化工基础第六章 精馏

过热蒸汽区
tA t
汽液 共存区 液相区
tB
x(y)
2个端点。tA、tB代表纯A、 纯B组分的沸点。
绘温度组成图（t—x—y）
t
t5 t4 t3 t2 t1
E D
C
液相线（泡点线） 气相线（露点线）
P = pA + pB = pA0 x + pB0（1 - x）
0 P pB xA 0 0 p A pB
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。
pA = pA0xA
pB = pB0xB
泡点方程
pA =pA0xA
pB = pB0xB
p = pA+ pB =pA0xA+ pB0 xB
= PA0xA+PB0(1-xA)
0 p pB xA 0 0 PA PB

y4
A
xf
x
V2 y2
V1 y1
冷凝器
' L 3 x3
冷凝器
' L2 x2
xf
加热器 L1 x1
V2' y2
V3' y3
加热器
存在的两个问题： 加热器 （1）中间产品多，收率低。 （2） 设备复杂、能耗大，操作不便。
L2 x2

用力aAB与纯组分A的分子间作用力aAA或纯组分B的 分子间作用力aBB相等。理想溶液一般是由物性和 结构相似，分子大小相近的物质组成。
• 相律：若外界只有温度和压强两个条件影响物 系的平衡状态，则平衡体系中的自由度可表示 为：
F C 2
式中：F为自由度数；C为独立的组分数；为相数。 问题：双组分的气液平衡体系自由度是多少？
t/C
两相区
露点线
继续加热，随温度升高，物 系变为互成平衡的汽液两相， 两相温度相同组成分别为 y A 和 xA 。

泡点 泡点线
液相区
0
xA
xf x(y)
yA
1.0
当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的气相，最后一滴液相的组成为 xA。
杠杆反比定律：
蒸汽的物质的量溶液的物质的量 =n（V） n（L） =NO OM=(xf-x1):(y1-xf)
yA xA yB xB
0 理想溶液 p 0 / pB A
x y 1 ( 1) x
相对挥发度的意义 其值的大小可用于判断某混合溶液能否用蒸馏 方法加以分离以及分离的难易程度。
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。 [小结] t--x--y 和x--y 以及相对挥发度从三个不
三个相区：液相区、气相区、气液两相区。
两个温度：泡点温度、露点温度
• 图中有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。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。 3个区域。液相区：代 表未沸腾液体；过热蒸汽 区：代表过热蒸汽；汽液 共存区：代表汽液同时存 在。
塔顶产品 yA 加热器 原料液 减压阀 闪 蒸 罐 xA
y A xA
或
Q
y A xA y B xB
塔底产品
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,达到提纯或回收 组分的目的。 蒸馏分离的依据 利用液体混合物中各组分挥发能力的差异。

