化工原理 蒸馏方式
化工原理课件第五章 蒸馏
Q FcP (T tF )
FcP (T te ) (1 q)Fr
T
te
(1
q)
r cp
tF－原料液的温度℃ T－通过加热器后原料液的温度℃
te－分离器中的平均温度℃ F－原料液流量Kmol/h
cp－原料液平均比热KJ/(Kmol. ℃) r－平均汽化潜热
三、气液平衡关系
理想溶液：
x
A
A
p
1.2.2 非理想物系的气液平衡
1.具有正偏差的溶液 一般正偏差：pA>pA理， pB>pB理。
乙醇－水溶液相图 正偏差溶液：x=0.894，最低恒沸点，78.15℃
2. 具有负偏差的溶液 一般负偏差 pA<pA理， pB<pB理。
硝酸－水溶液相图 负偏差溶液：x=0.383，最高恒沸点，121.9℃
组分： A、B 一、相律分 析： 变量 ： t、p、xA、 yA
相数： 气相、液相
自由度：f c 2 2
C:独立组分数
Ø：相数
一定压力下:液相（气相）组成xA(yA)与温度t存在一 一对应关系气液组成之间xA~yA存在一一对应关系
二、两组分理想物系气液平衡函数关系 1. 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
xF,y,x－－分别为原料液、气相与液相产 品的组成，摩尔分率。
y
FxF Wx D
F
F W
xF
W F W
x
q W 液化分率 F
＝1 1 q
xF
q 1 q
x
qx q 1
q
1
1
xF
平率衡为蒸馏中气液相平衡组q 成的关系。通过（xF， xF ）斜
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 2-9蒸馏
请在等压图上描述闪蒸过程。
三、精馏 1、原理 多次部分汽化、部分冷凝
如何实现多次部分汽化、部分冷凝？
2、分类 连续精馏、间歇精馏 3、连续精馏流程 ①装置组成 全凝器 回流罐
塔顶产品
原料 塔 再沸器 塔釜产品
②各部分的作用 塔顶：冷凝器、回流罐 塔—— 塔身：加料板、精馏段、提馏段 塔底：再沸器 ③连续、稳定操作的必要条件 塔顶回流液 塔底上升蒸汽
*1对于双组分物系，一相中某一组分的摩尔分数确定后，
另一组分的摩尔分数也随之而定，液相或气相组成均可 用单参数表示。即 xA、 yA
*2因物系的自由度为F=2，温度、压强与气液两相的组成
三者中任意规定两个，则物系的状态将被唯一地确定，余 下参数已不能任意选择。
因此，当压强一定时，双组分平衡物系必存在： **液相（或气相）组成与温度间的一一对应关系 （t—x t—y）； **气液相组成之间的一一对应关系（y—x）。
六、双组分非理想溶液
1、具有正偏差的非理想溶液 fAB<fAA、fBB
（苯-乙醇，乙醇-水系统）
溶液的平衡分压较理想溶液低，当偏差达到一定程度时，具 有最低恒沸点。 2、具有负偏差的非理想溶液 fAB>fAA、fBB
（氯仿-丙酮 系统）
溶液的平衡分压较理想溶液高，当偏差达到一定程度时，具
有最高恒沸点。
三、蒸馏操作费用与操作压强
蒸馏操作费用主要是加热和冷凝的费用，与加热和 冷凝的温度有关。而加热和冷凝的温度均与操作压强有
关，故工业蒸馏对操作压强应进行适当的选择。
*真空蒸馏使沸点降低，可避免使用高温载热体。
*加压蒸馏使冷凝温度提高，可避免使用冷冻剂。
四、本章重点： 1、连续精馏过程的基本原理及过程描述的基本方法
化工原理蒸馏总结
化工原理蒸馏总结蒸馏是一种重要的化工分离技术，常常用于分离和纯化液体混合物中的组分。
在蒸馏过程中，混合物被加热，其中的组分以不同的速率蒸发并被收集。
本文将介绍蒸馏原理、种类、装置和操作技术。
一、蒸馏原理蒸馏原理是利用混合物中各组分的沸点差异进行分离。
具体而言，将混合物加热至其中一个或多个组分沸点时，该组分开始蒸发并进入凝集器，在凝集器内冷却后形成液体，蒸发过程通常在分馏塔中进行。
