第十章蒸馏.doc
化工原理第十章 蒸馏
理想溶液：
A
pA xA
pAo xA xA
pAo
B
pB xB
pBo xB xB
pBo
2. 相对挥发度(以α表示) (relative volatility)
定义：溶液中两组分挥发度之比。
pA
一般物系： A
B
xA pB
xB
yA
理想气体：
xA yB
xB
注：习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组
第十章 蒸馏
第一节 二元物系的气液相平衡
一、双组分溶液的汽液关系 二、汽液相平衡 三、挥发度和相对挥发度 四、非理想溶液
2020/1/19
一 双组分溶液的汽液关系
ห้องสมุดไป่ตู้
组分： A、B
1、相律分析
变量 ： T、p、xA、 yA 相数：汽相、液相
相律是表示平衡物系中的自由度数、相数和独 立组分数之间的关系。
混合液中组分数
双组分 多组分
间歇 按操作方式
连续
2020/1/19
五 与吸收、萃取的比较
单元操作 分离依据
操作难易 适用性
蒸馏
挥发性的差异 操作简便，操 适于各种
作费用在于加 浓度混合
热、冷却
物的分离
吸收 萃取
溶解度的差异
需加入分离剂，仅适于低
操作费用在于 浓气体、
解吸
液体混合
物的分离
2020/1/19
pA0 p
xA
pA0 p
p pB0 pA0 pB0
fA(t) p
p fB(t) fA(t) fB(t)
化工原理蒸馏
化工原理蒸馏
蒸馏是一种重要的化工分离方法，利用物质的不同挥发性使其分离纯化。
蒸馏过程中，液体组分根据其挥发性差异在加热的条件下先蒸发，然后再经过冷凝回收成液体。
在蒸馏过程中，会产生不同的馏分，从而实现物质的分离和纯化。
在蒸馏中，首先将混合物加热至使其中的较易挥发组分蒸发并进入冷凝器，然后通过冷却将其转化为液体并收集。
而不易挥发的组分则在蒸馏瓶中富集，进一步提高纯度。
这样通过连续蒸发和冷凝，直到从混合物中逐渐分离出所需的纯组分。
蒸馏技术在石油、化工、制药等领域具有广泛的应用。
例如在石油炼制过程中，原油经过初次蒸馏分离得到不同沸点范围的馏分，例如天然气、汽油、柴油、液化石油气等。
而在制药过程中，蒸馏被用来纯化药物原料以去除杂质。
蒸馏的效率取决于诸多因素，包括温度、压力、液体性质和设备设计等。
不同的物质对于温度和压力的要求也不同，因此需要根据实际情况进行调整。
同时，蒸馏设备的设计也会影响蒸馏效率，例如塔板和填料的选择。
总之，蒸馏是一种重要的化工分离技术，能够实现混合物中的组分分离和纯化。
它在石油、化工、制药等领域具有广泛应用，并且可以根据具体情况进行调整以达到最佳效果。
蒸馏
t
G
1
气 相 组 成
L
y
0
液相组成
x
1
B
xA
t — x —y 图
A
x —y 图
与理想溶液发生负偏差的溶液：如硝酸–水、氯仿–丙酮等
物系。对于硝酸–水体系，其恒沸组成为x=y=0.383，恒沸点 t=121.9℃ (常压下) 。称为具有最高恒沸点的溶液。
2. 热量衡算
气相焓 J/mol 液相焓 J/mol 进料焓 J/mol
Q HnV qnD HnLqnW HnF qnF
加入或移出系统的 热流量J/mol
对加热器作物料横算
qnF cp (t te ) 1 qrqnF
对分离器作物料横算
Q qnF cp (t tF )
纯组分的饱和蒸汽压
p
* A
pB
*
是温度函数，可查饱和蒸汽压表，或用安
托因antoine方程求：
B ln p A C T
*
ABC分别为安托因常数，依 组分而定
2 用相对挥发度表示的气液平衡关系
溶液中各组分的挥发度定义为该组分在蒸气中的
分压和与之相平衡的液相中的摩尔分率之比，即
vA=pA/xA
t-x
气液相平衡图（ x — y 图 ）
用易挥发组分相平衡 时的气液相组成画图。
1
气 相 组 成
平衡线位于对角线的 上方；
平衡线离对角线越远， 表示该溶液越易分离。
y
液相组成
蒸馏中使用 x-y 图较 t-x-y 图更为方便。
蒸馏
蒸 馏蒸馏操作是分离液体混合物或液态气体混合物的常用单元操作。
它是以液体混合中各组分在相同操作条件下沸点（挥发度）的不同为依据，通过加入热量或取出热量的方法,使混合物形成气、液两相系统，气、液两相在相互接触中进行热量、质量传递，使易挥发组分在气相中增浓，难挥发组分在液相中增浓，从而实现互溶液体混合物分离的方法称为蒸馏。
蒸馏操作的依据：液体混合物中各组分沸点（挥发度）的差异；分离的条件：必须造成气、液两相系统。
轻组分（易挥发组分）：液体混合物中沸点较低的组分容易汽化，称为轻组分。
重组分（难挥发组分）：沸点较高的组分不易汽化，称为重组分。
馏出液：蒸馏所得到的蒸气冷凝后生成的液体称为馏出液。
馏出液中，轻组分的浓度较高。
残液（釜液）：残留的液体称为残液。
残液中，重组分的浓度较高。
例如：在常压下，苯的沸点是80.1℃，甲苯的沸点是106℃，将苯和甲苯的混合液进行蒸馏时，苯是易挥发组分或轻组分，甲苯是难挥发组分或重组分，馏出液中：含高浓度的苯；残液中：含高浓度甲苯使苯和甲苯的混合液得以分离。
