1a 汽液平衡与平衡蒸馏
6.3 简单蒸馏与平衡蒸馏
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。 2）单级操作
适合于间歇或连续的大批量生产且物料只 需粗分离的场合。
图6-12 平衡蒸馏
2、过程的数学描述 蒸馏过程的数学描述不外为物料衡算式、
0.593
W 55.3kmol
由于 xF F xW W xD F W
xD
FxF F
WxW W
100 0.5 55.3 0.37 0.661摩尔分率 100 55.3
6.3.2 平衡蒸馏
一、平衡蒸馏(又叫闪蒸)
1、特点：
在家庭制酒业中，即是一个简单蒸馏装置， 只是冷凝装置较简单，是一个空气自然对流冷 却装置。
在实验室或工业生产中，采用如图6-9所示 的装置，实质也是一个汽化器，一个冷凝器。
图6-9 简单精馏装置图
二、简单蒸馏的原理 在简单蒸馏的过程中：
液相组成由 x1 x2 x3 xn
汽相组成（馏出液组成）由
F ,W , x1 , x2 , xD ,
两个方程式（6-13）、 （6-15） ，必须直接 或间接的已知四个量，才可计算其他两个量。
例、在常压下用简单蒸馏方法处理含苯为0.5的苯 与甲苯混合液。当釜液中苯的浓度降至0.37（以 上均为摩尔分率）时，操作停止。试计算： （1）馏出液的平均组成； （2）从每100kmol的原料中所获得的馏出液量。 操作条件下，该物系的平均相对挥发度为2.47。
Wx W dW x dx ydW (6-12)
τ时刻蒸馏 釜中易挥发 组分量
化工原理(下)第1章蒸馏剖析
溶液上方的总压 p总 等于各组分的分压之和
p总 pA pB
p总 p*AxA pB* (1 xA )
整理，得
气液平衡时液 相组成与平衡 温度间的关系
xA
p总 pB* p*A pB*
泡点方程
p*A ( pB* ) f (t)
安托尼 方程
二、气液平衡关系式
2.以平衡常数表示的气液平衡方程
设平衡的气相遵循道尔顿分压定律，即
闪蒸 平衡蒸馏的原理
平衡蒸馏 装置简图
1.加热器； 2.减压阀； 3.分离器。
二、平衡蒸馏过程的计算
1.物料衡算
总物料衡算
F DW
易挥发组分物料衡算
FxF Dy Wx
气相产品的流量为
D
F
xF y
x x
二、平衡蒸馏过程的计算
设 q W/F
液化率
则 1 q D / F 汽化率
整理得
直线 方程
yA
pA p总
yA
p*A p总
xA
令
kA
p*A p总
平衡 常数
以平衡常数表示
yA kAxA
的气液平衡方程
二、气液平衡关系式
由
yA
p*A p总
xA
代入泡点方程，得
yA
p*A p总
p总 pB* p*A pB*
露点方程
气液平衡时气 相组成与平衡 温度间的关系
二、气液平衡关系式
3.以相对挥发度表示的气液平衡方程 (1)挥发度
y1
x1
苯－甲苯混合液的 x- y 图
平衡线
对角线
yx
平衡线与对 角线之间的 距离越大
分离越容易
二、气液平衡关系式
化工原理下平衡蒸馏
环保要求的不断提高将推动平衡蒸馏技术向更加绿色、环保的方向 发展，如采用更环保的溶剂、优化能源利用等。
多元化发展
随着市场需求的多样化，平衡蒸馏技术将不断拓展应用领域，如生物 医药、新能源等领域。
面临挑战及解决策略
能源消耗大
传统平衡蒸馏技术能源消耗较大，不符合绿色发展趋势。
设备投资高
高性能的蒸馏设备投资成本较高，增加了企业经济压力。
面临挑战及解决策略
• 操作技术要求高：平衡蒸馏操作技术要求较高，需要专业 的技术人员进行操作和维护。
面临挑战及解决策略
加强技术创新
通过研发新的节能技术和设备，降低能源消耗和 物耗。
优化设备设计
通过优化蒸馏塔结构和设备设计，降低设备投资 成本和提高生产效率。
加强人才培养
加强专业技术人才的培养和引进，提高操作技术 水平和管理水平。
资源回收
平衡蒸馏技术还可以应用于资源回收领域。例如，从废旧 塑料、橡胶等材料中回收有价值的化学品或燃料等。
06
平衡蒸馏技术发展趋势与挑战
技术创新点及优势分析
高效分离技术
通过优化蒸馏塔结构和操作条件，提 高组分分离效率。
节能降耗技术
采用先进的节能设备和工艺，降低蒸 馏过程能耗和物耗。
技术创新点及优势分析
轻组分被蒸汽带至塔顶，经冷 凝器冷凝后部分回流，部分作
为产品采出。
重组分在塔底富集，经再沸器 加热后提供上升蒸汽，维持塔 内气液平衡。
通过调节回流比、加热量等操 作参数，实现不同组分的分离 。
设备性能评价指标
分离效率
衡量设备对原料液中不同组分 的分离程度。
产品纯度