分馏塔通常采用返流方式，即收集在凝集器中的液体会回流至塔底，从而使组分蒸发和凝结的过程反复进行，提高分离效率和纯度。
二、蒸馏种类1.简单蒸馏：只有一次加热和凝结，适用于沸点差异较大的混合物。
简单蒸馏最常用于实验室中的小规模分离。
2.分批蒸馏：混合物被分成若干批加热，每一次仅收集沸点范围为数度的组分，适用于沸点接近或相同的混合物分离。
3.连续蒸馏：在分馏塔中设置多个板，将原液缓慢注入至塔顶，组分随着升降器在板面上不断地蒸发和凝结，最后被分离收集。
三、蒸馏装置1.简单蒸馏装置：包括加热器、蒸发瓶、冷却器和收集瓶。
3.连续蒸馏装置：包括塔体、加热炉、进料装置、平衡器、返流器、凝结器和收集器。
四、蒸馏操作技术1.操作前应根据混合物的性质和成分选择合适的分离方式、设备和操作条件，并检查设备的密封性能和安全装置。
2.加热速度应适宜，避免组分的猝发和塔内液面过高。
3.控制返流比，根据需要和塔板数调整返流量。
4.操作中应保持塔内压力稳定，以免影响组分蒸发和凝结速率。
5.根据需要调整塔的加热区温度，以提高蒸发速率和分馏效率。
总之，蒸馏是一种基本的化工分离技术，可以有效地分离有机混合物、水和溶剂等液体混合物中的组分，并可用于大规模产业生产和实验室小试。
因此，蒸馏技术的掌握是化工工作者必备的专业技能之一。
化工原理 第六章 液体蒸馏
第六章液体蒸馏第一节概述§6.1.1/蒸馏概述一、蒸馏分离的依据蒸馏是分离液相混合物的典型单元操作。
蒸馏操作是将液体混合物部分汽化，利用其中组分挥发度不同的特性（挥发度差异）而达到分离的目的。
液体混合物二元或多元系A+B（C...）非A组分A组分摩尔分率molfrac.xA0A组分易挥发，称之为易挥发组分，也叫做轻组分；B为难挥发组分，也叫重组分。
需注意的是，汽相中仍可能有B等组分，不是纯A，因为轻、重组分都具挥发性，只是A较B 易挥发罢了；同样液相中仍可能有A，而不是纯B。
故组分在汽、液相中重新分配。
在实验室里的蒸馏操作是这样的，将液体混合物（原料液）置于蒸馏瓶中，蒸馏实验装置如图示。
为防止暴沸在瓶中加入几片瓷片，瓶中液体量以不超过其体积的2/3为宜，接下来加热蒸馏瓶使液体部分汽化，产生的蒸汽经过套管冷凝器时被全部冷凝为液体，冷凝液被称为馏出液。
得到的馏出液中轻组分的浓度必大于瓶中液相中的浓度xA ，即yA>xA,且yA>xA0，xA<xA0。
同学已做过的是Et-OH+H2O或是苯+甲苯体系,液体（酒精）的蒸馏实验。
将逐次如果将得到的馏出液作为原料液逐次重复上述蒸馏实验，则馏出液中轻组分的浓度yA提高，即馏出液的品质逐次提高，但数量逐次减小（少而精）。
同时应该看到蒸馏过程中伴有液体沸腾和蒸汽冷凝过程，所以为了要得到高纯度的馏出液必需消耗热量。
二、工业蒸馏过程工业上最为简单的蒸馏过程是平衡蒸馏与简单蒸馏。
1.平衡蒸馏平衡蒸馏又称闪蒸，是一个连续定态过程，流程如左图。
原料连续的进入加热炉，在炉内被加热至一定温度，然后经节流阀减压至预定压强。
由于压强的突然降低，过热液体发生自蒸发，液体部分汽化。
汽、液两相在分离器中分开，汽相为顶部产物，其中易挥发组分较为富集；液相为底部产物，其中难挥发组分获得了增浓。
在平衡蒸馏过程中，各参数维持恒定不变。
2.简单蒸馏简单蒸馏是一个间歇操作过程，是非定态过程。
化工原理蒸馏
化工原理蒸馏
蒸馏是一种重要的化工分离方法，利用物质的不同挥发性使其分离纯化。
蒸馏过程中，液体组分根据其挥发性差异在加热的条件下先蒸发，然后再经过冷凝回收成液体。
在蒸馏过程中，会产生不同的馏分，从而实现物质的分离和纯化。
在蒸馏中，首先将混合物加热至使其中的较易挥发组分蒸发并进入冷凝器，然后通过冷却将其转化为液体并收集。
而不易挥发的组分则在蒸馏瓶中富集，进一步提高纯度。
这样通过连续蒸发和冷凝，直到从混合物中逐渐分离出所需的纯组分。
蒸馏技术在石油、化工、制药等领域具有广泛的应用。
例如在石油炼制过程中，原油经过初次蒸馏分离得到不同沸点范围的馏分，例如天然气、汽油、柴油、液化石油气等。
