化工原理概述双组分溶液的气液相平衡
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化工原理蒸馏精馏知识要点
三、操作线方程
1. 精馏段操作线方程
对如图划定范围作物料衡算 V=L+D 对易挥发组分衡算 Vyn+1=Lxn + DxD V, yn+1
D,xD
第n板
L, xn
Dx D L y n 1 x V V 令回流比 R=L/D xD R y n1 xn R1 R1
2. 恒摩尔溢流
精馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等。 提馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等
L1=L2=…=Ln=定值 （精馏段） L 1=L2=…=Ln=另一定值 （提馏段） 一定注意： 精馏段和提馏段下降的溢流分别不相等。 精馏段和提馏段上升的蒸汽分别不相等。 因为加料板加入原料液后使两段汽液两相流量发 生变化。 当各组分摩尔汽化焓相等，汽液接触良好且可忽 略显热(与汽化热比较)，保温良好且塔的热损失 可忽略时，恒摩尔流假定基本上成立。
露点
泡点
x或 y
0 P p A pB p 0 x p A A B (1 x A )
xA
0 P pB 0 p0 p A B
y A p0 A xA / P
对某一温度和总压，由这几式可求出xA，yA。 得出一系列的值后便可作出如前图所示的图来。 对于非理想溶液，计算很复杂。一般由实验得 出平衡数据。实验得出的平衡数据也是计算的 基础。
2. 相对挥发度(relative volatility)
溶液中两组分挥发度之比称相对挥发度,。通 常用易挥发组分挥发度作分子。
vA pA / x A vB pB / x B
《化工原理》气液平衡 _液体精馏
11
第7章 液体精馏
7.3.2 精馏装置的流程
典型的连续精馏流程如图7-7 所示。 原料液经预热后，送入精馏 塔内。操作时，连续地从再沸器 取出部分液体作为塔底产品（釜 残液），部分液体气化，产生上 升蒸气，依次通过各层塔板。塔 顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝， 并将部分冷凝液借助重力作用 （也可用泵送）送回塔顶作为回 流液体，其余部分经冷却器（图 中末画出）后被送出作为塔顶产 1.精馏塔 2.再沸器 品（馏出液）。
25
第7章 液体精馏
图7-11 进料板上的物料衡算和热量衡算
26
第7章 液体精馏
将上述关系代入式（7-20a），联解式（7-20）和（7-20a） 可得 L′ − L IV − I F = （7-21） F IV − I L 令
7.2.1双组分溶液的气液相平衡
1．双组分理想溶液的气液相平衡关系 气液相平衡关系，是指溶液与其上方的蒸气达到平衡时， 系统的总压、温度及各组分在气液两相中组成间的关系。 ⑴ 理想溶液及拉乌尔定律 实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律。 拉乌尔定律表示：当气液呈平衡时，溶液上方组分的蒸气 分压与溶液中该组分的摩尔分率成正比。 在一定压强下，液体混合物开始沸腾产生第一个气泡的温 度，称为泡点温度（简称泡点）。 严格而言，实际上理想溶液是不存在的，仅对于那些由性 质极相近、分子结构相似的组分所组成的溶液，例如苯-甲苯、 甲醇-乙醇、烃类同系物等可视为理想溶液。
5
第7章 液体精馏
⑵ 气液平衡相图 ① t-x-y图 该图表示在一定总压下， 温度与气、液相组成之间的 关系。 在 总 压 为 101.33kPa 下 ， 苯-甲苯混合液的t-x-y图如 图7-1所示。
图7-1 苯-甲苯混合液的t-x-y图
第7章 液体精馏
7.3.2 精馏装置的流程
典型的连续精馏流程如图7-7 所示。 原料液经预热后，送入精馏 塔内。操作时，连续地从再沸器 取出部分液体作为塔底产品（釜 残液），部分液体气化，产生上 升蒸气，依次通过各层塔板。塔 顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝， 并将部分冷凝液借助重力作用 （也可用泵送）送回塔顶作为回 流液体，其余部分经冷却器（图 中末画出）后被送出作为塔顶产 1.精馏塔 2.再沸器 品（馏出液）。
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第7章 液体精馏
图7-11 进料板上的物料衡算和热量衡算
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第7章 液体精馏
将上述关系代入式（7-20a），联解式（7-20）和（7-20a） 可得 L′ − L IV − I F = （7-21） F IV − I L 令
7.2.1双组分溶液的气液相平衡
1．双组分理想溶液的气液相平衡关系 气液相平衡关系，是指溶液与其上方的蒸气达到平衡时， 系统的总压、温度及各组分在气液两相中组成间的关系。 ⑴ 理想溶液及拉乌尔定律 实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律。 拉乌尔定律表示：当气液呈平衡时，溶液上方组分的蒸气 分压与溶液中该组分的摩尔分率成正比。 在一定压强下，液体混合物开始沸腾产生第一个气泡的温 度，称为泡点温度（简称泡点）。 严格而言，实际上理想溶液是不存在的，仅对于那些由性 质极相近、分子结构相似的组分所组成的溶液，例如苯-甲苯、 甲醇-乙醇、烃类同系物等可视为理想溶液。
5
第7章 液体精馏
⑵ 气液平衡相图 ① t-x-y图 该图表示在一定总压下， 温度与气、液相组成之间的 关系。 在 总 压 为 101.33kPa 下 ， 苯-甲苯混合液的t-x-y图如 图7-1所示。
图7-1 苯-甲苯混合液的t-x-y图
化工原理 二元物系的气液相平衡
式中：
A、
－活度系数
B
1，正偏差； 1，负偏差。
（7）压力对相平衡的影响 压力增大，泡点升高， α减小，愈难分离。
注意：
1. 一般溶液的相平衡关系须由实验测定或由有关手册、 资料查取。
2. 对理想溶液可由拉乌尔定律计算。
3. 对某些物系，若在所处理的浓度范围内，相对挥发度 近似不变，则可用下式计算相平衡关系。
理想物系：液相为理想溶液，气相为理想气体
(1)相律
F＝C－＋2＝2－2＋2＝2
当P一定时，F＝1，平衡关系有：t－x(y)、x-y
(2) 拉乌尔（Raoult）定律
pA
p
0 A
x
A
pB
p
0 B
xB
式中：p0为纯组分的饱和蒸汽压，可由安托尼方程求得
p0＝A－ B tC
(3) 液相组成与温度（泡点）的关系
7.1 概 述
(1)精馏分离的目的与依据
目的：分离液体混 合物、提纯或回收
有用组分
依据：混合物中 各组分的挥发性 的不同
(2) 分类
操作方式：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏和特殊蒸馏 操作压力：常压、加压、减压（真空精馏） 组分数：二元蒸馏和多元蒸馏
7.2 二元物系的气液相平衡
7.2.1 理想物系的气液相平衡
AB
yA xA
yB xB
yA yB
AB
xA xB
上式也可用于多组分体系。
双组分溶液：y
1
x
－1x
标志着分离的难易程度
理想溶液：
pA vA＝ xA
p
0 A
vB
pB xB
p
0 B
相对挥发度 f t
化工原理 第六章 蒸馏
相同时进行多次部分冷凝和部分汽
化。 精馏条件：塔顶的液体回流和塔 釜的产生的蒸汽回流。
29
t P=定值 t1
t P=定值 t1 t2 t3 1 2 3
xW x1
xF
y1
yF
x(y)
x1
x2 xF x3 y1
