[理学]化工原理 蒸馏教学内容

（2） 越远离1，也就愈
有利于蒸馏操作---------- y
越大，相平衡曲线偏离对
角线愈远，表示达到气液
相平衡时气、液两相组成
的差异愈大，
x
y x 1( 1)x
yx
x
y
理 想 物 系 的 y-x 相 图
6.2.2 双组分非理想物系的气液相平衡
非理想溶液的气液相平衡
正 偏 差 溶 液 负 偏 差 溶 液
四、理想溶液汽液相平衡
蒸馏一般在恒压下操作，恒压下不同组成混 合液加热汽化达到汽液两相平衡时的平衡温度与液 相组成及汽相组成之间的关系。
§6.2 双组分溶液的气液相平衡
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。
t, P, y
A
B
f C 2 2 2 2 2 t, x
显然对理想溶液，有：
p
0 A
p
0 B
y x 1( 1)x
液体混合物的蒸气压
1、对于二组分混合液，由于B组分的存在，使得A组 分在汽相中的蒸气分压比其在纯态下的饱和蒸气压 要小。
pA pA0xA ------拉 乌 尔 （ R a o u lt） 定 律
2、理想溶液：在全部浓度范围内符合拉乌尔定律的 溶液
下标1,2,…表示塔板的序号。
6.4.2 理论板的概念及恒摩尔流假定
计算前提：
两个简化假定理 恒论 摩板 尔假 流定 假--定 ----若组分A、B的汽化
y x 1( 1)x
y
思 考 ： 若 = 1 ， 则 情 形 如 何 ？
yx，不 能 用 普 通蒸
馏 方 法 分 离 提 纯 。
x
2）气液平衡相图（y-x图）
y
说明：
（1）相平衡曲线必落在对角 y
线的上方；
因为yx
x
y x 1( 1)x
yx
x
y
理 想 物 系 的 y-x 相 图
说明：
y
幻灯片2目录
§6.4 双组分连续精馏的分析与计算
6.4.1 全塔物料衡算 6.4.2 理论板的概念和恒摩尔流假定 6.4.1 操作线方程 6.4.4 进料热状况的影响及q线方程
§6.4 二元连续精馏塔的计算
计算项目： 塔顶（或塔底）产量和浓度 塔内物流量 回流量 塔板数或填料层高度 进料位置 塔径
成图中，蒸气压较高的物 B
t-y
质A有较低的沸点；
t
而具有较低沸点的组分在
t-x
平衡气相中的浓度要大于
A
其在溶液中的浓度。
0
x 或y
1
所以气相线在液相线 的
右上方（如图）
6.2.1 双组分理想物系的气液相平衡
1. 利用饱和蒸气压计算气液平衡关系
p
A
pB
p
0 A
x
A
p
0 B
x
B
下标A表示易挥发组分（轻组分）； 下标B表示难挥发组分（重组分）
❖获得高纯度产品；
❖获得粗馏分。
例如： 在酿酒业中饮料酒；
部分汽化
溶 液 （ A+B）
加热§6.1 概述Fra bibliotek蒸馏的分类
根据
被
蒸馏
的
混合
物
的组分
数
，可
分
为：
二元蒸馏 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
乙醇-水体系相图
2．负偏差溶液
p A p 0 A x A ， p Bp B 0x B
p A0
P
p B0
如 硝 酸 － 水 、 氯 仿 － 丙 酮 等 物 系
0
xA （ xB）
1
6.2.2 双组分非理想物系的气液相平衡
t,C y
极大负偏差溶液：有最高恒沸物
130 B
120 110 100
M
t-x
P=101.3kPa
纯组分的饱和蒸气压仅与温度 t 有关，可采用实测数据或用安托因 （Antoine）方程进行推算：
ln p0 A B t C
液体的饱和蒸气压是表示液体挥发能力的一种属性。 液体的挥发能力越大，其蒸气压就越大。
什 么 是 挥 发 度 ？
对 于 纯 液 体 ， 可 以 用 蒸 汽 压 p 0 大 小 表 示 其 挥 发 度
D, xD W, xW
采出率
馏出液的采出率D xF xW F xD xW
釜液的采出率W 1 D xD xF
F
F xD xW
6.4.1 全塔物料衡算
塔顶易挥发组分回收率：
D
Dx D FxF
100 %
塔底难挥发组分的回收率：
W
W (1 xW ) F (1 xF )
参见：例题6-3
6.4.2 理论板的概念及恒摩尔流假定
精 馏
三、基本概念
1、易挥发组分（轻组分）：在一定的外界压力下，混合物中沸 点低的组分容易挥发
2、难挥发组分（重组分）：混合物中沸点高的组分 3、饱和蒸气压：在密闭容器内，在一定温度下，纯组分液体的
