北京化工大学化工原理 第十章蒸馏
蒸馏基本原理
二. 沸点-组成图（t-x-y图）
如汽液平衡时总压P不高（一般小于 10atm），则道尔顿分压定律适用于汽相， 即
P=pA+pB 若溶液为理想溶液，则有
(10-3)
P= pA0 xA + pB0 xB = pA0 xA + pB0 (1-xA ) (10-4)
二. 沸点-组成图（t-x-y图）
由上式得
xA
P pB0
pA0
p
0 B
又由道尔顿分压定律得
yA
pA P
xApA0 P
（10-5）
（10-6）
二. 沸点-组成图（t-x-y图）
对于二元物系，表示组分的组成的下标可 去掉。
当总压为定值时，任选取一个温度值t1，查 得该温度下的各纯组分的饱和蒸汽压pA0和pB0 （如果没有实验数据可查取时可用经验公式如 Antoine方程进行计算），然后据式（10-5）计 算 注 一相意 个应温x1和的度yx值11是值t2互，，相用又达同据成样式平的（衡方10的法-6）两求计个得算组x2和相成应值的；y再1值取，
小实验
在一个容器中放入苯40mol(3.12kg) ， 甲苯60mol(5.52kg) ，充分搅拌使之混合均 匀成为均相混合物。
然后进行加热，升温到100˚C，则混合 物处于沸腾状态，将产生的蒸汽引入冷凝 器冷凝后装入另一个容器，这样原来的混 合物被分成两部分，如图10-1所示。
xF,A=0.4 xF,B=0.6 F=100mol
C • CH D • DH
或写成
C DH D CH
（10-7a） （10-7b）
二. 沸点-组成图（t-x-y图）
当温度高于I点时，蒸汽由饱和状态变成过热 状态。
《化工原理蒸馏》课件
蒸馏的原理与流程
蒸馏原理
基于不同组分在汽化、冷凝过程中的物理性质差异，通过控制温度和压力，使 不同组分得以分离。
蒸馏流程
包括加热、汽化、冷凝、收集等步骤，通过优化流程参数，提高分离效果和效 率。
蒸馏在化工中的应用
01
02
03
石油化工
蒸馏是石油化工中常用的 分离方法，用于生产汽油 、柴油、煤油等。
02
数学模型通过建立数学方程来描述蒸馏塔内各相之间的传递和
反应过程，以便对蒸馏过程进行模拟和优化。
常见的蒸馏过程数学模型包括质量传递、动量传递和热量传递
03
模型，以及涉及化学反应的模型。
蒸馏过程的模拟软件介绍
01
蒸馏过程的模拟软件是用于模 拟和优化蒸馏过程的计算机程 序。
02
这些软件基于数学模型，通过 数值方法求解描述蒸馏过程的 偏微分方程，以预测蒸馏塔的 操作性能和优化设计。
蒸馏压力也影响蒸馏效率和产品质量。在 高压下，液体沸点升高，可分离沸点更接 近的组分。
蒸馏速率
回流比
蒸馏速率决定了蒸馏过程的效率。过快的 蒸馏速率可能导致产品质量下降，而慢速 蒸馏则可以提高产品质量和分离效果。
回流比是影响蒸馏效率和产品纯度的关键 参数。增大回流比可以提高产品纯度，但 也会增加能耗和操作成本。
新型塔板和填料的应用
采用新型塔板和填料可以提高蒸馏效率和分离效果，降低能耗和 操作成本。
强化传热传质技术
采用强化传热传质技术可以提高蒸馏效率，减小设备体积和操作成 本。
过程集成与优化
通过过程集成与优化，实现蒸馏过程的节能减排和资源高效利用。
04
蒸馏过程的模拟与计算
蒸馏过程的数学模型
01
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)
化工原理第10章_蒸馏
t f x
t g y
？
对理想物系，汽相满足：P 0 P pB x 0 0 p A pB
0 p A pB p 0 x pB (1 x ) A
pA pA p0 x A y P P P
F xF 高温 高压
P t
L xW
26
思考：在操作压力、原料相同的条件下（F=W1，x1=xF )，若平衡蒸馏的操作温 度与简单蒸馏的最终温度相同（t＝t2）。则简单蒸馏与平衡蒸馏相比： 分离效果孰好（比较xD、 yD ）？ 产品量孰大（比较WD、 V ） ？