y2 y3 x(y)
图6-10 一次部分气化的图
图6-11 多次部分气化和冷凝的示意图
30
V HF 加料板F L’ hF V’ H F+1
L' L q F
L L q F
'
F L V ' V L'
V ' V (q 1)F
41
V F L V F L V (1-q)F F qF L L’ 汽液混合进料
V ＝V (1 q)F
V’
V’
L’ 冷液进料
p p xA p
0 A 0 B
0 A
0 B
0 B
0 P pB xA 0 0 p A pB
xB 1 x A
——泡点方程
若平衡的气相为理想气体，可用道尔顿分压定律：
0 pA pA yA x P P
yB 1 y A
——汽液两相平衡组成间的关系
0 0 0 pA pA p pB f A (t ) p f B (t ) —露点方程 yA xA 0 0 p p pA pB p f A (t ) f B (t )
3
传质过程或分离操作：物质在相间的转移过程。
蒸馏：将液体混合物部分气化，利用各组分的挥发 度不同的性质以实现分离目的的操作。
易挥发组分（轻组份）：沸点低的组分 难挥发组分（重组份）：沸点高的组分
【化工原理复习笔记】第六章 蒸馏
蒸馏⏹双组分溶液的气液相平衡拉乌尔定律由溶剂与溶质组成的稀溶液，在一定温度下汽液两相达到平衡时p A=p A o x Ap A：溶剂在汽相中的蒸气分压，kPap A∗：同温度下纯溶剂A的饱和蒸气压，kPax A：溶剂A在液相中的组成（摩尔分数）对于组分Bp B=p B∗x B=p B∗(1−x A)理想溶液的t−y−x关系式➢温度(泡点) — 液相组成关系式x=p−p B∗p A∗−p B∗x：液相中易挥发组分的摩尔分数p：总压，kPap A∗、p B∗：溶液温度t时，纯组分A、B的饱和蒸气压，kPa ➢恒压下t−y−x关系式y=p A∗x p若已知汽液相平衡温度t下的液相组成x，用上式就可求出与x平衡的汽相组成y ➢温度(露点) — 汽相组成关系式将上面两式合并y=p A∗p×p−p B∗p A∗−p B∗双组分理想溶液的汽液两相达到平衡时，总压p、温度t、汽相组成y及液相组成x的4个变量中，只要决定了两个变量的数值，其他两个变量的数值就被决定了。
相对挥发度与理想溶液的y−x关系式挥发度v挥发度是用来表示物质挥发能力大小的物理量，前面已提到纯组分液体的饱和蒸气压能反映其挥发能力。
理想溶液中各组分的挥发能力因不受其他组分存在的影响，仍可用各组分纯态时的饱和蒸气压表示，即挥发度v等于饱和蒸气压p∘v A=p A ov B=p B o相对挥发度α溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度αa=v Av B=p A op B o对于理想溶液，在操作温度范围内，取最低温度的α值与最高温度的α值之几何平均值理想溶液的汽液相平衡方程式非理想溶液汽液相平衡非理想溶液中各组分的蒸气分压不服从拉乌尔定律，他们对拉乌尔定律发生的偏差有正偏差与负偏差两大类。
实际溶液中，正偏差的溶液比负偏差者多蒸馏与精馏原理简单蒸馏与平衡蒸馏简单蒸馏：只适用于混合液中各组分的挥发度相差较大，而分离要求不高的情况，或者作为初步加工，粗略分离多组分混合液平衡蒸馏：为稳定连续过程，生产能力大。
《化工原理》气液平衡 _液体精馏
15
第7章 液体精馏
7.4.2 物料衡算－操作线方程
1．全塔的物料衡算 对图7-8所示的间接 蒸汽加热的连续精馏塔 作全塔物料衡算，并以 单位时间为基准，源自图7-7 精馏塔的物料衡算
16
第7章 液体精馏
则总物料 易挥发组分 F=D+W FxF=DxD+WxW （7-12） （7-12a）
式中 F－原料液流量（kmol/s）； D－塔顶产品（馏出液）流量（kmol/s）； W－塔底产品（釜残液）流量（kmol/s）； xF－原料液中易挥发组分的摩尔分率； xD－馏出液中易挥发组分的摩尔分率； xW－釜残液中易挥发组分的摩尔分率。
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第7章 液体精馏
图7-8 精馏段操作线方程的推导
19
第7章 液体精馏
将式7-15代入式7-15a，并整理得：
y n +1 L D = xn + xD L+D L+D
（7-16）
若将上式等号右边的两项的分子和分母同时除以D，可得：
y n +1 = L/D 1 xn + xD L / D +1 L / D +1
13
第7章 液体精馏
7.4 双组分连续精馏的计算
精馏过程的计算可分为设计型和操作型两类。本章重点 讨论板式塔的设计型计算。精馏过程设计型计算，通常已知 原料液流量、组成及分离程度，需要计算和确定的内容有： ①选定操作压强和进料热状态等； ②确定产品流量和组成； ③确定精馏塔的理论板数和加料位置； ④选择精馏塔的类型，确定塔径、塔高和塔板结构尺寸，并 进行流体力学验算； ⑤计算冷凝器和再沸器的热负荷，并确定两者的类型和尺寸。
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第7章 液体精馏
7.4.1 理论板的概念及恒摩尔流的假定
第7章 液体精馏
7.4.2 物料衡算－操作线方程
1．全塔的物料衡算 对图7-8所示的间接 蒸汽加热的连续精馏塔 作全塔物料衡算，并以 单位时间为基准，源自图7-7 精馏塔的物料衡算
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第7章 液体精馏
则总物料 易挥发组分 F=D+W FxF=DxD+WxW （7-12） （7-12a）
式中 F－原料液流量（kmol/s）； D－塔顶产品（馏出液）流量（kmol/s）； W－塔底产品（釜残液）流量（kmol/s）； xF－原料液中易挥发组分的摩尔分率； xD－馏出液中易挥发组分的摩尔分率； xW－釜残液中易挥发组分的摩尔分率。
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第7章 液体精馏
图7-8 精馏段操作线方程的推导
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第7章 液体精馏
将式7-15代入式7-15a，并整理得：
y n +1 L D = xn + xD L+D L+D
（7-16）
若将上式等号右边的两项的分子和分母同时除以D，可得：
y n +1 = L/D 1 xn + xD L / D +1 L / D +1
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第7章 液体精馏
7.4 双组分连续精馏的计算
精馏过程的计算可分为设计型和操作型两类。本章重点 讨论板式塔的设计型计算。精馏过程设计型计算，通常已知 原料液流量、组成及分离程度，需要计算和确定的内容有： ①选定操作压强和进料热状态等； ②确定产品流量和组成； ③确定精馏塔的理论板数和加料位置； ④选择精馏塔的类型，确定塔径、塔高和塔板结构尺寸，并 进行流体力学验算； ⑤计算冷凝器和再沸器的热负荷，并确定两者的类型和尺寸。
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第7章 液体精馏
7.4.1 理论板的概念及恒摩尔流的假定
化工原理9.2 相平衡关系9.2 两组分溶液的气液平衡
9.2.1 理想溶液的气液平衡 ——拉乌尔（Raoult）定律
1、相律
根据相律有： f C 2
对于双组分物系的气液平衡：
C2 2 f 2
即双组分物系气、液相平衡的自由度为2 对多组分物系的气、液相平衡的自由度为组分数C
双组分物系的独立变量： 汽相组成 y、液相组成 x、温度 T 、 压力P
