甲醇精馏原理

把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。

为什么把液体混合物进行多次部分汽化，同时又多次部分冷凝，就能分离为纯或比较纯的组分呢？

对于一次汽化、冷凝来说，由于液体混合物中所含组分的沸点不同，当其在一定温度下部分汽化时，因低沸点物易于汽化，故它在气相中的浓度较液相高，而液相中高沸点物的浓度较气相高。这就改变了气液两相的组分。当对部分汽化所得蒸气进行部分冷凝是，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物的浓度较气相高，而未冷凝气中低沸点物的浓度较液相高。这样经过一次部分汽化和部分冷凝，使混合液通过各组分浓度的改变得到初步分离。如果多次地这样进行下去，将最终在液相中留下基本上是高沸点的组分，在气相中留下基本上是低沸点的组分。由此可见，部分汽化和部分冷凝，都使气液相的组成发生变化，多次部分汽化和部分冷凝同时进行，就可以将混合物分离为纯的或比较纯的组分。

液体汽化要吸收热量，气体冷凝要放出热量。为了合理利用热量，我们可以把气体冷凝时放出的热量供给液体汽化时使用，也就是使气液两相直接接触，在传热的同时进行传质。为满足这一要求，在实践中，这种多次部分汽化伴随部分冷凝的过程是在逆流作用的塔式设备中进行。所谓逆流，就是因液体受热而产生的温度较高的气体，自下而上地同塔顶因冷凝而产生的温度较低的回流液体（富含低沸点组分）作逆向流动，即回流液自上而下与上升蒸气相遇，塔内发生传质、传热过程如下：（1）气液两相进行热的交换——利用部分汽化所得气体混合物中的热来加热部分冷凝所得液体混合物；（2）气液两相在热交换过程中同时进行质的交换。温度较低的液体混合物被温度较高的气体混合物加热而部分汽化。此时，因挥发能力的差异，低沸点组分比高沸点组分挥发得多，结果表现为低沸点组分从液相转入气相，气相中易挥发组分增浓；同理，温度较高的气相混合物，因加热了温度较低的液体混合物，而使自己部分冷凝，同样因为挥发能力的差异，使高沸点组分从气相转入液相，液相中难挥发组分增浓。

精馏塔是由若干塔板组成的，塔的最上面称为塔顶，塔的最下面称为塔釜。一块塔板只进行一次部分汽化和部分冷凝，塔板数愈多，部分汽化和部分冷凝的次数愈多，分离效果愈好。通过整个精馏过程，最终由塔顶得到高纯度的易挥发组分（塔顶馏出物）。塔釜得到的基本上是难挥发的组分。

2、什么是拉乌尔定律？

拉乌尔定律是从实验中总结出来的一条重要的规律。该定律指出，在一定温度下，汽液平衡时，溶液上方气相中任意组分所具有的分压，等于该组分在相同温度下的饱和蒸汽压乘以该组分在液相中的分子分数。用数学式表示为：

pA =PAXA

式中pA——气相中A组分的分压；

PA——纯组分A在该温度下的饱和蒸汽压；

XA——液相中组分A的分子分数。

3、什么是道尔顿定律？

道尔顿定律是表示理想气体混合物的总压和分压的关系的定律。道尔顿定律指出：理想气体混合物的总压，等于个个组成气体分压之后。

根据道尔顿定律可以推出一个很重要的结论：混合气体中每个组分气体的分压等于混合气体的总压乘以该气体在混合气体中所占的分子分数。例如，第i个组分气体的分压可用下式表示：

pi =P总Yi

式中pi——组分气体i分压；

P总——混合气体的总压；

Yi——组分气体I在混合气体中所占分子分数。

4、挥发度和相对挥发度：

挥发度和相对挥发度是精馏过程使用的重要基本概念之一，精馏塔设计中也经常应用它。

纯物质的挥发性能一般都以饱和蒸汽压力的大小来描述。对处在相同温度的不同物质，饱和蒸汽压力大的称为易挥发物质，否则就是难挥发物质。饱和蒸汽压即是外压时该物质的沸点温度下的蒸汽压，因此习惯上，也用沸点来说明挥发性能。如在101.325kPa下水的沸点为100℃，乙醇的沸点为78.4℃，甲醇的沸点为64.7℃，我们可以说甲醇比乙醇容易挥发，乙醇又比水容易挥发。

对纯物质来说，不论是饱和蒸汽压力，还是沸点，都可以用来判断其挥发能力的大小。

精馏过程是处理多组分的液态混合物，而与液体成平衡的气相也是由各组分组成的气体混合物。这时各个组分在气相中所具有的分压数值的大小反映了该物质的挥发性能。其挥发性能的大小除与物料性质有关外，根据拉乌定律，还与物料在液体中所具有的浓度大小有关。为此规定挥发度的定义是：组分的气相分压与组分液相的浓度之比。对物质a和物质b组成的溶液,

Va= Vb=

式中Va、Vb——分别为组分a和组分b的挥发度；

Pa 、Pb——组分a和组分b在气相中的分压；

Xa 、Xb——组分a和组分b在液相中的分子分数。

对符合拉乌尔定律的理想溶液，

Pa=PA·Xa

Pb=PB·Xb= PB（1－Xa）

式中PA、PB分别指组分a和b的饱和蒸汽压。

由此可见，当溶液浓度不变时，物质挥发度的大小与饱和蒸汽压有关，也就是与温度有关，温度愈高，挥发度愈大。当温度不变时，挥发度的大小与浓度有关。对理想溶液而言，浓度愈大，挥发度愈大，二者成正比关系。

为了比较混合液中各个组分挥发度的大小，同时也便于在精馏中进行计算，因而引出了相对挥发度的概念，其定义是，混合液中各个组分挥发度之比。如对物质a和物质b组成的溶液，其相对挥发度，

αab=

式中αab——为组分a对组分b的相对挥发度。

5、什么是露点？什么是泡点？什么是沸点？

把气体混合物在压力不变的条件下降温冷却，当冷却到某一温度时，产生第一个微小的液滴，温度叫做该混合物在指定压力下的露点温度，简称露点。处于露点温度下的气体称为饱和气体。从精馏塔顶蒸出的气体温度，就是处在露点温度下。这里提醒一下，第一个液滴不是纯组分，它是露点温度下与气相相平衡关系的液相。其组成是由相平衡关系决定的。由此可见，不同组成的气体混合物它们的露点是不同的。