第九章蒸馏第二节
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第二节蒸馏方式
一、简单蒸馏
第二节 蒸馏方式
简单蒸馏 常见的蒸馏方式： 平衡蒸馏 精馏
1、一般流程如左图:
y
冷凝器
2、简单蒸馏特点： ① 亦属单级操作，常间歇操作 （亦可连续） ，又称微分蒸馏。 ② 随着过程的进行，汽相平衡浓度 不断下降，液相平衡浓度也下降， 釜内液体沸点不断升高。 ③ 任一时刻 ,汽 -液二相是平衡关系， 且y>x。
因为T0 >t0，饱和汽相 传热给饱和液相，使A、 B汽化，同时自身冷凝。
为什么利用多次简单蒸馏或多次平衡蒸馏 操作实现物系的高纯度分离是不经济的?
冷 凝
y x W1,x1 加热 WD, xD W1,x1 加热 x y WD, xD
x W1,x1 加热
冷 凝
y W D, xD
x0 t0 L
饱和液相
y V t y y0
L xW
yD
q x xW F q 1 q 1
F xF 高温 高压
P t
2）相平衡关系：
已知：F，xF，V，求yD，xW
yD
xW 1 ( 1) xW
yD
联立物料衡算式及气液平衡关系便可以确定yD, xW
q x xW F q 1 q 1 xW yD 1 ( 1) xW
( y x )dW Wdx
x2
W2
加热 W D, xD
3个未知数
dW dx W y x
对理想物系
ln
W1 W2
W 1 ,x 1
3个未知数
y
x 1 ( 1) x
x1
x2
dx y x
原料液中易挥发组分的摩尔数
原料液中难挥发组分的摩尔数
第二节 蒸馏方式
简单蒸馏 常见的蒸馏方式： 平衡蒸馏 精馏
1、一般流程如左图:
y
冷凝器
2、简单蒸馏特点： ① 亦属单级操作，常间歇操作 （亦可连续） ，又称微分蒸馏。 ② 随着过程的进行，汽相平衡浓度 不断下降，液相平衡浓度也下降， 釜内液体沸点不断升高。 ③ 任一时刻 ,汽 -液二相是平衡关系， 且y>x。
因为T0 >t0，饱和汽相 传热给饱和液相，使A、 B汽化，同时自身冷凝。
为什么利用多次简单蒸馏或多次平衡蒸馏 操作实现物系的高纯度分离是不经济的?
冷 凝
y x W1,x1 加热 WD, xD W1,x1 加热 x y WD, xD
x W1,x1 加热
冷 凝
y W D, xD
x0 t0 L
饱和液相
y V t y y0
L xW
yD
q x xW F q 1 q 1
F xF 高温 高压
P t
2）相平衡关系：
已知：F，xF，V，求yD，xW
yD
xW 1 ( 1) xW
yD
联立物料衡算式及气液平衡关系便可以确定yD, xW
q x xW F q 1 q 1 xW yD 1 ( 1) xW
( y x )dW Wdx
x2
W2
加热 W D, xD
3个未知数
dW dx W y x
对理想物系
ln
W1 W2
W 1 ,x 1
3个未知数
y
x 1 ( 1) x
x1
x2
dx y x
原料液中易挥发组分的摩尔数
原料液中难挥发组分的摩尔数
化工原理09--蒸馏
层 塔 板上 上层 升塔 蒸板 汽下 的降 组液 成体 间的 的组 关成 系和 下
操 作 线 方 程 的 物 理 意 义 ：
提馏段操作线方程
31
一精馏塔用于分离乙苯-苯乙烯混合物，进料量 3100kg/h，其中乙苯的质量分率为0.6，塔顶、底 产品中乙苯的质量分率分别要求为0.95、0.25。 求塔顶、底产品的质量流量、摩尔流量。
1、保持回馏比恒定 根据精馏段的操作线 方程，其斜率不变。
斜率 =R/R+1
xwe
xw1
xde
xd1
2、保持馏出液组成恒定
因回流比不断增大， 精馏段操作线的截 距不断减小。
63
xwe xw1
xd
第六节
特殊精馏
一、水蒸气蒸馏：
用于易分解而与水又 不互溶，或要求分离 压力不易达到的体系。 d 在分离的气相： P=pA+pw f
47
48
3、逐板计算法求理论塔板数：
