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1、2Ol4年8月石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報Aug．2014第26卷第4期JournalofShijiazhuangVocationalTechnologyInstituteVo1．26No．4文章編號：10094873(2014)04—0026—04相平衡原理在化工分離提純中的應(yīng)用張坤玲，張瑋，楊永，李瑞珍(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院a．化學(xué)工程系；b．學(xué)生工作部，河北石家莊050081)摘要：相平衡理論是選擇分離方法、設(shè)計分離裝置以及實(shí)現(xiàn)最佳操作的理論基礎(chǔ)．在化工分離提純時，相平衡原理的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：對單組分系統(tǒng)可采用超臨界萃取方式，對二組分液態(tài)完全互溶系統(tǒng)的氣液平衡
2、可采用蒸餾和精餾的方法，對二組分液態(tài)完全不互溶系統(tǒng)的氣液平衡可采用蒸汽蒸餾的方式，對二組分固態(tài)完全互溶系統(tǒng)可采用區(qū)域熔煉法．關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；相平衡；分離；提純；萃取中圖分類號：()642．42文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A物理化學(xué)知識對基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有重要的理論指好的溶解性能，以之作為萃取劑，萃取效率較高，且導(dǎo)意義．在化工生產(chǎn)、藥物生產(chǎn)、冶金工業(yè)和其他生降壓后，萃取劑氣化，被溶解物質(zhì)即被分離出來．產(chǎn)過程中，往往要對混合物進(jìn)行分離提純，而相平衡超臨界cO流體的體積質(zhì)量幾乎是最大的，壓理論是選擇分離方法、設(shè)計分離裝置以及實(shí)現(xiàn)最佳強(qiáng)增加，其體積質(zhì)量增加很快，其對許多有機(jī)物的溶操作
3、的理論基礎(chǔ)．本文主要討論相平衡原理在分離解能力很強(qiáng)，因而最適宜作為超臨界萃取劑使用．提純中的應(yīng)用．CO臨界溫度低，可在接近室溫下完成整個萃1單組分系統(tǒng)——超臨界萃取取分離工作，特別適用于熱敏性和化學(xué)不穩(wěn)定性強(qiáng)CO：的相圖如圖1所示．的天然產(chǎn)物的分離．CO臨界壓強(qiáng)適中，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化．與其他有機(jī)萃取劑相比，CO既便宜，又容易制取，且無毒、惰性、易于分離，因而CO在超臨界萃取中應(yīng)用十分普遍．2二組分液態(tài)完全互溶系統(tǒng)的氣液平衡——蒸餾和精餾二組分系統(tǒng)的氣液平衡相圖，對液態(tài)混合物的分離提純?nèi)缯麴s、精餾、蒸汽蒸餾等有很重要的意義．科研和工業(yè)生產(chǎn)中的一些分離操作多是在固
4、定一56·6t／％壓強(qiáng)下進(jìn)行的，因此，討論一定壓強(qiáng)下的溫度一組成圖1CO：的相圖相圖更有實(shí)際意義．溫度一組成相圖亦稱沸點(diǎn)一組成圖，它表示當(dāng)外壓恒定時，二組分系統(tǒng)氣液兩相平衡圖中OC線為液體CO的蒸氣壓曲線，該線至組成與溫度的關(guān)系．C點(diǎn)為止，C點(diǎn)為C()的臨界點(diǎn)，臨界溫度t為2．1蒸餾31．O6℃，臨界壓強(qiáng)為7．39MPa．超過C點(diǎn)之蒸餾是將液態(tài)物質(zhì)加熱到沸騰，使之變?yōu)檎魵?，后，CO。的氣、液界面消失，系統(tǒng)性質(zhì)均一，處于此又將蒸氣冷凝為液體的過程．若將兩種揮發(fā)性液體狀態(tài)的COz被稱為超臨界Co流體．混合物進(jìn)行蒸餾，在沸騰溫度下，氣相與液相達(dá)到平超臨界流體由于具
5、有較高的體積質(zhì)量，故有較衡，蒸氣中就含有較多易揮發(fā)物質(zhì)的組分．若將此蒸收稿日期：2O14—05—23作者簡介：張坤玲(1968一)，女，河北石家莊人，石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授第4期張坤玲等：相平衡原理在化工分離提純中的應(yīng)用27氣冷凝后收集起來，則餾出物中易揮發(fā)物質(zhì)組分的含量高于原始液體混合物，而殘留液中卻含有較多冷凝器的難揮發(fā)組分(高沸點(diǎn)組分)，這就是一次簡單的蒸餾．簡單蒸餾方法只能粗略地將混合物相對分離，要想得到較純的兩種組分，則需要采用精餾的方法．2．2精餾精餾是將液態(tài)混合物反復(fù)進(jìn)行部分氣化和部分冷凝，使混合物中的不同組分分離的單元操作．其原理是，利用液
6、態(tài)混合物在氣液平衡時，各組分的相對揮發(fā)能力的不同而將各組分分離開來．在化工生產(chǎn)圖3泡罩式精餾塔示意圖中，常通過精餾操作分離和提純液態(tài)混合物_1]．2．2．1正常類型液態(tài)混合物的精餾物料在塔釜內(nèi)加熱后，蒸氣通過塔板上的泡罩這類液態(tài)混合物包括理想液態(tài)混合物和具有較與塔板上的液體接觸，蒸氣中難揮發(fā)組分冷凝為液小正負(fù)偏差的液態(tài)混合物．其共同的特點(diǎn)是在全部體并放出熱量，使液相中易揮發(fā)組分氣化并升人高組成范圍內(nèi)均有z(假定B為易一級塔板．上升的蒸氣中含有較多的易揮發(fā)組分，而揮發(fā)組分)．下降的液體中難揮發(fā)組分增加．每一層塔板就相當(dāng)精餾過程的t—圖如圖2所示．于
7、一個簡單的蒸餾器．最終在塔頂?shù)玫郊兌容^高的易揮發(fā)組分，經(jīng)塔頂冷凝器變?yōu)橐后w放出；而在塔底得到純度較高的難揮發(fā)組分．正常類型的液態(tài)混合物可以通過精餾完全分離出純組分．2．2．2具有最低恒沸點(diǎn)和最高恒沸點(diǎn)類型液態(tài)混合物的精餾這兩類液態(tài)混合物存在最低或最高恒沸點(diǎn)．在O1．oAx8B恒沸點(diǎn)，兩種物質(zhì)的相對揮發(fā)能力相同．因此，通過普通的精餾不能達(dá)到完全分離兩種物質(zhì)的目的，只圖2精餾過程的t—x示意圖能得到一種純組分和恒沸混合物．設(shè)原始溶液的組成為，加熱到t時，體系點(diǎn)為對具有最低恒沸點(diǎn)類型的液態(tài)混合物，如圖40，此時氣液兩相的組成分別為Y和．如果把組所示，若溶液的組成在
8、恒沸組成c點(diǎn)的左側(cè)，精餾成為Y的氣相冷卻到t。，則氣