答：由图上的得：简单蒸馏分离效果好； 由杠杆原理作图得简单蒸馏产量小， 或如下计算也可得此结论。 简： W1 W2 W D
y f x
-----理想物系的x-y相平衡关系
pA p0 x y A P P
P p A pB
0 p 0 x pB (1 x) A
p0 x A y 0 0 0 p A x pB (1 x ) pA x (1 x ) 0 pB
p0 A 令 0 ----相对挥发度 pB
W1,x1
dW y
W x
加热
x2
W2
WD, xD
ydW d (Wx) Wdx xdW
( y x )dW Wdx
dW dx W y x
x1 dx W1 ln x2 y x W2
3个未知数
x 对理想物系 y 1 ( 1) x
22
一、简单蒸馏
原料液中易挥发组分的摩尔数
t B
W1 x1 x 2 WD x D x2
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。
化工原理蒸馏方式讲解
F
W
D
F
B
2个方程
F,xF
y
x
D, xD
W,XW 3个未知数
加热
A
XW
xF
xD
x或 y
二、简单蒸馏
（2）微分物料衡算式：
设某一时刻釜液量为L，kmol，组 成为x，与之平衡的汽相组成为y。
设经微分时间段d 后，蒸出的釜液 量为dL。在d 时间内对易挥发组分A 作物料衡算，（参考课本）有：
dW y
Wx
加热x
x
对理想物系 y
1 ( 1)x
ln F W
1 1
ln
x1 x2
ln
1 1
x2 x1
二、简单蒸馏
若平衡关系不符合上述公式，则； 1）若平衡曲线用曲线或表格表示时，用图解积分或数值 积分法； 2）若平衡曲线为直线y=mx+b时，则可得：
ln F 1 ln (m 1)x1 b W m 1 (m 1)x2 b
二、简单蒸馏
流程及特点：
特点： ①间歇、不稳定 ②分离程度不高
简单蒸馏 平衡蒸馏 精馏
t B
y2 WWx 21xx21
加热
WD, xD
x2
x1
x或y
A
yx2 yD1
二、简单蒸馏
2．物料衡算
(1)宏观物料衡算：
F W D
Fx F
Wx w
Dx D
杠杆原理：
t W x x D x x
饱和液相
x0 t0 L
y V t
y y0
B
t-y
T0
t t-x
t0
x
y0 x0 y
B
接触级
化工原理第10章-3
1.0 a
xD R’ + 1
若已知蒸馏釜的汽化能力 υ (kmol/s)， 则精馏一釜料液所需时间为
τ=
V
xD R终+ 1 0 x We x W＇ x D 1.0
υ
回流比保持恒定的间歇精馏 已知F、 馏出液的平均组成， 已知 、xF、最终釜液组成 xWe 和馏出液的平均组成，确定适宜的回流 比和所需的理论板数。 比和所需的理论板数。 回流比与理论板数的确定 塔板数一定时， 塔板数一定时，任意时刻的 xD 与 xW 之间存在着相互制约的关系。 之间存在着相互制约的关系。 随过程的进行，操作线将平行下移， 随过程的进行，操作线将平行下移， 即操作线的起点和截距均在变。 即操作线的起点和截距均在变。 首先假设一最初的馏出液组成 xD始， 始 由设定的 xD始 与料液组成 xF 求出所需 始 的最小回流比。 的最小回流比。
V
L
D, xD
理论板数的确定
恒定 xD，终了时刻xW 最低，分离程度（xD-xW）最大，故所需理论板数应 以终了时刻为准。设终了时刻釜液组成为 xWe，可用图解法求理论板数。
理论板数的确定 根据 xD 与 xWe 按下式计算最小回流比
Rmin = xD − yWe yWe − xWe
1.0 a
y We xD Rmin + 1 0 x We x D 1.0
yn +1 = W W xn − xW V0 V0
1.0 a