而在制药过程中，蒸馏被用来纯化药物原料以去除杂质。
蒸馏的效率取决于诸多因素，包括温度、压力、液体性质和设备设计等。
不同的物质对于温度和压力的要求也不同，因此需要根据实际情况进行调整。
同时，蒸馏设备的设计也会影响蒸馏效率，例如塔板和填料的选择。
总之，蒸馏是一种重要的化工分离技术，能够实现混合物中的组分分离和纯化。
它在石油、化工、制药等领域具有广泛应用，并且可以根据具体情况进行调整以达到最佳效果。
化工原理6.3 蒸馏方式
6.3 蒸 馏 方 式
（3）传质：当第二级中间馏分的液相（ ，′ ， ）与第一级所产生的气相（ ，
， ）直接混合时，气相和液相处于不平衡关系，将进行气液两相传质。
液相组成′ > （气相组成的平衡组成），相际传质方向A组分从液相转移到
气相，同时B组分从气相转移到液相。从而产生新的平衡气相（ ， ， ），气相
点温度为 ；离开下层板的气相露点温度为 ，液相的泡点温度为 。试按从大到小
的顺序将以上4个温度排列。（ = > = ）
级的气相（气相回流）。
（5）工业上在塔器内完成上述流程。
′
2′
第1级
第2级
2′
1
2
2′
′
6.3 蒸 馏 方 式
6.3.3.3
连续精馏装置流程
1.连续精馏的主要装置
（1）精馏塔（板式塔或填料塔）
A：加料板（进料板）：原料液进入的那层Leabharlann 板B：精馏段：加料板以上的塔段
C：提馏段：加料板以下（包括加料板）的塔段
液体混合物分离从而获得高纯度产品。
分离器
分离器
平衡冷凝
平衡汽化
第1级
第2级
第1级
第2级
6.3 蒸 馏 方 式
6.3.3.1 多次部分汽化、部分冷凝
（1）第一级：
将原料（ ）加热至温度 ，料液部分汽化，生成平衡的汽液两相。
气相量： ；气相组成： ，
液相量：′ ；液相组成： 。
> >
2′
1
2
第1级
第2级
2′
′
6.3 蒸 馏 方 式
（2）第二级上半部分：
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。
化工原理蒸馏方式讲解
F
W
D
F
B
2个方程
F,xF
y
x
D, xD
W,XW 3个未知数
加热
A
XW
xF
xD
x或 y
二、简单蒸馏
（2）微分物料衡算式：
设某一时刻釜液量为L，kmol，组 成为x，与之平衡的汽相组成为y。
设经微分时间段d 后，蒸出的釜液 量为dL。在d 时间内对易挥发组分A 作物料衡算，（参考课本）有：
dW y
Wx
加热x
x
对理想物系 y
1 ( 1)x
ln F W
1 1
ln
x1 x2
ln
1 1
x2 x1
二、简单蒸馏
若平衡关系不符合上述公式，则； 1）若平衡曲线用曲线或表格表示时，用图解积分或数值 积分法； 2）若平衡曲线为直线y=mx+b时，则可得：
ln F 1 ln (m 1)x1 b W m 1 (m 1)x2 b
二、简单蒸馏
流程及特点：
特点： ①间歇、不稳定 ②分离程度不高
简单蒸馏 平衡蒸馏 精馏
t B
y2 WWx 21xx21
加热
WD, xD
x2
x1
x或y
A
yx2 yD1
二、简单蒸馏
2．物料衡算
(1)宏观物料衡算：
F W D
Fx F
Wx w
Dx D
杠杆原理：
t W x x D x x
饱和液相
x0 t0 L
y V t
y y0
B
t-y
T0
t t-x
t0
x
y0 x0 y
B
接触级
化工原理第十章-蒸馏
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 )
xA
p pB0 pA0 pB0
p fB(t) fA(t) fB(t)
5）冷凝器及再沸器热负荷及设计计算。
2024/9/29
全塔物料衡算
F D W FxF DxD WxW
F, xF
F、D、W——kmol/h
xF、xD、xW——摩尔分率
塔顶采出率 塔底采出率
D xF xW F xD xW