根据蒸馏操作的不同特点，蒸馏可以有不同的分类方法。
① 按蒸馏操作方式分类：可分为简单蒸馏、精馏和特殊精馏。
简单蒸馏适用于易分离物系或对分离要求不高的场合；精馏适用于难分离物系或对分离要求较高的场合；特殊蒸馏包括水蒸气蒸馏，恒沸蒸馏，萃取蒸馏，特殊精馏适用于普通精馏难以分离或无法分离的物系。
工业生产中以精馏的应用最为广泛。
② 按操作流程分类：可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。
间歇蒸馏多应用于小规模生产或某些有特殊要求的场合。
工业生产中多处理大批量物料，通常采用连续蒸馏。
③ 按物系中组分的数目分类：可分为双组分蒸馏和多组分蒸馏。
工业生产以多组分蒸馏最为常见。
④ 按操作压强分类：可分为常压蒸馏、减压蒸馏和加压蒸馏。
工业生产中一般多采用常压蒸馏。
对在常压下物系沸点较高或在高温下易发生分解、聚合等 易变质的物系，常采用减压蒸馏。
对常压下物系的沸点在室温以下的混合物或气态混合物，则采用加压蒸馏。
蒸馏课件
蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从 将液体部分气化，
而使混合物达到分离的单元操作。 而使混合物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混 合物的典型单元操作。 合物的典型单元操作。
易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分 沸点低的组分， 沸点低的组分 又称为轻组分。 难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分 沸点高的组分， 沸点高的组分 又称为重组分。
冷凝器
冷却水 原料液 蒸汽 蒸馏釜 收集 器
3.简单蒸馏的特点 3.简单蒸馏的特点
间歇操作 塔顶塔底组成不是 一对平衡组成 适合于混合物的粗 分离，特别适合于 沸点相差较大而分 离要求不高的场合， 例如原油或煤油的 初馏。
F,xF
W,x2
D, y
将一定组分的液体加热至泡点以上， 原理：将一定组分的液体加热至泡点以上，使 其部分气化，或者将一定组分的蒸汽冷却至露点以下， 其部分气化，或者将一定组分的蒸汽冷却至露点以下， 使其部分冷凝，两相达到平衡，然后将两相分离。 使其部分冷凝，两相达到平衡，然后将两相分离。此 过程的结果是易挥发组分在气相中富集， 过程的结果是易挥发组分在气相中富集，难挥发组分 在液相中富集。 在液相中富集。
根据道尔顿分压定律， 根据道尔顿分压定律，溶液上方的蒸汽总压为
P = pA + pB = p x + p (1 xA)
0 A A 0 B
P pB xA = 0 0 p A pB
0
（a） ）
当总压P不高时，平衡的气相可视为理想气体，服从道尔 当总压 不高时，平衡的气相可视为理想气体， 不高时
顿分压定律，即
1.蒸馏分离的依据 1.蒸馏分离的依据
将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同 的特性而达到分离目的的单元操作。 这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现 的。例如：加热苯的。例如：加热苯-甲苯的混合液，使之部分气化， 由于苯的沸点(353K)较甲苯的沸点(383K) 由于苯的沸点(353K)较甲苯的沸点(383K)低，即其 挥发度比甲苯的高，故苯较甲苯易于从液相中气化出 来。若将气化的蒸汽全部冷凝，即可得到苯组成高于 原料的产品，从而使苯和甲苯得以分离。 将沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分， 表示。 将沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分，用A表示。 将沸点高的组分称为难挥发组分或重组分， 表示。 将沸点高的组分称为难挥发组分或重组分，用B表示。 则混合液：A+B 则混合液：A+B
第10章 蒸馏
第一节 蒸馏方法
一、平衡蒸馏（闪蒸）
采取一次部分汽化（或冷凝）且达到平衡的蒸馏过程， 用于容易分离的物系或者进行初步分离。 F xF 通常已知原料量F（kmol/h），组成 xF（摩尔分率）， 指定塔顶（底）产品组成y（x）下，计算V、L。 计算过程：
V y
F=V+L
F xF = Vy +L x
L x
据相平衡原理，塔顶获得纯度高的产品， 应有含A高的液相与气相接触，因此将产品的 一部分返回到第一块塔板，称为回流液。它除 了提供塔板上气液两相接触的液相外，也是保 证产品质量和操作连续稳定进行的必要条件。 同样塔底气相流由液相液相部分汽化返回，即 进料 为精馏过程，设备称为精馏塔。进料板以上主 要完成上升蒸汽中A的精制，称为精馏段；进料 板以下将A从液相中提出来，称为提馏段。 精馏过程就是工业上利用混合液体中各组分 挥发性的差异，采用回流的手段，使气液两相多 次接触反复进行部分汽化和部分冷凝，实现高纯度分离的操作。