因 xn=xW 时 yn+1=0，提馏段操作线 的终点在 x 轴上的 g 点（xW ,0） a 点出发绘梯级至 g 点得理论板数。 较之间接精馏，直接加热精馏所需 的理论板数稍有增加。因为直接加 热蒸汽的稀释作用，使得塔内物料 分离程度增加，当达到相同的馏出 液组成及回收率时需更多塔板。
化工原理第十章-蒸馏
2、泡点、露点方程：
汽相压力不高时，可视为理想气体，满足道 尔顿分压定律。
pA pA0 xA fA (t)xA ; pB pB0 xB fB (t)xB
p pA pB pA0 xA pB0 xB pA0 xA pB0 (1 xA )
xA
p pB0 pA0 pB0
p fB(t) fA(t) fB(t)
5）冷凝器及再沸器热负荷及设计计算。
2024/9/29
全塔物料衡算
F D W FxF DxD WxW
F, xF
F、D、W——kmol/h
xF、xD、xW——摩尔分率
塔顶采出率 塔底采出率
D xF xW F xD xW
W 1 D
F
F
2024/9/29
D, xD W, xW
塔顶易挥发组分回收率 塔底难挥发组分回收率
混合液中组分数
双组分 多组分
间歇 按操作方式
连续
2024/9/29
五 与吸收、萃取旳比较
单元操作 分离根据
操作难易 合用性
蒸馏
挥发性旳差别 操作简便，操 适于多种
作费用在于加 浓度混合
热、冷却
物旳分离
吸收 萃取
溶解度旳差别
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
物旳分离
2024/9/29
V L D Vyn1 Lxn DxD
LD
yn1
V
xn
V
xD
L
D
L D xn L D xD
令
R
L D
——回流比
yn1
R R1
xn
xD R1
——精馏段操作线方程
化工原理蒸馏
化工原理蒸馏
嘿，朋友们！今天咱来聊聊化工原理里超重要的蒸馏呀！
蒸馏，你可以把它想象成是一个神奇的分离大师！就好比咱家里收拾东西，要把不同的物件分开放一样。
在化工领域里，各种混合物就像是一堆杂乱无章的东西，而蒸馏呢，就是那个能把它们整得明明白白的高手。
你看啊，那些混合物进入蒸馏塔，就好像是进入了一个魔法塔。
在塔里，温度的变化就像是指挥棒，让不同的成分乖乖地按照要求行动。
轻的成分就像调皮的小孩子，容易往上跑；重的成分呢，就像稳重的大人，乖乖地待在下面。
这多有意思呀！比如说酒精和水的混合，通过蒸馏，酒精就能比较容易地被分离出来啦。
这就好像是从一堆糖果里挑出自己最喜欢的那颗一样简单。
而且哦，蒸馏的应用那可广泛啦！从石油化工到制药，从食品加工到环保，到处都有它的身影。
就好像是一个万能钥匙，能打开好多扇门呢！
咱再想想，如果没有蒸馏，那得有多混乱呀！各种成分混在一起，想要得到纯净的东西可就难喽。
蒸馏就像是一个秩序维护者，让一切都变得井井有条。
你说蒸馏是不是很神奇？它就像是一个默默工作的英雄，虽然不声不响，但却为我们的生活和工业生产做出了巨大的贡献。
蒸馏的过程也不是随随便便就能搞定的哦！温度、压力这些因素都得把握得恰到好处，不然可就达不到理想的效果啦。
这就像是做饭，火候掌握不好，菜可就不好吃啦。
总之呢，蒸馏在化工原理中真的是太重要啦！它让我们能够得到更纯净、更有用的物质。
它就像是一把神奇的钥匙，打开了无数的可能。
所以呀，咱可得好好了解它、掌握它，让它为我们创造更多的价值呀！难道不是吗？
原创不易，请尊重原创，谢谢!。
化工原理第十章 蒸馏小结 PPT
●教学基本要求● 掌握双组分溶液的汽液相平衡;双组分连 续精馏的计算和分析。了解间歇精馏、特别 精馏和多组分精馏。掌握板式塔的结构和设 计。 学习本章重点应掌握的内容: (1)蒸馏操作的依据; (2)双组分物系的汽液相平衡; (3)精馏原理; (4)精馏操作线方程推导、意义与应用;
②在y x图上，两条操作线皆与对角线重合； ③全回流时所需理论板数最少，
lg[( xD ) ( xW )]
