信阳师范大学:《化工原理》课程PPT教学课件(下)第一章 蒸馏(主讲:杨性坤)

第一章蒸馏
第一章 蒸馏

主要内容 1.1概述 1.2两组分溶液的汽液平衡 1.3平蒸馏与简单蒸馏 1.4精馏原理和流程 1.5两组分连续精馏的计算 1.6间歇精馏 1.7特殊精馏 1.8多组分精馏 本章总结-联系图
主要内容 1.1 概述 1.2 两组分溶液的汽液平衡 1.3 平衡蒸馏与简单蒸馏 1.4 精馏原理和流程 1.5 两组分连续精馏的计算 1.6 间歇精馏 1.7 特殊精馏 1.8 多组分精馏 本章总结-联系图

绪论 一、概述 传递:在混和物系中,当某组分存在浓度梯度时,该组分 将由高浓度区向低浓度区进行迁移的过程。物质在相际间的转 移过程称为质量传递过程,简称为传质。 √质量传递过程又称扩散过程。因物质的传递过程凭借扩散作 用(分子扩散和涡流扩散)。 质量传递可以在一相内进行,也可以在相际进行。 √质量传递的起因是系统内存在化学势的差异。化学势的差异 由浓度、温度、压力或外加电磁场引起。 √质量传递是均相混合物分离的物理基础,也是反应过程中几 种反应物互相接触及反应产物分离的基本依据
绪 论 一、概述 传递:在混和物系中,当某组分存在浓度梯度时,该组分 将由高浓度区向低浓度区进行迁移的过程。物质在相际间的转 移过程称为质量传递过程,简称为传质。 ✓质量传递过程又称扩散过程。因物质的传递过程凭借扩散作 用(分子扩散和涡流扩散)。 ✓质量传递可以在一相内进行,也可以在相际进行。 ✓质量传递的起因是系统内存在化学势的差异。化学势的差异 由浓度、温度、压力或外加电磁场引起。 ✓质量传递是均相混合物分离的物理基础,也是反应过程中几 种反应物互相接触及反应产物分离的基本依据

二、传质分离方法的分类 依据物理化学原理的不同,传质过程可分为平衡分离和速率 分离。 1.平衡分离过程:借助分离媒介(如热能、溶剂、吸附剂等) 使均相混合物系统变为两相系统,再以混合物中各组分在处于 平衡的两相中分配关系的差异为依据而实现分离的方法。 2速率分离过程:借助某种推动力(浓度差、压力差、电位差 等)的作用,某些情况下在选择性透过膜的配合下,利用各组 分扩散速度的差异而实现混合物分离的操作。 特点:所处理的物料和产品常属于同一相态,仅有组成的差 别。 分为: 必膜分离:利用选择性透过膜分割组成不同的两股流体。 冬场分离:
二、传质分离方法的分类 依据物理化学原理的不同,传质过程可分为平衡分离和速率 分离。 1.平衡分离过程:借助分离媒介(如热能、溶剂、吸附剂等) 使均相混合物系统变为两相系统,再以混合物中各组分在处于 平衡的两相中分配关系的差异为依据而实现分离的方法。 2.速率分离过程:借助某种推动力(浓度差、压力差、电位差 等)的作用,某些情况下在选择性透过膜的配合下,利用各组 分扩散速度的差异而实现混合物分离的操作。 特点:所处理的物料和产品常属于同一相态,仅有组成的差 别。 分为: ❖膜分离:利用选择性透过膜分割组成不同的两股流体。 ❖场分离:

√分配系数(相平衡比)K::组分在两相中的组分比。 Ki=yi/Xi √分离因子a:i、j组分的分配系数比。 a时=Ki/K, √混合物系中用判断是否可用平衡分离方法分离及分离的难易 程度: 。a,=1:无法用平衡分离方法分离 ā1>1:可用平衡分离方法分离。其值愈大,愈易分离 √研究传质过程涉及两个问题: 冬相平衡:决定传质过程进行的方向和极限 冬传递速率:决定在一定接触时间内传递物质的量(过程进 行的快慢)
✓分配系数(相平衡比)Ki:i组分在两相中的组分比。 Ki=yi/xi ✓分离因子aij:i、j组分的分配系数比。 aij=Ki/Kj ✓混合物系中用aij判断是否可用平衡分离方法分离及分离的难易 程度: ❖aij=1:无法用平衡分离方法分离 ❖aij>1:可用平衡分离方法分离。其值愈大,愈易分离 ✓研究传质过程涉及两个问题: ❖相平衡:决定传质过程进行的方向和极限 ❖传递速率:决定在一定接触时间内传递物质的量(过程进 行的快慢)

据两相状态的不同,分为: √气液传质过程。吸收、气体的增湿和减湿等 √汽液传质过程。蒸馏、精馏等 √液液传质过程。萃取等 √液固传质过程。结晶、浸取、【 吸附等 √气固传质过程。干燥、吸附等 3.分离方法的选择 原则:技术上先进(可行)、经济上合理、有利于可持续发展 因素:被分离物系的相态、特性,对分离产品的质量要求,经 济程度,当地环境条件,环境保护等
据两相状态的不同,分为: ✓气液传质过程。吸收、气体的增湿和减湿等 ✓汽液传质过程。蒸馏、精馏等 ✓液液传质过程。萃取等 ✓液固传质过程。结晶、浸取、吸附等 ✓气固传质过程。干燥、吸附等 3.分离方法的选择 原则:技术上先进(可行)、经济上合理、有利于可持续发展 因素:被分离物系的相态、特性,对分离产品的质量要求,经 济程度,当地环境条件,环境保护等