xn-1 Tn-1 y n Tn T yn+1 Tn+1 n yn+1 Tn+1 x n Tn Tn-1 xn xn-1 Tn yn
0
1
进入n板的气相（yn+1，Tn+1）和液相（xn-1，Tn-1）接触，气相部分冷凝（B 多），同时液相部分汽化（A多），结果离开n板时，yn＞yn+1 ，xn＜xn+1 。 每经过一板，气相中A含量增加而液相中B含量增加，多次则可实现A和B的 完全分离；若塔板上汽化量和冷凝量相同，则气相和液相的量保持恒定，称 为等摩尔反方向传递，其极限是离开该板的气相和液相达到平衡。
式中 xm—提馏段内第m块下降的液体中A组分的摩尔分数； ym+1—提馏段内第m+1块塔板上升蒸汽中A组分的摩尔分数； V′—提馏段内每块塔板上升的蒸汽量，mol/s； L′—提馏段内每块塔板下降的液体量，mol/s。
谭天恩版化工原理第十章蒸馏复习题
谭天恩版化工原理第十章蒸馏复习题一．填空题1.蒸馏是分离的一种方法，其分离依据是混合物中各组分的，分离的条件是。
答案:均，挥发性差异，造成气液两相系统（每空1分，共3分）2.在t-x-y图中的气液共存区内，气液两相温度，但气相组成液相组成，而两相的量可根据来确定。
答案: 相等，大于，杠相液体混合物杆规则（每空1分，共3分）3.当气液两相组成相同时，则气相露点温度液相泡点温度。
答案:大于（每空1分）4.双组分溶液的相对挥发度α是溶液中的挥发度对的挥发度之比，若α=1表示。
物系的α值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈对角线。
答案:易挥发组分，难挥发组分，不能用普通蒸馏方法分离远离（每空1分，共4分）5.工业生产中在精馏塔内将过程和过程有机结合起来而实现操作的。
而是精馏与普通精馏的本质区别。
答案:多次部分气化，多次部分冷凝，回流（每空1分，共3分）6.精馏塔的作用是。
答案:提供气液接触进行传热和传质的场所。
（2分）7.在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为，其作用是；加料板以下的塔段（包括加料板）称为________，其作用是。
答案:精馏段（1分）提浓上升蒸汽中易挥发组分（2分）提馏段提浓下降液体中难挥发组分（2分）（共6分）8.离开理论板时，气液两相达到状态，即两相相等，____互成平衡。
答案: 平衡温度组成（每空1分，共3分）9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因有（1）和（2）。
答案: 塔顶易挥发组分含量高塔底压力高于塔顶（每空2分，共4分）10. 精馏过程回流比R 的定义式为 ；对于一定的分离任务来说，当R=时，所需理论板数为最少，此种操作称为 ；而R= 时，所需理论板数为∞。
答案:R= DL ∞ 全回流 R min （每空1分，共4分） 11. 精馏塔有 进料热状况，其中以 进料q 值最大，进料温度____泡点温度。
答案: 五种 冷液体 小于（每空1分，共3分）12. 某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则回流比等于____，馏出液流量等于 ，操作线方程为 。
蒸馏
1、板式塔主要类型
板式塔
｛
有降液管式 无降液管式
｛
泡罩塔 浮阀塔 筛板塔
筛孔式穿流板 栅缝式穿流板
｛
塔板板面分区；溢流形式；
2、板式塔的流体力学特性
• ①、塔内气液两相的流动 • ②、气体通过塔板的压力降 • ③、液泛（淹塔） 逆流、错流。 不宜太大。 气量、液量要适量。 液体被气体带到上层塔板。
理论板与恒摩尔流假设：
理论板—离开该板的气液两相互呈平衡的塔板。
恒摩尔流假定： ★恒摩尔气化： 在精馏段内，由每块塔板上升的蒸汽摩尔流 量彼此相等，提馏段内也是如此，即： V1=V2=……=Vn=V V'1=V ' 2= …… =V ' n= V '
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两段上升蒸气的千摩尔流量则不一定相等。 （V与V ’ ）
2.液泛：当气量或液量增大时，使降液 管内液体不能顺利流下，液体淹到上一层塔 板的现象。
液泛主要由气相、液相负荷过大引起
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3.漏液：当气速较小时，液体从塔板上的 孔漏下的现象。操作时要控制气相负荷下限， 防止漏液现象发生。
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三、板式塔
1、板式塔主要类型 2、板式塔的流体力学特性
塔设备的性能会影响：产品质量、 生产能力、回收率、消耗定额、三废：
在精馏段内，由每层塔板下降的液体摩尔流 量彼此相等，提馏段内也是如此，即： L1=L2= …… =Ln=L
