化工原理下册课件第一章 精馏第2次课双组分溶液的汽-液平衡关系
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化工原理精馏PPT课件
对相对挥发度的理解
①α>1，表明A比B容易挥发，α越大，挥发度 差别越大，越容易分离。
②若α=1，y=x，说明气液相组成相同，不能 采用普通的精馏方法分离
3. 两组分理想溶液的气液平衡相图
1）温度－组成（t-x-y）图
苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压和温度关系如表， 试利用拉乌尔定律和相对挥发度分别计算苯-甲 苯混合液在总压101.33kPa下的气液平衡数据,温 度－组成图
蒸馏与精馏的区别
※平衡、简单蒸馏是单级分离过程→一次部分汽化→ 混合物部分分离 ※精馏是多级分离过程→多次部分汽化和部分冷凝→ 混合物几乎完全分离
※蒸馏---当生产上对产品的纯度要求不高，只需要 初步分离时采用的分离方法； ※精馏---当产品的纯度要求高，特别是在混合物挥 发度比较接近时采用的分离方法。
令：
q IV IF IV IL
q
饱和蒸气的焓 原料液的焓 饱和蒸气的焓 饱和液体的焓
q:进料热状况参数
(L L) IV IF q (L L) ＝q
F
IV IL
F
F V L V L
L L qF
V V ' (1 q)F
R R
1
xn
1 R 1
xD
①物理意义：n板下降的液相组成与相邻的
n+1板上升蒸气组成之间的关系
②由恒摩尔流的假定，L为定值，且连续定态 操作中D和xD也是定值，R是常量,直线方程
3. 提馏段操作线方程
总物料：
L V W
易挥发组分：
L x 'm V y 'm1W xW
t yn1 n1
大学本科化工原理第一章《精馏2》课件
yA = pA/p
Antoine 方程
• 纯物质的饱和蒸汽压与温度的关系
ln Po A B T C
4. 等压图(双组份)
• 根据相率:
在p确定以
后, 已知xA,
T
则yA和T便
可以确定.
ห้องสมุดไป่ตู้
• 如何确定?
两条线 三个区 三种点
xA或者yA
4. 等压图(双组份)
• 沸点(boiling point) • 泡点(bubble point) • 露点(dew point) T
• ? 对于理想溶液, 与什么有关
– (低压和高压?) – 奖励?
6.相平衡常数
汽相: yi
一定 T和P
• 相平衡常数 Ki=yi/xi
液相:xi
xi=1 , yi/Ki=1 露点方程
yi=1 , Kxi=1 泡点方程
7. 平衡关系哪里来?
• 查书 • 实验 • 预测
第二节小结: 汽液平衡关系的描述
露点线
泡点线
xA或者yA
4. 等压图(双组份)
• 三个区
过热
T
蒸汽
两相区
过冷 液体
总体组成, xA或者yA
4. 等压图(双组份)
• 如何由xA求T?
用泡点线.
T
• 如何由xA求yA? 用泡点线和
露点线
• 如何由yA求T? 用露点线.
xA或者yA
4. 等压图(双组份)
T y
x xA或者yA
5.相对挥发度
用图来表示 (等温图和等压图) 用相对挥发度来表示 用相平衡常数来表示 用表表示 用方程式表示
各适用于什么情况?
体会和总结!
