平衡 PxPPpy AAAA???對(duì)兩組分理想溶液 ,有以下關(guān)系式 )1( ABBBB xPxPp ??? ??AAA xPp ??BA ppP ?? ???BABA PPPPx???? ????BABAA PPPPPPy???? （ 17） （ 18） （ 16） 雙組分理想物系的氣液平衡關(guān)系 用相對(duì)揮發(fā)度表示兩組分溶液氣液平衡 ? 揮發(fā)度 ： 各組分在蒸氣中的分壓 p與達(dá)到氣液相平衡時(shí)的液相摩爾分率 x之比 ,稱之為 揮發(fā)度 BBBAAA xpvxpv ?? 雙組分理想物系的氣液平衡關(guān)系 ? 相對(duì)揮發(fā)度： 易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比，稱之為 相對(duì)揮發(fā)度 BBBAAA xpvxpv ??BAvv?? BBBBBAAAAA xPyxpvxPyxpv ?????ABBABAxyxyvv ??? ? ? 對(duì)雙組分溶液 AAAAxxyy??? 11 ?整理并去掉下標(biāo)，得： xxy)1(1 ??? ??（ 115）（ 116） （ 119） ? 關(guān)于 ?的數(shù)值 ?一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 ?若 ?＝ 1，則 y=x， 表明不能用普通蒸餾方法分離。 ?若 ?1，則 yx。 即 ?愈偏離 1表明用蒸餾方法分離愈容易。 xxy)1(1 ??? ?? ? 關(guān)于 ?的數(shù)值 ?一般而言，當(dāng)溫度變化不大時(shí)， ?變化不大， 可作常數(shù)處理，或取其平均值進(jìn)行有關(guān)分析計(jì)算。 ?壓強(qiáng)提高，一般 ?值變小。 xxy)1(1 ??? ?? ? 對(duì)理想溶液： 1） 揮發(fā)度 在數(shù)值上等于在溶液溫度下純組分的 飽和蒸汽壓 。 ?? BBAA PvPv ?? AAA xPp ?? AAA xpv ? 比較 拉烏爾定律、揮發(fā)度和相對(duì) 揮發(fā)度的定義式 可得到： BAvv?? ??BAPP?? ?的數(shù)值一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，對(duì)于理想溶液可由組分的飽和蒸氣壓計(jì)算。 2） 相對(duì)揮發(fā)度 在數(shù)值上等于在溶液溫度下純組分的 飽和蒸汽壓之比 。 （ 117） 上節(jié)要點(diǎn)： 氣液平衡關(guān)系， 是指溶液與其上方蒸氣達(dá)到平衡時(shí)，氣、液兩相組成的關(guān)系。 ? 用飽和蒸汽壓表示兩組分 理想溶液 氣液平衡關(guān)系 氣液平衡關(guān)系 公式 PxPy AAA?? ???BABA PPPPx??? ? 用相對(duì)揮發(fā)度表示兩組分溶液氣液平衡關(guān)系 ： xxy)1(1 ??? ??上節(jié)要點(diǎn)： 新定義與新概念 ? 揮發(fā)度 ? 相對(duì)揮發(fā)度 ?若 ?＝ 1，表明不能用普通蒸餾方法分離； ?愈偏離 1表明用蒸餾方法分離愈容易。 BBBAAA xpvxpv ??BAvv?? 雙組分理想物系的氣液平衡相圖 1）相圖是在一定壓強(qiáng)下測(cè)??； 2）溶液的平衡溫度隨組成而變。 ? 溫度－組成圖（ txy） 圖 1）相圖是在一定壓強(qiáng)下測(cè)取； 2）曲線表示互成平衡的氣、液兩相組成； ? 氣 液組成圖（ xy） 圖 雙組分理想物系的氣液平衡相圖 3）平衡線偏離對(duì)角線越遠(yuǎn)，表示該溶液越容易分離。 ? 