6-4 闪蒸原理

化工原理补充课件

第五章蒸馏Distillation

第二节蒸馏方式

Simple distillationEquilibrium distillation

2009-11-10

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一、简单蒸馏（Simple

distillation）

1

、流程及原理

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简单蒸馏是一个非稳态过程,并不简单!又名微分蒸馏

(differential distillation)

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2、计算

设：F、wD——釜内的料液量和残液量，kmol；x1、x2——料液和残液中易挥发组分组成（摩尔分率）L——某一瞬间釜内的液量，kmol；

x、y——某一瞬间的液气组成，（摩尔分率）；经过微分时间dt后，残液量减少dL，液相组成减少dx。以蒸馏釜为衡算系统

对易挥发组分，dt前后的微分物料衡算为：

Lx=ydL+(L dL)(x dx)

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0= ( y x)dL Ldx+ dLdx( y x)dL= Ldx

dL dx∴= L yx积分F∫W

dL x1 dx=∫x 2 L yx

F x1 dx ln=∫x2 W yx2009-11-10

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对于理想溶液,平衡关系用

αx y= 1+ (α 1) x

表示,

1 x2 1 x1 F+α ln ln= ln 1 x1 Wα 1 x2若操作范围内平衡线可近似地看作直线

y= mx+ b

1 F (m 1) x1+ b ln= ln W m 1 (m 1) x2+ b

y若平衡线为过原点的直线,

= mx

x1 1 F ln ln= W m 1 x22009-11-10

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若平衡关系不能用简单的数学式表示,可以应用图解积分或数值积分.馏出液的量D及组成平均组成 y

D= F W

Dy= Fx1 Wx 2

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二、平衡蒸馏（Equilibrium distillation）

1、原理与流程

使混合液体部分气化，并使气液两相处于平衡状态，然后将气液两相分开。

又名闪蒸（flash distillation）

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2.计算1)物料衡算对总物料:对易挥发组分:

F= D+W

Fx F= Dy+ Wx

∴ FxF= Dy+ ( F D) x

F F y= (1 ) x+ x F D D

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W= q——液化分率令 FD∴= 1 q F

xF q y= x q 1 q 1——汽液相平衡组成的关系

q在x-y图上,代表通过点(xF, xF)且斜率为的直线. q 12009-11-10

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2)热量衡算对加热器作热量衡算,若忽略加热器的热损失

Q= Fc p (T t f )原料液节流减压后进入分离器,物料放出的显热等于部分气化所需的潜热

Fc p (T t e )= (1 q ) Fr

r原料液离开加热器的温度: T= t+ (1 q ) e cP2009-11-10

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3)气液平衡关系

αx y= 1+ (α 1) x

t e= f (x )已知原料液流量F,组成xF,温度tF及汽化率,即可求得平衡的汽液相组成及温度.

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例1:在常压下对苯与甲苯二元理想溶液分别进行平衡蒸馏与简单蒸馏.若原料液中苯的浓度为0.5(摩尔分率).物系的相对挥发度为2.47.试求: 1)用平衡蒸馏方法分离,当汽化率为 0.4时,釜液与馏出液的组成. 2)用简单蒸馏方法分离,使釜液浓度与平衡蒸馏相同,所得馏出物中苯的平均组成.解:1)

αx 2.47 x y== 1+ (α 1) x 1+ 1.47 x

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因为汽化率f=0.4,q=0.6物料衡算式为:

xF q 0.6 0.5 y= x= x q 1 q 1 0. 6 1 0.6 1= 1.5 x+ 1.25

x= 0.411, y= 0.6342)简单蒸馏中了时的釜液浓度与平衡蒸馏时

相同

x 2= 0.4112009-11-10

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1 x2 F 1 x1 ln= ln+α ln 1 x1 Wα 1 x21 0.411 1 0.5= ln 0.411+ 2.47 ln 1 0.5 2.47

= 0.4088F∴= 1.505 W设馏出液的平均组成为 y

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Dy= Fx1 Wx2Fx1 Wx 2 y= F WW 0.411 x1 x 2 0.5 F 1.505== W 1 1 1 F 1.505

= 0.676在相同的原料液浓度及相同釜液的条件下,简单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.

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