化工原理课件 9.2双组分溶液的气液相平衡
p
② 液相为理想溶液，服从拉乌尔定律
pi pi xi
o
2. 气液两相平衡时的自由度
对双组分平衡物系，据相律
f C 2 2 2 2 2
分析：
变量数：t，p，x，y
自由度：2
变量数：t，p，x，y
自由度：2
通常，精馏在恒压下操作 t，x，y 3个变量中仅有一个自由变量
xA相同,pA越大
pA相同,xA越小 挥发度
组分A愈易挥发
pi i xi
②相对挥发度α——表示溶液中两组分间挥发性的差异
问题：溶液中两组分间挥发性的差异如何表示？
相对挥发度
A pA / xA B pB / xB
③以相对挥发度α表示的相平衡关系式 对双组分理想物系，其气相为理想气体
1.0
y2
t2 t1 总压 恒定 x2 1.0 x 相平衡曲线
b. y~x曲线上各点对应不同的温度。
y1
0
x1
y、x值越大，泡、露点温度越低
t1 t2
c. y~x曲线受总压变化的影响不显著。 总压变化30%，y~x曲线的变化一般不超过2%
注意 对同一物系而言，混合液的平衡温度愈高，各组分 间挥发度差异愈小，即相对挥发度α愈小，因此蒸馏压 强愈高，平衡温度随之升高，α减小，分离变得愈难， 反之亦然。
苯
式中p0的单位为kPa；温度t的单位为℃。 解：设苯与甲苯在106.7 kPa时的泡点分别tA0、tB0。据 Antoine方程有 lg106.7＝6.031－1 211/(tA0＋220.8) 解得 tA0＝81.74℃ lg106.7＝6.080－1 345/(tB0＋219.5) 解得 tB0＝112.45℃ t(1)＝0.2×81.74＋0.8×112.45＝106.31℃
溶液气液相平衡ppt课件
6.2 溶液的气、液相平衡
蒸馏过程：气液两相间的传质过程； 过程的极限：气、液相平衡。 相平衡关系：两相或多相接触达物理平衡时，各相组成之间
的关系。
1
6.2.1 气、液相平衡的自由度
根据相律有： F c 2
对于双组分物系的气液平衡：
C2 2 F2
即双组分物系气、液相平衡的自由度为2。 对多组分物系的气、液相平衡的自由度为组分数C。 双组分物系的独立变量：
yA
pA P
PA0 x A P
yB
pB0 xB P
7
关于平衡计算的说明： （1）已知 P、 t ， 求 相互平衡的 x 、 y ， 不必试差 t → pA0, pB0 → x , y （2）已知 x ， 求与之平衡的 y, t 或 已知 y 求与之平衡的 x , t ，试差计算 试算过程为：
假设 t
x
判断x
y
假设 t
x
y
判断 y x
8
（2）相图 ① 温度-组成图（t-x-y） 总压一定时，给定 t p0A，pB0 x，y
9
图线说明： ① 曲线 t-x 表示恒定压力下，饱和液体组成与泡点的关系，
称为饱和液体线或泡点曲线。 ② 曲线t-y表示恒定压力下，饱和蒸气的组成和露点的关系，
称为饱和蒸气线或露点曲线。 ③ 在t-x 线下方为过冷液相区。 ④ 在t-y 线上方为过热气相区。 ⑤ 在两线之间为两相共存区，即气、液相平衡区。
13
压力对温度组成图的影响
14
② 气、液平衡组成的 x-y 图 标绘：略去温度坐标，依x-y 的对应关系做图 ，得x-y图。
15
说明： （1）组成 均以易挥发组分的组成表示，故曲线位于对角线上方
蒸馏过程：气液两相间的传质过程； 过程的极限：气、液相平衡。 相平衡关系：两相或多相接触达物理平衡时，各相组成之间
的关系。
1
6.2.1 气、液相平衡的自由度
根据相律有： F c 2
对于双组分物系的气液平衡：
C2 2 F2
即双组分物系气、液相平衡的自由度为2。 对多组分物系的气、液相平衡的自由度为组分数C。 双组分物系的独立变量：
yA
pA P
PA0 x A P
yB
pB0 xB P
7
关于平衡计算的说明： （1）已知 P、 t ， 求 相互平衡的 x 、 y ， 不必试差 t → pA0, pB0 → x , y （2）已知 x ， 求与之平衡的 y, t 或 已知 y 求与之平衡的 x , t ，试差计算 试算过程为：
假设 t
x
判断x
y
假设 t
x
y
判断 y x
8
（2）相图 ① 温度-组成图（t-x-y） 总压一定时，给定 t p0A，pB0 x，y
9
图线说明： ① 曲线 t-x 表示恒定压力下，饱和液体组成与泡点的关系，