平衡关系： y=x/（1+（ -1）x），x=y/（y+ （1-y））
精馏段操作线方程： y=Rx/（R+1）+xD/（R+1）
提馏段操作线方程： y=L’x/（L’-W）+L’xW/（L’-W）
反复使用平衡关系和操作线关系即可求得理论塔板数
y1=xD 平衡关系 精馏段操作线方程 y’1 提馏段操作线方程 y2 x1 x2
组成量的关系满足 杠杆定律。
17
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
18
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： Wx=（W-dW）（x-dx）+ydW dW = dx W y-x 积分限为W=W1，x=x1；W=W2，x=x2， 1、溶液为理想溶液，得： lnW1/W2 =[1/(-1)] ln[x1(1-x2)/x2(1-x1)]+ln[1-x2/1-x1] 由:x1=A1/W1, x2=A2/W2 得:A1/A2=(B1/B2) W1=A1+B1,W2=A2+B2
化工原理下册课件蒸馏 (2)课件
本文档详细阐述了化工原理中蒸馏章节的重要内容，主要包括恒沸精馏和萃取精馏两大部分。恒沸精馏是通过加入第三组分（夹带剂）来改变原料液的恒沸组。选择夹带剂时，需考虑其与被分离组分的相互作用、新恒沸液的性质以及夹带剂自身的无毒、无腐蚀性等特点。萃取精馏则是通过加入萃取剂来改变原料液中组分的相对挥发度，适用于分离挥发度相近的组分。萃取剂的选择应满足显著改变原组分挥发度、低挥发性、不与原组分形成恒沸液等条件。此外，文档还介绍了塔板的多种类型，包括泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板和喷射型塔板，并详细分析了它们的优缺点，如操作弹性、生产能力、板效率等，为实际化工操作提供了重要参考。
化工原理蒸馏
第六章蒸馏蒸馏定义：蒸馏分类：易挥发组分难挥发组分有回流蒸馏（精馏）无回流蒸馏：简单蒸馏（间歇操作）平衡蒸馏（连续操作）特殊蒸馏：萃取蒸馏、恒沸蒸馏按操作压力可分为加压、常压和减压蒸馏两组分精馏和多组分精馏第一节双组分溶液的气液相平衡一、溶液的蒸汽压与拉乌尔定律纯组分的蒸汽压与温度的关系：拉乌尔定律：在一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分的分压等于纯组分在该温度下的饱和蒸气压与它在溶液中的摩尔分数的乘积。
p=p A0x AA（6-2）p=p B0x B=p B0(1－Bx) （6-3）A式中p A、p B——溶液上方A，B组分的平衡分压，Pa；p0——在溶液温度下纯组成的饱和蒸汽压，随温度而变，其值可用安托尼(Antoine)公式计算或由相关手册查得，Pa；x、x B——溶液中A，B组分的摩尔分数。
A二、理想溶液气液平衡（一）t-y-x图1．沸点－组成图（t－ x－ y图）（1）结构以常压下苯-甲苯混合液t－ x－ y图为例，纵坐标为温度t，横坐标为液相组成x A和汽相组成y A（x，y均指易挥发组分的摩尔分数）。
下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线，上曲线表示平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线。
两条曲线将整个t－ x－ y图分成三个区域，液相线以下称为液相区。
汽相线以上代表过热蒸汽区。
被两曲线包围的部分为汽液共存区。
t－ x－ y图数据通常由实验测得。
对于理想溶液，可用露点、泡点方程计算。
（2）应用在恒定总压下，组成为x，温度为t1（图中的点A）的混合液升温至t2(点J)时，溶液开始沸腾，产生第一个汽泡，相应的温度t2称为泡点，产生的第一个气泡组成为y1(点C)。
同样，组成为y、温度为t4（点B）的过热蒸汽冷却至温度t3（点H）时，混合气体开始冷凝产生第一滴液滴，相应的温度t3称为露点，凝结出第一个液滴的组成为x1(点Q)。
