第十章 四川大学,化工原理

0 p A 113 .6kPa
0 p B 44.20 kPa
0 log pB
1345 6.080 1.645 83.8 219.5
【例10.1】
0 p 0 p pB 113.6 101.3 44.20 A 0.923 0 0 P p A pB 101.3 113.6 44.20
二 元 蒸 馏 根据被蒸馏的混合物的组分数，可分为： 多 元 蒸 馏 连 续 蒸 馏 根据操作过程是否连续，可分为： 间 歇 蒸 馏 常 压 蒸 馏 根据操作压力，可分为加 压 蒸 馏 减 压 蒸 馏 简 单 蒸 馏 根据操作方式，可分为：平 衡 蒸 馏 精 馏
答疑时间:单周星期四下午2:30～5:00;双周星期五晚7:30～9:00
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概述（Introduction）
蒸
馏
概述（Introduction）
一．什么是蒸馏？
依据
A 易挥发组分 B难挥发组分
利用各组分挥发度的差异将液体混合物 加以分离的单元操作称为蒸馏。
f A t P f B t P f A t f B t
露点方程(dewpoint equation)
【例10.1】 分离苯—甲苯溶液的某蒸馏塔塔顶设有 一部分冷凝器和一全凝器，其操作压强为101.3kPa。 现测得全凝器出口馏出液中苯的含量为92.3%（摩尔 分数）。设离开部分冷凝器的汽、液相组成互为平衡 组成，试求部分冷凝器馏出液的组成及温度。苯-甲 苯溶液可视为理想溶液，纯组分的蒸汽压为 苯
§10.2 二元物系的汽液相平衡
在一定的压力下
t f x
t g y
理想物系
0 P pB P f B t xA 0 0 p A pB f A t f B t
泡点方程（bubblepoint equation）
0 0 p A P pB yA 0 0 P p A pB
温度变，PA0、PB0 变，但比值PA0/PB0 变化不大， 可取全塔 平均值。
平衡蒸馏与简单蒸馏 平衡蒸馏
平衡蒸馏 ——实际上是溶液的一次部分汽化。 用途： 实验室—— 取试验平衡数据。
塔顶产品
工业—— 用于粗分离。
原料液
yA
加热器 减压阀
连续的稳态的单级 蒸馏操作。
闪 蒸 xA 罐
Q
塔底产品
A
Ap 0
pA
纯组分A pA0
A
B
t
纯组分B pB0
P
加热
0
xA （xB）
1
§10.2 二元物系的汽液相平衡
p A f x pA p0 x A A 在一定的温度下 理想物系 拉乌尔定律 0 p B g x pB pB x B
在一定的压力下
t f x
1. p-x 图P64 P64,65图(a)
2. T-x(y) 图
3. x-y 图
P64,65图(b)
P64,65图(c)
理想溶液： 组分分压和系统总压与液相组成的关系符合拉乌尔定律。例如： 苯-甲苯体系，曲线①、②、③均为直线(P64)。
非理想溶液： （1）正偏差溶液：组分在汽相中的分压比拉乌尔定律预计值 大。例如乙醇-水体系（虚线为拉乌尔定律预计值）(P64)。 （2）负偏差溶液：组分在汽相中的分压比拉乌尔定律预计值 小。例如硝酸-水体系(P65)。
2. T-x(y) 图
3. x-y 图
P64,65图(b)
P64,65图(c)