称为饱和液体线或泡点曲线。 ② 曲线t-y表示恒定压力下，饱和蒸气的组成和露点的关系，
称为饱和蒸气线或露点曲线。 ③ 在t-x 线下方为过冷液相区。 ④ 在t-y 线上方为过热气相区。 ⑤ 在两线之间为两相共存区，即气、液相平衡区。
13
压力对温度组成图的影响
14
② 气、液平衡组成的 x-y 图 标绘：略去温度坐标，依x-y 的对应关系做图 ，得x-y图。
15
说明： （1）组成 均以易挥发组分的组成表示，故曲线位于对角线上方
化工原理精馏.pptx
p
0 A
pB0
上式为一定总压下汽相组成与温度的关系式。该温度又称为露点 （dew-point），上式又称为露点方程。
严格地说没有完全理想的物系。对那些性质相近、结构相似的组分 所组成的溶液，如苯-甲苯，甲醇-乙醇等，可视为理想溶液；若汽相 压力不太高(<10Mpa)，可视为理想气体，则物系可视为理想物系。
1.3 汽液平衡关系式的表示方法 汽液两相平衡组成常用相平衡常数 K 或相对挥发 的关系式来表达。
1.3.1相平衡常数
Ki 表示 i 组分的相平衡常数，其定义为
Ki
yi xi
=f（物系 , T，P ）
式中： yi 和 xi 分别表示 i 组分在互为平衡的汽、液两相中的摩尔分数。 对于易挥发组分，Ki >1，即 yi > xi。
溶液沸腾时，溶液上方的总压应等于各组分分压之和，即
P
pA
pB
p
0 A
xA
pB0 1
xA
xA
P pB0
p
0 A
pB0
泡点方程（bubble-point equation）
poA、poB 取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总压下液相组成与溶液泡
点温度关系。已知溶液的泡点可由上式计算液相组成；反之，已知溶液
多组分精馏：例如原油的分离。 双组分精馏：如正异构丁醛,苯-甲苯体系等。
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。 特殊精馏：混合物中各组分挥发性相差很小，难以用普通精馏分离，
借助某些特殊手段进行的精馏。
1 双组分溶液的气液相平衡关系
蒸馏分离的物系由加热至沸腾的液相和产生的蒸汽相构成。相平衡 关系是蒸馏过程分析的重要理论基础。
《化工原理精馏》课件
精馏流程图
• 流程图：精馏流程图展示了精馏 操作的全过程，包括原料的预处 理、加热、蒸发、冷凝、回流等 步骤。通过流程图可以直观地了 解精馏操作的过程和原理，有助 于更好地理解和掌握精馏技术。
02 精馏塔设备
精馏塔类型
板式塔
塔内装有多层塔板，液体在塔板上完成汽化与回流，实现分 离。
填料塔
塔内装有填料，液体沿填料表面流下，与上升气体进行接触 传质。
低温余热利用
利用低温余热驱动精馏过程，减少对新鲜能源的依赖 。
废气处理技术
采用吸附、吸收、催化燃烧等方法处理废气，降低污 染物排放。
新型精馏技术
分子蒸馏
利用高蒸气压下分子间的平均自由程大于蒸馏 器结构尺寸的特点，实现高效分离。
反应精馏
在精馏过程中进行化学反应，实现产物的高效 分离和转化。
膜分离技术
据具体工艺要求进行选择和控制。
苯精馏案例
总结词
苯精馏是石油化工中重要的分离过程，其工 艺流程和操作条件较为复杂。
详细描述
苯精馏的目的是从石油裂解气中分离高纯度 的苯产品。原料经过预处理后进入精馏塔， 在塔内通过多次汽化和冷凝操作，将苯与其 他组分分离。操作过程中需严格控制温度、 压力、进料位置和回流比等参数，以保证苯 产品的质量和收率。
精馏操作优化
04
操作参数优化
01
塔板数优化
根据物料性质和分离要求，合理选择塔板数，以提高分 离效率和产品质量。
02
进料位置优化
通过调整进料位置，改善物料在塔内的分布，提高传热 和传质效率。
03
回流比优化
根据操作条件和分离要求，合理调整回流比，以平衡能 耗和分离效果。
节能减排技术
热集成精馏
化工原理蒸馏PPT课件
1
16
1. 利用饱和蒸气压计算气液平衡关系
在 一 定 的 压 力 下t fx
t gy
? 理想物系
在 一 定 的 温 度 下pAf x 理想物系 pBgx
p
A
pB
ห้องสมุดไป่ตู้
p
0 A
x
A
p
0 B
x
B
拉乌尔定律
理 想 物 系 的 t - x （ y ） 相 平 衡 关 系 ：