F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。
图苯－甲苯物系的t－ x－ y图图苯－甲苯物系的y－ x图应用t－ x－ y图，可以求取任一沸点的气液相平衡组成。
化工原理课件第9章：蒸馏
2.1 理想物系的汽液相平衡
2.1.4 t ~ x( y) 图和 y ~ x图
1. t~x(y)图 在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而变， 将平衡温度与液（汽）相的组成关系标绘成曲线图， 该曲线图即为t-x(y)图。
化工原理——精馏
汽相区 露点 泡点
两相区
露点线 x1 泡点线
y1 液相区
0.43
注：
• • 含再沸器 所需理论板数最少 • 仅适用于理想溶液
化工原理——精馏
9.4 双组分连续精馏塔的计算 4.9.2 最小回流比
挟点
相同物系，分离要求一定，q越小，Rmin越大； 相同物系，xF及q一定，xD越大，Rmin越大。 化工原理——精馏
最小回流比 三种特殊的进料状态
x y 1 ( 1) x
xF
化工原理——精馏
9.4 双组分连续精馏塔的计算 4.9.1 全回流和最少理论塔板数
y1
L L R D 0
xD
操作线的斜率和截距分别为：
R 1 R1
特点： 操作线方程为：
xD 0 R1
yn1 xn
化工原理——精馏
9.4 双组分连续精馏塔的计算 4.9.1 全回流和最少理论塔板数 Fenske方程：
化工原理——精馏
连续操作流程:
精馏段
提馏段
化工原理——精馏
9.4 双组分连续精馏的计算 4.1 计算的基本假定 1. 理论板的假定
• 离开该板的汽液两相组成互成平衡，温度相等； • 塔板上各处的液相组成均匀一致。
化工原理——精馏
9.4 双组分连续精馏的计算
4.1 计算的基本假定
2. 恒摩尔流假定 （1）恒摩尔汽流
斜率
蒸馏
总物流衡算：
FiF V ' I Li VI L'i
F V 'L V L'
加料板（2）
L'L I iF
F I i
若定义：
q
L'L F
1koml原料变成饱和蒸汽 原料的摩尔汽化潜热
可得：L‘=L+qF V=V’+(1-q)F
q线方程
在进料板上，同时满足精馏段和提馏段的物料衡算， 故两操作线的交点落在进料板上。当q为定值，改变塔操 作的回流比时，两操作线交点轨迹即q线。联立两操作线 方程式的进料线方程。
第五章
蒸馏
第一节 概 述
一、蒸馏操作在化工生产中的应用 用于均相液 体混合物的分离，以达到提纯或回收某组分的目 的。 二、蒸馏分离的依据 蒸馏过程是利用流体混合 物中各组分挥发能力的差异，则将混合物进行分 离的单元操作。 三、蒸馏的分类
1、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。 2、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸) 精馏、特殊精馏。
F,iF,xF
ym,I,V
加料板（1）
xn-1,i,L
ห้องสมุดไป่ตู้
1.加料的热状态：五种
第 2.理论板加料
m 料衡算式：
块 板
FxF V ' ym1 Lx m1 Vym L' xm
ym+1,I,V' xm,i,L'
单板物料与热量衡算
相平衡方程： ym f (xm ) 3.精馏段与提馏段的两 相物流关系
恒摩尔流假定成立的条件 (1)各组分的摩尔气化潜热相等。 (2)气液接触时因温度不同而交换的显热可以 忽略。 (3)塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。
FiF V ' I Li VI L'i
F V 'L V L'
加料板（2）
L'L I iF
F I i
若定义：
q
L'L F
1koml原料变成饱和蒸汽 原料的摩尔汽化潜热
