第二节 简单蒸馏与蒸馏釜

根据物料衡算有：
WP·xP = W1·x1
馏分中易 挥发组分 的量 料液中易 挥发组分 的量
0.589 0.619 4.57 4.57
0.666 0.684 4.63 4.67
再根据相应的 x 值和 y 值求出 1/(y - x)。
4.以 x 对 1/(y - x)作图
x y 1/(y-x) 0.37 0.589 0.40 0.619 0.43 0.648 0.45 0.47 0.50 0.709
W1 - W2 = ？
釜残液 W2 x2
可见，要运用上述公式进行计算，关键是解决定积 分项。 定积分项通常可用图解法或计算法求之。
【图解法】
根据工艺给出的 x1、x2 取值范围，列表给出 x、y、1/(y - x)的相 应数据，然后以 x 对 1/( y - x)作图；在 x1 到 x2 之间的曲线所围面 积，就是公式中的定积分项。
在100℃ 时，A 组分的相对挥发度。
4－5 计算苯－甲苯混合液（二组分体系）在 80.1－110.8℃时苯平均的
相对挥发度。
三、简单蒸馏的计算
从简单蒸馏的特点得知：在简单蒸馏体系中，其气－液相间只有瞬间的
平衡关系。这样，我们便可以利用简单蒸馏的这种瞬间的平衡关系进行物料 衡算。 如图所示，假设 W1 为蒸馏釜中料液的物质 的量分数，x为料液中易挥发组分的物质的量分 数；若蒸馏过程中气化了 dW mol，其中含易挥
⑴搪玻璃蒸馏釜
该蒸馏釜是将含硅量高的瓷釉涂于釜体
内金属壁表面，通过 950℃搪烧制成的。
搪玻璃蒸馏釜对各种浓度的无机酸、有 机酸、有机溶剂及弱碱等介质均有极强的抗 腐性。
K系列搪玻璃蒸馏釜
⑵减压蒸馏釜
如图所示，减压蒸馏釜 是在普通蒸馏釜设备基础上 增加了减压系统。 增加了减压系统后，可 使原料液的沸点降低，避免 在较高温度下料液中热稳定 性差的组分，因受热发生分 解反应而变性。
1887年法国物理学家F.- M.拉乌 尔在研究含有非挥发性溶质的稀溶液 时提出：“在某一温度下，稀溶液的 蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂 的物质的量分数”。
αAB = υA/υB = p /x B B pA° = pB°
求得其相对挥发度。
pA/xA
这样，我们只需知道在某温度下，体系中各组分的饱和蒸气压，便可
化；料液的沸点随蒸馏过程的进行，由低→高发生变化。
2.挥发度与相对挥发度
我们知道，蒸馏是根据液体混合物中各组分间挥发性的差异，对其进
行分离的操作。什么是挥发性？如何度量物质的挥发性？ ⑴挥发度 挥发性通常是指物质由液态变为气态（蒸气）的一种性质，是物质的 物理性质之一。
物质的挥发性常用挥发度（υ）来表示。即： υi = pi/xi 式中，υi 为组分 i的挥发度，单位为Pa；pi 为体系达到气－液平衡 时，组分i的蒸气分压，单位为Pa；xi 为体系达到气－液平衡时，组分i的
αAB xA = yA - yA xA +αAB yA xA
αAB·xA 1 +(αAB - 1)·xA
αAB xA = yA (1 - xA +αAB xA) αAB xA = yA [1 + (αAB - 1)xA]
此式称为二组分体系（理想溶液）相对挥发度与气液平衡关系式，它 反映了二组分体系A物质在气－液相中组分数间的关系。 相对挥发度与气－液平衡关系式在蒸馏操作实际应用中，常用平均相 对挥发度代替相对挥发度。
101.3
同理：（查表） 110.8℃时（甲苯的正常沸点）
p苯°= 233.0 kPa
p甲苯°= 101.3 kPa 则： p 苯° 233.0 注：
在两个相对挥发度之差不太 大的情况下，可用算术平均值代 之。即：
α2 = p ° = = 2.30 甲苯 101.3
②求平均相对挥发度 α1 - α2 αm = α1 ln α2 2.58 - 2.30 = = ln 2.58 2.30 = 2.44
⑶平均相对挥发度 在简单蒸馏实际操作中，由于蒸馏釜内混合液的温度（沸点）将随着 易挥发度组分的减少而逐步升高。这就意味着混合液的相对挥发度也将随
温度的变化而变化。
