蒸 馏

n1 + p1 p2 n2 + p3 n3 = P总 N




根据道尔顿定律，我们可以推出一个很重要的 结论：混合气体中每个组分气体的分压等于混 合气体的总压乘以该气体在混合气体中所占的 分子数。例如:第i组分气体的分压可用下式来表 示： Pi=P总Yi 在压力不高的情况下，此定律可以应用于液体 上方的蒸汽混合物。当气液相平衡时，溶液上 方蒸汽混合物的总压力等于混合物中各个组分 的蒸汽分压之和。用公式表示为： P总=ΣPi

图6－4 硝酸水溶液的相图
三、挥发度与相对挥发度 气液相组成除相图表示外，还可以用相对挥发度来表示。 1、挥发度：气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液相 中的该组份摩尔分率之比，以符号 表示。

对于A和B组成的双组分混合液有：
pA pB A B xB xA A , B —— 组份A,B的挥发度；
2、平衡蒸馏 平衡蒸馏又称闪蒸，是一个连续稳定 过程，在恒定温度与压力下，蒸汽与 釜液处于平衡状态，即平衡蒸馏在闪 蒸器内通过一次部分汽化使混合液得 到一定程度的分离，属于定常连续操 作，适合于大批量生产且物料只需粗 分离的场合。
3、精馏 精馏是多次而且同时运用部分气化和 部分冷凝的方法，使混合液较完全分 离，获得接近纯组分的单元操作。

蒸馏方式

一、简单蒸馏 简单蒸馏定义：使混合液在蒸馏釜中逐渐受热气化， 并不断将生成的蒸气引入冷凝器内冷凝，以达混合 液中各组分得以部分分离的方法。 是一个非定常稳定过程，特点是：塔顶塔底组成不 是一对平衡组成。适合于混合物的粗分离，特别适 合于沸点相差较大而分离要求不高的场合，例如原 油或煤油的初馏。
注意：

在一定外压下，纯组分的饱和蒸汽压与外压相等时， 液体开始沸腾，其对应的温度称为沸点，可见，外 压一定时，纯组分的沸点为一定值。在一定外压下， 液体混合物的沸腾温度称为泡点，泡点与混合物的 组成有关。在(t-x-y)图上可见，表示不同组成液体 混合物的泡点温度（从x=0到x=1.0）为泡点曲线。 在该曲线上，对应x=0(即xA=0，xB=1.0)的温度为B 组分的沸点；对应x=1.0(即xA=1.0，xB=0) 的温度 曲线为A组分的沸点。
t-x-y 图与蒸馏原理
tE
E
xE
xF
yE
2、x-y 图
•平衡线位于对角线的上方，平衡线偏离对角线愈 远，表示该溶液愈易分离。
图6-1 苯-甲苯体系的T-x图
露点
气体混合物在压力不变的条件下降温冷却， 当冷却到某一温度时，产生的第一个微小 的液滴，此温度叫做该混合物在指定压力 下的露点温度，简称露点。处于露点温度 下的气体称为饱和气体。从精馏塔顶蒸出 的气体温度，就是处在露点温度下。值得 注意的是：第一个液滴不是纯组分，塔时 露点温度下与气相平衡的液相，其组成有 相平衡关系决定。由此可见，不同组成的 气体混合物，塔的露点是不同的。
泡点
液体混合物在一定压力下加热到某一温度 时，液体中出现的第一个很小的气泡，即 刚开始沸腾时的温度叫该液体在指定压力 下的泡点温度，简称泡点。处于泡点温度 下的液体称为饱和液体，即精馏塔的釜温 温度。应该说明，这第一个很小的气泡， 也不是纯组分，它的组成也是有相平衡关 系决定的。
沸点
当纯液体物质的饱和蒸汽压等于外压时， 液体就会沸腾，此时的温度叫做该液体在 指定压力下的沸点。纯物质的沸点是随外 界压力的变化而改变的。当外界压力增大 时，沸点升高，外界压力降低时，沸点降 低。对于纯物质来说，在一定压力下，泡 点、露点、沸点均为一个数值。
2、气液平衡相图 1）温度组成图(t-y-x图)图6-1 图中有两条曲 线，曲线①为饱和液体线（或泡点线）。曲 线②为饱和蒸气线或露点线，可由露点方程 得到。这两条曲线将图形分成三个区域：分 别为液相区，气液共存区和过热蒸气区。

1、温度—组成(
tx y
图)
三个区 两条线 三种点
表示混合液的平
2）相平衡图（y-x图）

在一定外压下，气相组成y和与之平衡的液相 组成x之间的关系，称气液相平衡图。y-x图 可通过t-x-y图作出，图6-2是苯-甲苯混合液的 y-x图。
图6-2 苯-甲苯体系的相平衡曲线
四、二组分非理想溶液的汽液相平衡