可得：L‘=L+qF V=V’+(1-q)F
q线方程
在进料板上，同时满足精馏段和提馏段的物料衡算， 故两操作线的交点落在进料板上。当q为定值，改变塔操 作的回流比时，两操作线交点轨迹即q线。联立两操作线 方程式的进料线方程。
第五章
蒸馏
第一节 概 述
一、蒸馏操作在化工生产中的应用 用于均相液 体混合物的分离，以达到提纯或回收某组分的目 的。 二、蒸馏分离的依据 蒸馏过程是利用流体混合 物中各组分挥发能力的差异，则将混合物进行分 离的单元操作。 三、蒸馏的分类
1、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。 2、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸) 精馏、特殊精馏。
F,iF,xF
ym,I,V
加料板（1）
xn-1,i,L
ห้องสมุดไป่ตู้
1.加料的热状态：五种
第 2.理论板加料
m 料衡算式：
块 板
FxF V ' ym1 Lx m1 Vym L' xm
ym+1,I,V' xm,i,L'
单板物料与热量衡算
相平衡方程： ym f (xm ) 3.精馏段与提馏段的两 相物流关系
恒摩尔流假定成立的条件 (1)各组分的摩尔气化潜热相等。 (2)气液接触时因温度不同而交换的显热可以 忽略。 (3)塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。
6.2.1蒸馏第二讲
• 双组分理想溶液的气液相平衡关 系式：
2023/12/29
汽液相平衡图 1、温度—组成( t x y 图)
t
x(y)
t-x-y图代表的是在总压一定的条件下，相平衡时汽（液）相
组成与温度的关系。
2023/12/29
过热蒸汽区
tA
t
汽液 共存区
液相区
tB
x(y)
2条曲线:上方曲线为t~y线，表示混合物的平衡温度t与汽相组成y之间的关 系，称为饱和蒸汽线（气相线）(露点线)。下方曲线为t~x线，表示混合物的 平衡温度t与液相组成x之间的关系，称为饱和液体线（液相线）（泡点线）。
• 纯组分的蒸汽压与温度的关系式可用安 托因方程表示，即：
log po A B tC
拉乌尔定律 Raoult’s law
拉乌尔定律：在一定温度下，溶液上方某组分的平衡 分压等于此组分在该温度下的饱和蒸汽压乘以其在溶 液中的摩尔分率。 即：
理想溶液：在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律。在 这种溶液内，组分A、B分子间作用力与纯组分A的分 子间作用力或纯组分B的分子间作用力相等。
1.几个概念和公式
• 易挥发组分: 通常将沸点低的组分称为易挥发 组分。
• 难挥发组分: 通常将沸点高的组分称为难挥发 组分。
• 习惯上以 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。
饱和蒸气压：一定T下，纯组分的气液两相达 平衡状态时，称饱和状态，其气相压力--饱 和蒸气压
个气泡，气泡组成为 y1，此时所对应的温度称为溶液D 的 泡点（bubble point）。
• 相图中设液相的量为L kmol，气 相的量为V kmol,则二者之间的 关系符合杠杆定律，即：
化工原理第九章 蒸馏
23
4
工 体处于过热状态，高于泡点的显
原 然随即转化为潜热－使部分液体
理
气化。气、液混合物在分离器中 分开：顶部为气相产品，其中的
电 易挥发组分得到提浓，经冷凝后
L， x 图 9－ 6平 衡 蒸 馏 流 程 简 图
子
收集；底部为液相产品，其中的 难挥发组分得到提浓。
1－ 泵 ； 2－ 加 热 器 ； 3－ 节 流 阀 ； 4－ 分 离 器 （ 闪 蒸 塔 ） ； 5－ 冷 凝 器
原 的物系较多，有甲醇－水、乙醇－水、苯－乙醇等。
理 ２、负偏差溶液
电
