化工原理下.ppt
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α=1，相平衡关系为对角线； α越大，偏离对角线越远， 同一液相组分x对应的y值越 大，可以得到浓度较高的轻 组分，分离越容易；
4 气液平衡图(Graph of G—L Equilibrium)
4.1 温度–组成图（t – x – y图）
➢上曲线：平衡时汽相组
T
成与温度的关系，称为汽
相线（露点曲线）；
整理后， 略去下标
y x 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。
y x 1 ( 1)x
对于理想溶液：
Biblioteka Baidu
p
0 A
/
pB0
理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两 纯组分的饱和蒸汽压之比。
vA pA xA
vB
pB xB
对于二元溶液
xB=1-xA yB=1-yA
yA xA
1 yA
1 xA
气液平衡方 程
当总压不高时，蒸气 服从道尔顿分压定律
Py A xA yA xA
PyB xB yB xB
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。
一、相关概念及气液平衡图 1 相律
相律是研究相平衡的基本规律，它表示平衡物系中自由度 数、相数及独立组分数间的关系。
F = C-P+2
式中 F——自由度数 C——独立组分数 P——相数 2 ——外界只有温度和压强可以影响物系的平衡关系。
化工原理(下)
第一章 蒸馏
均相物系
第一节 概 述
水-酒精共混体系
举例： 苯-甲苯共混体系
石油共混体系
均相物系分离的条件：形成两相物系；
传质过程：物质在相间的转移过程；
一、蒸馏基本概念
均相物系的分离——吸收、蒸馏、萃取等操作，共 同特点是存在传质过程。
1、蒸馏：是分离液体混合物的典型单元操作。将 液体部分汽化，利用各组分挥发度的不同从而使 混合物达到一定的分离。
t4
➢下曲线：平衡时液相组
t3
成与温度的关系，称为液 相线（泡点曲线）。
t2
➢两曲线将图分成三个区
t1
域：液相区、过热蒸汽区、
汽液共存区。
B
t -y
H
J
A
t-x
x1(y1) T---X(Y)
苯-甲苯气液平衡的t-x-y相图
t-x-y图的分析
设B组分难挥发，即沸点高；A组分易挥发，沸点低。 ① 左端点：x=0，y=0；即汽液相中A组分含量都为0，只有B 组分，而且此时的t为B的沸点。 ② 右端点：对应的t为组分A的沸点。 ③ t-x线和t-y线将整个图形分为三个区，t-y线以上为汽相区， t-x线以下为液项区，中间为汽液共存区。 ④ t-x线又称作泡点线， t-y线又称作露点线。 ⑤ 二元理想溶液的沸点不是一个定值，而有一定范围，其沸 点随溶液中A组分减少而增加。 ⑥ 同样的组成下，开始沸腾温度(泡点)与蒸汽冷凝温度(露点) 并不相等。 ⑦ 溶液处于t-y线以上全部为汽相，t-x线以下全部为液相，无 法分离，只有汽液共存区，可达到一定的分离。
vA=PA /xA vB=PB /xB
对于理想溶液：A pA0,B pB0
挥发度随温度 变化而变化
➢相对挥发度（Relative Volatility）是指溶液中两组分挥发度
之比，常以易挥发组分的挥发度为分子。
A pA / xA B pB / xB
pyA / xA yAxB
pyB / xB yB xA
(a)
yA
pA0 p
p pB0 pA0 pB0
(b)
引入相平衡常数KA
yA KAxA
其中，
KA
p A0 p
注意：KA不是常数，随温度的变化而变化；
3 相对挥发度及气液平衡方程
➢纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。 ➢溶液中各组分的挥发度定义为该组分在蒸气中的分压和与
之相平衡的液相中的摩尔分率之比，即
2、蒸馏操作的分类 按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特
殊蒸馏 按原料中的组分分：双组分蒸馏及多组分蒸馏 按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真
空）蒸馏 按操作流程分：连续蒸馏和间歇蒸馏
二、学习内容和目的
本章主要学习常压下双组分溶液的连续精馏过程
