蒸馏基本原理

蒸馏操作是利用液体混合物中各组分挥 发性大小的差异实现分离的 按操作方式分：●间歇蒸馏 ●连续蒸馏
2. 按蒸馏方法分：●简单蒸馏 ●平衡蒸馏 ●精馏 ●特殊精馏：●恒沸精馏 ●萃取精馏
10-1 概述
3. 按操作压强分： ●常压蒸馏 ●减压蒸馏 ●加压蒸馏
4. 按组分数分： ●两组分蒸馏 ●多组分蒸馏
二. 沸点-组成图（t-x-y图）
在t-x-y图中，有二条线和三个区域。二 条线即t-x线和t-y线，三个区域分别是：在t-x 线以下为液相区，在t-y线以上为汽相区，在 t-x线和t-y线之间为汽液两相共存区。
下面讨论某种初始组成的液体或汽体混 合物在升温或降温过程中的相态及组成将如 何变化。
图10-2 t-x-y图
小实验
在一个容器中放入苯40mol(3.12kg) ， 甲苯60mol(5.52kg) ，充分搅拌使之混合均 匀成为均相混合物。
然后进行加热，升温到100˚C，则混合 物处于沸腾状态，将产生的蒸汽引入冷凝 器冷凝后装入另一个容器，这样原来的混 合物被分成两部分，如图10-1所示。
xF,A=0.4 xF,B=0.6 F=100mol
第十章 蒸馏
10-1 概述
一. 蒸馏基本原理 吸收是分离气体混合物的最常用的化 工单元操作，而分离液体均相混合物最常 用的化工单元操作是蒸馏。
对混合物进行分离总是利用混合物中 各组分的某种性质的差异。例如，吸收是 利用气体混合物中各组分在溶剂中的溶解 度差异实现分离的。为了说明蒸馏分离的 基本原理，让我们先做一个小实验。
xA=0.257 xB=0.743 mx=28.1mol
yA=0.456 yB=0.544 my=71.9mol
A=苯，B=甲苯，t=100˚C
图10-1 一次部分汽化部分冷凝的分离效果
10-1 概述
上述实验通过一次部分汽化和部分冷凝的操作， 将原来的液体混合物分为两部分。其中冷凝液部分 苯的组成由原来的0.4提高到0.456，我们称它富集了 苯；另一部分剩余液体甲苯的组成由原来的0.6提高 到y=0.743，我们称它富集了甲苯。通过这样一次部 分汽化部分冷凝，就使分开的两部分液体产生一定 程度的分离效果。可以设想，如果将所得的冷凝液 再进行一次类似的操作，可以得到苯的含量更高的 液体；同理，对剩余液体再进行一次类似的操作， 可以得到含甲苯的量更高的液体。
本章重点介绍：两组分常压连续精馏。
第一节 二元物系的汽液平衡
蒸馏是汽液间的传质过程，传质推动 力是汽相或者液相的实际浓度与平衡浓度 的差距，传质过程的极限程度是汽液两相 达到相平衡，因此，汽液平衡关系是分析 蒸馏原理和进行设备设计计算的理论基础。 相平衡是《物理化学》课程学习的基本内 容，本节侧重论述相平衡在本课程中的应 用。
10-1 概述
“气相”和“汽相”的区别）相的趋势（或 者说“倾向”），因此汽化时含有较多的苯。 同理，液相中甲苯的挥发性较小，汽汽化时液 相中含有较多的甲苯。
与液体部分汽化能够产生一定程度的分 离效果的道理相似，当对处于过热状态的汽体 混合物进行冷却再冷凝，使部分汽体冷凝成液 体时所形成的液体和剩余的汽体也能够产生一 定程度的分离效果。
二. 沸点-组成图（t-x-y图）
设对初始组成为苯的摩尔分数x =0.4的苯和甲苯 混合溶液在室温下（图10-3中F点）进行加热升温，当 温度低于95˚C时，混合液一直处于液体单相状态；当 温度达到95˚C时（图10-3中G点），液体达到饱和温度， 此时开始有汽泡产生，因此这个温度又称为泡点温度， t-x线又称为泡点线，产生的第一个汽泡的组成为图示 的yN；
(10-1)
pB=pB0 xB =pB0 (1-xA) （xB =0→1）(10-2)
一.理想溶液的汽液平衡
若溶液各组分与拉乌尔定律偏离较远， 就称为非理想溶液。
一般而言，如果溶液中各个组分的物 性和分子结构相似，分子大小相近，其行 为就接近于理想溶液。例如苯-甲苯、甲醇乙醇等二元混合溶液可视为理想溶液。
10-1 概述
为什么进行一次部分汽化部分冷凝的 操作就能够产生一定程度的分离效果效果 呢？这是由于在混合液中两种组分—苯和 甲苯的挥发性大小不同。从它们的常压沸 点看，苯的常压沸点是80.1˚C，而甲苯的 常压沸点是110.6˚C，在相同的温度下，苯 比甲苯的挥发性大，当液体沸腾时，苯分 子具有较强的从液相中逸出进入汽（注意
二. 沸点-组成图（t-x-y图）
y2 ； ……。如此重复进行，得到一组tk，xk， yk(k=1,2,3, ……)数据。将得到的tk，xk数据以x 为 横座标，以t为纵座标作图得到一系列的点，将这些 联结成一条光滑的曲线，称为t-x线；相似地，将得 到的tk，yk数据以y 为横座标，以t为纵座标作图得到 一系列的点，将这些联结成一条光滑的曲线，称为ty线。将t-x线和t-y线绘制在同一张图上，则称为t-x-y 图，如图10-2所示，该图物系为苯-甲苯二元物系。
xA
P pB0
pA0
p
0 B
又由道尔顿分压定律得
yA
pA P
xApA0 P
（10-5）
（10-6）
二. 沸点-组成图（t-x-y图）
对于二元物系，表示组分的组成的下标可 去掉。
当总压为定值时，任选取一个温度值t1，查 得该温度下的各纯组分的饱和蒸汽压pA0和pB0 （如果没有实验数据可查取时可用经验公式如 Antoine方程进行计算），然后据式（10-5）计 算 注 一相意 个应温x1和的度yx值11是值t2互，，相用又达同据成样式平的（衡方10的法-6）两求计个得算组x2和相成应值的；y再1值取，
10-2 二元理想溶液及其汽液平衡图
一.理想溶液的汽液平衡
根据溶液中同分子间作用力与异分子间作用 力的差异程度，可将溶液分为理想溶液和非理想 溶液。理想溶液是指同分子间作用力与异分子间 作用力相同或相近，溶液中各个组分在全部浓度 范围内（x=0→1）服从拉乌尔定律，即
pA=pA0 xA （xA =0→1）
二. 沸点-组成图（t-x-y图）
如汽液平衡时总压P不高（一般小于 10atm），则道尔顿分压定律适用于汽相， 即
P=pA+pB 若溶液为理想溶液，则有
(10-3)
P= pA0 xA + pB0 xB = pA0 xA + pB0 (1-xA ) (10-4)
二. 沸点-组成图（t-x-y图）
由上式得