L ' 1=L ' 2= …… =L ' n= L '
两段下降液体的千摩尔流量 则不一定相等。 （ L与 L ’ ）
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一、全塔物料平衡
总物料平衡：
F=D+W
轻组分物料平衡：FxF=DxD+WxW 其中：F、D、W—进料、塔顶、塔底产品 的摩尔流量，Kmol/h
化工原理蒸馏
化工原理蒸馏
蒸馏是一种常用的分离技术，在化工工艺中广泛应用。
它通过利用液体混合物的不同沸点差异，将液体混合物分离成组成相对纯净的组分。
蒸馏过程中，液体混合物首先被加热至使得其中组分开始蒸发。
蒸气进入蒸馏塔，通过与冷凝在塔顶的冷却介质接触，发生冷凝，而后与塔内回流液体混合物进行质量和热量的交换。
这种热量和质量的交换使得高沸点组分向下方下降，而低沸点组分则向上升腾。
在蒸馏塔的上部，收集到的冷凝液体称为顶产物，中间的蒸馏液称为塔底产物。
通过逐步加热混合物，我们可以连续地收集不同沸点组分，并达到分离的目的。
在进行蒸馏操作时，需要考虑几个重要因素。
首先是选择适当的塔设计。
蒸馏塔的设计取决于混合物的性质和所需分离的组分。
其次是控制好供热的方式和力度，以确保达到适当的沸点差，使得分离过程更为高效。
此外，在实际操作过程中，还需要对蒸馏塔进行不断的操作和参数调整，以达到最佳的分离效果。
蒸馏作为一种常用的分离技术，在石油、化工等行业得到广泛应用。
通过蒸馏可以分离出石油中的汽油、柴油等燃料，也可以分离出化学反应中产生的不同组分。
不仅如此，蒸馏还可用于酒精的提取、水的纯化等领域。
总之，蒸馏是一种重要的分离技术，通过利用液体混合物的沸点差异，实现组分的有效分离。
在化工工艺中的广泛应用使得蒸馏具有重要的实际意义和理论价值。
蒸馏的原理与应用
蒸馏的原理与应用蒸馏是一种将混合物分离成纯度较高的组分的方法。
这种方法可以分离两种或多种挥发性物质，其原理是将混合物加热至一定温度，使其中的一种物质蒸发，然后将蒸汽冷凝成液体。
其余未蒸发的物质仍然存在于混合物中。
这种方法利用了不同化学物质的沸点不同，从而实现了组分的分离。
1. 蒸馏的原理蒸馏的原理是基于化学物质的沸点差异，即各种液体物质的沸点不同。
在液体混合物中，如果将其中一种液体加热到其沸点，这种液体将气化成蒸汽，并进入蒸馏装置。
随后，这个蒸馏装置通过冷却至低于气态液体的沸点以冷凝蒸汽形成液体再将其收集。
对于几乎相同沸点的液体，实现分离通常需要多次蒸馏。
2. 蒸馏的应用蒸馏技术广泛应用于化学、石油、制药、食品等行业，用于各种化学物质的提纯和分离。
以下是几个常见的应用：2.1 石油提炼蒸馏是石油提炼中最常用的方法之一。
石油是由各种含碳化合物组成的混合物，它们的沸点范围广泛，因此应用蒸馏将石油进行分离。
石油在天然状态下是液体，当加热至沸点时，不同的组分开始分离。
这通常通过异构体的沸点差异实现。
例如，汽油是由碳链较短的烃组成的，燃料油是由碳链较长的烃组成的，而沥青则是由最长碳链的烃组成的。
2.2 制药在制药行业中，蒸馏被广泛应用于提取药物中的活性成分。
对于某些天然植物提供重要药用成分的植物提取物、需要对药物进行提取富集或提纯时，通常会使用蒸馏法。
某些药物成分的沸点往往较低，必须短时间内制备，这种情况下，短路径蒸馏技术，例如“托尔列耶夫蒸馏”就被广泛应用。
2.3 食品制造业除了提取药物，蒸馏技术也广泛应用于饮料和食品的生产过程中，一些饮料制造商使用蒸馏水代替普通自来水。
蒸馏水去除了所有有害物质和矿物质，因此具有纯净度高的特点。
食品加工行业将蒸馏应用于香精、调味品和爆米花等物质的提取和分离。
总结：蒸馏技术各行各业广泛应用，可用于从石油中提炼出各种成分、从植物中提取药用成分和精细加工饮料和食品等行业。
使用蒸馏技术提取的产品通常具有理想的纯度和质量，因此蒸馏技术对各行各业都具有重要意义。
蒸馏
蒸馏化工生产中经常要处理由若干组分所组成的混合物，其中大部分是均相物系。
生产中为了满足贮存、运输、加工和使用的要求，时常需要将这些混合物分离成为较纯净或几乎纯态的物质或组分。
蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。
这种操作是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的。
它是通过液相和气相间的质量传递来实现的。
蒸馏过程可以按不同方法分类。
按照操作方式可分为间歇和连续蒸馏。
按蒸馏方法可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏和特殊精馏等。
当一般较易分离的物系或对分离要求不高时，可采用简单蒸馏或闪蒸，较难分离的可采用精馏，很难分离的或用普通精馏不能分离的可采用特殊精馏。
工业中以精馏的应用最为广泛。
按操作压强可分为常压、加压和减压精馏。
按待分离混合物中组分的数目可以分为两（双）组分和多组分精馏。
因两组分精馏计算较为简单，故常以两组分溶液的精馏原理为计算基础，然后引申用于多组分精馏的计算中。
