第6章 精馏.pdf

第六章精馏
§1 传质过程概述
6-1 由卫生球挥发引出传质
传质过程的定义——物质以扩散的方式,从一相转移到另一相的相界面的转移过程,
称为物质的传递过程,简称传质过程。
日常生活中的冰糖溶解于水,樟脑丸挥发到空气中,都有相界面上物质的转移过程。
例如某焦化厂里,用水吸收焦炉气中的氨。NH 3 + H 2O → NH 4OH 。如图 6-1 所示。

图 6-1 吸收传质示意图
再如某酒精厂里,酒精的增浓与提纯。即利用乙醇与水的沸点不同,或挥发度不同,
使乙醇与水分离的过程。如图 6-2 所示。

图 6-2 精馏传质示意图
这两个例子说明,有物质(NH 3 , C2 H 5OH , H 2O)在相界面的转移过程,都称为传
质过程。

6-2 传质过程举例
焦化厂的例子,是吸收操作。——利用组成混合气体的各组分在溶剂中溶解度不同来
分离气体混合物的操作,称为吸收操作。
焦炉气中不仅含有 NH 3 ,还有 CO , CO2 , CH 4 , H 2 等气体,利用 NH 3 易溶于水,
以水为吸收剂,使 NH 3 从焦炉气中分离出来。吸收主要用来分离气体混合物,所以有的教
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材称吸收为气体吸收。如图 6-3 所示。水称为溶剂, NH 3 称为溶质,炉气中其他气体称为
惰性组分。用水吸收氯化氢气体(HCl) ,制备盐酸,也是一种吸收操作。

图 6-3 吸收塔局部示意图
酒精厂的例子,是精馏操作。——利用液体混合物各组分沸点(或挥发度)的不同,
将物质多次部分汽化与部分冷凝,从而使液体混合物分离与提纯的过程,称为精馏操作。
精馏主要用来分离液体混合物,所以有的教材称精馏为液体精馏。
传质过程还有,
萃取——利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度,从而使混合物各组分得到分
离与提纯的操作过程。
例如用醋酸乙酯萃取醋酸水溶液中的醋酸。如图 6-4 所示。此例中醋酸乙酯称为萃取剂
(S) ,醋酸称为溶质(A) ,水称为稀释剂(B) 。萃取操作能够进行的必要条件是:溶质在萃
取剂中有较大的溶解度,萃取剂与稀释剂要有密度差。

图 6-4 萃取示意图
干燥操作——利用热能使湿物料的湿分气化,水气或蒸气经气流带走,从而获得固体
产品的操作。如图 6-5 所示。
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图6-5 干燥传质示意图
还有固—液萃取,结晶,吸附等操作。
要研究传质过程,主要从三个方面进行研究。相平衡关系(气-液溶解度,液-液溶解度,
干燥中的水蒸气分压),物料衡算关系和传质速率关系。
浓度表示法及其换算:质量分数
质量分数
xAMA
WA=
m A kg xAMA+()1−xAMB
WA =
m + m kg WAMA
A B x=
AWM+1−WM
摩尔分数 AA()AB

A的物质的量
x A = x
A的物质的量+ B的物质的量 A
XA=
摩尔比 1−xA
X
A的物质的量 A
xA=
X A = 1+X
B的物质的量 A

§2 理想溶液的气-液平衡
6-3 由制酒作坊引出相平衡
大庆油田开采出来的是原油,如何将原油加工成汽油、煤油、柴油、重油呢?酿酒厂
酿制出了原酒,如何将粗酒加工成 60° 的白酒呢?
先介绍以下古老的烧酒作坊吧!目前江浙一带仍有这种家庭小作坊,主要分三步:
(1)粬的制作——发酵过程(获得菌种)
(2)粗酒的制作——将酒粬与蒸熟的米饭,按一定比例混合发酵,制成酒、水、酒糟
的糊状混和物(生物降解)。
(3)酒的提纯——蒸馏操作过程。
如图 6-6 所示。锅为汽化器,顶盖为冷凝器。这就是一种简单蒸馏的操作过程。我还不
知道“对酒当歌”源于哪个朝代的帝王将相,但可以肯定,从“对酒当歌”那个时候起,
劳动人民已经掌握了简单精馏这种操作过程。
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图6-6 制酒作坊装置图

为什么能使乙醇增浓呢?主要因为乙醇比水的沸点低(或说乙醇比水的挥发度高)。这
样蒸气中乙醇的含量(y A )高于粗酒中乙醇的含量(x A ) ,即 y A > x A 。蒸气冷凝之后,就得
到乙醇含量高的酒。
(y A )——蒸气中乙醇的摩尔分数
乙醇的摩尔数
y =
A 乙醇的摩尔数+ 水的摩尔数
(x A ) ——液相中乙醇的摩尔分数
本章中, y 均代表蒸气的组成(摩尔分数), x 均代表液体的组成(摩尔分数)
我们要问,(y A )与(x A ) 服从什么规律呢?即 y = f (x A )的函数关系如何呢?本节就要
回答这个问题。

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