W 1 D
F
F
2024/9/29
D, xD W, xW
塔顶易挥发组分回收率 塔底难挥发组分回收率
混合液中组分数
双组分 多组分
间歇 按操作方式
连续
2024/9/29
五 与吸收、萃取旳比较
单元操作 分离根据
操作难易 合用性
蒸馏
挥发性旳差别 操作简便，操 适于多种
作费用在于加 浓度混合
热、冷却
物旳分离
吸收 萃取
溶解度旳差别
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
物旳分离
2024/9/29
V L D Vyn1 Lxn DxD
LD
yn1
V
xn
V
xD
L
D
L D xn L D xD
令
R
L D
——回流比
yn1
R R1
xn
xD R1
——精馏段操作线方程
化工原理(液体蒸馏)
第1章蒸馏1.1 概述蒸馏：分离液体混合物的典型单元操作。
分离的依据：通过加热造成气、液两相物系，利用物系中各组分挥发度不同的特性。
易挥发组分：沸点低的组分。
难挥发组分：沸点高的组分。
1.蒸馏分离的特点① 直接获得所需要的组分（产品），操作流程简单；② 应用广泛，即可分离液体混合物，也可分离气体混合物；③ 能量消耗大，高压、真空、高温或低温等的技术问题限制。
2.蒸馏过程分类① 按操作流程：间歇蒸馏和连续蒸馏。
② 按蒸馏方式：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏。
③ 按操作压强：常压、减压和加压蒸馏。
④ 按混合物中的组分数：两组分精馏和多组分精馏。
常压下两组分连续精馏的原理和计算方法。
1.2 两组分溶液的汽液平衡1.2.1 两组分理想物系的汽液相平衡1.相律相律是研究相平衡的基本规律。
表示平衡物系中的自由度数、相数、独立组分数之间的关系，即F=C-P+2式中 F —自由度数；C —独立组分数；P —相数。
2—外界条件只有温度、压强可以影响物系的平衡状态。
两组分的汽液平衡一定压强下的t —x （或y ），x —y 的函数关系或相图表示。
汽液平衡数据可由实验测定，也可由热力学公式计算。
2.两组分理想物系的汽液平衡函数关系（汽液相组成与平衡温度间的关系）⎭⎬⎫⎩⎨⎧道尔顿分压定律气相为理想气体，遵循拉乌尔定律液相为理想溶液，遵循理想物系 1）用饱和蒸汽压和相平衡常数表示汽液相平衡()安托尼常数，查手册。
—、、）方程表示，即（的关系通常可用安托尼和温度纯组分的饱和蒸汽压表示，即若用相平衡常数露点方程—相可视为理想气体，即当外压不高时，平衡气泡点方程—蒸汽压之和，即方的总压等于各组分的当溶液沸腾时，溶液上难挥发组分—易挥发组分—C B A Ct B A p Antoine t p pp K x K y K p p p p p p x p p p p y p p p p x p p p B A x p x p p x p p A A AA A BA B A A A A A BA B A BA A BB B B AA A +===--===--=+=-===-lg 1000000000000002）用相对挥发度表示的汽液相平衡关系纯液体的挥发度：液体在一定温度下的饱和蒸汽压。
化工原理蒸馏
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 A=p A0x A （6-2）p B=p B0x B=p B0(1－x A) （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；x A 、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。
化工原理之五 蒸馏
蒸馏化工生产中经常要处理由若干组分所组成的混合物，其中大部分是均相物系。
生产中为了满足贮存、运输、加工和使用的要求，时常需要将这些混合物分离成为较纯净或几乎纯态的物质或组分。
蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。
这种操作是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的。
它是通过液相和气相间的质量传递来实现的。
蒸馏过程可以按不同方法分类。
按照操作方式可分为间歇和连续蒸馏。
按蒸馏方法可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏和特殊精馏等。
当一般较易分离的物系或对分离要求不高时，可采用简单蒸馏或闪蒸，较难分离的可采用精馏，很难分离的或用普通精馏不能分离的可采用特殊精馏。
工业中以精馏的应用最为广泛。
按操作压强可分为常压、加压和减压精馏。
按待分离混合物中组分的数目可以分为两（双）组分和多组分精馏。
因两组分精馏计算较为简单，故常以两组分溶液的精馏原理为计算基础，然后引申用于多组分精馏的计算中。
在本章中将着重讨论常压下两组分连续精馏。
蒸馏在化学工业中应用十分广泛，其历史也最为悠久，因此它是分离（传质）过程中最重要的单元操作之一。
在前面我们已经知道，蒸馏是气液两相间的传质过程,因此常用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。
传质过程是以两相达到相平衡为极限的。
由此可见，气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础，故在讨论精馏过程的计算前，首先简述相平衡关系。
相平衡是《物理化学》课程的基本内容，本章侧重于论述其在化学工程中的应用，且讨论的只限于两组分理想溶液。
本节包含四个部分的内容：拉乌尔定律相律相图相对挥发度。
拉乌尔定律根据溶液中同分子间的与异分子间的作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。
实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律(Raoult's Law)，即:式中溶液上方组分的平衡分压，Pa；同温度下纯组分的饱和蒸气压,Pa；溶液中组分的摩尔分率。
化工原理_6蒸馏
——泡点方程
pA py A p0A x A
yA
p
0 A
P
xA
yA
p
0 A
P
xA
p0A p pB0
P
p
0 A
p
0 B
fA(t) p
p fB(t) fA(t) fB(t)
—露点方程
yA
p
0 A
P
xA
——汽液两相平衡组成间的关系
12
（二）t~ y~ x图与y~ x图
两条线：液相线（泡点线） 气相线（露点线）
yB
xB
y x
——相平衡方程
1 ( 1)x
讨论:
• α的物理意义：汽相中两组分组成之比是液相中两
组分组成 之比的倍数。
• 其值标志着分离的难易程度。
18
• 若α=1，则普通蒸馏方式将无法分离此混合物。 • α<1, 则重新定义轻组分与重组分，使α >1。
• 平均相对挥发度αm。 m 顶 釜
即：
yA xA yB xB
蒸馏过程的分类方法
简单蒸馏 按蒸馏方式： 平衡蒸馏
精馏 特殊精馏
6
按物系的组分数
双组分蒸馏 多组分蒸馏
常压蒸馏 按操作压力： 加压蒸馏
减压（真空）蒸馏
按操作方式：
间歇蒸馏 连续蒸馏
按分离难易：
普通蒸馏 特殊蒸馏
7
第一节 双组分溶液的气液相平衡
一、溶液的蒸气压与拉乌尔定律 二、理性溶液气液相平衡 三、非理想溶液气液相平衡
宏观：体积和不变，无热效应。
拉乌尔定律：在一定温度下，汽相中任一组分的分压 等于此纯组分在该温度下的蒸汽压乘以 它在溶液中的摩尔分率。
化工原理蒸馏
化工原理蒸馏
蒸馏是一种常用的分离技术，在化工工艺中广泛应用。
它通过利用液体混合物的不同沸点差异，将液体混合物分离成组成相对纯净的组分。
蒸馏过程中，液体混合物首先被加热至使得其中组分开始蒸发。