继续加热，随温度升高，物系变 为互成平衡的汽液两相，两相温 度相同组成分别为 yA 和 xA 。
t/ C
气相区
露点
两相区
露点线
泡点
泡点线 液相区
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的 气相，最后一滴液相的组成为 xA。
图线说明：
① 曲线 t-x 表示恒定压力下，饱和液体组成与泡点的关系， 称为饱和液体线或泡点曲线。 ② 曲线t-y表示恒定压力下，饱和蒸气的组成和露点的关系， 称为饱和蒸气线或露点曲线。 ③ 在t-x 线下方为过冷液相区。 ④ 在t-y 线上方为过热气相区。 ⑤ 在两线之间为两相共存区，即气、液相平衡区。
p*A、p*B 取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总
压下液相组成与溶液泡点温度关系。已知溶液的泡 点可由上式计算液相组成；反之，已知溶液组成也 可算出溶液泡点。
当汽相为理想气体时
yA
pA p总
p*A xA p总
xA
p总 pB* p*A pB*
yA
p*A p总
p总 pB* p*A pB*
（1）正偏差溶液 γi＞ 1 平衡分压高于拉乌尔定律的计算值，泡点下降。
（2）负偏差溶液 γi＜1 平衡分压低于拉乌尔定律的计算值，泡点升高。
1、相律
根据相律有： f C 2
对于双组分物系的气液平衡：
C2 2 f 2
即双组分物系气、液相平衡的自由度为2 对多组分物系的气、液相平衡的自由度为组分数C
双组分物系的独立变量： 汽相组成 y、液相组成 x、温度 T 、 压力P
继续加热，随温度升高，物系变 为互成平衡的汽液两相，两相温 度相同组成分别为 yA 和 xA 。
t/ C
气相区
露点
两相区
露点线
泡点
泡点线 液相区
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的 气相，最后一滴液相的组成为 xA。
图线说明：
① 曲线 t-x 表示恒定压力下，饱和液体组成与泡点的关系， 称为饱和液体线或泡点曲线。 ② 曲线t-y表示恒定压力下，饱和蒸气的组成和露点的关系， 称为饱和蒸气线或露点曲线。 ③ 在t-x 线下方为过冷液相区。 ④ 在t-y 线上方为过热气相区。 ⑤ 在两线之间为两相共存区，即气、液相平衡区。
p*A、p*B 取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总
压下液相组成与溶液泡点温度关系。已知溶液的泡 点可由上式计算液相组成；反之，已知溶液组成也 可算出溶液泡点。
当汽相为理想气体时
yA
pA p总
p*A xA p总
xA
p总 pB* p*A pB*
yA
p*A p总
p总 pB* p*A pB*
（1）正偏差溶液 γi＞ 1 平衡分压高于拉乌尔定律的计算值，泡点下降。
（2）负偏差溶液 γi＜1 平衡分压低于拉乌尔定律的计算值，泡点升高。
化工原理-6章蒸馏
1 yA 1 xA
y x 1 ( 1)x
——相平衡方程
当 α为已知时，可用相对挥发度表示了气液相平衡关系。
当 1 当 1
y=x, 即相平衡时气相的组成与液相的组成相同， 不能用蒸馏方法分离。
则y>x,α愈大，y比x大的愈多，组分A和B愈易分离。
三、双组分理想溶液的气液平衡相图
双组分理想溶液的汽液平衡关系用相图表示比较直观、 清晰，而且影响蒸馏的因素可在相图上直接反映出来。蒸馏 中常用的相图为恒压下的温度-组成（ t-x-y ）图和气相-液 相组成（ x-y ）图。
当生产任务要求将一定数量和组成的原料分离成指定组成 的产品时，精馏塔计算的内容有：出液和塔釜残液的流量、塔 板数、进料口位置、塔高、塔径等。
6.4.1 全塔物料衡算
1．全塔物料衡算
单位时间为基准
总物料衡算： qn,F=qn,D+qn,W 易挥发组分物料衡算：
qn,FxF=qn,DxD+qn,WxW qn,F、qn,D、qn,W——流量，kmol/h
二、蒸馏的分类
1、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏。 2、按操作压力：常压；减压；加压。 3、按原料液组分数：双组分蒸馏和多组分蒸馏 4、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。
三、蒸馏操作的特点
优点：* 适用面广，液体混合物和气体混合物均可 * 操作流程较简单，无需其他外加介质
缺点：* 能耗大
一、利用饱和蒸气压计算气液平衡关系
法国物理学家拉乌尔在1887年研究含有非挥发性溶质的 稀溶液的行为时发现的，可表述为：“在某一温度下，稀溶 液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数”。
PA PA0 xA ——拉乌尔定律
pA0——纯组分A在溶液温度下的饱和蒸气压，Pa； xA——溶液中组分A的摩尔分数；
y x 1 ( 1)x
——相平衡方程
当 α为已知时，可用相对挥发度表示了气液相平衡关系。
当 1 当 1
y=x, 即相平衡时气相的组成与液相的组成相同， 不能用蒸馏方法分离。
则y>x,α愈大，y比x大的愈多，组分A和B愈易分离。
三、双组分理想溶液的气液平衡相图
双组分理想溶液的汽液平衡关系用相图表示比较直观、 清晰，而且影响蒸馏的因素可在相图上直接反映出来。蒸馏 中常用的相图为恒压下的温度-组成（ t-x-y ）图和气相-液 相组成（ x-y ）图。
当生产任务要求将一定数量和组成的原料分离成指定组成 的产品时，精馏塔计算的内容有：出液和塔釜残液的流量、塔 板数、进料口位置、塔高、塔径等。
6.4.1 全塔物料衡算
1．全塔物料衡算
单位时间为基准
总物料衡算： qn,F=qn,D+qn,W 易挥发组分物料衡算：
qn,FxF=qn,DxD+qn,WxW qn,F、qn,D、qn,W——流量，kmol/h
二、蒸馏的分类
1、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏。 2、按操作压力：常压；减压；加压。 3、按原料液组分数：双组分蒸馏和多组分蒸馏 4、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。
三、蒸馏操作的特点
优点：* 适用面广，液体混合物和气体混合物均可 * 操作流程较简单，无需其他外加介质
缺点：* 能耗大
一、利用饱和蒸气压计算气液平衡关系
法国物理学家拉乌尔在1887年研究含有非挥发性溶质的 稀溶液的行为时发现的，可表述为：“在某一温度下，稀溶 液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数”。
PA PA0 xA ——拉乌尔定律
pA0——纯组分A在溶液温度下的饱和蒸气压，Pa； xA——溶液中组分A的摩尔分数；
化工原理9.2 相平衡关系9.2 两组分溶液的气液平衡
1）用饱和蒸气压表示气液平衡
两组分物系理想溶液上方的平衡蒸汽压为
pA
p
* A
x
A
pB pB* xB
溶液温度下纯组 分饱和蒸汽压
溶液沸腾时，溶液上方的总压应等于各组分分压之和
p总 pA pB p*A xA pB* 1 xA
xA
p总 pB* p*A pB*
——泡点方程 （bubble-point equation）
（3）恒沸点随压力的变化而变化
（4）非理B 取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总
压下液相组成与溶液泡点温度关系。已知溶液的泡 点可由上式计算液相组成；反之，已知溶液组成也 可算出溶液泡点。
当汽相为理想气体时
yA
pA p总
p*A xA p总
xA
p总 pB* p*A pB*
yA