蒸馏分类
连续蒸馏 、 间歇蒸馏
简单蒸馏（分离要求不高） 平衡蒸馏（闪蒸） 精馏 特殊精馏
流程及特点：
特点：间歇、不稳定； 分离程度不高。
t B
y x W1,x1 加热 WD, xD
A x2 x1 x或y
x2
W2
xD
6-2.2 简单蒸馏的计算
简单蒸馏是依据物料衡算和瞬间蒸汽-液体平 衡关系进行计算的。 设某瞬间的釜内液体量为n(L)，组成为x， 经微元时间dt后，蒸出量为dn(D)，其组成为y， 这是釜内液体量降为n(L)-dn(L)，组成由x变为 (x-dx)。在dt时间内作物料衡算： 总物料衡算：
1
气 相 组 成
总压对 t-y-x 关系比对 yx 关系的影响大；
当总压变化不大时,总压 对 y-x 关系的影响可以忽 略不计 蒸馏中使用 y-x 图较t-y-x 图更为方便。
y
液相组成
0
x
X —Y 图
1
6-1.2 挥发度及相对挥发度
(1)挥发度：表示某种溶液易挥发的程度。 若为纯液体时，通常用其当时温度下饱和蒸气压来表示， 如pA0 。 若为溶液时，各组分的挥发度，则用它在一定温度下蒸气 中的分压和与之平衡的液相中该组分的 摩尔分率之比来表 示，
νA = pA / xA νA 、νB —
νB = pB / x B
组分A、B 的挥发度。
对理想溶液，符合拉乌尔定律
νA = pA / xA = pA0 xA / xA = pA0 νB = pB0
理想溶液中, 各组分的挥发度等于其饱和蒸汽压.
(2)相对挥发度
相对挥发度定义： 溶液中两组分挥发度之比。
同的角度表达了溶液的气液平衡关系 , 都能判断双组
分溶液能否分离及分离的难易程度。
6-1.3 非理想的两组分互溶体系
乙醇-水
硝酸-水
t
x y
t
x y
y
y
x
x
N6
(一)正偏差 溶液中相异分子间的排斥力大于相同分子的排 斥力，使真实溶液比相同组成的理想溶液在同条 件下有较高的蒸汽压，在特殊条件下出现最低恒 沸点，如乙醇－水溶液 。 (二)负偏差 溶液中相异分子间的吸引力大于相同分子的吸 引力，使真实溶液比相同组成的理想溶液在同条件 下有较低的蒸汽压，在特殊条件下出现最高恒沸点， 如硝酸－水物系。
B A
Байду номын сангаас
x（y）
pA P yA
o A
pA p x A yA P P
（2） 气液相平衡图（y—x图）
沸点--组成（t-x-y)图
t—x—y 图
y —x 图
y2
t1 t2
x
1
y1
x y1 y2
2
x
1
x
2
（ X — Y 图 ）
平衡线位于对角线的上方； 平衡线离对角线越远，表 示该溶液越易分离。 注意：
第六章
精 馏
本章目录：
§6-1 精馏原理 §6-2 简单蒸馏 §6-3 连续精馏 §6-4 连续精馏理论塔板数的计算
§6-5 间歇精馏
§6-6 多组分精馏 §6-7 特殊精馏 §6-8 板式塔
蒸馏是利用物系在发生相变过程中组 分间的挥发性的差异，将液体混合物中各 组分分离的操作。
用途：(1)已知泡点，计算液相组成。
(2）已知液相组成求泡点。 X=f（pt） 确定露点温度或 露点方程 气相组成 0 0 0 pA pA xA p A P pB yA 0 0 P P P p A pB
汽液平衡相图
(1)、温度—组成图 （t-x-y图)
分析温度—组成图
二条线：泡点线、露点线。
当总压变化不大时,总压对 y-x 关系的影响可以 忽略不计
一般来说，压力降低，使体系的相对挥发度增大， 压力增大则使体系的相对挥发度降低。
6-1.5 以t-x-y相图表示的蒸馏过程
在总压一定的条件下，将组成 为 xf 的溶液加热至该溶液的泡 点 t A ，产生第一个气泡的组成 为 yA。

气相区 露点
1.00 蒸汽的多次部分冷凝 y2 y1 y y3
y0 x0 x1 x2 x3 0 x 1.00 溶液的多次部分气化
x0＞ x1＞ x2＞ x3 y0 < y 1 <y2 < y3
§6-2 简单蒸馏
6-2.1 简单蒸馏的操作和应用 使混合液在蒸馏釜中逐渐受热气化，并不断将生成 的蒸气引入冷凝器，以达到混合液中各组分得以分离 的方法，称为简单蒸馏或微分蒸馏。 主要应用在以下方面： （1）在规模不大的工厂做不精密的分离。 （2）处理组分间相对挥发度很大的混合物。 （3）作为回收的手段。 （4）作为精馏前的预处理。
1、按操作方法分： 2、按蒸馏方法分：
3、按组分数分： 双组分蒸馏 多组分蒸馏 复杂系蒸馏 常压 4、按操作压力分： 减压（热敏性物料） 加压
本章主要讨 论常压下双 组分连续精 馏


蒸馏是气液两相间的传质过程； 组分在两相中的浓度（组成）偏离平衡的程度来 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。
w D
W
§6-3
连续精馏
精馏操作就是在同一设备内多次而且 同时运用部分气化和冷凝的方法，以得到 接近于纯的易挥发组分和接近于纯的难挥 发组分的操作。
6-3.1 精馏的依据 1、相图的分析指出，进行多次部分气化和多次部分 冷凝，可以将混合物分离成纯的或接近于纯的组
分。液体混合物经过多次部分气化后可变为高纯
A pA / x A B pB / x B
p yA / xA p yB / xB
(3)气液相平衡方程（用相对挥 发度表示）： 可求得 x-y 关系的方程，称为 气液平衡方程。
yA xA 1 yA 1 xA 1 yA 1 xA yA xA
1 1 xA 1 yA xA
t1
N
o
M
x1 xf y1