对 理 想 物 系 ， 汽 相 满 足 ： P p A p B p0 AxpB 0(1x)
vA
pA xA
vB
pB xB
显 然 对 理 想 溶 液 ， 根 据 拉 乌 尔 定 律 有 ：
Ap0 A，BpB 0
什 么 是 相 对 挥 发 度 ？
相对挥发度
vA vB
pA pB
xA xB
yA yB
xA xB
显然对理想溶液，有：
p
0 A
p
0 B
y x 1( 1)x
8
液体混合物的蒸气压
10
§6.2 双组分溶液的气液相平衡
二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有：
温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。
t, P, y
A
B
f C 2 2 2 2 2 t, x
溶 液 （ A+B）
加热
11
§6.2 二元物系的汽液相平衡
P 一定
B
露点线 汽相区
t-y
t 泡点线 两相区
露点线一定在泡点线上方。 杠杆原理： 力力臂 = 常数
t-x
L1
液相区
0
x 或y
化工原理(下册)教学课件
2.再沸器的热负荷
QB V IVW WI LW LI Lm QL
ILW ILW， V L W
QB V IVW ILW QL
Wh
QB I B1 I B2
精馏过程的节能：
热泵精馏 多效精馏
间歇精馏
特点：①非稳态过程。釜液随时间变 化，塔内操作参数也随位置和时间变 化。②只有精馏段。
CD cSml
(Re
L
)0.67
(
ScL
)0.33
(Ga
)0.33
式中：特征尺寸l为填料直径m。
㈣ 经验公式
⑴ 用水吸收氨：主要阻力在气膜，气膜吸收经验式为：
kG a 6.07 10 4 G 0.9W 0.39
( kmol /(m3 h kPa) )
式中：G__气相空塔质量速度，kg /(m2 h)
基本操作方式：①馏出液组成恒定， 回流比不断加大。②回流比恒定，馏 出液浓度不断变小。
回流比恒定时的间歇精馏计算
1.理论板层数
①先计算最小回流比，最确定R
Rm in
xD1 yF yF xF
R 1.1 ~ 2Rmin
②图解理论板层数
2.操作每一瞬间如下图所示 3.各参数关系式
ln F xF dxW
kLa cW 0.82
1/ h
kmol /(m3 h kPa)
式中：c为常数，
温度 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ 30℃
c
0.0093 0.0102 0.0116 0.0128 0.0143
适用条伴：①气体的空塔质量速率G为320-4150kg/(m2.h) ，液体的 空塔质量速率W为4400-58500kg/(m2.h) ；②直径为25mm的环形 填料。
《化工原理精馏》课件
反应反馈机制
汽提过程和混合过程
探讨汽提和混合等反应反馈机制在精馏中的应用 和原理。
反应器基础
介绍异构反应器和精馏剂的重要性以及它们在反 应反馈中的角色。
塔内传热方式
讲解塔内传热方式对精馏反应效率的影响和优化 方法。
温度和压力对反应的影响
探索温度和压力对精馏反应效果的影响和调节方 法。
装置的优化
1
解析卡曼方程、速度梯度等物理原理在精馏中的应用和影响。
塔设计
精馏塔的分类
详述不同类型的精馏 塔及其特点和应用领 域。
塔的结构和内 部组成
探讨精馏塔的结构构 造和内部组件在精馏 过程中的作用。
塔的操作流程
介绍精馏塔的运行流 程和操作步骤，为高 效运行提供指导。
塔的设计准则
阐述精馏塔设计的关 键准则和参数，确保 塔的安全和性能。
《化工原理精馏》PPT课 件
本PPT课件介绍了化工原理精馏的理论基础、塔设计、反应反馈机制、装置优 化和案例分析等内容，展望了精馏技术的未来发展趋势。
理论基础
1
精馏的定义和分类
介绍精馏的概念及其在化工领域中的不同应用分类。
2
热与精馏相关的热力学概念。
3
物理基础
化学工业中的应用
介绍精馏在化学工业中的成功案例和广泛应用。
环保领域中的应用
分析精馏在环保领域中的应用和对环境保护的贡献。
食品工业中的应用
探讨精馏在食品工业中的创新应用和效果。
结束语
总结课程内容并展望精馏技术在未来的发展趋势，鼓励学习者继续深入研究该领域。
精馏技术的优化方法
