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