由于在一般简单蒸馏操作中，温度的变化范围不是很大（相对挥发度 的变化范围同样不大）。因此，为了使讨论简便，在简单蒸馏物料衡算中
我们常采用“平均相对挥发度”代替相对挥发度进行计算。即：
A2 = A4 ≈ 0.0035 A总 = 0.594 + 0.00165 + 0.003 + 0.0035 = 0.60
即： x1 W1 dx ln =∫ = 0.60 x2 y - x W2 于是： W1 = arcln0.6 = 1.82 W2 W1 100 W2 = = = 54.9(kmol) 1.82 1.82 每100kmol 料液可得到的馏分量 W1 - W2 = 100 - 54.9 = 45.1(kmol) 馏出液的总组成
α1 - α2 αm = α1 ln α2 式中：α1 表示开始蒸馏时体系沸点(温度)下的相对挥发度；α2 表示 蒸馏结束时体系沸点下的相对挥发度。
3.平衡关系
从简单蒸馏的特点我们知道：在简单蒸馏过程中，体系中的气－液相
间虽然没有平衡关系，但有瞬间的平衡关系。此平衡关系如何描述？其意
义何在？ 在此我们仍以二组分体系进行讨论。若某体系服从拉乌尔定律，其蒸 气服从理想气体行为。则，其气相中某组分的物质的量分数为： yA = nA/n = pA/p总 yB = nB/n = pB/p总 由于： αAB = υA/υB = p /x B B = (yA·xB) (yB·xA)
⑴求平均相对挥发度 αm α1 - α2 αm = α1 ln α2 在不清楚蒸馏过程的起始温度的情况下，可近似地以苯及甲苯的正常
沸点为起始温度计算挥发度。 ①求相对挥发度 已知：（查表） 80.1℃时（苯的正常沸点） p苯°= 101.3 kPa p甲苯°= 39.3 kPa 则： p 苯°
α1 = p ° = = 2.58 甲苯 39.3
平衡关系。
只有瞬间的平衡关系
Why? ②气、液相组成、沸点随时间而改变 原料液 蒸气(部分) 馏分 加热 冷凝 【气相】 母液 气相体系中易挥发度组分的含量随蒸馏过程的进行，由高→低发生变
化；蒸气（气相）的温度随蒸馏过程的进行，由低→高发生变化。
【液相】 液相体系中易挥发度组分的含量随蒸馏过程的进行，由高→低发生变
dW dx = W y - x 对方程两端进行定积分：
进料 W1 x1
馏分
W1 - W2 xP
xP－馏分中易 挥发组分的物质 的量分数
∫W
W2
1
x2 dW dx =∫ x1 y - x W
W1 ln = W2
∫ x
x1
2
dx y - x
釜残液 W2 x2
简单蒸馏过程中 的计算公式
例1
某厂用常压简单蒸馏处理含苯 50(mol)%、含甲苯 50(mol)% 的混合
物质的量分数。 对于纯组分A而言，因xA = 1，则该组分的挥发度υ就等于其饱和蒸气
压。即： υA = p A °
⑵相对挥发度 在实际蒸馏操作中，我们讨论的对象均为混合物。为了较清楚地反映 混合物中某组分挥发性的大小（体系内各组分间挥发度的差异性），常用 相对挥发度来表示。如，二组分体系中A与B的相对挥发度为： αAB = υA/υB 当体系服从拉乌尔定律时，即： pi = pi°xi 则： 问题： 什么是拉乌尔定律？
二、蒸馏釜
1.蒸馏釜的类型
在实际生产中，蒸馏釜的类型繁多。通常是根据蒸馏的方式或操作条 件对其进行分类。
例如：按加热方式的不同，可将其分为电加热式蒸馏釜、蒸气加热式
蒸馏釜和导热油加热式蒸馏釜等。 按操作压强可将其分为常压蒸
馏釜和减压蒸馏釜。
按材质的不同，可将其分为不 锈钢蒸馏釜、搪瓷蒸馏釜……
奶酒蒸馏釜
进料
dW y
发组分为 y mol。根据物料衡算有：
y·dW = d(W·x)= W·dx + x·dW
气相中易挥发 组分的量 液相中易挥发组分 的减少量
W1 x
釜残液
将物料衡算式移项、整理： y·dW = W·dx + x·dW y·dW - x·dW = W·dx
dW(y - x) = W·dx
⑶水蒸汽蒸馏釜 水蒸汽蒸馏设备是将蒸馏釜的加 热系统改为水蒸汽加热，并且直接将 加热蒸汽与物料接触进行蒸馏，其馏 分与水蒸汽一起由馏分出口排出。 水蒸汽蒸馏设备常用于芳香油的 粗提，由馏分出口排出的冷凝液须进 行油、水分离。