汽液两相达到平衡状态，称为饱和状态，其蒸气称为饱和蒸 气，其压力就是饱和蒸气压。
在一定温度下，混合液中饱和蒸气压高的组分容易挥发， 低的组分难挥发。
补充：经验规则（ 1881年，阿诺华洛夫）
1）对于理想溶液，曾得到这样一条规则： “相对 较易挥发物质，在平衡蒸气相中的浓度要大于其 在溶液相中的浓度。”
2）数学表示式为： 若 PA0 PB0 ，则 yA xA
3）上述规则对非理想溶液来说，一般也是适用的。
由于较易挥发的物质其沸
点较低，因此蒸气压—组 P 一 定
1、简单蒸馏
6. 3
蒸馏方式
简单蒸馏 平衡蒸馏
精馏
1）．流程及特点
特点：① 间 隙 、 不 稳 定 ； t ② 分 离 程 度 不 高
B
W 1,x 1
y
x
x W D, xD 2
W2
加热
x2
x1
x或 y
A
xD
2、平衡蒸馏
又称闪蒸 1）． 流程及特点
特 点 ： ① 连 续 、 稳 定 ， ② 分 离 程 度 不 高 。
2 用相对挥发度表示的气液平衡关系
对 于 混 合 液 中 的 某 一 组 分 i ， 挥 发 度 i 定 义 为 :
vA
pA xA
vB
pB xB
显 然 对 理 想 溶 液 ， 根 据 拉 乌 尔 定 律 有 ：
Ap0 A，BpB 0
相对挥发度
vA vB
pA pB
xA xB
yA yB
xA xB
80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.6
p0AmmHg 760 856 963 1081 1210 1350 1502 1668 1783
pB0 mmHg 292 334 381 434 492 556 627 705 760
α
2.60 2.56 2.53 2.49 2.46 2.43 2.40 2.37 2.35
L
F, xF
L
D, xD
V
V
W, xW
6.4.1 全塔物料衡算
F DW FxF DxD WxW
F－原料流量，kmol/h
F, xF
D－塔顶产品（馏出液）流量，kmol/h
W－塔底产品（釜液）流量，kmol/h
xF – 原料中易挥发组分的摩尔分数 xD – 馏出液中易挥发组分的摩尔分数 xW – 釜液中易挥发组分的摩尔分数
t-y
1
P=101.3kPa
0.8
0.6
0.4
M
90
0.2
A
80
0
0 . 2 0x.M4 0 . 6 0 . 8
1
x 硝酸-水体系温度-组成图
0
0
0 . 2 x0M. 4 0 . 6 0 . 8
1
x
硝酸-水体系相图
6.2.2 双组分非理想物系的气液相平衡
非理想物系的相平衡关系方程仍可用式
y x 1( 1)x
1
6.2.2 双组分非理想物系的气液相平衡
t,C
y
极大正偏差溶液： 有 最 低 恒 沸 物
B 100
P=101.3kPa
95
t-y
90
85 t-x
M 80
A
75 0
0.2 0.4 0.6 0.8 xMM1
x 乙醇-水体系温度-组成图
1
P=101.3k
M
0.8
Pa
0.6
0.4
0.2
0
0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 xM 1 x
但通常不再是一个常数。
表3 101.3kPa下乙醇－水物系的相对挥发度随组成的变化关系 x 0.02 0.10 0.20 0.35 0.50 0.65 0.75 0.894 y 0.175 0.43 0.525 0.595 0.657 0.725 0.785 0.894 α 10.4 6.79 4.42 2.73 1.92 1.42 1.20 1.00
与 拉 乌 尔 定 律 有 偏 差 的 溶 液 称 为 ~ 。
此时， f A A f BB f AB
pA
p
0 A
x
A
pB
p
0 B
x
B
p A0
P
1 ． 正 偏 差 溶 液
p B0
p Ap 0 A x A ， p Bp B 0x B
如 甲 醇 － 水 、 乙 醇 － 水 、 苯 － 乙 醇 等 。 0 x A （ x B ）
y x 1( 1)x
2 用相对挥发度表示的气液平衡关系
y x
…….双组分理想溶液的气液相平衡方程
1( 1)x
在一定温度范围内，α近似为常数；对理想物系，相对挥发
度与温度关系不大，可近似认为与温度无关。
α的大小反映了混合液分离的难易程度。
表1 苯－甲苯物系的相对挥发度随温度的变化关系
t, 0C
简单蒸馏 平衡蒸馏
精馏
3、平衡级和精馏原理
1）平衡级定义 又称接触级