Nmin
1 xD 1 xW
lg
④多用于设备开车，调试及科学研究。
● 最小回流比Rmin：
Rmin
xD yq
yq xq
式中：xq、yq为q线与具有最小回流比操作线交
点坐标。
①影响Rmin的因素有：物系的相平衡曲线、 分离要求；
液具有负偏差,这种系统会出现最低蒸汽压和 相应的最高恒沸点,如硝酸—水溶液。
注意:不管是正偏差依然负偏差溶液,在恒 沸组成时,其溶液两相的组成皆相同,故无法用 一般蒸馏方法加以分离。
二、蒸馏过程 1、简单蒸馏 (1)流程:如下图所示,为一间歇操作过程。
10-4
(2)特点
●间歇操作过程;
●不稳定过程,随着蒸馏的进行,釜内液体中易 挥发组分的组成逐渐降低,与之相平衡的汽相中, 易挥发组分的组成亦随之降低,釜液温度不断升 高;
●侧线出料和多股进料
侧线出料和多股进料可将塔分成若干段,
各段分别有相应的操作线,各股进料亦分别
有相应的q线方程和q线。各段的操作线方程
通过每段的物料衡算推导出。
●加设中间再沸器或中间冷凝器的情况
从用能的角度来考虑,加设中间再沸器可 降低高温热源的能量热耗,而加设中间冷凝器, 则能够节约低温冷剂的消耗量。但不管是加 设中间再沸器依然中间冷凝器对分离都是不 利的。
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 。
化工原理 第十章 蒸馏(2)
长期以来，人 们围绕高效率、大 通量、宽弹性、低 压降的宗旨，开发 了不少于80种的各 种类型塔板。
10/143
11/143
《化工原理》电子教案/第十章
12/143
《化工原理》电子教案/第十章
13/143
《化工原理》电子教案/第十章
二、板式塔类型
泡 罩 型 筛 孔 型 浮 阀 型 喷 射 型 ： 其 它 型 ：
1）鼓泡接触状态
两相接触面积为气泡表面
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《化工原理》电子教案/第十章
2）泡沫接触状态
传质表面面积很大的液膜
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《化工原理》电子教案/第十章
3）喷射接触状态
两相传质面积是液滴的外表面
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《化工原理》电子教案/第十章
气体通过塔板的压降
干板压降
塔板压降 液层阻力 克服板上泡沫层的静压 形成气液界面的能量消耗 通过液层的摩擦阻力损失
8、液体停留时间
《化工原理》电子教案/第十章
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四、塔板的流体力学性能
1、漏液 ----- 一定存在，不可避免。
漏液
两相在塔板上的接触时间↓
板效率↓
原因： 气速太小、板面上液面落差引起的气流分布不均匀
严重漏液----不允许，是塔的不良操作现象之一。 不良后果： 降低板效，严重时使板上不能积液。
其 它 型 ： 气、液错流流动塔板
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《化工原理》电子教案/第十章
二、板式塔类型
MD塔板（Multi－Downcomer Sieve Trays）是美国Union 泡 罩 型 Carbide公司研制的多降液管筛板 塔。 它是采用多个悬挂式降液管， 筛 孔 型 主要有以下优点：①由于降液管悬 空，使得降液管下方也能设置筛孔 或浮阀，提高了开孔率，同时也降 低了压降；②液流流程短，不存在 浮 阀 型 塔板上液层高度不均的问题，雾沫 夹带大大减少；②出口堰总长远远 大于一般塔板，可以允许很高的液 喷 射 型 ： 流负荷。
化工原理第10章-2
n+1 V’, yn+1
V’, yW