在本章中将着重讨论常压下两组分连续精馏。
蒸馏在化学工业中应用十分广泛，其历史也最为悠久，因此它是分离（传质）过程中最重要的单元操作之一。
在前面我们已经知道，蒸馏是气液两相间的传质过程,因此常用组分在两相中的浓度(组成)偏离平衡的程度来衡量传质推动力的大小。
传质过程是以两相达到相平衡为极限的。
由此可见，气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础，故在讨论精馏过程的计算前，首先简述相平衡关系。
相平衡是《物理化学》课程的基本内容，本章侧重于论述其在化学工程中的应用，且讨论的只限于两组分理想溶液。
本节包含四个部分的内容：拉乌尔定律相律相图相对挥发度。
拉乌尔定律根据溶液中同分子间的与异分子间的作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。
实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律(Raoult's Law)，即:式中溶液上方组分的平衡分压，Pa；同温度下纯组分的饱和蒸气压,Pa；(下标A表示易挥发组分、B表示难挥发组分)通常略去上式中的下标，习惯上以线ｘ表示液相中易挥发组分的摩尔分率，以（1-ｘ）表示难挥发组分的摩尔分率；以ｙ表示气相中易挥发组分的摩尔分率，以（1-ｙ）表示难挥发组分的摩尔分率。
蒸馏的基本原理
蒸馏的基本原理介绍蒸馏是一种常用的分离纯化技术，其基本原理是利用液体混合物在不同沸点下的挥发性差异，通过加热使之转化为气体，再冷凝为液体的过程。
蒸馏广泛应用于化学、生物、环保等领域，是一种高效、经济的物质纯化方法。
一、蒸馏的基本原理1.沸点沸点是指在常压下，物质由液态转变为气态的温度。
不同物质由于其分子结构和相互作用力的差异，具有不同的沸点。
沸点越高，物质的挥发性越差。
2.溶液的蒸馏溶液的蒸馏是指通过对溶液加热，使溶质和溶剂分离的过程。
溶液的沸点通常介于溶质和溶剂的沸点之间，通过加热，溶剂首先转化为气体，再在冷凝器中冷却沉淀为液体，实现了溶质和溶剂的分离。
二、蒸馏的主要类型1.常压蒸馏常压蒸馏是指在大气压力下进行的蒸馏过程。
常压蒸馏适用于沸点低于400°C的物质，通过加热液体混合物，使其中的挥发性组分转化为气体，并在冷却后收集液体，从而实现对物质的分离纯化。
常压蒸馏的工艺流程1.加热液体混合物，使其沸腾。
2.气态的挥发性组分经冷凝器冷却，变回液态。
3.收集冷凝液。
2.减压蒸馏减压蒸馏是指在低于大气压的条件下进行的蒸馏过程。
减压蒸馏适用于高沸点物质的分离，通过减小环境压力，降低物质的沸点，使其在较低温度下转化为气体，再在冷凝器中冷却沉淀。
减压蒸馏的工艺流程1.将液体混合物置于减压蒸馏器中。
2.减小环境压力，降低溶液的沸点。
3.气态的挥发性组分通过冷凝器冷却、液化。
4.收集冷凝液。
3.气体蒸馏气体蒸馏是一种用于分离气体混合物的蒸馏方法，适用于气体之间沸点差异较大的情况。
气体蒸馏利用不同气体在不同温度下的沸点差异，通过加热、冷却和压缩等控制条件，使气体混合物分离为单一组分的气体。
三、蒸馏的应用领域1.化学工业蒸馏广泛应用于化学工业中，常用于石油炼制、有机合成等过程中物质的分离纯化。
例如，在炼油过程中，原油被加热蒸馏，将其分解为不同沸点的馏分，从而得到汽油、柴油、煤油等产品。
2.生物制药在生物制药过程中，蒸馏被用于从发酵液中分离纯化药物。
化工原理09--蒸馏
编制：廖杰
1
蒸馏：利用混合溶液中各组分沸点不同（或挥发 性不同）将其加热进行分离的操作。 一、蒸馏的应用： 1、分离均相液体混合物，获得高纯度的组分 2、回收溶剂 3、制酒 4、炼油
2
二、蒸馏的分类：
1、按操作压力分：
常压蒸馏 加压蒸馏
减压蒸馏 2、按分离物系的组元数分： 二元蒸馏
多元蒸馏
3、按物料的加入方式分：
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简单蒸馏的计算：
蒸馏釜的生产能力，根据热负荷 和传热能力 计算。 馏出液、残液的浓度与馏出量（或残留量） 之间的关系。
物料衡算 相平衡关系
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三、简单蒸馏的计算：
在釜内某一瞬时，液体量为W，经微分时间dt 后，残液量为（W-dW），液相组成由x降为 （x-dx），气相组成为y。 对dt时间作易挥发组分的物料衡算：
VyD+Lxw=FxF
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令千摩尔进料经平衡蒸馏产生的液相量为q，
则：汽相量为(1-q)；液相分率L/F=q，
汽化分率 V/F=1-q
表示平衡蒸馏中汽液 相平衡组成的物料衡
yD=qxw/(q-1) - xF/(q-1) (1) 算关系。
平衡关系和方程(1)连立可解yD,xw及平衡温度. 也可用y~x,t~x(y)相图和方程(1)的直线求解.