反映设备生产出的产品的纯净 度。
热效率
化工基本知识下1气液平衡
（2）已知 x ， 求与之平衡的 y, t 或 已知 y 求与之平衡的 x , t ，试差计算
试算过程为：
假设 t
x
判断x
y
假设 t
x
y 判断 y x
挥发度
在一定温度下，混合液的某组分在气相中的
分压与平衡时液相中的摩尔分率之比。
νA = pA / xA
νB = pB / xB
νA 、νB — 组分A、B 的挥发度。
（一）单组分气液相平衡
气液平衡时，自由度为1 可用温度或饱和蒸气压表示相平衡关系
温度与饱和蒸气压的对应
动态平衡 气化速率与温度正相关
气化 液相
液化速率与气相的分压有关
液化
气相
饱和蒸气压与总压、沸点的关系 例：100OC时水的饱和蒸气压为多少？
思考
• 对于双组分气液相平衡，如果温度、压强 确定了，它的气液相组成是否确定？
蒸馏压力的选择，优先
考虑采用常压操作，只在特
殊情况下采用加压（处理量
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。
y
x
或
1 ( 1)x
x
y
( 1) y
—— 相平衡方程
说明：
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。
• 3.具有恒沸点的溶液在总压发生改变时，恒 沸组成也发生变化。
小结
• 单组分气液相平衡，常用饱和蒸气压表示；
• 双组分气液相平衡，常用t-x-y图或x-y图表示；
• 对于双组分理想物系，在一定总压下，可用纯组 分饱和蒸气压数据作t-x-y图和x-y图
第1章 蒸馏
• 3.蒸馏分离的特点 • 直接获取几乎纯态的产品。而吸收、萃取等操 作的产品为混合物。 • 应用范围广。可分离液体混合物，气体混合物、 固体混合物。 • 能耗高。气化、冷凝需消耗大量的能量。加压、 减压，将消耗额外的能量。
1.1两组分溶液的气液平衡
• 实际生产中所遇到的大多数物系为非理想物系。非 理想物系的气液相平衡关系的计算要涉及逸度、活度 系数等参数，计算复杂，在学习《物理化学》时同学 们有接触，更深入的讨论在后续课程《化工热力学》 中，我们在《化工原理》中不要求计算，只需掌握非 理想物系的相平衡图即可。根据具体情况，非理想物 系又分为：①液相属非理想溶液；②气相属非理想气 体两大类。后面仅限于讨论非理想溶液的相平衡曲线 图。 • 非理想溶液的平衡分压可用修正的拉乌尔定律表示：
y
x
②热量衡算
Q Fc p (T t F ) Fc p (T t e ) (1 W F ) Fr
• 蒸馏是气液两相间的传质过程，因此常 用组分在两相的浓度（组成）偏离的程 度来衡量传质推动力的大小。传质过程 是以两相达到相平衡为极限的。 • 本节重点讨论两组分理想溶液。
• 1.1.1 相律和相组成
• 例：苯-甲苯形成的气、液物系
F=C-φ+2 =2-2+2=2 可见，双组分溶液的自由度为2。
第一章 蒸馏
• • • • • • • 1.1两组分溶液的气液平衡 1.2平衡蒸馏和简单蒸馏 1.3精馏原理和流程 1.4两组分连续精馏的计算 1.5间歇蒸馏 1.6恒沸精馏和萃取精馏 1.7多组分蒸馏
• 蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。 • 1.蒸馏分离的依据 • 将液体混合物部分汽化，利用各组分挥发度不同的特 性而达到分离目的。 • 液体均具有挥发成蒸汽的能力，但各种液体的挥发性 个不相同。习惯上，将液体混合物中的易挥发组分A称 为轻组分，难挥发组分B则称为重组分。将液体混合物 加热至泡点以上沸腾使之部分汽化必有yA>xA ；反之将 混合蒸汽冷却到露点以下使之部分冷凝必有xB>yB。上 述两种情况所得到的气液组成均满足:
液体精馏操作—双组份溶液的气液相平衡关系及应用(化工单元操作课件)
=
/
= ×
/
因为：xB=1-xA， yB=1-yA
相对挥发度表示
的气液平衡关系
αAB•
yA=
1+ αAB−1
x
略去下标则可得相平衡方程： y
1 ( 1) x
化工单元操作技术
相平衡方程分析
讨论：
分析： α>1、α<1或α=1时，混合物的分离情况？
组分的平衡数据，还要做图，用相对挥发度来判别分离的难易程度就相对简单。
1. 挥发度
（1）定义：
混合液中某组分在气相中的分压与该组份在液相中摩尔分数之比。用υi表示。
组分的挥发度是组分挥发性大小的标志
（2）物理意义：
表示物质挥发的难易程度。
（3）表达式：（A-B两种组分混合物）