三、传质设备 功能: 冬提供两相密切接触的条件; 必提供相际传质面积; 冬分离两相。 要求: 公单位体积中,两相的接触面积应尽量大,两相分布均匀, 避免或抑制短路及返混; 流体的通量大,单位设备体积的处理量大; 冬流动阻力小,运转时动力消耗低: 冬操作弹性大,对物料的适应性强; 必结构简单,造价低廉,操作调节方便,运行可靠安全
三、传质设备 功能: ❖提供两相密切接触的条件; ❖提供相际传质面积; ❖分离两相。 要求: ❖单位体积中,两相的接触面积应尽量大,两相分布均匀, 避免或抑制短路及返混; ❖流体的通量大,单位设备体积的处理量大; ❖流动阻力小,运转时动力消耗低; ❖操作弹性大,对物料的适应性强; ❖结构简单,造价低廉,操作调节方便,运行可靠安全

分类: 按所处理物系的相态分: 冬气(汽)液传质设备。如蒸馏、吸收设备 液液传质设备。如萃取设备 冬气固传质设备。如干燥设备 冬液固传质设备。如吸附设备 按两相接触方式分: 冬分级接触设备。如板式塔 微分接触设备。如填料塔 按提供动力分: 冬依靠一种流体自身所具有的能量分散到另一相中去的设 备。如板式塔、填料塔 ?依靠外加能量促使两相密切接触的设备。如搅拌式混和 -澄清槽
分类: 按所处理物系的相态分: ❖气(汽)液传质设备。如蒸馏、吸收设备 ❖液液传质设备。如萃取设备 ❖气固传质设备。如干燥设备 ❖液固传质设备。如吸附设备 按两相接触方式分: ❖分级接触设备。如板式塔 ❖微分接触设备。如填料塔 按提供动力分: ❖依靠一种流体自身所具有的能量分散到另一相中去的设 备。如板式塔、填料塔 ❖依靠外加能量促使两相密切接触的设备。如搅拌式混和 -澄清槽

四、蒸馏 蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。蒸馏是利用液体混 合物中各组分挥发性的差异而将其进行分离的一种单元操作 (依据、目的、方法)。 1.蒸馏分离的依据 将液体混合物部分气化,利用其中各组分挥发度不同的特性 而达到分离目的的单元操作。 这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现的。例 如:加热甲醇和乙醇的混合液,使之部分气化,由于甲醇的沸 点(64.7℃)较乙醇的沸点(78.3C)低,即其挥发度较乙醇的高 故甲醇较乙醇易于从液相中气化出来。若将气化的蒸汽全部冷 凝,即可得到甲醇组成高于原料的产品,从而使甲醇和乙醇得 以分离。 将沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分,用A表示。 将沸点高的组分称为难挥发组分或重组分,用B表示。 则混合液:A+B
四、 蒸馏 蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。蒸馏是利用液体混 合物中各组分挥发性的差异而将其进行分离的一种单元操作 (依据、目的、方法)。 1.蒸馏分离的依据 将液体混合物部分气化,利用其中各组分挥发度不同的特性 而达到分离目的的单元操作。 这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现的。例 如:加热甲醇和乙醇的混合液,使之部分气化,由于甲醇的沸 点(64.7℃)较乙醇的沸点(78.3℃)低,即其挥发度较乙醇的高, 故甲醇较乙醇易于从液相中气化出来。若将气化的蒸汽全部冷 凝,即可得到甲醇组成高于原料的产品,从而使甲醇和乙醇得 以分离。 将沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分,用A表示。 将沸点高的组分称为难挥发组分或重组分,用B表示。 则混合液:A+B

2、蒸馏过程的分类 按蒸馏方式分为: √平衡蒸馏和简单蒸馏。多用于待分离混合物中各组分挥发度 相差较大而对分离要求不高的场合,是最简单的蒸馏: √精馏。适合于待分离的混合物中各组分挥发度相差不大且对 分离要求较高的场合,应用最广泛; √特殊蒸馏。适合于待分离混合物中各组分的挥发度相差很小 甚至形成共沸物,普通蒸馏无法达到分离要求的场合。主要有 萃取精馏、恒沸精馏、盐熔精馏、反应精馏及水蒸气蒸馏。 按操作流程分为: √间歇蒸馏。又称分批蒸馏,属于非稳态操作,主要适用于小 规模及某些有特殊要求的场合; √连续蒸馏。属于稳态操作,是工业生产中最常用的蒸馏方式, 用于大规模生产的场合
2、蒸馏过程的分类 按蒸馏方式分为: ✓ 平衡蒸馏和简单蒸馏。多用于待分离混合物中各组分挥发度 相差较大而对分离要求不高的场合,是最简单的蒸馏; ✓精馏。适合于待分离的混合物中各组分挥发度相差不大且对 分离要求较高的场合,应用最广泛; ✓特殊蒸馏。适合于待分离混合物中各组分的挥发度相差很小 甚至形成共沸物,普通蒸馏无法达到分离要求的场合。主要有 萃取精馏、恒沸精馏、盐熔精馏、反应精馏及水蒸气蒸馏。 按操作流程分为: ✓间歇蒸馏。又称分批蒸馏,属于非稳态操作,主要适用于小 规模及某些有特殊要求的场合; ✓连续蒸馏。属于稳态操作,是工业生产中最常用的蒸馏方式, 用于大规模生产的场合
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