当异分子间吸引力 fAB 大于同分子间吸引力 fAA 和 fBB 时，溶液中组 分的平衡分压比拉乌尔定律预计的低，即 ， 。属于 pA p。AxA pB p。B xB
子 该类的有硝酸－水、氯仿－丙酮等物系。
课
件
5
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9.3蒸馏方式
4
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西 三、非理想物系的气液平衡
安 根据溶液的蒸汽压偏离拉乌尔定律的方向，一般可将非理想溶液分 交 成两大类：
大 １、正偏差溶液
化 当异分子间吸引力 fAB 小于同分子间吸引力 fAA 和fBB 时，溶液中组分的
工 平衡分压比拉乌尔定律预计的高，即 pB p。B xB ，pA p。AxA 。属于该类
从图９－１３看出，式（９－３８）中 右边的分子表示经过第m块塔板气相的 提浓程度，分母表示经过第m块塔板液 相的提浓程度，且其提浓程度（或该板 的分离能力）也可用途中平衡线与操作 线之间的梯级（三角形）的跨度大小形
y yn
yn+1
b
L'
xmxm-1斜
率
＝
V
'
化工原理-蒸馏
0
x或y
量 浓度差
L2
A 即：液相量L1=汽相量L2
pA A pA0
1 xA
A
t
§9.2 二元物系的汽液相平衡
说明：
（1）相平衡曲线必落在对角 线的上方；Why？ 因为yx
y1
y x 1( 1)x
（2） 越远离1，也就愈
有利于蒸馏操作---------- y
越大，相平衡曲线偏离对
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 v A vB
pA pB
xA xB
yA xA yB xB
显然对理想溶液，有：
p
0 A
p
0 B
y x 1( 1)x
满 足 理 想 气 体 状 态 方 程 、 道 尔 顿 分 压 定 律
1、理想溶液
p A P A yp B P BP y p A p B
在全部浓度范围内都服从拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。
在组分A、B组成的理想溶液中，则有： fAAfBBfAB
只有物性和结构相似，且分子大小也相近的物系才符合 拉乌尔定律，如苯－甲苯、甲醇－乙醇、烃类同系物组成 的溶液等等
t gy
溶 液 （ A+B） 加热
pAP yfx,t 在 一 定 的 温 度 下 pAfx
p B P 1 y g x ,t
pBgx
§9.2 二元物系的汽液相平衡 一、理想物系的汽液相平衡
汽 相 为 理 想 气 体 、 液 相 为 理 想 溶 液 的 体 系 ， 称 为 。
化工原理第九章蒸馏
1206 .35 log p 6.023 95 220.24 pA 157.1kPa
A
1343 .94 log p 6.078 95 219.58 pB 63.95kPa
B
用Raoult定律和Dolton分压定律求平衡组成，即
o o P pA xA pB (1 xA ) 157.1xA 63.95(1 xA )
0 B 0 B
⑵ 理想气体 Dolton分压定律 pA=PyA Raoult定律 pA=pA0xA
P P PP yA xA 0 P P PA P
0 A 0 A
0 B 0 B
露点方程
⑶ t-x （或y）图与 y-x图 在P=const下，y(或x)～t关系可以在t～x,y图上表示。 t～x，y图分析：
y
B
yE yC 1.0
x
二、挥发度与相对挥发度α
1.挥发度定义：
pA pB B A xB xA
vA p A / xA 2.相对挥发度定义： vB p B / xB
对理想气体（低压下） pi=Pyi
3.相平衡方程： 对双组分物系
yA /xA yA /yB yB /xB xA /xB
混合液加热──节流(p↓)──部分 汽化(yA>xA)──部分分离 过程特点：系统各处的组成、温度恒定 t ──稳态过程。 x xF y F xF