p*A p总
p总 pB* p*A pB*
继续加热，随温度升高，物系变 为互成平衡的汽液两相，两相温 度相同组成分别为 yA 和 xA 。
t/ C
气相区
露点
两相区
露点线
泡点
泡点线 液相区
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的 气相，最后一滴液相的组成为 xA。
图线说明：
① 曲线 t-x 表示恒定压力下，饱和液体组成与泡点的关系， 称为饱和液体线或泡点曲线。 ② 曲线t-y表示恒定压力下，饱和蒸气的组成和露点的关系， 称为饱和蒸气线或露点曲线。 ③ 在t-x 线下方为过冷液相区。 ④ 在t-y 线上方为过热气相区。 ⑤ 在两线之间为两相共存区，即气、液相平衡区。
两组分溶液的气液平衡
p
0 A
vB pB0
二、相对挥发度：两组分挥发度之比
vA pA xA
vB pB xB
10
1.4 相对挥发度
理想气体： PyA xA yAxB 或 yA xA
PyB xB yB xA
yB
xB
理想溶液：
pA0 pB0
双组分物系：yB=1-yA，xB=1-xA，代入并略去下标得：
y x
MB
aA
xAM A xAM A xBM B
d 混合分子量 M F xAM A xBM B
4
1.2 拉乌尔定律（Raoult’s Law）
理想物系： （1）液相是理想溶液，遵循拉乌尔定律； （2）气相是理想气体，遵循道尔顿分压定律。
当理想溶液的气液两相平衡时，溶液上方组分的 分压与溶液中该组分的摩尔分率成正比，即：
再设泡点温度90℃，算得 x≈0.6
所以，泡点温度为90℃。
yA
p
0 A
P
xA
135 .5 0.6 103
0.79
7
1.3 气液平衡相图
一、t-x-y图 1. 两条线,三个区域
BE — t-x关系，泡点线 DF — t-y关系，露点线 液相区 气液共存区 气相区
2. 杠杆规则
8
1.3 气液平衡相图
温度/℃ 80.1 85.0 90.0 95.0 100.0 105.0 110.6
pA0/kPa 101.3 116.9 135.5 155.7 179.2 204.2 240.0
PB0/kPa 40.0 46.0 54.0 63.3 74.3 86.0 101.3
解：设平衡时泡点温度为95℃，算得 x=0.43
第九章 液体精馏-第二节 双组分溶液的气液相平衡
二
PA = P x Aγ A
0 A
PB = P x B γ B
0 B
西北大学化工原理
γ A , γ B 分别为组分A,B的活度系数,它与组成有关
当总压不太高时,汽相仍服从道尔顿定律.
P x Aγ A yA = P
0 A
西北大学化工原理
某些溶液和理想溶液比具有较大的正负差, 具有正偏差的溶液 一般正偏差：pA>pA理， pB>pB理。
2 非理想气体
在高压、低温下进行蒸馏操作时,物系的汽 相与理想气体偏差很大。对实际气体的非理想 性的修正,可查阅有关参考书。
3 总压对相平衡的影响 P升高,泡点t 升高,各组分间挥发度的差异减小,分离 较困难。
西北大学化工原理
p3 > p2 > p1
压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大
西北大学化工原理
平衡物系涉及到参数 t , P , y , x . (利用归一条件) 对双组分物系，一相中某一组分的摩尔分率确定后，另一组分 的摩尔分率也随之而定。则P , t 和组成三个参数中若规定两 个，其余的则不能任意给定。
蒸馏操作在操作之前先要确定操作压力P,（一般为常 压）此时F=1，若 t 一定，组成便随着之确定。即P一定 时， t x； x y（一一对应的关系）.
西北大学化工原理
2. 拉乌尔定律
描述的是：理想溶液某一组分在汽相中 的分压和该组分在液相中的浓度的关系。
y A yB
x A xB
P = f ( A)(t )
0 A
B = PB0 x B
PA0 , PB0 − −在溶液温度 (t)下纯组分 A, B的饱和蒸汽压 PB0 = f ( B )(t )
化工原理 第十章 课件 陈敏恒
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
第九章
蒸馏
Distillation
1
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
9.2双组分溶液的气液相平衡
9.2.1双组分理想物系的气液平衡 9.2.2双组分非理想物系的气液平衡
2
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
9.2.1 双组分理想物系的气液平衡
3
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
一、相律
在物理化学中，我们学习过相律，即：
F C 2
式中F――自由度数； C ――独立组分数； Φ ――相数。 对双组分的气液相平衡，由相律知其自由度数为2。
4
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
二、双组分理想物系的液相组成-温度 关系——泡点方程
理想物系，遵循拉乌尔定律：
pA pA xA
挥发度与相对挥发度 挥发度： v A
pA xA
7
vB
pB xB
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
相对挥发度：
vA vB
pA
yA xA
pB xB
xA yB xB
对双组分溶液，气相遵循道尔顿分压定律，则：
y
x
1 1 x
上式称为气液相平衡方程。α 越大，分离越容易。
0
p B p B x B p B 1 x A
0 0
pA0、 pB0为溶液温度下纯组分A和B的饱和蒸气压
可查有关手册或由下面安托因方程求得：
lg p A
0
B C T
5
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
9.2双组分溶液的气液平衡
第九章
蒸馏
Distillation
1
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
9.2双组分溶液的气液相平衡
9.2.1双组分理想物系的气液平衡 9.2.2双组分非理想物系的气液平衡
2
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
9.2.1 双组分理想物系的气液平衡
3
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
一、相律
在物理化学中，我们学习过相律，即：
F C 2
式中F――自由度数； C ――独立组分数； Φ ――相数。 对双组分的气液相平衡，由相律知其自由度数为2。
4
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
二、双组分理想物系的液相组成-温度 关系——泡点方程
理想物系，遵循拉乌尔定律：
pA pA xA
挥发度与相对挥发度 挥发度： v A
pA xA
7
vB
pB xB
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
相对挥发度：
vA vB
pA
yA xA
pB xB
xA yB xB
对双组分溶液，气相遵循道尔顿分压定律，则：
y
x
1 1 x
上式称为气液相平衡方程。α 越大，分离越容易。
0
p B p B x B p B 1 x A
0 0
pA0、 pB0为溶液温度下纯组分A和B的饱和蒸气压
可查有关手册或由下面安托因方程求得：
lg p A
0
B C T
5
化工原理
9.2双组分溶液的气液平衡