1、掌握双组分溶液的汽液相平衡及相图； 2、掌握双组分连续精馏塔的物料计算； 3、掌握平衡级数的确定及回流比的选择； 4、了解蒸馏装置及蒸馏方法。
pA
p
0 A
x
A
pB pB0 xB pB0 (1 xA )
式中 p——溶液上方组分的平衡分压 p0——同温度下纯组分的饱和蒸气压 x——溶液中组分的摩尔分率
➢当溶液沸腾时，溶液上方的总压=各组分的蒸汽压力之和
p pA pB
xA
p pB0 pA0 pB0
气液平衡下液相组 成与平衡温度的关
系(泡点方程)
实验室蒸馏操作
蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从
而使混合物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混 合物的典型单元操作。
易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分。
难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分。
第一节 双组分溶液的气液平衡
➢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
4.2 汽液相平衡图（ X — Y 图 ）
➢平衡线位于对角线的上方；
1
➢平衡线离对角线越远，表示
气
该溶液越易分离。
相
组
成
注意：
y
➢总压对 t-y-x 关系比对 y-x 关系的影响大；
2 拉乌尔定律
➢气液相平衡(vapor--liquid phase equilibrium)：溶液与其上
方蒸汽达到平衡时汽液两相各组分组成的关系。
➢溶液的分类：理想溶液和非理想溶液。
液相为理想溶液
➢理想物系
气相为理想溶液
遵循拉乌尔定律 遵循道尔顿定律
以饱和蒸汽压和相平衡常数表示气液平衡关系
➢理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即
当总压P不高时，平衡的气相可视为理想气体，服
从道尔顿分压定律，即
pA Py A
pA pA0xA
yA
pA0 P
xA
xA
p pB0 pA0 pB0
yA
pA0 p
p pB0 pA0 pB0
气相平衡时气相 组成与平衡温度 的关系(露点方程)
用饱和蒸汽压表示的气液平衡关系式
xA
p pB0 pA0 pB0
4 气液平衡图(Graph of G—L Equilibrium)
4.1 温度–组成图（t – x – y图）
➢上曲线：平衡时汽相组
T
成与温度的关系，称为汽
相线（露点曲线）；
整理后， 略去下标
y x 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。
y x 1 ( 1)x
对于理想溶液：
Biblioteka Baidu
p
0 A
/
pB0
理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两 纯组分的饱和蒸汽压之比。
vA pA xA
vB
pB xB
对于二元溶液
xB=1-xA yB=1-yA
yA xA
1 yA
1 xA
气液平衡方 程
当总压不高时，蒸气 服从道尔顿分压定律
Py A xA yA xA
PyB xB yB xB
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。
一、相关概念及气液平衡图 1 相律
相律是研究相平衡的基本规律，它表示平衡物系中自由度 数、相数及独立组分数间的关系。
F = C-P+2
式中 F——自由度数 C——独立组分数 P——相数 2 ——外界只有温度和压强可以影响物系的平衡关系。
化工原理(下)
第一章 蒸馏
均相物系
第一节 概 述
水-酒精共混体系
举例： 苯-甲苯共混体系
石油共混体系
均相物系分离的条件：形成两相物系；
传质过程：物质在相间的转移过程；
一、蒸馏基本概念
均相物系的分离——吸收、蒸馏、萃取等操作，共 同特点是存在传质过程。
1、蒸馏：是分离液体混合物的典型单元操作。将 液体部分汽化，利用各组分挥发度的不同从而使 混合物达到一定的分离。
t4
➢下曲线：平衡时液相组
t3
成与温度的关系，称为液 相线（泡点曲线）。
t2
➢两曲线将图分成三个区
t1
域：液相区、过热蒸汽区、
汽液共存区。
B
t -y
H
J
A
t-x
x1(y1) T---X(Y)