FxF=DxD+WxW 2、精馏段物料衡算：
R=L/D
y=Rx/(R+1)+xD/(R+1) 精馏段操作线方程
3、提馏段物料衡算：
y=L’x/(L’-W)+L’xW/(L’-W) 提馏段操作线方程
层操 塔作 板上 线 上层 方 升塔 程 蒸板 的 汽下 物 的降 理 组液 意 成体 义 间的 ： 的组 关成 系和
第十章蒸馏
101.3a kp 下苯-甲苯系统的y x t --图(此溶液可视为理想溶液)。
解：由安托万公式：237.220350.120689740.6lg 0+-=t p A377.219943.134395334.6lg 0+-=t p B002. (1)(2)化分率。
(3)解：(1)(2)得(3)溶液全部汽化时，5.0=y ，查图得，99=t ℃，全部汽化的瞬间汽、液相组成为5.0=y ，3.0=x 。
3.求解某苯-甲苯二元精馏塔的下述问题：(1)已知塔顶汽相温度为83℃，含苯0.95(摩尔分率，下同)，计算塔顶压力。
(2)已知塔底温度为110℃，求塔底产品组成。
(3)已知此塔进料含苯0.45，如欲使进料在泡点状态下加入塔内，求进料温度。
为简化计算，(2)、(3)题的操作压力均取(1)中之值；苯和甲苯的饱和蒸气压由例10-l 的安托万方程计算。
解：(1)由安托万公式：237.220350.120689740.6lg 0+-=t p A919.2237.22083350.120689740.6=+-=∴ a A kp mmHg p 7.11015.8300==943.13430即(2)a A 377.219943.134395334.6lg 0+-=t p B 880.2377.219110943.134395334.6=+-=∴ a B kp mmHg p 5.9959.7460==02.05.992345.996.102000=--=--=B A B A p p p p x (3)用试差法：假设=t 94℃，237.220350.120689740.6lg 0+-=t p A 058.3237.22094350.120689740.6=+-=4.力为3解：∴5.(1)如果操作压力要保持为101.3a kp 塔顶温度为多少?(2)塔的操作压力最高不得超过多少?6.由K 图定出42H C ，62H C ，63H C ，83H C ，104H C n -于20-=t ℃，Mp p 2=及Mp 5.0下的相对挥发度(以H C 为基准)，并加以比较。
蒸馏的原理及操作和注意事项
蒸馏的原理及操作和注意事项(总9页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March蒸馏的原理及操作和注意事项蒸馏是提纯液体物质和分离混合物的一种常用的方法。
通过蒸馏还可以测出化合物的沸点，所以它对鉴定纯粹的液体有机化合物也具有一定的意义。
一、蒸馏原理液体的分子由于分子运动有从表面逸出的倾向，这种倾向随着温度的升高而增大，即液体在一定温度下具有一定的蒸气压，当其温度达到沸点时，也即液体的蒸气压等于外压时（达到饱和蒸气压），就有大量气泡从液体内部逸出，即液体沸腾。
一种物质在不同温度下的饱和蒸气压变化是蒸馏分离的基础。
将液体加热至沸腾，使液体变为蒸气，然后使蒸气冷却再凝结为液体，这两个过程的联合操作称为蒸馏。
很明显，蒸馏可将易挥发和不易挥发的物质分离开来，也可将沸点不同的液体混合物分离开来。
（液体混合物各组分的沸点必须相差很大，至少30o C以上才能达到较好的分离效果）。
纯粹的液体有机化合物在一定压力下具有一定的沸点。
但由于有机化合物常和其它组分形成二元或三元共沸混合物（或恒沸混合物），他们也有一定的沸点（高于或低于其中的每一组分）。
因此具有固定沸点的液体不一定都是纯粹的化合物。
一般不纯物质的沸点取决于杂质的物理性质以及它和纯物质间的相互作用：假如杂质是不挥发的，溶液的沸点比纯物质的沸点略有提高（但在蒸馏时，实际上测量的并不是溶液的沸点，而是逸出蒸气与其冷凝液平衡时的温度，即是馏出液的沸点而不是瓶中蒸馏液的沸点）；若杂质是挥发性的，则蒸馏时液体的沸点会逐渐上升；或者由于组成了共沸混合物，在蒸馏过程中温度可保持不变，停留在某一范围内。
二、蒸馏操作1. 蒸馏装置及安装最简单的蒸馏装置，如图28所示。
常压蒸馏装置主要由蒸馏烧瓶、蒸馏头、温度计套管、温度计、冷凝管、接液管和接受瓶等组成。
蒸馏液体沸点在140o C以下时，用直形冷凝管；蒸馏液体沸点在140o C以上时，由于用水冷凝管温差大，冷凝管容易爆裂，故应改用空气冷凝管——高沸点化合物用空气冷凝管已可达到冷却目的。
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第十章 蒸馏1.解：以第二组数据做典型计算：84.478.2749.134;915.033.10169.039.134;69.078.2739.13478.2733.101000000====⨯===--=--=BA A BA Bpp P x p y p p p P x α各组数据计算结果如下表：424.47970.30771===∑=i im αα２.解:（1）溶液开始沸腾的温度为371K ，瞬间蒸汽组成为0.82；（2）当溶液加热到380K 时，体系呈气液平衡状态，液相组成为0.32，汽相组成为0.67； （3）当溶液加热到388K 时，溶液完全汽化为蒸汽，其液相组成为0.195； （4）应将温度控制371K～388K 之间，才能使溶液得到初步分离。