在工业生产中，理想溶液很少，原因在于同 种分子间的作用力与异种分子间的作用力不 同，因偏差有正有负，故将溶液分为对拉乌 尔定律具有正偏差的溶液和具有负偏差的溶 液。
⑴、定义 把液体混合物进行多次部分气化，同 时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，就 能分离为所要求组分的操作过程称为 精馏。
⑵、精馏原理 精馏的基本原理是利用混合物中各组 分的挥发度不同，从精馏塔底加热物 料，产生上升蒸汽与塔顶冷凝下来的 回流液在塔板上进行充分的逆流接触， 发生传质传热过程，使易挥发组分气 化进入气相，难挥发组分冷凝进入液 相，如此反复多次使混合物中的各组 分充分得到分离的过程。
根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律，可得泡点方
程
：
xA
p pB P PA
o o
上式称为泡点方程，该方程描述平衡物系的温 度与液相组成的关系。可得露点方程式：
pA p x p P p yA 0 P P P pA p
0 A A 0 A
0 B 0 B
上式称为露点方程式，该方程描述平衡物系的温度与气相 组成的关系。 在总压一定的条件下，对于理想溶液，只要溶液的饱和温 度已知，根据A,B组分的蒸气压数据，查出饱和蒸汽压PA0, PB0, 则可以采用泡点方程确定液相组成xA，采用式露点方程 确定与液相呈平衡的气相组成yA。
对于i组分在溶液上方的蒸汽分压Pi也可 根据拉乌尔定律确定，即: pi=PiXi 与道尔顿分压定律 pi=P总Yi结合，可得 PiXi= P总Yi

即： Yi= PiXi／ P总 为拉乌尔定律与道尔顿定律联合式
1、气液相平衡 汽液相平衡，是指溶液与其上方蒸汽达到平衡时气液两 相间各组分组成的关系。理想溶液的汽液相平衡服从拉 乌尔(Raoult)定律。 因此对含有A、B组分的理想溶液可 以得出： PA=PAoxA PB=PBoxB= PBo（1-xA） 式中： PA, PB —— 溶液上方A和B两组分的平衡分压， Pa； PAo,PBo —— 同温度下，纯组分A和B的饱和蒸汽压， Pa； xA ,xB —— 混合液组分A和B的摩尔分率。 理想物系气相服从道尔顿分压定律，既总压等于各组分 分压之和。 对双组分物系： P=PA+PB 式中： P—— 气相总压，Pa ； PA和PB —— A,B组分在气相的分压，Pa。
或写成：
yA xA yB xB
相对挥发度α值的大小，表示气相中两组分的浓度 比是液相中浓度比的倍数。所以α值可作为混合物采 用蒸馏法分离的难易标志, 若α大于1, y>x，说明该溶 液可以用蒸馏方法来分离, α越大, A组分越易分离； 若α=1，则说明混合物的气相组分与液相组分相等； 则普通蒸馏方式将无法分离此混合物；α<1, 则重新 定义轻组分与重组分，使α >1。
第一节

二元组分理想溶液的气液相平衡



拉乌尔定律：拉乌尔定律是从实践中总结出的一 条重要定律。该定律指出，在一定温度下，气液 相平衡时，溶液上方任意组分所具有的分压，等 于该组分在相同温度下的饱和蒸汽压乘以该组分 在液相中的分子数。用数学式表示： PA=PAoxA PB=PBoxB= PBo（1-xA） 式中： PA, PB —— 溶液上方A和B两组分的平衡 分压，Pa； PAo,PBo —— 同温度下，纯组分A和B的饱和蒸 汽压，Pa； xA ,xB —— 混合液组分A和B的摩尔分率。
蒸馏
姚永宁 2013-8-15
一、蒸馏依据
原理：将液体混合物部分气化，利用混合物 中各组分的挥发度不同使各组分得以分离。 其中沸点低的组分为易挥发组分（轻组分）、 沸点高的组分为难挥发组分（重组分） 蒸出冷凝液–––馏出液。蒸出后剩余的混合液 –––釜残液。

二、蒸馏分类



1、按操作方法分：连续蒸馏、间歇蒸馏 2、按蒸馏方法分：简单蒸馏（分离要求不高）、 平衡蒸馏（闪蒸、）精馏、特殊精馏（恒沸精馏、 萃取精馏）。 3、按组分数分：双组分蒸馏、多组分蒸馏、复杂 系蒸馏。 4、按操作压力分：常压、减压（热敏性物料）、 加压。
两条线
衡温度和气相组 成之间的关系， t-y线，
露点线
泡点线
表示混合液的平 衡温度和液相组
成之间关系，tx线 。
三个区
过热蒸汽区
两相区 液相区
沸点




泡点 x越大，易挥 发组分的含量 越高，泡点温 度越低。 露点 y越大，易挥 发组分含量越 高，露点温度 越低。
.
汽液两相处于 平衡时，两相 温度相同此时， 气相组成大于 液相组成； 当气液两相组 成相同时，气 相露点温度总 是高于液相的 泡点温度。


由此可见，A组分在气相中所具有的分压 Pa的数值只与该组分的饱和蒸汽压（或说成温 度）及它在液相中的浓度有关。当温度固定时， 饱和蒸汽压数值固定，气相中组分的分压与该 组分在液相中的浓度（分子分数）成正比，当 浓度固定时，气相中组分的分压与饱和蒸汽压， 也就是温度成正比。 拉乌尔定律是在精馏中广泛应用的一个定 律，通过它可以作出“压力—组成图”，进一 步作出“沸点—组成图”，借助这些图可以了 解精馏过程的基本原理，体现精馏操作的基本 方法。
相对挥发度α，对理想溶液来自PA PB0 0
对非理想溶液a可由实验测定。用相对挥发度表示的相平 衡方程
x y 1 ( 1) x
可用于计算理想溶液的汽、液平衡组成。当在操作温度范 围内（即操作温度的上、下限之间）物系的相对挥发度变 化不大时，可取其平均值（即视α为常数）进行计算。