环境工程原理第六章 蒸馏-01

pA、 pB——汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压；
xA、xB——汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分率。
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理想溶液则:
pA pA xA o A pA xA xA pB pB xB o B pB xB xB
o
o
2. 相对挥发度(以α表示) 一般物系： A
泡点方程 p-t-x
0 p pB xA 0 0 p A pB
•已知体系压力和泡点，可计算液相组成； •已知液相组成和体系压力，可计算泡点（试差法）； •已知液相组成和泡点，可计算体系压力；
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露点方程 p-t-y
0 0 0 pA pA p pB yA xA 0 0 P P p A pB
第六章 蒸馏 第一节 双组分溶液的气液相平衡 第二节 蒸馏与精馏原理 第三节 双组分连续精馏的计算与分析 第四节 间歇精馏 第五节 恒沸精馏与萃取精馏 第六节 板式塔
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蒸馏在化工生产中的应用 目的： • 分离多组分混合物； • 某一组分的提纯； • 有用组分的回收。 特点： • 直接获取产品； • 适用范围广泛：液体混合物、气体混合物、 固体混合物； • 适用于各种浓度混合物的分离。
* yn 1 y n1 液相中的易挥发组分部分汽化向气相传递； * xn 1 x n1 气相中的难挥发组分部分冷凝向液相传递；
平衡： 离开该级的气液两相温度相等；
y n y n1
x n x n 1
yn与xn 相平衡
理论级：离开该级的气液两相组成相平衡。
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精馏段：对上升的蒸汽进行提纯，即越到塔顶
CCl4的分压为： pB pyB 20.127 0.431 8.675kPa 分析： 此题计算较简单，但在分析题意时要清楚什么情况下 用什么样的计算公式。 第一种情况相当于精馏塔顶全凝器的计算，将馏出蒸 气全部冷凝成饱和液体；第二种情况相当于塔顶分凝器， 即只进行部分冷凝用于塔顶回流。
0 lgp A 6.03055 -
1211.033 t 220.79
0 A
0 lgpB 6.07954 -
1344.8 t 219.482
100 ℃时，p
0 180kPa，P B 74.2kPa。
根据拉乌尔定律和道尔顿定律，可得：
0 xA pA pyA
代入数据，可得：
180x A 101.33y A
•已知体系压力和露点，可计算汽相组成； •已知体系压力和汽相组成，可计算露点（试差）； •已知汽相组成和露点，可计算体系压力；
0 p 汽液两相平衡时： y A A x A p 0 pB yB (1 x A ) p
相平衡方程
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•x~y线上各点温度不同，每 一点代表一个平衡组成；
•对角线y=x为辅助曲线，y>x ， 平衡线在对角线之上； •平衡线离对角线越远，
B
yA
pA pB xA xB
理想气体： y B
xA xB
yA xA 或： yB xB
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3. 理想溶液的气液相平衡方程式
yB 1 y A xB 1 x A

代入
yA xA yB xB
x y 1 ( 1) x
——相平衡方程
讨论:
• α 的物理意义：汽相中两组分组成之比是液相中两
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必有： yA > xA, yB < xB
即：
yA xA y B xB
蒸馏过程的分类方法 简单蒸馏 按蒸馏方式： 平衡蒸馏 精馏 特殊精馏
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按物系的组分数
双组分蒸馏
多组分蒸馏
常压蒸馏 按操作压力： 加压蒸馏 减压（真空）蒸馏 按操作方式： 间歇蒸馏 连续蒸馏
按分离难易：
普通蒸馏 特殊蒸馏
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第一节
加 热 器 原料液 Q
塔顶产品
减 压 阀
yA 分ห้องสมุดไป่ตู้离 器
xA
塔底产品
特点：可连续； 定态； 单级。
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二、精馏原理 （一）精馏塔内气液两相的流动、传热与传质
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精馏原理：多次部分冷凝、多次部分汽化、液相回流及
上升蒸气。 进料板：原料液进入的那层塔板 精馏段：进料板以上的塔段 提馏段：进料板以下（包括进料板）的塔段 塔顶冷凝器和塔底再沸器
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（2）有最低恒沸点的溶液 如乙醇-水
（二）对拉乌尔溶液有负偏差的溶液
（1）无恒沸点溶液 如氯仿-苯溶液 pA<pA理， pB<pB理
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（2）有最高恒沸点的溶液 如硝酸-水溶液
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例：苯-甲苯混合液含苯0.4（摩尔分数），在101.33 kPa下，加 热到100℃，试求此时气、液相的组成。 解：苯（A）和甲苯（B）的Antoine方程分别为：
