化工原理蒸馏剖析

2 平衡蒸馏与简单蒸馏
露点线
t/C
泡点线
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
任一时刻，易挥发组分在蒸汽中的含量 y 始终大于剩余在
釜内的液相中的含量 x，釜内易挥发组分含量 x 由原料的
初始组成 xF 沿泡点线不断下降直至终止蒸馏时组成 xE， 釜内溶液的沸点温度不断升高，蒸汽相组成 y 也随之沿露
点线不断降低。
8-2 理想溶液及拉乌尔定律
如图所示溶液，在一定的温度下，溶
液上方任意组分的蒸汽分压，等于该
纯组分在同温度下的蒸汽压与该组分
在溶液中的摩尔分率之乘积。——拉 乌尔定律。PA0(PB0)是xA=1 (xB=1)时
的蒸汽分压。
道尔顿分压定律的表达式为：
pA
p
0 A
x
A
PA = P . yA , PB = P . yB
1.工作原理: 利用液体混合物中各组分挥发性差 异，以热能为媒介使其部分汽化从而在汽相富集 轻组分液相富集重组分而分离的方法。
塔顶产品
原料液 加热器 减压阀 Q
yA
闪 蒸 罐 xA
yA xA 或
yA xA yB xB
塔底产品
2. 蒸馏操作的用途
许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制 品的切割，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处 理等等。分离的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。
理想溶液：其中各个组分都在
pB
pB0 xB
p
0 B
1
x
A
全部浓度范围内服从拉乌尔定
律。
8－3 汽液平衡图
1. T-x(y) 图
T-x(y) 图代表的是在总压 P 一
定的条件下，相平衡时汽（液
气相区
）相组成与温度的关系。
t/C
在总压一定的条件下，将组成
为 xf 的溶液加热至该溶液的泡
点 tA，产生第一个气泡的组成
温的情况 加压蒸馏：常压下为气体的物系精馏分离，加压提高混合
物的沸点. 多组分精馏：例如原油的分离。 双组分精馏：如乙醇-水体系,苯-甲苯体系等。
本章着重讨论常压下双组分连续精馏。
§2 理想溶液的汽-液平衡
8-1 由制酒作坊引出相平衡
古老的烧酒作坊，主要分三步： （1） 粬的制作——发酵过程（获得菌种） （2） 粗酒的制作——将酒粬与蒸熟的米饭， 按一定比例混合发酵，制成酒、水、酒糟的糊状 混和物（生物降解）。 （3）酒的提纯——蒸馏操作过程。
第八章 蒸馏 §1概述
某酒精厂里，酒精的增浓与提纯。 即利用乙醇与水的沸点不同，或 挥发度不同，使乙醇与水分离的 过程是一种蒸馏操作，多次蒸馏
操作就是精馏。如图所示。 精馏操作—利用液体混合物各组 分沸点（或挥发度）的不同，将 物质多次部分汽化与部分冷凝， 从而使液体混合物分离与提纯的
过程。
蒸馏传质示意图
露点线：对于一定组成的蒸汽，冷却至与线相交， 出现第一个露珠，所以称此线为露点线。
若t-x线与t-y线重合，则表示该溶液不能分离。若 两线相距愈远，则表示愈易分离。
t-x-y图可通过实验测定。
若为二元理想溶液，t-x-y图可利用计算方法求得：
pA
p
o A
x
A
pB
p
o B
x
B
p
o B
1 xA
pA
对于易挥发组分，因为y x，所以x-y线均在对角线上方. x-y线与对角线偏离越远，表示越易分离。若x-y线与对角 线重合，则不能用精馏方法分离。
8－4 汽-液平衡解析表达式
挥发度——达到相平衡时，某组分在蒸汽中
的分压和它在平衡液相中的摩尔分率之比。
vA
pA xA
， vB
pB xB
相对挥发度——各组分的挥发度之比
xA
xA 1 xA
yA
1
xA
1
xA
汽－液平衡的解析表达式
相平衡计算举例 【例8-1】正庚烷和正辛烷的饱和蒸汽压和温度的关系数 据如下表所示。(1)试求出该体系的平均相对挥发度。 (2)绘出t-x-y图; (3)绘出x-y图.
说明:
(1)实际状况下相对挥发度并不是一个固定不变的值,是一个 与温度相关的量,所以汽－液平衡的解析表达式
8-6 简单蒸馏的原理
在简单精馏的过程中：液相组成由x1－x2－x3－•••－xn 汽相组成（馏出液组成）由y1－y2－y3－•••－yn 釜液量由F－F-dn－•••－W
为 yA。
0
继续加热，随温度升高，物系变为
两相区
露点
露点线
泡点
泡点线 液相区
xA xf x(y)
yA 1.0
互成平衡的汽液两相，两相温度相
同组成分别为 yA 和 xA 。
当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的气相，最后一滴液相的组成为 xA。
泡点线：对于一定组成的溶液加热到与之相交的 点，即出现第一个气泡，所以此线称为泡点线。
AB
vA vB
,
百度文库 AB
pA pB
xA xB
pAo xA pBo xB
xA xB
pAo pBo
通常定义易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之 比为相对挥发度（1）。
对于二元理想溶液
yA
pA pA pB
pAo xA pAo xA pBo 1 xA
pAo pBo
xA
pAo pBo
xA
1 xA
蒸馏操作实例：石油炼制中使用的 250 万吨常减压装置
3. 蒸馏的分类
简单蒸馏或平衡蒸馏：用在分离要求不高的情况下。 精馏：分离纯度要求很高时采用。
间歇精馏：多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。 连续精馏：多用于大批量工业生产中。 常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。 减压蒸馏：常压下物系沸点较高或热敏性物质不能承受高
pB
P
p
o A
x
A
p
o B
1
xA
xA
P pBo pAo pBo
yA
pA P
pAo xA P
pA
p
o A
x
A
此式说明：（1）已知某温度下的PAO 和PBO（饱 和蒸汽压数据），就可以计算得到x与y，就可以 作出在指定外压下的t-x-y图。（2）总压P对t-x-y
图有影响。
2、x-y图 取t-x-y图中的x-y数据，以x为横坐标，y为纵坐标， 绘成的图为x-y图。
是与温度相关的.
yA
1
xA
1
xA
(2)实际的平衡曲线可以由不同温度下的饱和蒸汽压数据 绘出.
1. 定义
§3 简单蒸馏及其计算 8-5 简单蒸馏的装置
简单蒸馏也称微分蒸馏，间歇非稳态操作，在蒸馏 过程中系统的温度和汽液相组成均随时间改变。
原料液 蒸气
冷凝器
y
x
xD1 xD2 xD3
分批加入蒸馏釜的原料液持续加热沸腾汽化，产生的蒸汽 由釜顶连续引入冷凝器得馏出液产品。釜内任一时刻的汽 液两相组成互成平衡。