L′xn − V ′yn +1 = WxW
WxW L′ yn +1 = xn − V′ V′
—— 提馏段操作线方程
L’, xW W, xW
操作线方程的在图上的画法
精馏段操作线方程
y
1.0
R xD yn +1 = xn + R +1 R +1
提馏段操作线方程
a
WxW L′ yn +1 = xn − V′ V′
z = HETP ⋅ N
板式塔精馏过程的基本计算式 精馏过程的基本计算式
Vn, yn, IV,n Ln-1, xn-1, IL,n-1
板式精馏塔计算式：
物料衡算式 热量衡算式 相平衡方程 V n +1 + L n −1 = V n + L n
Vn+1, yn+1, IV,n+1 Ln, xn, IL,n
恒摩尔流假设只适用于被分离组分的沸点和汽化潜热相差不大情况。 只要被分离组分的汽化潜热接近，就可认为恒摩尔流假定成立。 恒摩尔流假定的引入，使得连续精馏过程计算大大简化。 双组分精馏计算，仅需轻组分物料衡算式与相平衡关系式。 对精馏段而言
Vy n +1 + Lx n −1 = Vy n + Lx n
理论板和板效率（Ideal plate and plate efficiency） 理论板的概念（Concept of ideal plate） （1）汽、液两相在板上充分接触混合； （2）离开塔板的汽、液两相达到平衡。 离开理论板汽液两相：温度相等，组成互成平衡，满足t-x(y) 相图。 实际塔板--两相接触的时间和充分程度有限，气液两相未达到平衡。 实际塔板的传递过程十分复杂，与物系性质、塔板操作条件和塔板结构 等因素有关，离开实际塔板的汽液两相其温度和组成关系很难用简单的 关系式表达。 计算中，首先根据分离任务计算出所需的理论板数，然后再根据所选塔 板类型以塔板效率进行修正，从而确定出所需的实际塔板数。
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。
化工原理-蒸馏
双组份物系的汽液相平衡
3、拉乌尔定律 PA=PA0×XA 浓度大时，纯A的饱和蒸汽化 PB=PB0×XB
4、 在汽液相等温， 总压为P时，由P =PA +PB
导出关系： P = PA˚xA + PB˚（1- xA） xA = （PA/P） =（P –PB˚）/（PA˚ – PB˚） （ P〈104 时可视为理想气体〉 ｘＢ ＝１－ｘＡ 以及 yA = PA˚·xA/ P ， YＢ = PＢ˚·ｘＢ/ P （1） （2）
液 体 的 蒸
馏
——沸点不同的液体混合物的分离
混合物的分类： 非均相物系(气固相混合物) 均相物系(液体混合物、气体混合物等) 均相物系分离的条件： 依据物系中不同组分之间的某些性质差异。 传质分离过程的概念： 将物质在相间的转移过程称为传质(分离) 过程。 常见的传质分离过程有精馏、吸收、萃取等。
A ( PA / x A ) B ( PB / x B )
当汽相为理想气体时 pA = P· A , pB = P· B y y
yA / xA y B / xB
oLeabharlann yA ox A 1 ( 1) x A
P x /x P Ao A A Ao PB xB / xB PB
杠杆规则—以图中的G、I、H三个状态点表达的汽液 平衡关系为例
设： MG为汽液两相总的 mol数 MI为汽相的mol数 yI为汽相的 mol分率 MH为液相的mol数，xH为液相的mol分率 则可列出如下物料平衡计算式： mG = mI + mH （ａ） mG· G=mI· I+ mH· H Z ｙ x （b） 联系（a）（b）可得 mI/mH=（ZG-xH）/（yI-ZG） （ｃ） （ｃ）即为杠杆规则的数学表达式，此式表明，汽液平衡时： 汽相的mol量可用线段 HG 的长度表示 液相的mol量可用线段 GI 的长度表示 汽液总mol量可用线段 HI的长度表示 这此关系符合平衡力矩原理故称“杠杆”规则
