蒸馏

6-2-3 Leabharlann 发度及相对挥发度一、 挥发度
挥发度可用蒸气分压和与之平衡的液相 中的摩尔分数之比来表示，溶液中A组分的挥 pA 发度为 ： vA xA 对于理想溶液：
vA p
0 A
二、 相对挥发度
相对挥发度可用易挥发组分的挥发度与难挥 vA pA / xA 发组分的挥发度之比表示：
4、按组分数分：
第二节 双组分物系的气液相平衡
均相液体混合物中，根据各组分彼此 对蒸汽压的影响规律不同，可以分为理想 和非理想物系。
6-2-1 理想物系的气液相平衡
理想物系中液相为理想溶液，遵循拉乌尔定 律；气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。 一、相律 相律是描述相平衡的基本规律，表示平衡体 系中的自由度数、相数及独立组分数的关系： F=C－Φ+2 式中：F－自由度数； C－独立组分数； Φ－相数。
图中ab所示。
图6-6 操作线方程示意图
二、提馏段操作线方程
对图中虚线范围（包括 自提馏段第m板以下塔段和塔 釜在内）作物料衡算： 总物料衡算：
L V W
易挥发组分的物料衡算： Lxm V m1 Wx w y
下降的液体组成，摩尔分数； ——提馏段中任意第m+1层 板上升的蒸汽组成，摩尔分 y m 1 数；
如此类推，最终可得难挥发组分浓度低，易挥发组 分接近于纯组分的气相。
多次部分汽化
将组成为X1 的饱和液体加热T2 （J 点），使其部分气 化，这时又出现新的气液平衡，将气液两相分开，液相 组成为X2’ 。再将组成为X2’ 的饱和液体部分气化，如 此类推，最终可得易挥发组分浓度很低，接近于纯净的 难挥发组分的液相。
四、平衡蒸馏计算 1、物料衡算
总物料衡算 F=D+W 易挥发组分衡算 FxF=Dy+Wx 液化率 q=W/F
分离器内汽化率
D/F =1－q 两相组成满足:(通过联立上式可得)
y
2、热量衡算
q q 1
x
xF q 1
对换热器： Q：加热器的热负荷，kJ/h or KW； F：原料液流量，kmol/h；
ln F W
x1
dx y x
*
x2
若为理想物系
ln F W 1
1
[ln
x1 x2
ln
1 x2 1 x1
]
若在操作范围内，平衡关系为直线
ln F W 1 m 1 ln (m 1) x1 b (m 1) x 2 b
三、平衡蒸馏流程特点
平衡蒸馏又称闪蒸，是将原料液预热至要求温 度，经减压阀减压至规定压力进入分离器。在分离 器内，部分料液汽化并引入塔顶冷凝，未汽化的液 体为底部产品。
r cp
3、气液平衡关系
y ax 1 (a 1) x 和te f ( x)
y
T e- x 曲 线
te
f e
P=常 数
x
第四节 精馏
精馏是按照均相液体混合物各组分挥 发度不同，进行气相多次部分冷凝过程和 液相多次部分汽化而将混合液加以分离的。 分离后可获得纯度高的易挥发组分和难挥 发组分，工业生产中用精馏塔并采用回流 这种工程手段来实现这一分离过程。 因此，塔底蒸气回流和塔顶液体回流 是精馏过程连续进行的必要条件，回流也 是精馏与普通蒸馏的本质区别。
Cp：原料液的平均比热，KJ/mol. ℃ ； tf：原料液的温度， ℃； T：通过加热器后原料液的温度， ℃
对闪蒸罐： r：汽化潜热，KJ/mol； te：平衡温度， ℃。
Q Fc p (T t f )
Fc p (T te ) (1 q ) Fr T te (1 q )
Vyn 1 Lxn Dx D
V、L——分别表示精馏段内每块塔板上升蒸气的摩尔 流量和下降液体的摩尔流量，kmol/h； yn+1——精馏段中任意第n+1层板上升的蒸气组成，摩 尔分数； xn——精馏段中任意第n层板下降的液体组成，摩尔分 数。 整理得： y n 1 L x n D x D
馏出液的采出率：
D/F x F xW x D xW
塔顶易挥发组分的回收率：
D
Dx D Fx F 100%
塔釜难挥发组分的回收率：
w
W (1 x w ) F (1 x F ) 100%
6-5-3 操作线方程
一、精馏段操作线方程
对图中虚线范围（包括精 馏段第n+1板和冷凝器在内） 作物料衡算，以单位时间为基 准，即： 总物料衡算：V L D 易挥发组分的物料衡算：
x m ——提馏段中任意第m层板
整理得提馏段操作线方程 ：
y m1 L L W xm WxW L W
6-4-1 精馏原理
多次部分冷凝
如图：将组成为XF，温 度为TA的混合液加热到气 液共存区，使其部分气化， 并将气液两相分开，气相组 成为Y1 ，液相组成为X1 ， 且Y1>XF>X1 ，部分分离。 将产生的组成为Y1 的饱和 蒸汽部分冷凝到T1 出现新 的气液平衡，气相组成为Y2， 液相组成为X2 且Y2 >Y1 。 再将温度为T1 组成为Y2 的 饱和蒸汽冷凝到P点T2 出现 新平衡，气相组成为Y3 ， Y3 >Y1 。