V y
L x
x
（2）简单蒸馏
原料液在蒸馏釜内加热部分汽化(yA>xA)
过程特点：系统各处组成、温度随时间变化
──间歇过程(非稳态)
冷凝器 t
蒸 馏 釜
接受槽 x2 x1 y2 y1
蒸馏过程与设备
➢ 直接式：粗酒精由醪塔进入排醛塔以及脱醛酒进入 酒精塔都是气相塔。
➢ 半直接式：粗酒精由粗馏塔进入排醛塔是气相过塔， 而脱醛酒进入酒精塔是液相进。
7
8
9
1
56
来
工业
成 熟
醛酯酒
自
酒精
醪
醪
3
成品
池
蒸汽
蒸汽 2
酒精
4 杂酯油
蒸汽
废水
图12-14 半直接式三塔流程 1-预热器 2-精馏塔 3-脱醛塔 5、7、8-分凝器 6-冷凝器
3．间接式。粗酒精进入排醛塔以及脱醛酒进入精馏塔
都是液相进塔。可以较半直接式多一次驱除头级杂质的
机会。因此可以产出高纯度的酒精。
2 10
蒸汽 1
3 3 11
蒸汽 酒精
5 4 不合格
69
酒精
头
级
12
杂
质
15 15 脱醛酒
8
杂醇酒 7
蒸汽
蒸 馏 酒 精 13
14
15
杂醇油
废水
图12-15 间接式三塔流程
2. 减压蒸馏装置
减压蒸馏装置主要由蒸馏、抽气（减压）、安全保 护和测压四部分组成。
2. 1 蒸馏部分
➢ 由蒸馏瓶、克氏蒸馏头、毛细管、温度计及冷凝管、接 受器等组成。
➢ 克氏蒸馏头：减少由于液体暴沸而溅入冷凝管的可能性 ➢ 毛细管：提供气化中心，使蒸馏平稳，避免液体过热而
产生暴沸冲出现象。毛细管口距瓶底约1～2mm，为了 控制毛细管的进气量，可在毛细玻璃管上口套一段软橡 皮管，橡皮管中插入一段细铁丝，并用螺旋夹夹住。 ➢ 蒸出液接受部分：通常用多尾接液管连接两个或三个梨 形或圆形烧瓶，在接受不同馏分时，只需转动接液管, 在减压蒸馏系统中切勿使用有裂缝或薄鄙的玻璃仪器。 尤其不能用不耐压的平底瓶（如锥形瓶等），以防止内 向爆炸。
➢ 半直接式：粗酒精由粗馏塔进入排醛塔是气相过塔， 而脱醛酒进入酒精塔是液相进。
7
8
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1
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来
工业
成 熟
醛酯酒
自
酒精
醪
醪
3
成品
池
蒸汽
蒸汽 2
酒精
4 杂酯油
蒸汽
废水
图12-14 半直接式三塔流程 1-预热器 2-精馏塔 3-脱醛塔 5、7、8-分凝器 6-冷凝器
3．间接式。粗酒精进入排醛塔以及脱醛酒进入精馏塔
都是液相进塔。可以较半直接式多一次驱除头级杂质的
机会。因此可以产出高纯度的酒精。
2 10
蒸汽 1
3 3 11
蒸汽 酒精
5 4 不合格
69
酒精
头
级
12
杂
质
15 15 脱醛酒
8
杂醇酒 7
蒸汽
蒸 馏 酒 精 13
14
15
杂醇油
废水
图12-15 间接式三塔流程
2. 减压蒸馏装置
减压蒸馏装置主要由蒸馏、抽气（减压）、安全保 护和测压四部分组成。
2. 1 蒸馏部分
➢ 由蒸馏瓶、克氏蒸馏头、毛细管、温度计及冷凝管、接 受器等组成。
➢ 克氏蒸馏头：减少由于液体暴沸而溅入冷凝管的可能性 ➢ 毛细管：提供气化中心，使蒸馏平稳，避免液体过热而
产生暴沸冲出现象。毛细管口距瓶底约1～2mm，为了 控制毛细管的进气量，可在毛细玻璃管上口套一段软橡 皮管，橡皮管中插入一段细铁丝，并用螺旋夹夹住。 ➢ 蒸出液接受部分：通常用多尾接液管连接两个或三个梨 形或圆形烧瓶，在接受不同馏分时，只需转动接液管, 在减压蒸馏系统中切勿使用有裂缝或薄鄙的玻璃仪器。 尤其不能用不耐压的平底瓶（如锥形瓶等），以防止内 向爆炸。
化工原理-蒸馏
第六章蒸馏蒸馏定义：蒸馏分类：易挥发组分难挥发组分有回流蒸馏（精馏）无回流蒸馏：简单蒸馏（间歇操作）平衡蒸馏（连续操作）特殊蒸馏：萃取蒸馏、恒沸蒸馏按操作压力可分为加压、常压和减压蒸馏两组分精馏和多组分精馏第一节双组分溶液的气液相平衡一、溶液的蒸汽压与拉乌尔定律纯组分的蒸汽压与温度的关系：拉乌尔定律：在一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分的分压等于纯组分在该温度下的饱和蒸气压与它在溶液中的摩尔分数的乘积。