0 p x p kPa CHCl3的分压为： A A A 0.5 26.53 13.265
CCl4的分压为： 总压：
0 pB xB pB 0.5 15.27 7.635kPa
p pA pB 13.265 7.635 20.9kPa
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由pA=py可得： y A pA / p 13.265/ 20.9 0.635
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（二）塔板上气液两相的传质与传热 n-1
yn yn+1 n tn n+1 tn+1 xn xn-1 xn+1* tn-1 yn-1*
tn1 tn1
* yn 1 yn 1
* xn 1 xn1
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t n 1 t n 1
x n1与y n1不平衡
——两相传热 ——两相传质
po—纯组分液体的饱和蒸汽压，kPa A、B、C—纯组分液体的Antoine常数 ，kPa t—温度 ，℃
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拉乌尔定律：在一定温度下，汽相中任一组分的分压 等于此纯组分在该温度下的蒸汽压乘以
它在溶液中的摩尔分率。
pA=pAoxA pB=pBoxB= pBo（1-xA）
pA 、pB— 溶液上方A和B两组分的平衡分压，Pa
yB 1 y A 1 0.635 0.365
(2)气液相量各占一半（以摩尔数计）时，设原蒸气总量为1mol， 其中由CHCl3 和 CCl4 各有0.5mol，冷却至25℃，气液相的量各 为0.5mol。则根据物料衡算，冷却前后CHCl3 的量相等，即：
0.5 y A 0.5xA 0.5
度，即纯物质液体开始沸腾时的温度。 泡点：液相混合物在某一压力下开始沸腾时的温度。 从开始沸腾到全部汽化温度不断变化。 露点：汽相混合物在某一压力下开始冷凝时的温度。
从开始冷凝到全部液化温度不断变化。
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2：t-y-x
t/℃ p=101.3kPa tJ 110 tI 100 tG 90 tF 80 0 xC x0 yD yG x (y) 1.0
pAo、pBo — 同温度下，纯组分A和B的饱和蒸汽压，Pa； xA 、 xB —分别为混合液组分A和B的摩尔分率
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二、 理想物系气液相平衡 （一）理想物系t ~y ~ x关系式 理想物系：液相为理想溶液，服从拉乌尔定律； 气相为理想气体，服从道尔顿分压定律。 理想溶液 pA=pAoxA pB=pBoxB= pBo（1-xA）
• 所得气相需要冷凝液化，能耗大。
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蒸馏过程的分离依据 蒸馏过程 液体混合物 部分汽化 汽相：yA, yB 冷凝 液相 液相：xA, xB
加热
易挥发组分(或轻组分): 挥发性高的组分，以A表示； 难挥发组分(或重组分): 挥发性低的组分，以B表示。 依据：蒸馏是利用混合物中各组分挥发性的差异。
微观 ：fAB= fAA= fBB； 宏观：体积和不变，无热效应。
p p A pB pyA pyB
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理想气体
pA pyA p x
p0 yA A xA P
0 A A
——汽液两相平衡组成间的关系
（二）t~ y~ x图与y~ x图
1、基本概念： 沸点：纯物质液态的蒸汽压等于某一外界压力时的温
经过一次平衡蒸馏，可以得到苯和甲苯含量均高于原混 合物的两相产品，如果我们进行多次平衡蒸馏，最终就可 以得到纯度较高的苯和甲苯，从而实现混合物的分离。
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例：苯-甲苯精馏塔塔顶处蒸气含苯0.5（摩尔分数），温度为 82℃，求此处的压力（假设蒸气处于饱和状态）。 解：根据苯（A）和甲苯（B）的Antoine方程：
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J I tE C E D
G
F t-x
t-y
苯-甲苯温度-组成图
两条线：液相线（泡点线）
气相线（露点线）
三个区：液相区，过冷液体 气相区，过热蒸汽 两相区，气液共存 两相区特点：两相温度相同
y > x
组成相同，t露点>t泡点
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3: y-x
0 0 p pA pB pA xA pB (1 xA )
107.39xA 0.5 p
0 (1 xA ) pB p(1 y A )
41.58(1 xA ) 0.5 p
联立求解，可得：
p 60kPa
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例：CHCl3-CCl4的混合蒸气，组成各为50%（摩尔分数），将 其冷却到25℃，若： （1）全部变为饱和液体； （2）气液相量各占一半（以摩尔数计）。 分别求出上述两种情况下的总压、各组分的分压和气液相组成。 （已知25 ℃时， CHCl3 和 CCl4 的饱和蒸气压分别为26.53kPa 和15.27kPa） 解（1）当全部变为饱和液体时，其中CHCl3的组成x=0.5,CCl4 的含量为（1-0.5），因此：
双组分溶液的气液相平衡
一、溶液的蒸气压与拉乌尔定律 二、理想物系气液相平衡 三、非理想物系气液相平衡