υA=
υ B=
含苯的摩尔分数为0.5的苯-甲苯混合液进行分
析，在101.3kPa下恒压加热，试求（1）此溶
液的泡点温度T泡；（2）第一个气泡的组成；
（3）露点温度T露；（4）最后一滴液体的组
成；（5）当溶液加热到369K时混合液的状态
和组成。
化工单元操作技术
双组分气液相平衡图
二、t-x(y)图和y-x图
2．气液相平衡图
状态；
气液共存区：处于气相线与液相线之间，气液两相同时存在；
气相区：称为过热蒸汽区，处于气相线以上，溶液全部汽化。
化工单元操作技术
二、t-x(y)图和y-x图
1. 沸点-组成图 ——t-x(y)图
组成为X1，温度为T0（A点）的溶液为过冷液体，将此溶液加
热升温至T1（J点）时，溶液开始沸腾，产生第一个气泡，相应
蒸馏总结
蒸馏一、描述精馏过程的基本关系（一）气液平衡关系1. 气液平衡的作用（1）选择分离方法：依据物系的气液平衡关系，对特定的分离任务，可确定或选择分离方法，例如对相对挥发度近于1的物系，宜采用特殊精馏或萃取等分离操作。
（2）在相图（t-x-y ）上说明蒸馏原理：即利用多次部分汽化和部分冷凝的操作，可使物系得到所需要的高纯度分离。
相对挥发度愈大，相图（y-x ）中平衡曲线偏离对角线愈远，分离愈易。
（3）气液平衡关系是精馏过程的特征方程：即是计算理论板层数的基本方程之一。
（4）利用气液平衡，可分析、判断精馏操作中的实际问题：例如在精馏塔中，恒压下操作，温度和组成间具有对应关系，因此可利用易于测量的温度来判断难于测量的浓度。
在实际生产中，时常在精馏塔的适当部位（通常称为灵敏板）上安装温度计，用它来控制、调节整个精馏过程。
又如真空精馏中，如温度出现异常现象，则应考虑系统的气密问题等。
2. 气液平衡关系的表达方式在精馏过程中，气液平衡可用相图和气液平衡方程表示。
（1）t-x-y 图和x-y 图相图中t 代表温度（℃），x 和y 分别代表液、气相中易挥发组分的摩尔分数。
在利用相图时应注意以下几点：①精馏过程的分析多利用t-x-y 图，过程计算多利用x-y 图。
②了解沸点、泡点和露点的概念。
对同一组成下，露点总是高于泡点。
对理论板而言，离开该板的气液两相温度相等，即露点等于泡点，但两相组成不等，而呈平衡关系。
③液化率或汽化率，可再相图上用杠杆规则求得。
部分汽化和部分冷凝是精馏的基础。
④恒压下不同物系具有不同的x-y 图曲线。
当平衡曲线偏离对角线愈远时，表示传质推动力愈大，该物系愈易分离。
⑤同一物系下，不同压强的x-y 曲线也不相同，一般在低压下平衡曲线偏离对角线愈远，即愈易分离，可见低压操作有利于精馏分离。
（2）气液平衡方程①用相对挥发度表示的气液平衡方程()11x y xαα=+- 对理想物系，相对挥发度可表示为：00A Bp p α= 由上式可知，相对挥发度α与塔内温度关系不大，因此在计算中可取全塔平均相对挥发度。
高职高专化工原理教学课件 陆美娟版 精馏1蒸馏概述、气液相平衡
化工原理----精馏 化工原理----精馏 ----
小结
☼1、蒸馏的目的、依据 1 蒸馏的目的、 ☼2、汽液相平衡关系：t-x-y图、 2 汽液相平衡关系： y-x图 ☼3、相对挥发度 3
化工原理----精馏 化工原理----精馏 ----
作业
☼ P.119 7-4，7-5 7-
化工原理----精馏 化工原理----精馏 ---定律可得
0 ν B= pB
化工原理----精馏 化工原理----精馏 ----
♫（3）讨论： （ 讨论：
۞①在图中平衡线上各点温度不同，但温度对 ①在图中平衡线上各点温度不同， 的影响较小，故可在0 区间内取平均值。 α的影响较小，故可在0~1区间内取平均值。
化工原理----精馏 化工原理----精馏 ----
二、蒸馏操作的分类
操作方式：间歇蒸馏、连续蒸馏 操作方式：间歇蒸馏、 操作压力：加压、常压、真空蒸馏 操作压力：加压、常压、 蒸馏方式：简单蒸馏、平衡蒸馏（ 蒸馏方式：简单蒸馏、平衡蒸馏（闪 ）、精馏 精馏、 蒸）、精馏、特殊精馏 组分数目：双组分蒸馏（二元蒸馏）、 组分数目：双组分蒸馏（二元蒸馏）、 多组分蒸馏
一、理想物系的汽液相平衡
☼1、相律:F = C -φ+2 1 相律:F φ+2
蒸馏（恒压）F=1， 个变量中， 蒸馏（恒压）F=1， t、y、x 3个变量中， 任意确定其中一个变量，则其余都确定。 任意确定其中一个变量，则其余都确定。 一般可控制温度保证产品质量 一般可控制温度保证产品质量
化工原理----精馏 化工原理----精馏 ----