pA=p A0x A（6-2）pB=p B0x B=p B0(1－xA) （6-3）式中p A、p B——溶液上方A，B组分的平衡分压，Pa；p0——在溶液温度下纯组成的饱和蒸汽压，随温度而变，其值可用安托尼(Antoine)公式计算或由相关手册查得，Pa；xA、x B——溶液中A，B组分的摩尔分数。
二、理想溶液气液平衡（一）t-y-x图1．沸点－组成图（t－ x－ y图）（1）结构以常压下苯-甲苯混合液t－ x－ y图为例，纵坐标为温度t，横坐标为液相组成x A和汽相组成y A（x，y均指易挥发组分的摩尔分数）。
下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线，上曲线表示平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线。
两条曲线将整个t－ x－ y图分成三个区域，液相线以下称为液相区。
汽相线以上代表过热蒸汽区。
被两曲线包围的部分为汽液共存区。
t－ x－ y图数据通常由实验测得。
对于理想溶液，可用露点、泡点方程计算。
（2）应用在恒定总压下，组成为x，温度为t1（图中的点A）的混合液升温至t2(点J)时，溶液开始沸腾，产生第一个汽泡，相应的温度t2称为泡点，产生的第一个气泡组成为y1(点C)。
同样，组成为y、温度为t4（点B）的过热蒸汽冷却至温度t3（点H）时，混合气体开始冷凝产生第一滴液滴，相应的温度t3称为露点，凝结出第一个液滴的组成为x 1(点Q)。
F 、E 两点为纯苯和纯甲苯的沸点。
图 苯－甲苯物系的t － x － y 图 图 苯－甲苯物系的y － x 图应用t － x － y 图，可以求取任一沸点的气液相平衡组成。
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y
A
tF
xF
苯－甲苯混合液的 t- x- y 图
t-x-y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。
* B * B
露点方程
二、气-液平衡关系式（理想物系）
1.用饱和蒸汽压或平衡常数表示的气液平衡关系
p yA xA p总
令
* A
p* kA A p总
平衡常数 用平衡常数表示 的气液平衡方程
yA k AxA
二、气-液平衡关系式（理想物系） 2.以相对挥发度表示的气液平衡方程 (1)挥发度 挥发度定义
pA A xA
对于理想物系，有
pB B xB
A p
* A
B p
* B
二、气 - 液平衡关系式（理想物系） (2)相对挥发度
相对挥发 度
相对挥发度定义
A pA / xA B pB / xB
对于理想物系，有
p* A * pB
二、气 -液平衡关系式（理想物系） (3)以相对挥发度表示的气液平衡方程 由道尔顿分压定律，有
五、压力对温度组成图的影响
第九章 蒸 馏
9.1 蒸馏过程概述 9.2 两组分溶液的气液平衡 9.2.1 两组分理想物系的气液平衡 9.2.2 两组分非理想物系的气液平衡
一、非理想物系——分类
化工生产中遇到的物系大多为非理想物系。 1.液相为非理想溶液，气相为理想气体 2.液相为理想溶液，气相为非理想气体 3.液相为非理想溶液，气相为非理想气体 实际生产中，第一种情况遇到的较多。
从过冷液体至过热气体的变化过程
四、气液平衡相图
2. 气—液相组成图
气—液相组成图直观地表达了在一定压力下，
处于平衡状态的气液两相组成的关系，在蒸馏计
算中应用最为普遍。
x –y图
理想物系的相图可由相平衡方程得
x1与y1互成平衡 平衡线
y1
对角线
yx
平衡线与对 角线之间的 距离越大
x1