化工原理基本概念和原理
化工原理基本概念和原理蒸馏––––基本概念和基本原理利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸馏。
这种分离操作是通过液相和气相之间的质量传递过程来实现的。
对于均相物系，必须造成一个两相物系才能将均相混合物分离。
蒸馏操作采用改变状态参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产生出第二个物相（气相）；吸收操作中则采用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。
一、两组分溶液的气液平衡1．拉乌尔定律理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律：p A =pA0xApB=pB0xB=pB0（1—xA）根据道尔顿分压定律：pA =PyA而P=pA+pB则两组分理想物系的气液相平衡关系：x A =（P—pB0）/（pA0—pB0）———泡点方程y A =pA0xA/P———露点方程对于任一理想溶液，利用一定温度下纯组分饱和蒸汽压数据可求得平衡的气液相组成；反之，已知一相组成，可求得与之平衡的另一相组成和温度（试差法）。
2．用相对挥发度表示气液平衡关系溶液中各组分的挥发度v可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率来表示，即v A=p A/x A v B=p B/x B溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比为相对挥发度。
其表达式有：α=v A/v B=（p A/x A）/（p B/x B）=y A x B/y B x A对于理想溶液：α=p A0/p B0气液平衡方程：y=αx/[1+（α—1）x]Α值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。
α愈大，挥发度差异愈大，分离愈易；α=1时不能用普通精馏方法分离。
3．气液平衡相图（1）温度—组成（t-x-y）图该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。
气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。
化工原理
原料 F, tF, cp 原料 F, T, cp
即可得到加热器的热负荷 Q
Q = FcP ( T - tF ) (1-19)
原料 F, T, cp
汽相产品 D, y
te
对减压阀和闪蒸罐作热量衡算，忽略 热损失，闪蒸时，物料放出的显热＝部 分汽化所需的潜热，即
F cP ( T － t e ) = (1－q ) F r = D r
加热器 减压阀 汽相产品 D, y
原料 F, xF
闪蒸罐
液相产品 W, x
图1-7 平衡蒸馏装置
进料
加热
减压
部分汽化
二、闪蒸工作原理
闪蒸就是一次部分汽化。 组成为xF 的原料经过一次
t,℃
P =const
B 汽 液 t 过热蒸汽区
汽化后，馏出物中轻组分浓
度y得到提高， 即 y ＞ xF ； 同时，釜液中轻组分浓度x 得到降低，x＜ xF 所以有 x＜ xF ＜ y
第一章 蒸馏
本章主要内容： 1.1 概述 1.2 双组分物系的气液相平衡 1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏 1.4 精馏原理和流程 1.5 双组分连续精馏的计算 物料衡算与操作线方程 进料热状况对两段物料分配的影响 理论板数的计算 回流比对精馏操作的影响 塔高塔径计算/热量衡算 1.6 间歇精馏 1.7 恒沸精馏和萃取精馏 原理及流程 1.8 多组分精馏 关键组分的概念 本章重点: 常压下双组分连续精馏原理与计算。 学习目的 与要求
方程与物料衡算方程。
1.3.1 平衡蒸馏
四、平衡蒸馏理论计算
依据 1) 相平衡关系: ① x–y图 ② 或 y
x 1 ( 1) x
(6 - 13)
t–x–y图
te = f (x) 或 td = f (y)
即可得到加热器的热负荷 Q
Q = FcP ( T - tF ) (1-19)
原料 F, T, cp
汽相产品 D, y
te
对减压阀和闪蒸罐作热量衡算，忽略 热损失，闪蒸时，物料放出的显热＝部 分汽化所需的潜热，即
F cP ( T － t e ) = (1－q ) F r = D r
加热器 减压阀 汽相产品 D, y
原料 F, xF
闪蒸罐
液相产品 W, x
图1-7 平衡蒸馏装置
进料
加热
减压
部分汽化
二、闪蒸工作原理
闪蒸就是一次部分汽化。 组成为xF 的原料经过一次
t,℃
P =const
B 汽 液 t 过热蒸汽区
汽化后，馏出物中轻组分浓
度y得到提高， 即 y ＞ xF ； 同时，釜液中轻组分浓度x 得到降低，x＜ xF 所以有 x＜ xF ＜ y
第一章 蒸馏
本章主要内容： 1.1 概述 1.2 双组分物系的气液相平衡 1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏 1.4 精馏原理和流程 1.5 双组分连续精馏的计算 物料衡算与操作线方程 进料热状况对两段物料分配的影响 理论板数的计算 回流比对精馏操作的影响 塔高塔径计算/热量衡算 1.6 间歇精馏 1.7 恒沸精馏和萃取精馏 原理及流程 1.8 多组分精馏 关键组分的概念 本章重点: 常压下双组分连续精馏原理与计算。 学习目的 与要求
方程与物料衡算方程。
1.3.1 平衡蒸馏
四、平衡蒸馏理论计算
依据 1) 相平衡关系: ① x–y图 ② 或 y
x 1 ( 1) x
(6 - 13)
t–x–y图
te = f (x) 或 td = f (y)
化工原理第六章(概述、双组分溶液的气液相平衡)
甲醇—水溶液平衡数据（101.3kPa）
t(℃) 100 96.4 91.2 87.7 81.7 78.0 75.3
x
0 0.02 0.06 0.10 0.20 0.30 0.40
y
0 0.134 0.304 0.418 0.579 0.665 0.729
t(℃) 73.1 71.2 69.3 67.6 66.0 65.0 64.5
2020/3/18
（2）在相同温度下，不同液体的饱和蒸气压不同。 液体的挥发能力越大，其饱和蒸气压就越大。 【例如】25 ℃时，乙醇（A）、水（B）的饱和蒸气 压分别为： pA0＝7.86kPa pB0＝3.17kPa 【结论】饱和蒸气压是表示液体挥发能力的属性之 一。
2020/3/18
（3）液体混合物在一定温度下也具有一定的蒸气压 ，但其中各组分的蒸气压（分压pA）与其单独存在 时的饱和蒸气压（pA0）不同。 （4）对于二组分混合物，由于B组分的存在，使A组 分在气相中的蒸气分压比其在纯态时的饱和蒸气压 要小。
0.2031
0.3801
100
95
90
102℃
85
80
0.0
0.2
0.4 x y0.6
0.8
1.0
常压下苯－甲苯体系的温度组成图（t-x-y）
2020/3/18
汽液共存区 泡点线
泡点 液相区
P=101.3kPa
过热蒸 汽区
露点
露点线
【相关信息】压力（P）， 温度（t），组成（x，y）。
【结构特点】两条线；两个点；三个区。
2020/3/18
（4）按操作压力 【常压蒸馏】常压下泡点为室温至150℃左右的液体 混合液，一般采用常压（大约1atm）蒸馏； 【加压蒸馏】常压下为气态（如空气、石油气）或 常压下泡点为室温的混合物，常采用加压（操作压 力高于1atm）蒸馏； 【减压蒸馏】对于常压下泡点较高或热敏性混合物 （高温下易发生分解，聚合等变质现象），宜采用 减压（操作压力低于1atm）蒸馏。