化工原理----精馏 化工原理----精馏 ----
♫(3)y-x图 (3)y(3)y
气-液平衡相图在有机化学蒸馏教学中的应用
学 中只注重传授书本知识 ， 于强调理论 和概念 ， 过 则容易使学
生感到课程内容晦涩难懂 ， 从而产生畏难厌学情绪。但是如果
升高， 否则 ， 就不会再有馏液蒸出， 温度计读数会突然下降， 该现 象通常作为蒸馏结束的标志。这些理论听起来 不难 ， 理解起 但 来却十分 的困难 ， 但与相 图结合进行讨论 ， 往往 可以事半功倍 。 蒸馏过程是将沸点不 同的有机物粗略分离的过程 ， 可以将 我们 此过程与相图结合进行讨论， 对于具有一定配 比的两个有机化 合物形成的双液系 ， 在加热沸腾后形成的蒸气 中， 因各 自沸点
１ 蒸馏技 术与有 机化 学实验 的联 系
蒸馏是提纯物质和分离混合 物的一种 十分重要 的方法， 蒸
馏是将需分离的混合物加热至沸腾 ，控制沸腾的温度 区间 ， 对 产生的气相物质冷凝回收 ， 进而将沸点不 同的物质分离开来 的 过程１１ ２ 。通过蒸馏还可以测 出化合物 的沸点 ， ・ ３ 对鉴定纯粹 的有
过程 ， 由于学生做 了充分 的预习 ， 因此对所问的原理和实验过 程能轻松地回答 ， 为下一步进行的讨论 打下 良好的基础 。当老
ｐ ｅ
ｙ Ｂ
师讲解蒸馏技术的操作步骤 ， 包括 ： 蒸馏装置的装 配、 石的添 沸 加和沸程的选取与控制等知识时 ， 学生 自然易于接受。
（ １ ）
＾
么学生对于《 物理化学》 的学习其兴趣 自 然大增 ， 也易于触类旁
通 ， 以致用 ， 学 巩固新知 ， 接受新知。本文以有机化学实验中的 蒸馏及分馏项 目训练为例 ， 讲解物理化学中相平衡和表现现象
等知识点在其中的应用。
的馏 出物 ； 两有机物的沸点差别越 大， 分离效果越好 ， 并强调简 单蒸馏就是一次气 一 液平衡。简单蒸馏用相 图表示见图 １ 。
平衡蒸馏的特点
平衡蒸馏的特点
平衡蒸馏，也被称为闪蒸，是一种单级蒸馏操作。
当在单极釜内进行平衡蒸馏时，釜内液体混合物被部分汽化，并使气相与液相处于平衡状态，然后将汽液两相分开。
这种操作既可以间歇又可以连续方式进行。
以下是平衡蒸馏的一些主要特点：
1. 稳态过程：平衡蒸馏是一个稳定、连续的过程。
在操作过程中，塔顶和塔釜的组成不会随时间发生变化。
2. 气液平衡：在平衡蒸馏中，气液两相处于平衡状态，即两相温度相同，组成互为平衡。
这意味着，无论在塔顶还是塔釜，气液两相的组成都会保持不变。
3. 生产能力大：平衡蒸馏由于其连续稳定的特点，具有较大的生产能力。
4. 不能得到高纯产物：由于其分离效果相对较弱，平衡蒸馏通常不能用于得到高纯度的产物。
它常用于只需粗略分离的物料，如在石油炼制及石油裂解分离的过程中，多组分溶液的平衡蒸馏是常见的应用场景。
5. 应用广泛：除了在石油工业中的应用，平衡蒸馏还广泛应用于其他领域，如化学工业、食品工业等，用于各种物料的分离和提纯。
总的来说，平衡蒸馏是一种高效、稳定的分离技术，适用于需要大量粗略分离的情况。
如需更多信息，建议查阅化学工程书籍或咨询化学工程专家。
第三节单级蒸馏过程
2024/3/28
三、简单蒸馏的计算
微分物料衡算
设简单蒸馏过程中某瞬间τ，釜液量为nL、组成为x， 溶液中易挥发组分量为nLx。
经时间 后d，液相量为(nL-dnL），组成为（x-dx）， 溶液中易挥发组分量为(nL－dnL)(x－dx),蒸出的气相量为 dnD ,组成为y.在 d时间内作物料衡算，得
解：（1） q 1 0.4 0.6
物料衡算 y q x xF 0.6 x 0.5 1.25 1.5x q 1 q 1 0.6 1 0.6 1
平衡关系
y x = 2.2x 1 ( 1)x 11.2x
联立求解得： x 0.422
y 0.617
2024/3/28
（2） nw qnF 0.6 60=36kmol
nW 1 x2
1 xF
(x2 xW )
规定了釜液量（气化率），即可求出釜液组成。 作一批操作的物料衡算，即可求出馏出液的平均组成。
2024/3/28
nD nF nW
nF xF nW x2 nF nW y
y nF xF nW x2 xF x2 nW nF xF qx2
nF nW
2024/3/28
Q Fcp (t tF )
对分离器，物料气化所需潜热由原料本身的显热提供， 忽略热损失，则
Fcp (t te ) F (1 q)r
原料液离开加热器的温度为
t
te
+(1
q)
r cp
平衡温度te：是底部产品的泡点温度；也是顶部产品的
露点温度.