介绍精馏技术的优化策略和实践，提高
节能技术
2
效率和生产力。
化工原理精馏-PPT
Rmin
理想溶液 x D yq
Rmin 1
xD xq
吸收
c
xW xq xF
xD
非理想溶液
Rmin
xD yq yq xq
37
6、3 双组分连续精馏塔得计 算 NT,min
当操作线远离平衡线 NT减少,与对角线重合 时达到 NT,min,一般由图解法求取。若体系为双组 分理想溶液,则可通过解析法计算 (Fenske方程):
–
0 +
6、3 双组分连续精馏塔得计
算 不同q值对操
作线得影响
f
0 < q <1
q值不同改变得
是提馏段得操作线
q=0
方程。当进料组成、q < 0 回流比及分离要求
一定时,q值得减少使
提馏段操作线越来
越靠近平衡线。
xW
吸收
28
q=1
q>1
eHale Waihona Puke xFxD29
6、3 双组分连续精馏塔得计 算6、3、5 NT及加料板位置得确定
一次部分气化和部分冷
凝
t
y1>xF>x1
y1——加热原料液时产 生得第一个 气泡得组成。
x1——经过一次气化后 原料剩下得液体得组成。
11
P=定值
D C B
A
xw x1 xF y1 yF
吸收
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
6、2 精馏原理
多次得部分气化和部分冷凝
t
y3
冷凝器
y1
xF
分离 器
需 NT及进料板位置均不同。
3)随着进料得 q值逐渐减小,精馏塔所需得 NT 是逐渐增加得。
化工原理
原料 F, tF, cp 原料 F, T, cp
即可得到加热器的热负荷 Q
Q = FcP ( T - tF ) (1-19)
原料 F, T, cp
汽相产品 D, y
te
对减压阀和闪蒸罐作热量衡算，忽略 热损失，闪蒸时，物料放出的显热＝部 分汽化所需的潜热，即
F cP ( T － t e ) = (1－q ) F r = D r
加热器 减压阀 汽相产品 D, y
原料 F, xF
闪蒸罐
液相产品 W, x
图1-7 平衡蒸馏装置
进料
加热
减压
部分汽化
二、闪蒸工作原理
闪蒸就是一次部分汽化。 组成为xF 的原料经过一次
t,℃
P =const
B 汽 液 t 过热蒸汽区
汽化后，馏出物中轻组分浓
度y得到提高， 即 y ＞ xF ； 同时，釜液中轻组分浓度x 得到降低，x＜ xF 所以有 x＜ xF ＜ y
第一章 蒸馏
本章主要内容： 1.1 概述 1.2 双组分物系的气液相平衡 1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏 1.4 精馏原理和流程 1.5 双组分连续精馏的计算 物料衡算与操作线方程 进料热状况对两段物料分配的影响 理论板数的计算 回流比对精馏操作的影响 塔高塔径计算/热量衡算 1.6 间歇精馏 1.7 恒沸精馏和萃取精馏 原理及流程 1.8 多组分精馏 关键组分的概念 本章重点: 常压下双组分连续精馏原理与计算。 学习目的 与要求
方程与物料衡算方程。
1.3.1 平衡蒸馏
四、平衡蒸馏理论计算
依据 1) 相平衡关系: ① x–y图 ② 或 y
x 1 ( 1) x
(6 - 13)
t–x–y图
te = f (x) 或 td = f (y)
即可得到加热器的热负荷 Q
Q = FcP ( T - tF ) (1-19)
原料 F, T, cp
汽相产品 D, y
te
对减压阀和闪蒸罐作热量衡算，忽略 热损失，闪蒸时，物料放出的显热＝部 分汽化所需的潜热，即
F cP ( T － t e ) = (1－q ) F r = D r
加热器 减压阀 汽相产品 D, y
原料 F, xF
闪蒸罐
液相产品 W, x
图1-7 平衡蒸馏装置
进料
加热
减压
部分汽化
二、闪蒸工作原理
闪蒸就是一次部分汽化。 组成为xF 的原料经过一次
t,℃
P =const
B 汽 液 t 过热蒸汽区
汽化后，馏出物中轻组分浓
度y得到提高， 即 y ＞ xF ； 同时，釜液中轻组分浓度x 得到降低，x＜ xF 所以有 x＜ xF ＜ y
第一章 蒸馏
