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
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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
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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
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pA0 p
xA

pA0 p
p pB0 pA0 pB0

fA(t) p
p fB(t) fA(t) fB(t)
表达了一定总压下汽相组成 y与开始冷凝时的
温度之间的关系 ——————露点方程
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3、温度~组成图（t~x~y图) 汽液平衡用相图表示比较直观。
两条线：气相线（露点线） ——yA~t 关系曲线 液相线（泡点线） ——xA~t 关系曲线
1. 挥发度
定义：气相中某一组分的蒸汽分压和与之平衡的液 相中的该组分摩尔分数之比，用符号表示。
意义：是该物质挥发难易程度的标志。
混合液某组分挥发度:
A

pA xA
,
B

pB xB
pA、 pB——汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压； xA、xB——汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分数。
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理想物系：液相为理想溶液，服从拉乌尔定律； 气相为理想气体，服从道尔顿分压定律。
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二 气液相平衡
1. 拉乌尔定律（ Raoult’s Law） 对于理想溶液：
pA pA0 xA pB pB0 xB
pA, pB ——溶液上方A、B组分的分压，Pa； pA0 , pB0 ——溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa；
第十章 蒸馏
概述
一、蒸馏在工业中的应用 二、蒸馏的目的和依据 三、蒸馏过程的费用 四、蒸馏操作的分类 五、与吸收、萃取的比较
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一 蒸馏的应用
非均相混合物的分离（沉降、过滤等） 均相混合物的分离 （吸收、蒸馏、萃取等） 蒸馏主要用于液体产品的精制。 eg：
石油
汽油 煤油 柴油 其他油品
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煤焦油
苯 甲苯 二甲苯等
二 蒸馏分离的目的、依据及定义
目的：对液体混合物的分离，提纯或回收有用组分。 依据：液体混合物中各组分挥发性的差异。
蒸馏分离的对象：液体混合物(如酒精水溶液)
挥发性高（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A） 挥发性低（水） ， 称为难挥发组分或重组分（B）
部分汽化：易挥发组分 液相 部分冷凝：难挥发组分 气相
三个区域：液相区 气、液共存区 气相区
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从相图中得到如下结论： 一定总压的下二元理想溶液： •混合液体的泡点随组成的变化而变化； （随溶液中易挥发组分的含量增加而降低， 且介于两纯液体之间）
• 同温度下，气液两相达平衡，气液量大 小由杠杆定律确定； • 同组成下，露点高于泡点。
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气相 液相
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定义：利用液体混合物中各组分挥发性能的差异， 以热能为媒介使其部分汽化(或混合蒸气的部分冷 凝)，从而在汽相富集易挥发组分、液相富集难挥 发组分，使混合物得以分离的方法称为蒸馏。
三 蒸馏操作的费用
费用包括设备投资费和能耗费，其中加热和冷 却费用高，即能耗大。
因此降低精馏操作的费用主要通过改变工艺来 降低生产的能耗。
自由度：f c 2 2
一定压力下，液相（气相）组成xA(yA)与温度T存在一 一对应关系，汽液组成之间xA~yA存在一一对应关系。
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2、理想溶液 溶液中同分子间的作用力与异分子间的作用力相等。
f AA fBB f AB
如：甲醇与乙醇，苯和甲苯， 二甲苯和对二甲苯
4、y~x图 蒸馏计算中广泛采用的相图：
对角线 y=x 为辅助 曲线；
y~x曲线上各点具有 不同的温度；
平衡线离对角线越远， 挥发性差异越大，物系 越易分离。
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5. 压力对x~y图的影响
p3 p2 p1
压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大
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三 挥发度与相对挥发度
xA , xB ——液相中A、B组分的摩尔分率。
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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 )
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四 蒸馏过程的分类
简单蒸馏
较易分离的物系或对
平衡蒸馏 （闪蒸） 分离要求不高的物系
按蒸馏方式 精馏
难分离的物系
恒沸蒸馏 很难分离的物系
特殊精馏 萃取蒸馏 或用普通方法难
水蒸汽蒸馏 以分离的物系
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常压 一般情况下多用常压
按操作压力 加压 常压下不能分离或达不到 减压 分离要求
分的挥发度之比称为相对挥发度，α大于1.
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对于二元物系：yB=1-yA xB=1-xA，忽略角标：
y
则
1 y
x
1 x
即
xA
p pB0 pA0 pB0

p fB(t) fA(t) fB(t)
表达了一定总压下液相组成 x 与溶液泡点之间 的关系 ——————泡点方程
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气液两相平衡组成间的关系：
pA pyA pA0 xA
yA

pA0 P
xA
气相组成yA与温度（露点）的关系
yA