2024/3/28
3、气液平衡关系 分离器内气液两相总处于平衡状态
简要叙述汽液平衡、液液平衡、气液平衡的工业应用背景
简要叙述汽液平衡、液液平衡、气液平衡的工业应用背景
汽液平衡、液液平衡和气液平衡是化学和工程学的重要概念，它们被广泛应用于各种工业过程和设备中。
汽液平衡是指液体和气体之间的平衡状态，通常涉及到气体的吸收或溶解，例如在煤气净化和制氢过程中的气体吸收，以及在酸碱中和过程中的气体溶解。
控制汽液平衡对于提高生产效率和产品质量至关重要。
液液平衡是指不同液体之间的平衡状态，通常涉及到液体的萃取和分离，例如在石油精炼和化工生产中的液液萃取，以及在制药工艺中的分离和纯化。
控制液液平衡对于提高产品纯度和降低生产成本非常重要。
气液平衡是指气体和液体之间的平衡状态，通常涉及到气体的吸收和分离，例如在烟气脱硫和空气净化中的气液吸收，以及在化学反应和蒸馏中的气液分离。
控制气液平衡对于提高环境保护和资源利用效率非常关键。
综上所述，汽液平衡、液液平衡和气液平衡是工业过程中的重要概念，正确控制它们对于提高生产效率、产品质量和环境保护都起着非常重要的作用。
平衡蒸馏的原理
平衡蒸馏的原理
平衡蒸馏又称闪蒸，是指液体的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸馏操作。
其原理为：将一定组分的液体加热至泡点以上，使其部分汽化，或将一定组分的蒸汽冷却至露点以下，使其部分冷凝，便形成气液两相，两相达到平衡，然后将两相分离。
平衡蒸馏是连续定态过程：原料连续地加入加热炉，在炉内被加热至一定温度，然后经节流阀减压至预定压强，由于压强的突然降低，过热液体发生自蒸发，液体部分汽化。
气、液两相在分离器中分开，气相为顶部产物，其中易挥发组分较为富集；液相为底部产物，其中难挥发组分获得了增浓。
平衡蒸馏的分离程度有限，不能得到高纯度的组分，多用于工业生产中的简单分离，如原油加工中的闪蒸塔，以及实验室测定相平衡数据。
化工原理：平衡蒸馏和简单蒸馏
加热器 Q F cp (T tF )
分离器 F cp (T te ) 3）气液平衡关系：
(1 q)F
T
te
(1 q) cp
y x 1 ( 1)x
te f (x)
化工 原 理
二、简单蒸馏： 1、概述：
简单蒸馏又称 微分蒸馏，也是一 种单级蒸馏，常以 间歇方式进行。
化工 原 理
2、简单蒸馏的计算： 简单蒸馏为非稳态过程，虽然瞬间形成的蒸汽与液
第五章 精 馏
第三节 平衡蒸馏和简单蒸馏
一、平衡蒸馏： 1、概述： 平衡蒸馏（又叫闪蒸） 是一种单级蒸馏操作。 当在单级釜内进行平衡 蒸馏时，釜内液体混合 物被部分气化，并使气 相与液相处于平衡状态， 然后将气液两相分开， 这种操作既可以间歇操 作又可以连续操作。
化工 原 理
化工 原 理
2、平衡蒸馏的计算： 1）物料衡算：
总 物 料 F DW
易挥发组分 FxF Dy Wx
FF
y
(1
)x D
D
xF
令 q W (液化率)， 则 D 1 q(气化率)
F
F
y q x xF 平衡蒸馏中平衡组成的关系 q 1 q 1
平衡蒸馏，q为常数，所以上式为一直线，为过（xF,xF），
斜率为 q 。 q 1
化工 原 理
2）热量衡算：
体可视为互相平衡，但形成的全部蒸汽不与剩余的液体平 衡。故需作微分衡算。
计算内容：根据原料液量和组成，确定馏出液和釜残液 量及组成。
化工 原 理
化工 原 理ຫໍສະໝຸດ 返回
《化工原理》气液平衡 _液体精馏
图7-10 精馏塔的操作线
21
第7章 液体精馏
3．提馏段的物料衡算 按图7-10虚线范围（包 括提馏段第m层板以下塔段 及再沸器）作物料衡算，以 单位时间为基准，
7-9 提馏段操作线方程的推导
22
第7章 液体精馏
即 总物料 易挥发组
L′ = V ′ + W
′ ′ L ′x m = V ′y m +1 + WxW
图7-4 硝酸-水溶液的y-x图
8பைடு நூலகம்
第7章 液体精馏
7.2.2相对挥发度