本章主要内容： 1.1 概述 1.2 双组分物系的气液相平衡 1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏 1.4 精馏原理和流程 1.5 双组分连续精馏的计算 物料衡算与操作线方程 进料热状况对两段物料分配的影响 理论板数的计算 回流比对精馏操作的影响 塔高塔径计算/热量衡算 1.6 间歇精馏 1.7 恒沸精馏和萃取精馏 原理及流程 1.8 多组分精馏 关键组分的概念 本章重点: 常压下双组分连续精馏原理与计算。 学习目的 与要求
方程与物料衡算方程。
1.3.1 平衡蒸馏
四、平衡蒸馏理论计算
依据 1) 相平衡关系: ① x–y图 ② 或 y
x 1 ( 1) x
(6 - 13)
t–x–y图
te = f (x) 或 td = f (y)
化工原理第一节 精馏1.概述、相平衡(课堂PPT)
1.相律：求气液平衡时物系的自由度
F ＝ N（组分）－φ（相数）＋2
＝ 2－2＋2＝2
参数：P、t、y A、x A，物系中只有2个自由度；如果再固定P一定 F=1，x （y）～ t 或 y ～ x 一一对应
讨论气液平衡的工程目的：
即找出一定压力下的 t～y（x） 和 y～x 关系
2
13
2. 理想物系（虽实际不存在，但处理简单） 理想溶液，服从拉乌尔定律
2
9
三. 特 点
1.流程简单，无溶剂加入，可直接获得产品； 2.分离程度高，应用广泛； 3.发生相变（须造成两相），故能耗大。
精馏塔设计容量范围比其它过程设备大得多 单塔直径：0.3～10米，高度：3～75米
2
10
四.蒸馏费用和操作压强
1. 操作费用：
汽化：需提供热量 冷凝：需提供冷量 操作费用为加热费、冷却费、料液输送费用之和。
（1）正偏差溶液: （实际的相平衡线总是位于理想线上方☺）
a AB（吸引力）<< a AA （吸引力）或 a BB （吸引力）
P A > p A o x A p A、p B比拉乌尔定律预 计的要高
2
28
回忆：理想物系（pA~xA; pB~xB/xA呈线性关 系）
理想溶液，服从拉乌尔定律
两个含义
理想气体，服从道尔顿分压定律 p o A x A 或p o A x A理想气体定律
大小是混合液分离难易程度的标志
2
21
4.双组分相图（以图表示的相平衡）
（1）x（y）～ t 图
2
两线
气相线
液相线
三区：
过热蒸气
Superheat Vapour 过冷液体
化工原理下1PPT
pA pA xA p B p B xB p B (1 x A )
式中 p——溶液上方组分的平衡分压 p0——同温度下纯组分的饱和蒸气压 x——溶液中组分的摩尔分率
0 0 0
当溶液沸腾时，溶液上方的总压=各组分的蒸汽压力之和
p pA pB
p p xA 0 pA p
0 B 0 B
衡量传质推动力的大小，传质过程以两相达到相平
衡为极限；
气液相平衡是分析蒸馏原理和进行蒸馏设备计算
的理论基础。
一、相关概念及气液平衡图 1 相律
相律是研究相平衡的基本规律，它表示平衡物系中自由度
数、相数及独立组分数间的关系。
F = C-P+2
式中 F——自由度数 C——独立组分数 P——相数
2 ——外界只有温度和压强可以影响物系的平衡关系。
纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。 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
vB=PB /xB
对于理想溶液：A pA0 ,B pB0
挥发度随温度 变化而变化
相对挥发度（Relative
Volatility）是指溶液中两组分挥发度
当α>1时，表示组分A较B容易挥发， α愈大，挥发度差异
愈大，分离愈容易。
当α=1时，气相组成与液相组成相同，不能用普通精馏方法
加以分离。
x y 1 ( 1) x
α=1，相平衡关系为对角线； α越大，偏离对角线越远， 同一液相组分x对应的y值越 大，可以得到浓度较高的轻 组分，分离越容易；
实验室蒸馏操作
蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从
式中 p——溶液上方组分的平衡分压 p0——同温度下纯组分的饱和蒸气压 x——溶液中组分的摩尔分率
0 0 0
当溶液沸腾时，溶液上方的总压=各组分的蒸汽压力之和
p pA pB
p p xA 0 pA p
0 B 0 B
衡量传质推动力的大小，传质过程以两相达到相平