氣 液組成圖（ xy） 圖 雙組分理想物系的氣液平衡相圖 ，當(dāng)相對(duì)揮發(fā)度 α ＝ 1，其平衡關(guān)系表示為（ ） 。 α= 1時(shí) ， 溶液中各組分無(wú)法用普通精餾的方法分離 ？ ， 組分 A為易揮發(fā)組分 ， 其液相組成為 xA=， 相應(yīng)的泡點(diǎn)為 t1；與之平衡的氣相組成為 yA=， 相應(yīng)的露點(diǎn)為 t2。則 （ ） (A)t1t2 (B)t1=t2 (C)t1t2 (D)無(wú)法判斷 －水溶液在 ℃ 時(shí)的氣液平衡組成為：液相組成 xA＝ ，氣相組成 yA＝ ，此時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度為（ ）。 = B. α= C. α= D. α= ABBABAxyxyvv ??? 上節(jié)要點(diǎn)： 氣液平衡 相圖 ?溶液的平衡溫度隨組成而變。 ?txy曲線 上節(jié)要點(diǎn)： 氣液平衡 相圖 ?xy曲線表示互成平衡的氣、液兩相組成。 上節(jié)要點(diǎn)： 氣液平衡 相圖 ?平衡線偏離對(duì)角線越遠(yuǎn)，表示該溶液越容易分離。 本節(jié)內(nèi)容概要： ? 簡(jiǎn)單蒸餾原理及流程 ? 簡(jiǎn)單蒸餾特點(diǎn) ? 簡(jiǎn)單蒸餾的計(jì)算 本節(jié)內(nèi)容概要： ? 多次部分氣化、多次部分冷凝 ? 精餾操作流程 ? 理論板的概念 用于組分之間 沸點(diǎn)差異大 、分離 提純程度要求不高 的混合物分離，單級(jí)、間歇式操作。 簡(jiǎn)單蒸餾也稱微分蒸餾， 間歇非穩(wěn)態(tài) 操作。在蒸餾過(guò)程中系統(tǒng)的溫度和汽液相組成均隨時(shí)間改變。 原理 ?蒸餾原理及流程 加料、加熱氣化； 冷凝、冷卻 餾出液按不同的組成范圍導(dǎo)入產(chǎn)品罐中。 ?釜內(nèi)任一時(shí)刻的汽液兩相組成互成平衡 。 y 原料液 x 蒸氣 xD1 xD2 xD3 冷凝器 釜內(nèi)易揮發(fā)組分含量 x 由原料的初始組成 xF 沿泡點(diǎn)線不斷下降直至終止蒸餾時(shí)組成 xE， 釜內(nèi)溶液的沸點(diǎn)溫度不斷升高 ， 蒸汽相組成 y 也隨之沿露點(diǎn)線不斷降低 。 t/?C x(y) 0 露點(diǎn)線 泡點(diǎn)線 xA yA xf 簡(jiǎn)單蒸餾原理 ?簡(jiǎn)單蒸餾特點(diǎn)： 為非穩(wěn)態(tài)過(guò)程。 任一時(shí)刻，易揮發(fā)組分在蒸汽中的含量 y 始終大于剩余在釜內(nèi)的液相中的含量 x， 氣液平衡瞬間形成又瞬間被新的氣液平衡替代。液相濃度沿泡點(diǎn)線不斷降低；氣相濃度沿露點(diǎn)線不斷降低。 t/?C x(y) 0 露點(diǎn)線 泡點(diǎn)線 xA yA xf ?簡(jiǎn)單蒸餾特點(diǎn)： 以蒸餾釜內(nèi)殘液組成或產(chǎn)品罐中餾出液平均組成降至規(guī)定值后，操作停止。 t/?C x(y) 0 露點(diǎn)線 泡點(diǎn)線 xA yA xf y 原料液 x 蒸氣 xD1 xD2 xD3 冷凝器 計(jì)算內(nèi)容：確定餾出液、釜?dú)堃旱牧恳约八鼈兊慕M成。 計(jì)算基本方法：對(duì)物料作微分衡算。 令： n(L1)和 n (L2)—— 最初和最終的溶液量 ， kmol。 n (L)—— 任一瞬間蒸餾釜中釜液量 ， kmol。 x1和 x2—— 溶液的最初和最終組成 ， 摩爾分率； x—— 任一瞬間蒸餾釜中釜液的組成 ， 摩爾分率； y—— 任一瞬間與釜液成平衡的蒸氣組成，摩爾分率。 ?設(shè)某瞬間蒸餾釜中釜液量為 n(L)， 經(jīng)過(guò)時(shí)間 d?后 ， 溶液的氣化量為 dn(L) ， 則釜液量減少