化工原理第六章(概述、双组分溶液的气液相平衡)解剖
2021/6/8
一、概述
1、什么是蒸馏？
【定义】是分离液体混合物的单元 操作之一。 【例如】（1）将原油蒸馏可得到汽 油、煤油、柴油及重油等； （2）将混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等； （3）将液态空气蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。
2021/6/8
石 油 的 常 压 蒸 馏
2021/6/8
2021/6/8
（4）按操作压力 【常压蒸馏】常压下泡点为室温至150℃左右的液体 混合液，一般采用常压（大约1atm）蒸馏； 【加压蒸馏】常压下为气态（如空气、石油气）或 常压下泡点为室温的混合物，常采用加压（操作压 力高于1atm）蒸馏； 【减压蒸馏】对于常压下泡点较高或热敏性混合物 （高温下易发生分解，聚合等变质现象），宜采用 减压（操作压力低于1atm）蒸馏。
2021/6/8
（2）按蒸馏操作方式 【间歇蒸馏】原料液一次性加入到分离设备中，在 分离过程中，不再加入原料液。
【特点】具有操作灵 活、适应性强等优点 ，主要应用于小规模 、多品种或某些有特 殊要求的场合，间歇 蒸馏为非稳态操作。
2021/6/8
【连续蒸馏】原料液连续不断的加入到分离设备中 ，连续不断的获得各种产品。
100
95
90
102℃
85
80
0.0
0.2
0.4 x y0.6
0.8
1.0
常压下苯－甲苯体系的温度组成图（t-x-y）
2021/6/8
汽液共存区 泡点线
泡点 液相区
P=101.3kPa
过热蒸 汽区
露点
露点线
【相关信息】压力（P）， 温度（t），组成（x，y）。
【结构特点】两条线；两个点；三个区。
化工原理-蒸馏
第六章蒸馏蒸馏定义：蒸馏分类：易挥发组分难挥发组分有回流蒸馏（精馏）无回流蒸馏：简单蒸馏（间歇操作）平衡蒸馏（连续操作）特殊蒸馏：萃取蒸馏、恒沸蒸馏按操作压力可分为加压、常压和减压蒸馏两组分精馏和多组分精馏第一节双组分溶液的气液相平衡一、溶液的蒸汽压与拉乌尔定律纯组分的蒸汽压与温度的关系：拉乌尔定律：在一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分的分压等于纯组分在该温度下的饱和蒸气压与它在溶液中的摩尔分数的乘积。
pA=p A0x A（6-2）pB=p B0x B=p B0(1－xA) （6-3）式中p A、p B——溶液上方A，B组分的平衡分压，Pa；p0——在溶液温度下纯组成的饱和蒸汽压，随温度而变，其值可用安托尼(Antoine)公式计算或由相关手册查得，Pa；xA、x B——溶液中A，B组分的摩尔分数。
二、理想溶液气液平衡（一）t-y-x图1．沸点－组成图（t－ x－ y图）（1）结构以常压下苯-甲苯混合液t－ x－ y图为例，纵坐标为温度t，横坐标为液相组成x A和汽相组成y A（x，y均指易挥发组分的摩尔分数）。
下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线，上曲线表示平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线。
两条曲线将整个t－ x－ y图分成三个区域，液相线以下称为液相区。
汽相线以上代表过热蒸汽区。
被两曲线包围的部分为汽液共存区。
t－ x－ y图数据通常由实验测得。
对于理想溶液，可用露点、泡点方程计算。
（2）应用在恒定总压下，组成为x，温度为t1（图中的点A）的混合液升温至t2(点J)时，溶液开始沸腾，产生第一个汽泡，相应的温度t2称为泡点，产生的第一个气泡组成为y1(点C)。
同样，组成为y、温度为t4（点B）的过热蒸汽冷却至温度t3（点H）时，混合气体开始冷凝产生第一滴液滴，相应的温度t3称为露点，凝结出第一个液滴的组成为x 1(点Q)。
F 、E 两点为纯苯和纯甲苯的沸点。
图 苯－甲苯物系的t － x － y 图 图 苯－甲苯物系的y － x 图应用t － x － y 图，可以求取任一沸点的气液相平衡组成。
化工原理下1-1气液平衡
增加，塔径不够）或减压 （热敏性物料）。
当p变化小于30%，其对的影响 可忽略不计。
x y 1 ( 1) x
说明：
或
x
y
( 1) y
—— 相平衡方程 ① α表示了物系分离的难易程度，α 远离1，物系 易分离， α≈1 或 α=1，则该物系不能用普通的蒸馏 方法分离。 ② 对于非理想物系， α不能作为常数处理。 ③ 对于理想溶液，相对挥发度α 变化不大，可取一 平均值作为常数处理，相平衡关系简单。
能耗大 因为有相变过程 有时需要高压、真空、高温、低温等条件
五. 分类 ① 按组分数分类: 双组分蒸馏； 多组分蒸馏。 ② 按操作方式分类: 间歇蒸馏— 简单蒸馏； 连续蒸馏— 平衡蒸馏、精馏。 ③ 按操作压力分类： 常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏。 本章以双组分连续精馏为重点。
1.2
两组分溶液的气液平衡
离）；
3）空气的分离（氧气、氮气的制备）；
4）食品加工及医药生产。
二. 蒸馏的目的和依据
目的：均相液体混合物的分离。
依据：利用液体混合物中各组分在一定温度下 挥发能力的差异。 混合物中较易挥发的组分——易挥发组分A 混合物中较难挥发的组分——难挥发组分B 例：乙醇---水溶液
yA xA yB xB
蒸馏过程：气液两相间的传质过程；
过程的极限：气、液相平衡。
气液相平衡：两相或多相接触达物理平衡时， 各相组成之间的关系。
动态平衡
一、相律——气液平衡的自由度:
F C 2
C为组分数 相数
T、P
• 例：对于单组分液相 对于单组分气相 对于单组分气液相平衡 对于双组分气液相平衡 对于单组分饱和蒸气
二、 两组分理想体系的气液平衡
当p变化小于30%，其对的影响 可忽略不计。
x y 1 ( 1) x
说明：
或
x
y
( 1) y
—— 相平衡方程 ① α表示了物系分离的难易程度，α 远离1，物系 易分离， α≈1 或 α=1，则该物系不能用普通的蒸馏 方法分离。 ② 对于非理想物系， α不能作为常数处理。 ③ 对于理想溶液，相对挥发度α 变化不大，可取一 平均值作为常数处理，相平衡关系简单。
能耗大 因为有相变过程 有时需要高压、真空、高温、低温等条件
五. 分类 ① 按组分数分类: 双组分蒸馏； 多组分蒸馏。 ② 按操作方式分类: 间歇蒸馏— 简单蒸馏； 连续蒸馏— 平衡蒸馏、精馏。 ③ 按操作压力分类： 常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏。 本章以双组分连续精馏为重点。
1.2
两组分溶液的气液平衡
离）；
3）空气的分离（氧气、氮气的制备）；
4）食品加工及医药生产。
二. 蒸馏的目的和依据
目的：均相液体混合物的分离。
依据：利用液体混合物中各组分在一定温度下 挥发能力的差异。 混合物中较易挥发的组分——易挥发组分A 混合物中较难挥发的组分——难挥发组分B 例：乙醇---水溶液
yA xA yB xB
蒸馏过程：气液两相间的传质过程；
过程的极限：气、液相平衡。
气液相平衡：两相或多相接触达物理平衡时， 各相组成之间的关系。
动态平衡
一、相律——气液平衡的自由度:
F C 2
C为组分数 相数
T、P
• 例：对于单组分液相 对于单组分气相 对于单组分气液相平衡 对于双组分气液相平衡 对于单组分饱和蒸气
二、 两组分理想体系的气液平衡
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【特点】具有生产能力大、产品 质量稳定、操作方便等优点，主 要应用于生产规模大、产品质量 要求高等场合， 连续蒸馏为稳态 操作。