3.解:（1）0503.0927.95783.4783.4=+=A x223.324.22010835.1206898.624.22035.1206898.6lg 0=+-=+-=t p A mmHg p A 3.16700=⇒mmHg p t p B B 55.7088504.258.21910894.1343953.658.21994.1343953.6lg 00=⇒=+-=+-=该体系为理想物系，则：mmHgp p P mmHg x p p mmHg x p p B A B B B A A A 93.75691.67202.8491.672)0503.01(55.708;02.840503.03.167000=+=+=∴=-⨯===⨯==(2) P p y A A /= = 84.02 / 756.93 = 0.111 (3) 当P =500 mmHg, A y = 0.55时，000000000500500BA B A BA BA A A AA p p p p p p p P Pp P x p P p y --==--===首先取不同温度，用安托因公式计算出对应的p A 0、 p B 0，再以上述露点方程计算出y A ，当y A =0.55时，对应温度即为所求温度。
由右表可看出此温度约为83.7℃；与此蒸汽呈平衡的液相组成为：324.01.84950055.000=⨯===AA A A A p P y p p x4.解：（1）已知 36.0,5.0==W F x x ，平衡蒸馏就是液体的一次部分汽化，其汽相组成为： 5485.036.016.1136.016.2)1(1=⨯+⨯=-+=W W D x x y αα以1kmol 进料为计算基准，F = 1kmolkmol D x y x x F D W D W F 743.036.05485.036.05.0=--=⇒--= (2) 如改为简单蒸馏，则 x 1 = 0.5，x 1 = 0.36，仍以1kmol 进料为计算基准，W 1 = 1kmol,由式（10.3-11）得：626.0525.036.0475.05.0525.0475.01475.0744.05.0136.01ln 16.236.05.0ln 116.211ln11ln ln 11ln22112122122121=⨯-=-==-=-=⇒==⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-=D x W x W x W W D kmol W W x x x x W W D αα5.解：（1）塔顶产品量为：D f a a a D /062.0= = 0.62×3500×0.3 / 0.92 = 707.61 kg/h 塔底残液量为：a a a D F W --= = 3500-707.61 =2792.4 kg/h 143.04.279292.096.7073.03500=⨯-⨯=-=aDa f a W W a D a F a(2) 25.0152/7.8576/3.1476/3.14;958.0152/876/9876/92=+==+=W D x x152042.076958.0⨯+⨯=D M =79.19 kg/kmolw M = 0.25×76 + 0.75×152 = 133 kg/kmolD a M D D /= =707.61 / 79.19 = 8.93 kmol/h∴ L = RD = 2.8×8.94 = 25.03 kmol/h =25.03×79.19 =1982.13 kg/h 93.3393.88.3)1()1('=⨯=+=--=D R F q V V kmol/h又 由CS 2—CCl 4系统的平衡数据查得，当 25.0=W x 时，4921.0=w y则 'n M = 0.4921×74 + 0.5079×152 = 113.6 kg/kmol ∴ 9.38536.11392.33'=⨯=a V kg/h6.解：（1）已知： D = 1500×0.9 / 46 + 1500×0.1 / 18 = 37.68 kmol/h 40.018/3746/6346/63779.018/1046/9046/90=+==+=f D z x∴ hkmol D F W h kmol z Dx F f D /98.3768.3766.75;/66.754.097.0779.068.37=-=-==⨯⨯==η(2) 由乙醇——水系统的平衡数据知，塔顶回流液为泡点溶液（77.9%的乙醇水溶液的泡点为78.3℃）∴ D R V )1(+= = 3.3 × 37.68 = 124.34 kmol/h7.解： z f = 0.3 , 泡点温度t b =61℃，当溶液在20 ℃时，为冷液进料状态，有附录查得丙酮和水的有关物理性质为：C pA ≈136.3kJ/kmol.K ，γA =30334kJ/kmol ； C pB ≈75.36kJ/kmol.K ， γB =40644kJ/kmol;则：)1(f pB f pA pm z C z C C -+= = 136.3×0.3 + 75.36×0.7 = 93.64 kJ/kmol.K )1(f B f A m z z -+=γγγ = 30334×0.3 + 40644×0.7 = 37551 kJ/kmol1.137551)2061(64.9337551)(=-+=-+=--=m F b pm m L V F V t t C I I I I q γγ若为饱和溶液进料，I F = I L , q = 1；若为饱和气体进料，I F = I V , q = 08.解：精馏段操作线方程为：y = 0.714x + 0.274，由点（0.96，0.96）、（0，0.274）做出操作线； 冷液进料时，q =1.1，q 线方程为： y = 11x – 3 由点(0.3，0.3)、（0.364，1）做出q 线（如右图）；由图可读出，其气液相组成为32.0;49.0==F F x y饱和溶液进料，q = 1， 3.0==F F z x ；F y = 0.475,饱和蒸汽进料q =0， 031.0;3.0===F F F x z y9.解：∵ R / (R+1) = 0.76 ∴ R = 3.17958.023.076.0=+=D D D x x x02.02.1-=W W x x 1.0=W x又 q =1, F F z x = y F = 0.76x F + 0.23y F = 1.20x F – 0.02 10.