理想溶液： 组分分压和系统总压与液相组成的关系符合拉乌尔定律。例如： 苯-甲苯体系，曲线①、②、③均为直线(P64)。
非理想溶液： （1）正偏差溶液：组分在汽相中的分压比拉乌尔定律预计值 大。例如乙醇-水体系（虚线为拉乌尔定律预计值）(P64)。 （2）负偏差溶液：组分在汽相中的分压比拉乌尔定律预计值 小。例如硝酸-水体系(P65)。
§10.2 二元物系的汽液相平衡
pA p0 x A A ------拉乌尔（Raoult）定律 0 pB pB x B
pA p0 x A A 0 pB pB x B
t g y p A f x p B g x
t f x
第十章
蒸馏—— 双组分溶液的汽液相平衡
3、 y - x图 ——直接由 t-x(y) 图得到， 压力恒定。
t
y
y2
t1 t2
y1
x1
x2
y1
y2
x1 x2
x
y – x 图有两条线:平衡线和参考线（x = y）,平衡线偏离 参考线（对角线）越远，表示该溶液越易分离。 P ↑ ， 平衡线靠近对角线；P ↓ ，平衡线远离对角线. 在精馏计算中往往采用 y – x 图。
第十章
蒸馏—— 双组分溶液的汽液相平衡
10.2.2 汽液相平衡图 1、 p-x 图(t一定)： 拉乌尔定律的图示，对非理想溶液的判定。
pA p xA
A
p
pB p xB
B
非理想溶液
p
理想溶液
pA0 x
p
0 B
pA 正偏差溶液 x
pA 负偏差溶液
10.2.2汽液相平衡图（equilibrium diagram）P63
假设正确，即部分冷凝器的馏出 液温度为83.8℃，其组成可如下 求得
p A py A 101 .3 0.923 xA 0 0 0.823 113 .6 pA pA
y1
部分冷凝器
y1,V L xA
全 凝 器
xD=0.923
x1
例10-1
附图
10.2.2汽液相平衡图（equilibrium diagram）P63
实测数据或用安托因（Antoine）方 程进行推算：
p0 A P
0 P pB 0 p 0 pB A
B ln p A T C
0
p A f x pA p0 x A A 在一定的温度下 理想物系 拉乌尔定律 0 p B g x pB pB x B
1. p-x 图P64 P64,65图(a)
2. T-x(y) 图
3. x-y 图
P64,65图(b)
P64,65图(c)
理想溶液： 组分分压和系统总压与液相组成的关系符合拉乌尔定律。例如： 苯-甲苯体系，曲线①、②、③均为直线(P64)。
非理想溶液： （1）正偏差溶液：组分在汽相中的分压比拉乌尔定律预计值 大。例如乙醇-水体系（虚线为拉乌尔定律预计值）(P64)。 （2）负偏差溶液：组分在汽相中的分压比拉乌尔定律预计值 小。例如硝酸-水体系(P65)。
甲苯
1211 log p 6.031 t 220 .8 1345 0 log p B 6.080 t 219 .5
0 A
部分冷凝器
y1,V L y1 x1 xA
全 凝 器
式中 p 的单位为kPa， 温度t 的单位为℃。
xD=0.923
例10-1
附图
【例10.1】
解：对全凝器有 y A xD 0.923 由露点方程
第十章
蒸馏—— 双组分溶液的汽液相平衡
相对挥发度α： 挥发度：（气液平衡时，组分在蒸汽中的分压与溶液中的摩 尔分率之比）