衡为极限；
气液相平衡是分析蒸馏原理和进行蒸馏设备计算
的理论基础。
一、相关概念及气液平衡图 1 相律
相律是研究相平衡的基本规律，它表示平衡物系中自由度
数、相数及独立组分数间的关系。
F = C-P+2
式中 F——自由度数 C——独立组分数 P——相数
2 ——外界只有温度和压强可以影响物系的平衡关系。
纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。 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
vB=PB /xB
对于理想溶液：A pA0 ,B pB0
挥发度随温度 变化而变化
相对挥发度（Relative
Volatility）是指溶液中两组分挥发度
当α>1时，表示组分A较B容易挥发， α愈大，挥发度差异
愈大，分离愈容易。
当α=1时，气相组成与液相组成相同，不能用普通精馏方法
加以分离。
x y 1 ( 1) x
α=1，相平衡关系为对角线； α越大，偏离对角线越远， 同一液相组分x对应的y值越 大，可以得到浓度较高的轻 组分，分离越容易；
实验室蒸馏操作
蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从
化工原理下1-1气液平衡
增加，塔径不够）或减压 （热敏性物料）。
当p变化小于30%，其对的影响 可忽略不计。
x y 1 ( 1) x
说明：
或
x
y
( 1) y
—— 相平衡方程 ① α表示了物系分离的难易程度，α 远离1，物系 易分离， α≈1 或 α=1，则该物系不能用普通的蒸馏 方法分离。 ② 对于非理想物系， α不能作为常数处理。 ③ 对于理想溶液，相对挥发度α 变化不大，可取一 平均值作为常数处理，相平衡关系简单。
能耗大 因为有相变过程 有时需要高压、真空、高温、低温等条件
五. 分类 ① 按组分数分类: 双组分蒸馏； 多组分蒸馏。 ② 按操作方式分类: 间歇蒸馏— 简单蒸馏； 连续蒸馏— 平衡蒸馏、精馏。 ③ 按操作压力分类： 常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏。 本章以双组分连续精馏为重点。
1.2
两组分溶液的气液平衡
离）；
3）空气的分离（氧气、氮气的制备）；
4）食品加工及医药生产。
二. 蒸馏的目的和依据
目的：均相液体混合物的分离。
依据：利用液体混合物中各组分在一定温度下 挥发能力的差异。 混合物中较易挥发的组分——易挥发组分A 混合物中较难挥发的组分——难挥发组分B 例：乙醇---水溶液
yA xA yB xB
蒸馏过程：气液两相间的传质过程；
过程的极限：气、液相平衡。
气液相平衡：两相或多相接触达物理平衡时， 各相组成之间的关系。
动态平衡
一、相律——气液平衡的自由度:
F C 2
C为组分数 相数
T、P
• 例：对于单组分液相 对于单组分气相 对于单组分气液相平衡 对于双组分气液相平衡 对于单组分饱和蒸气
二、 两组分理想体系的气液平衡
当p变化小于30%，其对的影响 可忽略不计。
x y 1 ( 1) x
说明：
或
x
y
( 1) y
—— 相平衡方程 ① α表示了物系分离的难易程度，α 远离1，物系 易分离， α≈1 或 α=1，则该物系不能用普通的蒸馏 方法分离。 ② 对于非理想物系， α不能作为常数处理。 ③ 对于理想溶液，相对挥发度α 变化不大，可取一 平均值作为常数处理，相平衡关系简单。
能耗大 因为有相变过程 有时需要高压、真空、高温、低温等条件
五. 分类 ① 按组分数分类: 双组分蒸馏； 多组分蒸馏。 ② 按操作方式分类: 间歇蒸馏— 简单蒸馏； 连续蒸馏— 平衡蒸馏、精馏。 ③ 按操作压力分类： 常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏。 本章以双组分连续精馏为重点。
1.2
两组分溶液的气液平衡
离）；
3）空气的分离（氧气、氮气的制备）；
4）食品加工及医药生产。
二. 蒸馏的目的和依据
目的：均相液体混合物的分离。
依据：利用液体混合物中各组分在一定温度下 挥发能力的差异。 混合物中较易挥发的组分——易挥发组分A 混合物中较难挥发的组分——难挥发组分B 例：乙醇---水溶液