1 ．挥发度 挥发度可表示物质挥发的难易程度。纯物质的挥发度可用 该物质在一定温度下的饱和蒸气压来表示。同一温度下，蒸 气压愈大，表示挥发性愈大。对于混合液，因组分间的相互 影响，使其中各组分的蒸气压要比纯组分的蒸气压低，故混 合液中组分的挥发度可用该组分在气相中平衡分压与其在液 相中组成（摩尔分率）之比表示， 2．相对挥发度 相对挥发度，即为混合液中组分挥发度之比，用α表示。
（7-18） （7-18a）
式中 x ′——提馏段第m层板下降液体中易挥发组分的摩尔分率； m y ′ +1——提馏段第m+1层板上升蒸气中易挥发组分的摩尔分率。 m
将式（7-18）代入式（7-18a），并整理可得：
y m+1
/
L/ W / = / xm − / xW L −W L −W
（7-19）
17
第7章 液体精馏
2．精馏段的物料衡算 按图7-8虚线范围（包括精馏段第n+1层塔板以上塔段和 冷凝器）作物料衡算，以单位时间为基准，即 总物料 V =L+D （7-15） 易挥发组分
Vy n +1 = Lx n + Dx D
汽液相平衡与蒸馏原理
4. t～x(y)图和y～x图
t
B 重组分沸点
过热汽相区
p=const
汽液
两相
区
t-y 线 露点线 饱和汽相线 A 轻组分沸点
t-x 线 泡点线 饱和液相线
0
过冷液相区
x(y)
1.0
第二节 双组分溶液的汽液相平衡
二、双组分理想溶液的汽液平衡[441]
4. t～x(y)图和y～x图
2.y～t关系 露点方程
0 0 pA p − pB yA = ⋅ 0 0 p p A − pB
高压
K A − K AK B yA = KA − KB
3. x～y关系
yi Ki = xi
理想 溶液
0
pi0 Ki = p
B 安托因（Antoine）方程 lg p = A − C +T
第二节 双组分溶液的汽液相平衡
第三节 平衡蒸馏与简单蒸馏
t
p=const
xmin 液相最 小浓度 ymax 汽相最 大浓度
简单蒸馏和 平衡蒸馏只能使 混合物得到初步 的分离，无法达 到高纯度分离。
0
xF
x(第三节 双组分溶液的汽液相平衡 平衡蒸馏与简单蒸馏
自学：【例9-1】～【例9-8】 作业： P513— 1, 2, 7 预习：精馏原理、二元连续精馏塔的计算
t
B
p=const 过热汽相区
汽液
两相
区
过冷液相区 0
x(y)
1. 0
【滴水穿石】 滴水穿石
1.气相中，温度升高则物质的扩散系数______，压力升 高则物质的扩散系数______；液相中，粘度增加则物质的 扩散系数______。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不确定
平衡蒸馏流程
平衡蒸馏流程
平衡蒸馏流程是化学实验中常用的分离方法，主要用于分离液体混合物中的组分。
它是基于不同组分的沸点不同而实现的。
以下是平衡蒸馏流程的具体步骤：
1. 准备设备和原料
首先需要准备好蒸馏设备和原料。
蒸馏设备通常由蒸馏瓶、冷凝管和接收瓶组成。
原料为需要分离的混合物。
2. 添加适量冷却水
将一定量的冷却水加入接收瓶中，以便在蒸馏过程中冷却并收集分离后的物质。
3. 将混合物倒入蒸馏瓶中
将需要分离的混合物倒入蒸馏瓶中，并加入一些适量的少许添加剂，以提高物质之间的沸点差异程度。
4. 开始加热
将蒸馏瓶底部加热，使混合物被加热，这样较易于产生蒸汽，从而实现对液体混合物的分离。
5. 收集蒸馏液
当蒸馏瓶中的混合物被加热后，混合物中组分会产生蒸汽。
由于不同组分的沸点不同，蒸馏出来的蒸汽会包含某些组分，而其他组分则会留在混合物中，这样就实现了有效的分离。
蒸馏出的蒸汽会通过冷凝管冷却成液体，并滴入加了水的接收瓶中。
6. 重复加热和收集
如需分离多种组分，需要重复以上步骤，直至分离出所有需要分离的组分。
以上就是平衡蒸馏流程的具体步骤。
简单来说，它就是利用不同的沸点，将混合物中的组分逐一分离出来。
当然，在实际操作中，需要掌握加热温度和时间，以及添加适量的添加剂等细节，才能确保蒸馏流程的成功。
平衡蒸馏的概念
平衡蒸馏的概念
平衡蒸馏（EquilibriumDistillation）是一种常用的分离和提纯混合物的方法，在化学和化工领域得到广泛应用。
它利用液体混合物在恒定温度下，通过重复的汽液相平衡和传质过程，实现组分之间的分离。
在平衡蒸馏中，混合物被加热至恒定的沸点，然后通过蒸发和冷凝的过程进行分离。