苯-甲苯气液平衡的t-x-y相图
t-x-y图的分析
设B组分难挥发，即沸点高；A组分易挥发，沸点低。 ① 左端点：x=0，y=0；即汽液相中A组分含量都为0，只有B 组分，而且此时的t为B的沸点。 ② 右端点：对应的t为组分A的沸点。 ③ t-x线和t-y线将整个图形分为三个区，t-y线以上为汽相区， t-x线以下为液项区，中间为汽液共存区。 ④ t-x线又称作泡点线， t-y线又称作露点线。 ⑤ 二元理想溶液的沸点不是一个定值，而有一定范围，其沸 点随溶液中A组分减少而增加。 ⑥ 同样的组成下，开始沸腾温度(泡点)与蒸汽冷凝温度(露点) 并不相等。 ⑦ 溶液处于t-y线以上全部为汽相，t-x线以下全部为液相，无 法分离，只有汽液共存区，可达到一定的分离。
vA=PA /xA vB=PB /xB
对于理想溶液：A pA0,B pB0
挥发度随温度 变化而变化
➢相对挥发度（Relative Volatility）是指溶液中两组分挥发度
之比，常以易挥发组分的挥发度为分子。
A pA / xA B pB / xB
pyA / xA yAxB
pyB / xB yB xA
(a)
yA
pA0 p
p pB0 pA0 pB0
(b)
引入相平衡常数KA
yA KAxA
其中，
KA
p A0 p
注意：KA不是常数，随温度的变化而变化；
3 相对挥发度及气液平衡方程
➢纯液体的挥发度是指该液体在一定温度下的饱和蒸气压。 ➢溶液中各组分的挥发度定义为该组分在蒸气中的分压和与
之相平衡的液相中的摩尔分率之比，即
2、蒸馏操作的分类 按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特
殊蒸馏 按原料中的组分分：双组分蒸馏及多组分蒸馏 按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真
空）蒸馏 按操作流程分：连续蒸馏和间歇蒸馏
二、学习内容和目的
本章主要学习常压下双组分溶液的连续精馏过程
1、掌握双组分溶液的汽液相平衡及相图； 2、掌握双组分连续精馏塔的物料计算； 3、掌握平衡级数的确定及回流比的选择； 4、了解蒸馏装置及蒸馏方法。
pA
p
0 A
x
A
pB pB0 xB pB0 (1 xA )
式中 p——溶液上方组分的平衡分压 p0——同温度下纯组分的饱和蒸气压 x——溶液中组分的摩尔分率
➢当溶液沸腾时，溶液上方的总压=各组分的蒸汽压力之和
p pA pB
xA
p pB0 pA0 pB0
气液平衡下液相组 成与平衡温度的关
系(泡点方程)
实验室蒸馏操作
蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从
而使混合物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混 合物的典型单元操作。
易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分。
难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分。
第一节 双组分溶液的气液平衡
➢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
4.2 汽液相平衡图（ X — Y 图 ）
➢平衡线位于对角线的上方；
1
➢平衡线离对角线越远，表示
气
该溶液越易分离。
相
组
成
注意：
y
➢总压对 t-y-x 关系比对 y-x 关系的影响大；
2 拉乌尔定律
➢气液相平衡(vapor--liquid phase equilibrium)：溶液与其上
方蒸汽达到平衡时汽液两相各组分组成的关系。
➢溶液的分类：理想溶液和非理想溶液。
液相为理想溶液
➢理想物系
气相为理想溶液
遵循拉乌尔定律 遵循道尔顿定律
以饱和蒸汽压和相平衡常数表示气液平衡关系
➢理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即
当总压P不高时，平衡的气相可视为理想气体，服
从道尔顿分压定律，即
pA Py A
pA pA0xA
yA
pA0 P
xA
xA
p pB0 pA0 pB0
yA
pA0 p
p pB0 pA0 pB0
气相平衡时气相 组成与平衡温度 的关系(露点方程)
用饱和蒸汽压表示的气液平衡关系式
xA
p pB0 pA0 pB0