化工原理学--蒸馏
化工原理学–蒸馏引言蒸馏是化工过程中常用的一种分离技术，通过对混合物进行加热使其产生蒸汽，再将蒸汽冷凝得到纯净物质的方法。
在化工领域，蒸馏广泛应用于石油和化学工业中，用于分离液体混合物中的组分。
蒸馏原理蒸馏是基于物质的不同沸点而进行的分离技术。
在一种混合物中，不同成分具有不同的沸点，通过加热可以将低沸点成分转变为蒸汽，然后再通过冷凝将蒸汽转变为液体，从而实现纯度较高的分离。
在蒸馏过程中，需要一个蒸馏塔来进行操作。
蒸馏塔通常由一个加热器、塔板和冷凝器组成。
混合物首先被加热，在塔板上产生蒸汽。
蒸汽在塔板上与冷凝液进行接触，使其冷凝并收集。
这样，高沸点成分留在塔板上，而低沸点成分则以蒸汽的形式进入上层。
通过逐层重复这个过程，可以实现对混合物中各成分的分离。
蒸馏的分类蒸馏可以根据不同的条件和原理进行分类。
常见的蒸馏方法包括常压蒸馏、减压蒸馏、真空蒸馏等。
1.常压蒸馏：常压蒸馏是在常压条件下进行的蒸馏过程。
常压蒸馏适用于沸点较低的液体混合物，其中低沸点成分可以轻松转化为蒸汽。
2.减压蒸馏：减压蒸馏是在降低环境压力的条件下进行的蒸馏过程。
通过降低环境压力，可以使高沸点成分在较低温度下转化为蒸汽，从而减少热量的需求。
3.真空蒸馏：真空蒸馏是在低于大气压的条件下进行的蒸馏过程。
真空蒸馏适用于高沸点液体或易分解的物质，可以避免在较高温度下进行加热，从而减少热敏感成分的损失。
蒸馏的应用蒸馏作为一种常用的分离技术，广泛应用于石油炼制、化学工业、食品工业等领域。
1.石油炼制：蒸馏在石油炼制过程中起到了至关重要的作用。
通过蒸馏，可以将原油中的各种成分分离出来，例如汽油、柴油、润滑油和残渣等。
这种蒸馏过程被称为石油精馏。
2.化学工业：在化学工业中，蒸馏被广泛用于分离和纯化化学品。
例如，通过蒸馏可以从反应产物中分离出目标产品，并去除杂质。
3.食品工业：蒸馏也在食品工业中得到应用。
例如，酿酒过程中的蒸馏可以用于分离酒精和水，从而提高酒精的浓度。
化工原理习题蒸馏答案
第三部分蒸馏一、填空题1、蒸馏是用来分离均相液体混合物的单元操作。
2、含乙醇12%（质量百分数）的水溶液，其乙醇的摩尔分率为5.07%。
3、蒸馏操作是借助于液体混合物中各组分挥发度的差异而达到分离的目的。
4、进料板将精馏塔分为精馏段和提馏段。
5、理想溶液的气液相平衡关系遵循拉乌尔定律。
6、当一定组成的液体混合物在恒这一总压下，加热到某一温度，液体出现第一个气泡，此温度称为该液体在指定总压下的泡点温度，简称泡点。
7、在一定总压下准却气体混合物，当冷却到某一温度，产生第一个液滴，则此温度称为混合物在指定总压下的露点温度，简称露点。
8、理想溶液中各组分的挥发度等于其饱和蒸气压。
9、相对挥发度的大小反映了溶液用蒸馏分离的难易程度。
10、在精馏操作中，回流比的操作上限是全回流。
11、在精馏操作中，回流比的操作下限是最小回流比。
12、表示进料热状况对理论板数的影响的物理量为进料热状况参数。
13、q值越大，达到分离要求所需的理论板数越少。
14、精馏塔中温度由下而上沿塔高的变化趋势为逐渐降低。
15、当分离要求一定，回流比一定时，在五种进料状况中，冷液进料的值最大，此时，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远，分离所需的总理论板数最少。
16、精馏过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。
精馏设计中，回流比越大，所需理论板越少，操作能耗增加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先降后升的变化过程。
17、精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径增大（增大、减小）。