在整个过程中，液体和蒸汽之间不断进行传质和相平衡，直到达到稳定状态为止。
由于不同组分的挥发度（馏程）不同，其在液相和气相之间的平衡浓度也不同，从而实现了分离。
平衡蒸馏的关键在于维持恒定的温度和平衡状态。
这可以通过在蒸馏设备中使用适当的冷却装置、回流装置和塔板等来实现。
冷却装置可以将蒸汽冷凝为液体，回流装置可以将部分冷凝液回流到蒸发器中，塔板则提供了液相和气相之间的传质界面，促进平衡的建立。
平衡蒸馏的优点在于其可以高效地实现多组分混合物的分离，并且能够在宽范围的操作条件下进行。
具体的分离效果取决于组分之间的挥发度差异和沸点差异。
此外，平衡蒸馏还常用于处理高沸点、共沸物和气液两相溶解度较低的体系。
需要注意的是，平衡蒸馏仅适用于液相混合物的分离，对于固相和气相混合物的分离则需要其他适当的方法。
此外，平衡蒸馏也要根据具体的应用需求选择适当的设备和操作条件，以达到所需的分离效果。
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• 挥发度与相对挥发度
p A A xA
A pA xA B p B xB
y y A B x A xB
低压气体 道尔顿分压定律
B
p B xB
PyA x A y A yB K A PyB xB x A xB K B
x y 1 1x
——相平衡方程
平衡蒸馏
闪蒸过程求解：物料衡算、热量衡算以及相平衡关系
物料衡算
总物料衡算
易挥发组分 的物料衡算
F D W
D, yD, te 减 压 阀 yD 闪 蒸 罐
FxF DyD WxW
F, xF, tF
加热器
W xF xW D q 两式联立可得 F yD xW
Q
t0 xW
W, xW, te
T te 1 - q
cp
若 q为已知，由物料衡算求得汽、液两相组成 yD、xW 后，可 由平衡关系（如温度-组成相图）求得 te ，进而求得 T。
简单蒸馏（微分蒸馏）
冷凝器
露点线 t/C
y
原料液 蒸气
x xD1 xD2 xD3 0 xA xf x(y)
泡点线 yA 1.0
简单蒸馏过程中系统的温度和汽、液相组成如何随时间改变？
yD
平衡蒸馏 热量衡算 进料温度tF 升至 T ，闪蒸后料液温度由 T 降至平衡温度 te • 不计热损失 • 供给的热量 Q ：
Q Fcp T tF F (1 q)r
式中：cp —— 混合液的平均摩尔比热，kJ/(kmolK)； —— 平均摩尔汽化热，kJ/kmol。 由上式可得
汽液相平衡图（equilibrium diagram）
活度系数与逸度系数的是精馏计算中最耗时的部分，也是误差最大的环节
平衡蒸馏（闪蒸）
气相区 露点 两相区
t/C
露点线
加 热 减压 器 阀 原料液
塔顶产品 yA 闪 蒸 罐
泡点 泡点线 液相区
Q
xA
0
xA
xf x(y)
yA
1.0
塔底产品
请在等压图上描述闪蒸过程，并简要分析加热器温度和闪蒸罐压力对两相产物的 影响。 可以讨论完成 ,有兴趣同学可写在作业本上
目 标 问 题
（理想的）汽液平衡
汽相: yA, yB 一定
T和P
液相:xA,xB
p
拉乌尔定律: pA=pAo xA
p pA pB
化学力→→逸度 重 力→→密度（重度）
pB=pBo (1-xA)
xA p = p A+ p B 道尔顿定律: yA = pA/p
ln P o A
B T C
• 相律与自由度
yD
q x xW F q -1 q 1
F、D、W —— 进料流率和出塔汽、液相产物的流率，kmol/s； xF、yD、xW —— 进料料液、出塔汽、液相产物的摩尔分数。
平衡蒸馏
相平衡
汽、液两相平衡:yD~xW 符合平衡关系
yD
xW 1 1xW
物料平衡
q 1 xW xF q -1 q 1
等压图(双组份)
T
– p确定 – 单组分、两组分 – 单相？两相？
• x A 、 yA 和 T
• 两条线 • 三种点
– 知其一便可以确定 另两个
露点线
– 沸点(boiling point) – 泡点(bubble point) – 露点(dew point)
泡点线
• 三个区
• 如何由xA求T? 用---线. • 如何由xA求yA? 用--线和---线 • 如何由y 求T? 用--线.