苯－甲苯混合液的 x- y 图
pA p x
* B B
* A A
* B
拉乌尔定律
pB p x p (1 xA )
一、理想物系——泡点方程 溶液上方的总压 p总 等于各组分的分压之和
p总 p A pB
p总 p x p (1 x A )
* A A * B
整理，得
气液平衡时液 相组成与平衡 温度间的关系
p总 y A / x A y A xB p总 y B / xB y B x A
yA xA yB xB
yA xA 1 yA 1 xA
二、气-液平衡关系式（理想物系）
略去下标，经整理可得
x y 1 ( 1) x
讨论
以相对挥发度表示 的气液平衡方程
蒸馏操作α >1，α值愈大，分离愈容易。
3.由实验测定
四、气液平衡相图
1. 温度—组成图
在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而
变，将平衡温度成图。
t - x –y
理想物系的相图可由泡点、露点方程得 图
露点
tF td tb
E
D
过热蒸气
气液共存
C
B
x
饱和蒸气线
饱和液体线 过冷液体
泡点
B lg p A C T
*
p总 p xA * pA p
* B * B
泡点方程
安托尼 方程
一、理想物系——露点方程 3.道尔顿分压定律 设平衡的气相遵循道尔顿分压定律，即
pA yA p总
将泡点方程代入，得
* A
p yA xA p总
* A
p p总 p yA p总 p * A p
若α=1，不能用普通蒸馏方法分离。
三、气液平衡方程的应用
1.计算泡点温度 已知 p总 、x求t、y 设：t0
p
* i
ki
yi
NO
1 yi
tb = t0
YES
三、气液平衡方程的应用
2.计算露点温度
已知 p总 、 y 求t、x
设：t0
p
* i
ki
xi
NO
1 xi
td = t0
一、非理想物系——气液平衡方程
液相为非理想溶液，气相为理想气体
pA p x
* A A A
p* y A A x A A p总
一、非理想物系——举例
1.乙醇-水
具有最大正偏差、具有最低恒沸点（78.15度） 恒沸组成0.894。(下图）
2.硝酸-水
具有最大负偏差、具有最高恒沸点（121.9度） 恒沸组成0.383。
分离越容易
x-y相图小结：
（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 （2）平衡线上不同点代表一个气、液平衡状态，即对应一组 x、y、t，且y (或x) 越大，t 愈低。 （3）平衡线距对角线越远，物系越易分离。 （4）压力增加，平衡线靠近对角线。
五、压力对相图的影响
压力越大，t-x线与t-y线之间的区域变小并上 移（下图），相对挥发度越小，x-y平衡线越靠 近对角不利于用一般蒸馏分离。
YES
三、气液平衡方程的应用
3.计算气液平衡组成 已知 p总 、 t 求 x－ y关系
给定
t
列表
p
xi yi
* i
ki
xi
yi
课外资料：气液平衡数据获取途径
1.由安托尼方程求取
2.由手册查得
Bi lg p Ai t Ci
* i
安托尼方程
权威的气液平衡数据手册
Gmehlimg J, et al. 《Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection》
第九章 蒸 馏
9.1 概述 9.2 两组分溶液的气液平衡 9.2.1 两组分理想物系的气液平衡
一、理想物系——相律
1.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，服从理想气体定律或道尔顿 分压定律。 2.相律 对双组分气液平衡物系：f=C-Ø +2=2
一、理想物系——泡点方程
3.拉乌尔定律 当理想溶液气液两相呈平衡时，溶液上方组分 的分压与溶液中该组分的摩尔分数成正比。
乙醇-水溶液为典型的非理想溶液：
常 压 下 乙 醇 水 溶 液 的
— x-y 图