yA xA yB xB
蒸馏过程：气液两相间的传质过程；
过程的极限：气、液相平衡。
气液相平衡：两相或多相接触达物理平衡时， 各相组成之间的关系。
动态平衡
一、相律——气液平衡的自由度:
F C 2
C为组分数 相数
T、P
• 例：对于单组分液相 对于单组分气相 对于单组分气液相平衡 对于双组分气液相平衡 对于单组分饱和蒸气
二、 两组分理想体系的气液平衡
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上述例题中，简单蒸馏的气化率为1/3， x2＝ 0.633， y2=0.834 ，对于平衡蒸馏，要得到相同 的组分的产品，即y=0.834，则x=0.670，根据
y q x xF q1 q1
得到液化率q=0. 817，气化率为0.183。
作业：1-6
1.3 简单蒸馏和平衡蒸馏
1.3.1 简单蒸馏
简单蒸馏（微分蒸馏），瑞利（Rayleigh)1902年提 出了该过程数学描述方法，故该蒸馏又称之为瑞利 蒸馏。 一、流程 简单蒸馏间歇操作过程。 蒸馏过程中不断从塔顶采出 产品。 产品与釜液组成随时间而改 变，且互成相平衡关系。
二、特点 ➢ 间歇，非定态操作，在操作过程中系统温度和浓
xD简单>xD平衡 简单蒸馏获得相对较好的分离效果
简单蒸馏获得相对好的分离效果的原因？
❖简单蒸馏相当于分 批多次采用一个理 论塔板进行蒸馏， 故同一理论板相当 于多次发挥作用。
❖闪蒸相当于总进料一次通过一个理论板，进行一次 分离。分离效果不及简单蒸馏。 ❖简单蒸馏开始时的气相平衡组分较大，结束时残液 中组分较小，所以总的馏出物浓度大于平衡蒸馏。
xF q1
是一条经过点（xF，xF）， 斜率为q/q-1的直线。
2、平衡关系 (xw~yD)
若为理想溶液：
y
x 1( 1)x
3、热量衡算
a）换热器所需热量 Q EFpc E t2t1
b）节流后减压，t2降低为t，放出的显热＝混合物 组分汽化的潜热
QFpc(t2t)(1q)Fr(FL)rVr
t2
t(1q) r cp
3 1
0.834
y2xD0.834
3
问题：x2与y2互成平衡关系吗？
1.3.3 简单蒸馏与平衡蒸馏的比较
❖ 相同点：二者分离程度都不高，只适用于初步分离。 ❖ 不同点：
简单蒸馏：间歇、不稳定，生产能力小 平衡蒸馏：连续或间歇、稳态、生产能力大 ❖ 当原料组成xF、F（进料量）和最终的产品量相同 时，二元理想溶液的二者比较：
dt时间内，由物料衡算可得： dVdL
L x L dx L d x yd V
yxdL Ldx
经整理可得： dL dx ln L1 x1 dx
L yx
L2 x2 yx
对二元物系，其相对挥发度可近似取为常数时，
y 1x1x
上式微分方程为：
lnL L1 2 1 1lnx x1 2ln1 1 x x1 2
y x 1(1)x
可得： y 2.47x
11.47单蒸馏
开始釜液与最终残比：
L1 1 1.5 L2 2
3
lnL L1 2 1 1lnx x1 2ln1 1 x x1 2
解得：x2＝0.633
xDW1 W x11 W W22x2
10.720.633
度随时间变化，t增加，馏出液的浓度y，x降低。
➢ 分离效果不高，即使xw=0, ymax=xDmax=y0
➢ 适用于产品的初步分离：含乙醇不到100的发酵醪 液，简单蒸馏后得到约500烧酒。
三、计算
从塔顶采出产品的质量等于塔釜减少的釜液量， 产品与釜液组成随时间而改变，且互成相平衡关 系。为此，该过程是非稳态过程，需采用微分衡 算。
二、特点
➢ 平衡蒸馏中系统的t，p和浓度是 恒定的，是一个稳态过程，可连 续操作或间歇操作，生产能力较 大。
➢ 产品的汽相y和液相x成平衡状态 ➢ 得不到高纯产品，只适用于产品
的初步分离
三、计算
1、物料衡算： F＝L＋V
FF xLW xVD y
q为液化分率， q =L/F (0~1)
yD
qq1xW
式中
r--进料摩尔气化热，kJ/kmol
【例1-3】 将苯、甲苯混合物分别采用简单蒸馏和 平衡蒸馏，苯的摩尔分数x=0.7,气化率v=1/3，体系 相对挥发度=2.47，试求两种蒸馏方式获得的产品组 成。
（1）平衡蒸馏
y q x xF q1 q1
q 11 2 33
代入上式得： y2x2.1
相平衡关系：α=2.47