二、 气液相平衡的函数关系
根据拉乌尔定律 pA = pAº xA pB = pBº xB P = pA + pB = pAº + pBº xA xB P = pAº + pBº xA (1-xA) 0 得到泡点方程式 ： p p
xA
B
pA pB
0 0
根据道尔顿分压定律 pA = p yA pB= P yB
③ 塔设备保温良好，热损失可忽略。
6-5-2 全塔物料衡算
对右图的连续精馏装置做物料 衡算，并以单位时间为基准： 总物料衡算：F=D+W 易挥发组分：F x D x W x
F
D
W
F、D、W——分别表示原料、塔 顶产品（馏出液）、塔底产品釜 残液）流量，kmol/h； xF、xD、xW——分别表示原料、 塔顶产品、塔底产品中易挥发组 分的摩尔分数。
vB pB / xB
对双组分混合液，总压不太高时：
α vA vB p A / xA p B / xB pyA / xA pyB / xB y /(1 y ) x /(1 x) yA / yB xA / xB
yA /(1 yA ) xA /(1 xA )
可得到相平衡方程式 y
6-5-1 理论板与恒摩尔流假设
一、理论板
精馏过程中气液离开塔板时气液两相互为平衡，这块板 称为理论板。理论板实际上是不存在的，仅作为衡量实际
板分离效率的依据和标准。
二、恒摩尔流假设
1、恒摩尔气流 V1=V2=…=Vn=V
V1，=V2，=…=Vm，=V，
但V和V，不一定相等。
2、恒摩尔液流 L1=L2=…=Ln=L L1，=L2，=…=Lm，=L， 但L和L，不一定相等。 3、恒摩尔流动的假定必须符合以下的条件才能成立。 ① 混合物中各组分的摩尔气化热相等。 ② 各板上液体显热的差异可忽略。
2、气-液相组成（y-x）图
当总压一定时以x 为横坐标，y为纵坐标， 以液相组成 和与之相平衡的气相 组成的曲线和对角线 （y=x）组成的 相图。平衡线距对角 线越远，则与x相平衡 的y值越大，说 明该混合液越易分离。
6-2-2 非理想物系的气液相平衡
实际生产中所遇到的大多数物系为非理想物系， 根据具体情况，非理想物系又分为：①液相属非理 想溶液，气相属理想气体；②液相属理想溶液，气 相属非理想气体两大类。③液相属非理想溶液，气 相属非理想气体； 溶液的非理想性来源于异种分子之间的作用力 不同于同种分子间的作用力，其表现是溶液中各组 分的平衡蒸汽压偏离拉乌尔定律。此偏差可以是正 偏差，也可以是负偏差，实际溶液尤以正偏差居多。
6-1-1 蒸馏操作在化工生产中的应用
化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎 都是混合物，而且大部分是均相物系。为进一步加工和使 用，常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 例如，加热乙醇水溶液，使之部分汽化，由于乙醇的 沸点较水低，即其挥发度较水高，故汽化出来的蒸汽中， 乙醇的组成（即浓度），必然比原来溶液的要高。若将汽 化的蒸汽全部冷凝，则可得到乙醇含量较高的冷凝液，从 而使乙醇和水得到初步分离。通常，将沸点低的组分称为 易挥发组分，沸点高的组分称为难挥发组分。多次进行部 分气化或部分冷凝以后，最终可以在气相中得到较纯的易 挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分。这就叫精 馏。
和pA = pAº xA联立得到露点方程式 ：
yA p xA p
0 A
三、气液相平衡相图 1、温度-组成（t-x-y）图 用于表示总压一定时的混合液在不同温度下的 气-液相平衡组成（均以易挥发组分表示）。图中 以温度为纵坐标，气-液相组成为横坐标，图中两 条线分别为饱和液体线和饱和蒸气线。两条线将图 分为三个区：饱和液体线以下的区域为液相区；饱 和蒸气线上方的区域为过热蒸气区；二曲线包围的 区域为气液共存区。
第六章 蒸馏
第一节 概述 第二节 双组分物系的气液相平衡 第三节 简单蒸馏和平衡蒸馏 第四节 精馏 第五节 双组分连续精馏的计算 第六节 间歇蒸馏 第七节 恒沸精馏与萃取精馏 第八节 板式塔 第九节 过程的强化与展望
第一节 概述
蒸馏是分离均相液体混合物的典型单 元操作之一,广泛应用于化工、石油、医药、 食品、酿酒及环保等领域。
x
1 ( 1) x
第三节 简单蒸馏和平衡蒸馏
一、简单蒸馏流程特点
简单蒸馏是将原料液一次加入蒸馏釜中，在恒压下 加热使之部分汽化，产生的蒸气进入冷凝器中冷凝， 随着过程的进行，釜液中易挥发组分含量不断降低， 当釜液组成达到规定值时，即停止蒸馏操作，釜液一 次排出。