第六章 蒸馏

第六章蒸馏

第一节概述

一、蒸馏分离依据---利用液体混合物中各组分具有不同的挥发度而进行分离的操作；

----即利用在相同温度下各组分的蒸汽压不同。

易挥发组分（轻组分）A

难挥发组分（重组分）B

例如：酒精（A）与水（B）溶液，沸腾部分汽化，y A>x A

同理，蒸汽部分冷凝，x B>y B

∴蒸馏----使液体混合物部分汽化，利用其挥发度差异实现初步分离的一种传质操作精馏---利用多次部分汽化，多次部分冷凝，使汽相得到较纯的轻组分，液相得到较纯的重组分的操作

二、蒸馏操作分类

简单蒸馏（微分蒸馏）与平衡蒸馏（闪蒸）

常压蒸馏、加压蒸馏与减压蒸馏

连续蒸馏与间歇蒸馏

普通蒸馏与特殊蒸馏

三、蒸馏分离推动力与分离极限

蒸馏是汽液两相间的传质过程

蒸馏分离推动力——两相浓度偏离平衡的程度

蒸馏分离极限——汽液两相达到相平衡（动态平衡）

第二节 双组分溶液的汽液相平衡

一、相组成表示法

1．质量分率 i

A

A G G a ∑=

该相的总质量一相中某组分质量

可见：a <1， a A +a B …+ a N =1 2．摩尔分率 x A ，x B ， y A ，y B 3．两者关系 )/(/)/(/i i A

A i i A A i A A M a M a M G M G n n x ∑=∑=∑=

对两元溶液：B B A A A

A A M a M a M a x ///+=

B

B A A A

A A M x M x M x a +=

二、溶液的蒸汽压与Raoult 定律

1．蒸汽压：汽液相平衡是一种动态平衡

纯溶液----在达到汽液动态平衡时，逸出的A 分子数=回到液相的A 分子数，

此时汽相中A 的压强=该温度下A 的饱和蒸汽压0A P

混合液（A 、B 互溶）----在达到平衡时，由于A 、B 分子间相互作用，使

B p <0B P ， p A <0A P

溶液存在三种分子间的作用力：AA f ，BB f ，AB f （1） 理想溶液：AB BB AA f f f ==

显示无容积效应，无热效应

如：苯-甲苯，甲醇-乙醇，烃类同系物溶液 （2）非理想溶液（实际溶液）；AB BB AA f f f ≠≠

2．Roult 定律：

实验证明，在一定温度下，理想溶液的汽相中，任一组分的分压等于：

A A A P x p =， 00)1(

B A B B B P x P x p -==

000

00)()1(B B A A B A A A B A P P P x P x P x p p P +-=-+=+=

00

B

A B A P P P P x --=∴ 非理想溶液不符合Roult 定律，汽液平衡关系主要靠实验数据。

3．道尔顿定律：在总压不高的条件下，P

P x P p y A

A A A 0

== 4．相律----研究相平衡的基本规律 自由度22222=+-=+Φ-=C F

由于蒸馏系统可变参数有四个：P ，T ，x A 和y A ，只要确定任意两个，此平衡体系就可确定

5．Antoine 方程：求一定温度下的饱和蒸汽压

C

t B

A P --

=0log t 4

B P=101.3kPa

110

三、二元汽液相平衡图

1．温度-组成图（t-x-y 图） 是分析蒸馏原理的理论基础。

定义：泡点温度----溶液开始沸腾，产生第一个汽泡所对应的温度。

露点温度----过热蒸汽冷却，开始冷凝产生第一滴液滴所对应的温度。 t-x-y 图通常由实验测得；对理想溶液，可按Roult 定律和道尔顿定律计算。

2．汽液相平衡图（x-y 图）

参考线——对角线y=x

平衡线在对角线的上方，因为y A >x A 平衡线离对角线越远，表示分离推动力越大

总压对x-y 图影响不大，

总压变化20~30%，x-y 图变化不超过2%。

3．双组分非理想溶液

当AB f

y A x A

1.0

1.0

图.苯和甲苯溶液的y-x 图

在t-x-y 图中出现最低共沸物。 例如：乙醇-水，正丙醇-水溶

当AB f >AA f 和BB f ，使汽相中各组分的蒸汽压较理想溶液小，为负偏差溶液。 在t-x-y 图中出现最高共沸物。 例如：硝酸-水，氯仿-丙酮溶液

四、挥发度和相对挥发度

1．挥发度 ν：

纯溶液 ----指一定温度下的饱和蒸汽压， νA 0

A P =

混合溶液----由于分子间相互作用的影响，使各组分的蒸汽压比纯态为低

νA =p A / x A

νB =p B / x B

由于挥发度随温度变化较大，使用上不方便，故引出相对挥发度概念。

2. 相对挥发度αAB

B

B A A AB x p x p //B A

===

ννα难挥发组分的挥发度易挥发组分的挥发度>1

αAB 大小可判断分离难易程度，αAB 越大，A|、B 越容易分离 αAB =1，即x A=y A ，不能分离

（1） 对理想溶液：00

B

A

AB

P P =α 尽管0A P ，0B P 随温度而变，但其比值相差不大；在温度变化不大时，αAB 可视为常数，计算时可取其平均值。 （2）在总压不大时，汽相遵从道尔顿定律：