2020/3/18
（3）按分离物系中组分的数目 【双组分精馏 】分离的液体混合物中有两种组分。 【多组分精馏 】分离的液体混合物中有三种或以上 的组分。 【说明】工业生产中， 绝大多数为多组分精馏 ，但 两组分精馏的原理及计算原则同样适用于多组分精 馏，只是在处理多组分精馏过程时更为复杂些，因 此，本课程 以两组分精馏为基础 来讨论有关问题。
2020/3/18
【流程说明 】空气通过过滤器除去尘埃等固体杂质 ，进入压缩机压缩，再经过分子筛净化器除去水蒸 气和二氧化碳等杂质气体。然后进行冷却、降压， 当温度降至 -170℃左右时，空气开始部分液化进入 精馏塔，根据空气中各气体的不同沸点进行分馏。
2020/3/18
（4）蒸馏操作是通过 对混合液加热建立汽液 两相体系的，所得到的 汽相还需要再冷凝液化 。因此， 蒸馏操作能 耗能较大 。蒸馏过程 中的节能是个值得重视 的问题 。
2020/3/18
以天然气为原料合成甲醇组成表
甲醇 81.5 正丁醇
二甲醚 0.016 甲酸
乙醇 0.035 甲酸甲酯
异丙醇 0.005 丙酮
正丙醇 0.008
水
异丁醇 0.007
0.003 0.055 0.055 0.002 18.37
2020/3/18
A
B
C
A
B
C
B
C
D
C
D
D
D
四组分三塔串联精馏流程图
2020/3/18
石 油 的 常 压 蒸 馏
2020/3/18
2、蒸馏的依据 （ 1 ）液体混合物中 各组分（ component ）挥发性 （volatility ）的大小不同； （2）在分离设备 中，以 热能为媒介 使其部分汽化， 形成汽、液两相物系； （3）在汽相富集轻组分，液相富集重组分 ，使液体 混合物得以分离。
2020/3/18
二、双组分溶液的气液相平衡
1、饱和蒸气压 （1）什么是饱和蒸气压？
第六章
蒸馏
一、概述 二、双组分溶液的气液相 平衡
1、溶液的蒸气压 2、两组分理想物系的汽液相平衡 3、两组分非理想物系的汽液平衡
2020/3/18
一、概述
1、什么是蒸馏？
【定义】是分离液体混合物 的单元 操作之一。 【例如】（ 1）将原油蒸馏 可得到汽 油、煤油、柴油及重油等； （2）将混合芳烃 蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等； （3）将液态空气 蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。
2020/3/18
（4）按操作压力 【常压蒸馏 】常压下泡点为 室温至150℃左右的液体 混合液，一般采用 常压（大约1atm ）蒸馏； 【加压蒸馏 】常压下为气态 （如空气、石油气）或 常压下泡点为室温 的混合物，常采用 加压（操作压 力高于1atm ）蒸馏； 【减压蒸馏 】对于常压下泡点较高或热敏性混合物 （高温下易发生分解，聚合等变质现象），宜采用 减压（操作压力低于 1atm ）蒸馏。
2020/3/18
5、蒸馏过程的分类 （1）按蒸馏原理 ①简单蒸馏和平衡蒸馏 【特点】为单级蒸馏过程； 【用途】①混合物中各组分的 挥发度相差较大 ；
②对分离要求不高 的物系。
2020/3/18
②精馏 【特点】为多级蒸馏过程； 【用途】适用于难分离物系（相对挥发度较小）或 对分离要求较高的场合； ③特殊精馏 【特点】采用特殊方法进行的精馏（如 萃取精馏、 恒沸精馏） ； 【用途】适用于某些普通精馏难以分离或无法分离 的物系。
乙醇 ＋水
加热
汽相： 醇富集
冷凝
乙醇 产品
液相： 水富集
冷却
废水
乙醇——水体系的蒸馏分离
2020/3/18
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接管
冷凝器
蒸馏釜
储罐
蒸汽
乙醇＋水 加热
产品
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精 馏 塔
2020/3/18
4、蒸馏分离的特点 （1）通过蒸馏分离 可以直接获得所需要的产品 。而 吸收、萃取等分离方法，由于有外加的溶剂，需进 一步使所提取的组分与外加组分再行分离，因而蒸 馏操作流程通常 较为简单。 （2）蒸馏过程 适用于各种浓度 混合物的分离 ，而吸 收、萃取等操作，只有当被提取组分 浓度较低 时才 比较经济。
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粗 甲 醇 精 馏 工 艺 流 程 图
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原料 溶剂
轻相
混合器
澄清槽
【说明】（1）在萃取相中不能直接获得所需要的重产相品；
（2）如果组分的浓度太大，所需要的溶剂（萃取剂
单级萃取流程示意图
）用量太大，后续的分离任务重，不经济。
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（3） 蒸馏分离的 适用范围广 ，它不仅可以分离液 体混合物，而且 可用于气态或固态混合物的分离 。 【例如】可将空气加压液化，再用精馏方法获得氧 、氮等产品；（ 分离气态混合物 ） 【再如】脂肪酸的混合物，可用加热使其熔化，在 减压下条件下用蒸馏方法进行分离。（ 分离固态混 合物）
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3、轻组分与重组分 【轻组分】沸点低、挥发性大的组分； 【重组分】沸点高、挥发性小的组分。 【例如】乙醇——水体系 乙醇（沸点 78.4℃）是轻 组分，水（沸点 100℃）是重组分；
苯——甲苯体系 苯（沸点 80.1℃）是轻组分，甲 苯（沸点 110.8 ℃）是重组分。
2020/3/18
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Байду номын сангаас
（2）按蒸馏操作方式 【间歇蒸馏 】原料液一次性加入到分离设备中，在 分离过程中，不再加入原料液。
【特点】具有操作灵 活、适应性强等优点 ，主要应用于小规模 、多品种或某些有特 殊要求的场合，间歇 蒸馏为非稳态操作。
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【连续蒸馏 】原料液连续不断的加入到分离设备中 ，连续不断的获得各种产品。
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【原油蒸馏工艺简介 】
塔顶压力约为 130～170kPa
塔顶压力约为 1～5kPa
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原油常减压蒸馏流程示意图
常压塔
减压塔
石油炼制中使用的 250 万吨常减压装置
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5、蒸馏与吸收之异同 （1）共同处 ①均为气液两相的传质过程； ②所使用的主体设备相同。 （2）不同之处 ①分离的 对象 不同； ②分离的 依据 不同； ③吸收仅为质量传递过程，蒸馏为 热质传递 过程。
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（3）按分离物系中组分的数目 【双组分精馏 】分离的液体混合物中有两种组分。 【多组分精馏 】分离的液体混合物中有三种或以上 的组分。 【说明】工业生产中， 绝大多数为多组分精馏 ，但 两组分精馏的原理及计算原则同样适用于多组分精 馏，只是在处理多组分精馏过程时更为复杂些，因 此，本课程 以两组分精馏为基础 来讨论有关问题。