18、分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中,冷液体进料的q 值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远, 分离所需的总理论板数最少。
19、相对挥发度α=1，表示不能用普通精馏分离分离，但能用萃取精馏或恒沸精馏分离。
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N t 理论板数 Ne 实际板数
E可看作各板的平均效率 其值恒小于1
★ 实际塔板数
Nt
Ne E
塔釜再沸器既是理论板又是实际板
★ 塔内实际浓度变化示 意
xD R1
xW
xF
xD
10-14理论板数的捷算法
★ 芬斯克方程
全回流时
VL
Vyn1
L
xn
yn1
xn
yA
/
yB n1
xA
/
x
B
n
yA
yB
y
1
x
1x
or
y Kx K f t
y 1 f x xF
f
f
作过点 (xF
xF)
斜率
1 f
f
的直线
直线与平衡线交点即 (xw,yD)
• 已知闪蒸温度 t 试差计算 xW、yD、V(L)
10-7 精馏 (Distillation) 1、多次部分汽化与多次部分冷凝
(Maltip-paartly Vaporing or Condensing)
pi xi
相对挥发度(挥发性能的比较)
i j
vi vj
★ 计算
Vi
pi xi
vA vB
pA
xA pB
xB
理想溶液 v A vB
p
A
p
B
i j
vi vj
AB
p
o A
pBo
pA xA
pB xB
yA xA
yB xB
yA yB
xA xB
★ 平衡关系
yA
AB xA 1 ( AB 1 )xA
Y=
R-Rmin R+1
10-15 精馏塔塔径
塔径 d 4VS
u
式中 Vs 为上升蒸汽量m3/s
VS vM m / V
Mm 汽相平均分子量 ρV 汽相密度
u 蒸汽线速度 m/s
有关精馏的其他问题
★侧线产品和多股进料 ★精馏的特殊操作 ★精馏装置的热量衡算 ★恒沸蒸馏和萃取蒸馏 ★多组分蒸馏
★ 侧线产品
t
x
z
y
问题
热 量 配 置 产 品 量 其 他
2.工业实现
• 回流 • 塔板的作用 • 精馏塔的分离过程
液 气
筛 板
气 液
D xD
F xF W xW
F 进料 D 塔顶流率 W 塔底流率 xD 塔顶浓度 xW塔底浓度 xF 进料浓度
返回
第三节 二元连续精馏的分析和计算
★ 计算问题概述 目的 精馏塔设计 塔高
后 物料衡算 wx
(
w
dw
)(
x
dx
)
ydw
浓 度 变 化 dx
略去dwdx dw
dx
对12 态变化积分 1
w w1
x x 1
w yx
2 w w2 x x2
ln w1 x2 dx
w2
x1 y x
w — 釜液量 kmol x(y) — 液(气)摩尔分率
• 理想溶液
y
x
1 ( 1)x
B C yn yn1
★ 适宜的进料位置
最佳进料位置对 应最少理论板数
n-1
A
yn xn-1
A
n
yn+1
B
xn
B
yyn+n1
B A
C
xn xn-1
★ 塔板上气液流及其浓度关系
操作线关系 V(V’)
气相增浓
液相增浓
远离平衡 混合接触
L(L’)
平衡线关系
★ 全凝器与分凝器 全凝器
分凝器
分凝器对应一块理论塔板
xm
WxW L qF W
RD qF
R 1D 1
qF
xm
F DxW R 1D 1
qF
★ q 线(两段操作线交点)方程
yq
R R1
xq
xD R1
yq
L qF L qF W
xq
WxW L qF W
③
Rx qx
y F
D
q
④
Rq
⑤
x
q
R
1 x F
q
第十章 蒸馏(Distillation)
蒸馏简介 第一节 二元物系的汽液相平衡 第二节 蒸馏方式 第三节 二元连续精馏的分析和计算