解：（1） R / (R+1) = 0.75 ∴ R = 2.5； （2）83.02075.075.0=+=D D D x x x ；（3）q / (q -1) = -0.5 q = 0.5 / 1.5 =1 /3, q<0<1, 进料状态为汽液混合物；（4）2075.075.0+=x y66.05.0+-=x y(5) q 线方程: 66.05.0+-=d d x y 平衡线方程: ddd d d x x x x y 5.115.2)1(1+=-+=αα由q 线方程和平衡线方程得: 512.0,296.0==d d y x∴ 7.147.1/5.2/47.1296.0512.0512.083.0min min ==⇒=--=--=R R x y y x R d d d D 11.解：62.196.0min =--=--=dd d d d d D x y y x y y x Rddd d d x x x x y 1.111.2)1(1+=-+=ααx d 、y d 也是q 线上的一点，满足q 线方程，即 0.664 = 0.482q /(q-1) – 0.44 / (q-1)813.0482.0664.044.0664.0=--=q , 0 < q <1，为汽液混合物进料。
12.解：（1）由q 线方程： 2.15-=d d x y 和平衡关系： ddd d d x x x x y +=-+=12)1(1αα联解得最小回流比时精馏段操作线与平衡线的交点坐标：x d = 0.342, y d =0.51 则 02.468.25.168.2342.051.051.096.0min =⨯=⇒=--=--=R x y y x R d d d D∴ 精馏段操作线方程 191.08.002.596.002.502.411+=+=+++=x x R x x R R y D （2）∵q 线方程过（z F , z F ）点，则有z F = 5z F -1.2 ,由此得到进料组成为：z F = 0.3； 由物料衡算： F = D + 150 (1) 0.3F = 0.96D + 6 (2) 联解（1）、（2）式得： D = 59 kmol/h F = 59 + 150 = 209 kmol/h (3) h kmol RD L /2.2375902.4=⨯==2.151=⇒=-q q q两式联解得： x F = 0.568, y F = 0.662两式联解得： x F = 0.362, y F = 0.479提馏段操作线方程 WqF L Wx x W qF L qF L y W-+--++=4.34804.015015020902.42.23720902.42.237⨯--⨯+⨯+=x = 0175.009.3-=x 13.解：由已知条件得精馏段操作线方程：y n+1 = 0.713x n + 0.282第n 板： 1*1,++--=n n n n n mV y y y y E y n+1 = 0.713×0.63 + 0.282 = 0.731; y n = 0.713×0.7 + 0.282 = 0.7818085.063.048.1163.048.2*=⨯+⨯=n y ， ∴ 638.0731.08085.0731.0781.0,=--=n mV E同理：635.059.07.063.07.059.0781.048.148.2781.0**11,=--==⨯-=--=--n nn nn n mL x x x x x E第n+1板： 2*1211,+++++--=n n n n n mV y y y y E y n+2 = 0.713×0.54 + 0.282 = 0.667831.0667.0744.0667.0731.0=--=744.054.048.1154.048.2*1=⨯+⨯=+n y 682.0498.063.054.063.0498.0732.048.148.2732.0*1*111,=--==⨯-=--=++++n n n n n n mL x x x x x E14.解：（1）h kmol x Fz D DF /13.3693.03510096.0=⨯⨯=⋅=η（2）W = F – D = 100 – 36.13 = 63.87 kmol/h,022.087.6393.013.3635100=⨯-⨯=-=WDx Fz x D F W与x w 呈平衡的气相组成y w 为：145.0022.054.61022.054.7)1(1=⨯+⨯=-+=w W W x x y αα塔釜以上第一块理论板为提馏段，由提馏段操作线方程：0954.0676.10149.0145.0145.00149.0676.152.94022.087.6387.6339.1581002113.3631111=+=∴=-=⨯--⨯+⨯=-+--++=----W W W W W W x x x W qF L Wx x W qF L qF L y15.解：(1) 938.018/158/9958/99,275.018/4558/5558/55=+==+=D F x z072.02345.01275.02.02.02.0=-⨯=-=⇒=D F Fz x Fz Wx F W FW2345.0938.0275.08.08.0275.0938.0=⨯=⇒==F D F D Fz Dx F D(1.1)求R min 、R ：在图上标出x D 、z F 、x W 、做出q 线（0.275，0.275），q / (q-1) = ∞做R min 线：此情况为精馏段操作线先与平衡线相切后再交于q 线，由左上图读出：72.0,275.0===d F d y z x49.0275.072.072.0938.0min =--=--=d d d D x y y x R ， R = 1.7×0.49 =0.833 （1.2）做出精馏段操作线：)1/(+R x D =0.938 / 1.833 = 0.512，由两点做出，（0.934，0.934），（0，0.512） （1.3）做出提馏段操作线：由精馏段操作线与q 线的交点及（0.072，0.072）得到。