鸢尾酮
问题讨论与练习
4－4 某厂欲对某A、B二组分体系进行简单蒸馏操作。已知：A 组分的正 常沸点为 100℃；B 组分在 100℃时的饱和蒸气压为 50.56kPa。求体系
αm ≈α
例如： α=(2.58 + 2.30)/2 =2.44
0.28
0.115
3.根据得到的 x、y，求 1/(y - x) 根据相对挥发度与气液平衡关系式，将平均相对挥发度αm 代入式
中求出 y 值。
x y 1/(y-x) 0.37 0.40 0.43 0.648 4.59 0.45 0.47 0.50 0.709 4.78
2.蒸馏釜的基本构造
如图所示，一般蒸馏釜主要由釜体、釜盖、进料口、馏分蒸气出口、 釜残夜出口、加热系统及冷凝系统等部件构成（有时，根据工艺要求，需 增加搅拌系统）。
进料口 釜盖 釜体
冷却水 馏分 (送馏分储存器) 原料 冷凝系统 馏分蒸气出口
加热Байду номын сангаас统
母液 (送母液储存器)
釜残液出口
3.几种常见的蒸馏釜
2
dx y - x = 0.60 A4
A2
4.78 - 4.67 = 0.11
4.60
4.55 4.50 0.37
A3 0.5 - 0.47 = 0.03
A1 = 4.57×(0.5 - 0.37) = 0.594
0.40 0.45 0.50
x苯
1 ×(0.11×0.03)= 0.00165 2 A3 = 0.03×(4.67 - 4.57)= 0.003
液。当蒸馏釜中的液体组成为含苯 37(mol)% 时，停止操作。求： 1.馏分的总组成；
2.每100kmol 料液可得到的馏分量。 W1 ln = W2
∫ x
x1
2
dx y - x
馏分
计算公式 求： xP = ？
进料 W1 x1
W1 - W2 xP
已知： W1 = 100 kmol x1 = xF(苯) = 50% x2 = xW = 37%
原料 冷凝系统
简单蒸馏又称为微分蒸馏或瑞利蒸
馏，是使混合液逐渐气化并使蒸气及时 冷凝以分段收集的分离操作。其流程如
冷却水 馏分 (送馏分储存器)
图所示。
加热系统
母液 (送母液储存器)
蒸馏釜
⑶简单蒸馏的特点
从简单蒸馏的操作流程不难看出，是一种单级、间歇蒸馏，其特点至
少有如下两个方面。
①气－液相间只有瞬间的平衡关系 在简单蒸馏过程中，体系中的气－液相间没有平衡关系，只有瞬间的
pA/xA
yA·p总 xB = x × y ·p A B 总
对于二组分体系有： xB = 1 - xA yB = 1 - yA 则： αAB = (yA·xB) (yB·xA) = yA(1 - xA) xA(1 - yA)
αAB xA – αAB yA xA = yA - yA xA
移项整理得： yA =
∫x
x y 1/(y-x)
x1
2
dx y - x
1.根据工艺条件列出 x1 到 x2 的有关数值 0.37 0.40 0.43 0.45 0.47 0.50
2.根据相对挥发度与气液平衡关系式，求 y 值 α苯甲苯·x苯 αm·x苯 y苯 = = α苯甲苯·x苯 + 1 - x苯 1 + (αm - 1)x苯
第二节 简单蒸馏与蒸馏釜
Distil in brief and the distiller
一、简单蒸馏基本原理 二、蒸馏釜 三、简单蒸馏的计算
一、简单蒸馏基本原理
1.简单蒸馏
⑴蒸馏(distil) 所谓蒸馏是指，根据液体混合物中各组分间挥发性的差异，将液体 混合物各组分分离的一种（传质）操作。 根据蒸馏的方法，我们常将蒸馏地分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸 蒸馏）和精馏等类型。 ⑵简单蒸馏流程
0.666 0.684
4.57
4.57
4.59
4.63
4.67
4.78
1/（y苯 - x苯）
4.80
4.75
4.70 4.65 4.60 4.55 4.50 0.37 0.40 0.45 0.50
x苯
5.求曲线所围面积（定积分项）
1/（y苯 - x苯）
4.80 4.75 4.70 4.65
∫ x
x1