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【流程说明 】空气通过过滤器除去尘埃等固体杂质 ，进入压缩机压缩，再经过分子筛净化器除去水蒸 气和二氧化碳等杂质气体。然后进行冷却、降压， 当温度降至 -170℃左右时，空气开始部分液化进入 精馏塔，根据空气中各气体的不同沸点进行分馏。
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（4）蒸馏操作是通过 对混合液加热建立汽液 两相体系的，所得到的 汽相还需要再冷凝液化 。因此， 蒸馏操作能 耗能较大 。蒸馏过程 中的节能是个值得重视 的问题 。
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以天然气为原料合成甲醇组成表
甲醇 81.5 正丁醇
二甲醚 0.016 甲酸
乙醇 0.035 甲酸甲酯
异丙醇 0.005 丙酮
正丙醇 0.008
水
异丁醇 0.007
0.003 0.055 0.055 0.002 18.37
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A
B
C
A
B
C
B
C
D
C
D
D
D
四组分三塔串联精馏流程图
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石 油 的 常 压 蒸 馏
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2、蒸馏的依据 （ 1 ）液体混合物中 各组分（ component ）挥发性 （volatility ）的大小不同； （2）在分离设备 中，以 热能为媒介 使其部分汽化， 形成汽、液两相物系； （3）在汽相富集轻组分，液相富集重组分 ，使液体 混合物得以分离。
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二、双组分溶液的气液相平衡
1、饱和蒸气压 （1）什么是饱和蒸气压？
第六章
蒸馏
一、概述 二、双组分溶液的气液相 平衡
1、溶液的蒸气压 2、两组分理想物系的汽液相平衡 3、两组分非理想物系的汽液平衡
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一、概述
1、什么是蒸馏？
【定义】是分离液体混合物 的单元 操作之一。 【例如】（ 1）将原油蒸馏 可得到汽 油、煤油、柴油及重油等； （2）将混合芳烃 蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等； （3）将液态空气 蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。
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（4）按操作压力 【常压蒸馏 】常压下泡点为 室温至150℃左右的液体 混合液，一般采用 常压（大约1atm ）蒸馏； 【加压蒸馏 】常压下为气态 （如空气、石油气）或 常压下泡点为室温 的混合物，常采用 加压（操作压 力高于1atm ）蒸馏； 【减压蒸馏 】对于常压下泡点较高或热敏性混合物 （高温下易发生分解，聚合等变质现象），宜采用 减压（操作压力低于 1atm ）蒸馏。
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5、蒸馏过程的分类 （1）按蒸馏原理 ①简单蒸馏和平衡蒸馏 【特点】为单级蒸馏过程； 【用途】①混合物中各组分的 挥发度相差较大 ；
②对分离要求不高 的物系。
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②精馏 【特点】为多级蒸馏过程； 【用途】适用于难分离物系（相对挥发度较小）或 对分离要求较高的场合； ③特殊精馏 【特点】采用特殊方法进行的精馏（如 萃取精馏、 恒沸精馏） ； 【用途】适用于某些普通精馏难以分离或无法分离 的物系。
乙醇 ＋水
加热
汽相： 醇富集
冷凝
乙醇 产品
液相： 水富集
冷却
废水
乙醇——水体系的蒸馏分离
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接管
冷凝器
蒸馏釜
储罐
蒸汽
乙醇＋水 加热
产品
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精 馏 塔
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4、蒸馏分离的特点 （1）通过蒸馏分离 可以直接获得所需要的产品 。而 吸收、萃取等分离方法，由于有外加的溶剂，需进 一步使所提取的组分与外加组分再行分离，因而蒸 馏操作流程通常 较为简单。 （2）蒸馏过程 适用于各种浓度 混合物的分离 ，而吸 收、萃取等操作，只有当被提取组分 浓度较低 时才 比较经济。
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粗 甲 醇 精 馏 工 艺 流 程 图
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原料 溶剂
轻相
混合器
澄清槽
【说明】（1）在萃取相中不能直接获得所需要的重产相品；
（2）如果组分的浓度太大，所需要的溶剂（萃取剂
单级萃取流程示意图
）用量太大，后续的分离任务重，不经济。
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（3） 蒸馏分离的 适用范围广 ，它不仅可以分离液 体混合物，而且 可用于气态或固态混合物的分离 。 【例如】可将空气加压液化，再用精馏方法获得氧 、氮等产品；（ 分离气态混合物 ） 【再如】脂肪酸的混合物，可用加热使其熔化，在 减压下条件下用蒸馏方法进行分离。（ 分离固态混 合物）
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3、轻组分与重组分 【轻组分】沸点低、挥发性大的组分； 【重组分】沸点高、挥发性小的组分。 【例如】乙醇——水体系 乙醇（沸点 78.4℃）是轻 组分，水（沸点 100℃）是重组分；
苯——甲苯体系 苯（沸点 80.1℃）是轻组分，甲 苯（沸点 110.8 ℃）是重组分。
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（2）按蒸馏操作方式 【间歇蒸馏 】原料液一次性加入到分离设备中，在 分离过程中，不再加入原料液。
【特点】具有操作灵 活、适应性强等优点 ，主要应用于小规模 、多品种或某些有特 殊要求的场合，间歇 蒸馏为非稳态操作。
2020/3/18
【连续蒸馏 】原料液连续不断的加入到分离设备中 ，连续不断的获得各种产品。
2020/3/18
【原油蒸馏工艺简介 】
塔顶压力约为 130～170kPa
塔顶压力约为 1～5kPa
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原油常减压蒸馏流程示意图
常压塔
减压塔
石油炼制中使用的 250 万吨常减压装置
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5、蒸馏与吸收之异同 （1）共同处 ①均为气液两相的传质过程； ②所使用的主体设备相同。 （2）不同之处 ①分离的 对象 不同； ②分离的 依据 不同； ③吸收仅为质量传递过程，蒸馏为 热质传递 过程。