A

pA xA
,

B

pB xB
相对挥发度：
A pA xA B pB xB
Py A x A y A y B K A Py B x B xA xB KB
t g y
理想物系
?
p x p (1 x )
0 A 0 B
理想物系的 t-x（y）相平衡关系：
对理想物系，汽相满足： P p A pB
0 P pB x 0 0 p A pB
0 A
0 p 0 、 p B 仅与温度 t 有关，可采用 A
pA p x y P P
部分汽化
溶液（A+B） 加热
液体 汽化 挥发性低组分 A＋B 部分 液相 难挥发组分 浓度高
重组分 汽化
挥发性高组分 汽相 易挥发组分 浓度高 混合 部分 轻组分
部分
冷凝
汽相 液相 汽相 液相
概述（Introduction） 沸点低的组分 沸点高的组分
易挥发组分(轻组分)，以A表示。 难挥发组分(重组分)，以B表示。
散装填料塑料 鲍尔环填料
级式接触：气、液两相逐级接触传质， 两相的组成呈阶跃变化。 如板式塔。
DJ 塔盘
新型塔板、填料
二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有：
温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。
自由度数
F C 2
2 22 2
变量个数 方程个数
A
t, P, y B
平衡蒸馏 对闪蒸过程可通过物料衡算、热量衡算以及相平衡数据建立起相关 量之间的关系，从而求解所需参数。 下面以两组分混合液连续稳定闪蒸过程为例给予说明。 物料衡算 总物料衡算
p P p yA 0 P pA p
0 A 0 B 0 B
部分冷凝器
y1,V L y1 x1 xA
全 凝 器
xD=0.923
即
0 0 p A 101 .3 pB 0.923 0 0 101 .3 p A p B
0 log pA
例10-1
附图
设=83.8℃
1211 6.031 2.055 83.8 220.8
t f x, P
t g y, P
方程个数 2
在一定的压力下
t, x 溶液（A+B） 加热
t f x
t g y
p A f x p B g x
p A Py f x, t 在一定的温度下 p B P 1 y g x, t
第十章 蒸 馏 Chapter 10 Distillation
时间安排表
9.24 吸收…… 蒸馏概述 9.26 汽液相平衡 简单蒸馏和平衡蒸 馏(闪蒸)，精馏 10.15 10.8 精馏原理，全塔板 效率，板式塔精馏 过程的基本计算式 10.17 传质设备
10.10 双组分连续精馏塔 的计算
理论板数的求法
第十章
蒸馏—— 双组分溶液的汽液相平衡
10.2.3 汽液平衡 关系式
相平衡常数K：用于多组分物系的精馏计算；
相对挥发度：用于双组分物系的精馏计算。
相平衡常数 K：
yi Ki xi
（10.2-6）
Leabharlann Baidu
对于易挥发组分，Ki 大于1，即 yi > xi。显然，Ki 值越大， 组分在汽、液两相中的摩尔分数相差越大，分离也越容易。
塔顶产品 yA
加热器 闪 蒸 罐
y A xA
或 y A xA y B xB
原料液
Q
xA
塔底产品
概述（Introduction）
二．蒸馏在工业生产中的应用
例如：
在酿酒业中饮料酒；
在石油炼制工业中，原油经蒸馏后制 取汽油、煤油、柴油等产品； 在合成材料工业中
概述（Introduction）
三. 蒸馏的分类
第十章
蒸馏—— 双组分溶液的汽液相平衡
相对挥发度：

yA yB xA xB
x y 1 ( 1)x
y x (1 ) y
若 = 1，y = x，此系统不能用普通精馏分离； 若>1， y ﹥ x，可以用普通精馏分离；
越大，越容易分离。
对理想溶液：
A p0 xA / xA p0 A A B p0 xB / xB p0 B B
§10.2 二元物系的汽液相平衡
一． 理想物系的汽液相平衡
汽相为理想气体、液相为理想溶液的体系，称为 。
满足理想气体状态方程、道尔顿分压定律
P p A pB
1．理想溶液
pA yA P
pB yB P
在全部浓度范围内都服从拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。
只有物性和结构相似，且分子大小也相近的物系才符 合拉乌尔定律，如苯－甲苯、甲醇－乙醇、烃类同系 物组成的溶液等等。 二元物系的汽液相平衡
概述（Introduction）
本章要讨论的问题
汽液相平衡； 精馏原理； 双组分连续精馏塔的计算： 物料恒算：操作线方程； 操作回流比的确定； 理论塔板数的计算； 其他类型精馏塔的特点。
气液两相的接触方式
连续接触（也称微分接触）：气、液 两相的浓度呈连续变化。如填料塔。
规整填料 塑料 丝网波纹填料
§10.2 二元物系的汽液相平衡
P 一定 B t
泡点线
露点线
汽相区
t-y
露点线一定在泡点线 上方，why？ 杠杆原理： 力力臂 = 常数
两相区
t-x
L1
L2
液相区
A
即：
量 浓度差
0
x 或y
1
液相量L1=汽相量L2
10.2.2汽液相平衡图（equilibrium diagram）P63
1. p-x 图P64 P64,65图(a)