使不平衡的气液两相（气相 温度高、液相温度低）经过足够 长时间充分接触，离开时，气液 两相达到了平衡，这个过程称为 平衡级。
饱和液相
x0 t0 L
y V t y y0
t
B
t-y
T0
t-x
B
接触级
A
t0 x
x x0
A
y0 x0
y
[理学]化工原理 蒸馏
幻灯片1目录
§6.1 概述 §6.2 二元物系的汽液相平衡 §6.3 蒸馏方式与精馏原理
1、简单蒸馏 2、平衡蒸馏 3、平衡级和精馏原理
§6.1 概述
一、什么是蒸馏？
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。
A 易挥发组分
二、蒸馏在工业生产中的应用
B
难挥发 组分
对 于 混 合 液 中 的 某 一 组 分 i ， 挥 发 度 i 定 义 为 :
vA
pA xA
vB
pB xB
显 然 对 理 想 溶 液 ， 根 据 拉 乌 尔 定 律 有 ：
Ap0 A，BpB 0
什 么 是 相 对 挥 发 度 ？
相对挥发度
vA vB
pA pB
xA xB
yA yB
xA xB
对 理 想 物 系 ， 汽 相 满 足 ： P p A p B p0 AxpB 0(1x)
x P pB0 p0A pB0
p
0 A
、
p
0 B
仅与温度
t
有关，可采用实
y pA p0Ax PP
p
0 A
P
P
p
0 B
p
0 A
p
0 B
测数据或用安托因（Antoine）方程 进行推算：
ln p0 A B t C
1.理论板的概念
理论板指离开该板的气相组成与离开该板的 液相组成之间温度相等，且平衡的理想化塔板。
6.4.2 理论板的概念及恒摩尔流假定
2.恒摩尔流假定
（1）恒摩尔气流 精馏段 V1= V2= V3= V=常数 提馏段 V1′= V2′= V3′= V′=常数 （2）恒摩尔液流 精馏段 L1= L2= L3= L=常数 提馏段 L1′= L2′= L3′= L′=常数
溶 液 （ A+B）
加热
§6.2 二元物系的汽液相平衡
P 一定
B
露点线 汽相区
t-y
t 泡点线 两相区
露点线一定在泡点线上方。 杠杆原理： 力力臂 = 常数
t-x
L1
液相区
0
x 或y
量 浓度差
L2
A 即：液相量L1=汽相量L2
pA A pA0
1 xA
A
t
11
y
x 理 想 物 系 的 y-x 相 图
捷算法图解法m1n11213理论板数的图解开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯当梯级跨过点时就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯直至梯级跨过点简称mt1213理论板数的图解所画的总阶梯数就是全塔所需的理论塔板数包含再沸器跨过点理论板128块包括再沸器其中精馏段57成平衡相当于逐板计算中使用一次平衡关系由y因此代表一块理论板
x L t
y0 T0 V 饱和气相
T0 >t0
2）．精馏原理及设备
精馏是利用混
合物中各组分挥 发能力的差异， 通过液相和气相 的回流、经过多 次平衡级过程， 使物系实现高纯 度分离的操作。
平衡级
平衡级
x0 t0
yt
L
平衡级
精 馏 段 进料 提 馏 段
t, x
y0 T0
V
冷凝器 馏出液
回流
理 论 板 (平 衡 级 ) 加料板
pA
纯组分B
P
p B0
0
xA （ xB）
纯组分A p A0
A
p A0
B
A
t
加热
1
1. 利用饱和蒸气压计算气液平衡关系
在 一 定 的 压 力 下t fx
t gy
? 理想物系
在 一 定 的 温 度 下pAf x 理想物系 pBgx
p
A
pB
p
0 A
x
A
p
0 B
x
B
拉乌尔定律
理 想 物 系 的 t - x （ y ） 相 平 衡 关 系 ：
再沸器 釜液
说明
1）在精馏过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控 制。
2）工业上的精馏过程是在精馏塔内将液相的多次部分汽化和 气相的多次部分冷凝过程有机结合而进行的。
3）气、液相回流是精馏的重要特点。冷凝器从塔顶提供液相 回流，再沸器从塔底提供气相回流。
4）由于在塔的进料板以下（包括进料板）的塔段中，上升气 相从下降液相中提出了易挥发组分，故称提馏段 （stripping section)；由于塔的上半段上升气相中难挥发组 分被除去，易挥发（轻）组分得到了精制，故称精馏段。