蒸馏简介
10-1 概述 (Introduction)
目的：分离均相液体混合物
依据：组分挥发度的差异
方法：汽化—冷凝（传质设备）
分类：
蒸馏 组分 方式 压强 加料方式 双多 简平精特常加减 间连
10-12 回流比的影响与选择
R L D
设 备 投 资 费一 次 性 影响 操作费经常性
★ 回流比的影响
R 偏大
R↑ L↑ V’↑ L/V↑ V’/L’↑ 操作线靠向对角线 N↓ 操作费↑ 设备费↓
R = ∞ N = Nmin 塔无进料及产品 称为全回流 三线合一
(全回流对应最少理论板数)
R 偏小 R↓ L↓ V’↓ L/V↓ V’/L’↓ 操作线靠向平衡线 N↑ 操作费↓ 设备费↑ R=Rmin N=∞ 最小回流比 四线共点
(最小回流比对应理论板数无穷多)
适宜回流比
N
R=(1.2~2) Rmin
$
总费用
操作费
设备费
Nmin Rmin
R
Rmin Ro
R
★ 最小回流比的确定
Rmin x D ye
Rmin 1 x D xe
ye
Rmin
xD ye ye xe
xD
ye 1x1e xe
Rmin 1
xW
xe xF
塔径
方法 精馏计算 设计型
操作性
基础 对精馏过程的数学描述
• 模型塔 • 常用术语
进料 塔顶产品 塔底产品 回流 轻组分 重组分 塔板 进料板 精馏段 提馏段 塔顶冷凝器 塔釜再沸器
F xF
W xW
D xd
F 进料 D 塔顶流率 xD 塔顶浓度 W 塔底流率 xW塔底浓度 xF 进料浓度 V L 精馏段
1x D
Rq
yq
q q1
xq
xF q1
②①
xF
10-11理论塔板数的求取
·目的 确定塔高
·依据
蒸馏塔气液流 及其浓度关系
F xF
·方 法 逐板计算法 阶梯图解法
D xD W xW
★ 逐板计算法
n0
y xD
x
y
1 y
nn1
x xq
y R x xD
n
R1 R1
y
N n1
Nt NM
m 0 x xW
精馏段 操作线
xD R1
xW
xF
xD
10-10 进料与塔内两段汽液流的关系
物料衡算
F L V' L'V
hhH H
热量
FH F Lh V' H' Lh'VH
L'
V' V
Lh
L' L F
FH F V'V
H
Lh
VH
L' Lh FH F L'LH h
L' L F H FH HF
条件 组分的摩尔汽化热接近 热效应可忽略
10-8 全塔物料衡算
x x
DF F W
F
F DW xF D xD W
xW
x x
D
W
W
F
x D
x D
x F
x W
F xF
D xd
定 义 回 收率
轻
Dx D Fx F
通常
重
W 1 F 1
xW xF
W xW
需处理物料量 F 物料浓度 xF 分离要求 xD xw 确定
log
即
N min
log
1
x
D
x
D
1 xW xW
log
进料板上
N min
log
1
x
D
x
D
1 xF xF
log
★ 吉利兰关联图
1.0 0.8 0.6 0.4
0.2
X= N-Nmin N+1
0.1 0.08 0.06
0.04
0.02
0.02 0.04 0.06 0.1
0.2 0.4 0.6 0.81.0
P 系统总压
pA
p
o A
x
A
pB pBo x B
p
o B
(
1
xA
沸腾汽化
)
pA pB P
xA
P pBo
p
o A
pBo
xA
P fB(t ) fA(t ) fB(t )
f(t)
p
o A
x
A
pBo
(1
xA
)
P
yA
pA P
p
o A
P
xA
log
p
o A
A
B C
t
2、 温度组成 (t-x-y) 平衡组成 (x-y) 图 ★ 温度组成 (t-x-y) 图
ln w1 w2
1
1
ln
x1(1 x2(1
x2 x1
)
)
1 ln 1
x2 x1
采用组分摩尔
数A和B替代x
x1
A1
w1
x2 A2 w2