汽 液 平 衡 关 系 的 表 示
y>x
两相区的胖瘦----与对角线的距离
7. 平衡关系哪里来?
• 经验参数（交互作用参数） • 实验数据（t-x-y） • 理论预测:统计、量子力学；UNIFAC
气液平衡关系的热力学（复习预习）
• 相平衡：化学位、逸度；热平衡
• 高压与低压体系（气相） • 道尔顿气体定律 • 分子大小（体积）和分子间力（压力）
例子 乙醇水体系的蒸馏分离
汽相: 醇富集
冷凝
乙醇 产品
乙醇水
加热 液相: 水富集
冷却
废水
精馏应用极其广泛
• 原因?
– 不加入新的组分 – 挥发度差异广泛存在 – 汽液平衡和分开很容易实现
要求的主要内容(讲课思路)
• 挥发度相差很大 蒸馏 相对简单 • 挥发度相差适中 精馏 用来讲述精馏的原 理及方法 • 挥发度相差很小 特种精馏 计算过于复杂 介绍开发思路 • 重点:两组分(?)连续(?)精馏(?)的原理, 过程 和设备 • 挥发度如何描述? 因此首先要讲平衡关系
• 理想与非理想溶液溶液（液相） – 拉乌尔溶液定律 – 分子间力和正负偏差 – 实验数据及其参数的回归 • Wilson2参数（局域组成、多组分体系描述） • NRTL3参数（分相） 挥发度 • 蒸气压（组分挥发性） • NRTL5参数（精度/ASPEN） • 组分间作用差异 – UNIFAC解决参数短缺的应急之需
• 根据相平衡原理解释蒸馏为什么能够提纯液 体混合物； • 能够解释蒸馏过程工业实现的工艺过程及其 各部分作用； • 能够手工计算两组分理想溶液分离过程的蒸 馏塔的板数和直径； • 能够分析以上计算与工业实际存在哪些近似 及其造成的影响； • 能够分析温度、浓度沿塔顶到塔底的变化规 律，及蒸馏塔的结构参数和操作控制指标波 动对上述规律的影响趋势； • 运用ASPEN模拟软件对实际液体混合物设计 具有工业实用价值的蒸馏塔，并分析ASPEN 软件的计算过程与理想溶液计算的方法差异 （属教材和大纲以外）。
习题3,4；1-2(选做题) 釜液浓度比较？反证：简单蒸馏必然低于平衡蒸馏
水蒸汽蒸馏
• 再探相律
xA或者yA
y>般可使挥发度差异加大，有利于精馏分离…
阅读：<60讲>下册 41讲
• 相平衡常数
yi p Ki xi pi
s s i i i
fi L is pis i xi
汽 液 平 衡 关 系 的 表 示
相平衡实验数据→交互作用参数→活度系数、逸度系数→相平衡关系
蒸 馏 学 习 目 标
• • • • • • • • • • • •
•
•
解释理论板（平衡级）是什么，可达到怎样的分离效果； 二元气液平衡的表示方法； 说明蒸馏、吸收和汽提的区别； 说明蒸馏中如何运用冷凝器和再沸器产生回流； 恒摩尔流假定如何消除能量衡算的需求？ 五种可能的进料状态及其对气液流率的影响？ 二元连续精馏设计通过McCabe-Thiele法计算理论板数？最小 回流比、最小理论板数、最优进料位置？ 最优回流比的确定原则； 操作压力与冷凝器类型选择，冷凝负荷计算； 再沸器类型选择和热负荷计算； Murphree板效率的意义和作用。流动状况对传质效率和板效 率的影响，流量操作弹性的限制因素； 板式塔的高度和直径的计算原则；列举影响蒸馏塔设计的各 种因素; 蒸馏的其他方式（简单与间歇、共沸、萃取、侧线与多进料、 中间加热、反应、隔板、水蒸汽通入与水蒸气蒸馏）； 多组分蒸馏的清晰分割与非清晰分割