蒸气进入蒸馏塔，通过与冷凝在塔顶的冷却介质接触，发生冷凝，而后与塔内回流液体混合物进行质量和热量的交换。
这种热量和质量的交换使得高沸点组分向下方下降，而低沸点组分则向上升腾。
在蒸馏塔的上部，收集到的冷凝液体称为顶产物，中间的蒸馏液称为塔底产物。
通过逐步加热混合物，我们可以连续地收集不同沸点组分，并达到分离的目的。
在进行蒸馏操作时，需要考虑几个重要因素。
首先是选择适当的塔设计。
蒸馏塔的设计取决于混合物的性质和所需分离的组分。
其次是控制好供热的方式和力度，以确保达到适当的沸点差，使得分离过程更为高效。
此外，在实际操作过程中，还需要对蒸馏塔进行不断的操作和参数调整，以达到最佳的分离效果。
蒸馏作为一种常用的分离技术，在石油、化工等行业得到广泛应用。
通过蒸馏可以分离出石油中的汽油、柴油等燃料，也可以分离出化学反应中产生的不同组分。
不仅如此，蒸馏还可用于酒精的提取、水的纯化等领域。
总之，蒸馏是一种重要的分离技术，通过利用液体混合物的沸点差异，实现组分的有效分离。
在化工工艺中的广泛应用使得蒸馏具有重要的实际意义和理论价值。
化工原理学--蒸馏
化工原理学–蒸馏引言蒸馏是化工过程中常用的一种分离技术，通过对混合物进行加热使其产生蒸汽，再将蒸汽冷凝得到纯净物质的方法。
在化工领域，蒸馏广泛应用于石油和化学工业中，用于分离液体混合物中的组分。
蒸馏原理蒸馏是基于物质的不同沸点而进行的分离技术。
在一种混合物中，不同成分具有不同的沸点，通过加热可以将低沸点成分转变为蒸汽，然后再通过冷凝将蒸汽转变为液体，从而实现纯度较高的分离。
在蒸馏过程中，需要一个蒸馏塔来进行操作。
蒸馏塔通常由一个加热器、塔板和冷凝器组成。
混合物首先被加热，在塔板上产生蒸汽。
蒸汽在塔板上与冷凝液进行接触，使其冷凝并收集。
这样，高沸点成分留在塔板上，而低沸点成分则以蒸汽的形式进入上层。
通过逐层重复这个过程，可以实现对混合物中各成分的分离。
蒸馏的分类蒸馏可以根据不同的条件和原理进行分类。
常见的蒸馏方法包括常压蒸馏、减压蒸馏、真空蒸馏等。
1.常压蒸馏：常压蒸馏是在常压条件下进行的蒸馏过程。
常压蒸馏适用于沸点较低的液体混合物，其中低沸点成分可以轻松转化为蒸汽。
2.减压蒸馏：减压蒸馏是在降低环境压力的条件下进行的蒸馏过程。
通过降低环境压力，可以使高沸点成分在较低温度下转化为蒸汽，从而减少热量的需求。
3.真空蒸馏：真空蒸馏是在低于大气压的条件下进行的蒸馏过程。
真空蒸馏适用于高沸点液体或易分解的物质，可以避免在较高温度下进行加热，从而减少热敏感成分的损失。
蒸馏的应用蒸馏作为一种常用的分离技术，广泛应用于石油炼制、化学工业、食品工业等领域。
1.石油炼制：蒸馏在石油炼制过程中起到了至关重要的作用。
通过蒸馏，可以将原油中的各种成分分离出来，例如汽油、柴油、润滑油和残渣等。
这种蒸馏过程被称为石油精馏。
2.化学工业：在化学工业中，蒸馏被广泛用于分离和纯化化学品。
例如，通过蒸馏可以从反应产物中分离出目标产品，并去除杂质。
3.食品工业：蒸馏也在食品工业中得到应用。
例如，酿酒过程中的蒸馏可以用于分离酒精和水，从而提高酒精的浓度。
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 A=p A0x A （6-2）p B=p B0x B=p B0(1－x A) （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；x A 、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。
化工原理蒸馏PPT
测数据或用安托因（Antoine ）方程 进行推算：
p P
0 A
0 P pB 0 p0 p A B
B ln p A t C
0
2 用相对挥发度表示的气液平衡关系
对于混合液中的某一组分 i，挥发度i 定义为:
pA vA xA
vB pB xB
显然对理想溶液，根据拉乌尔定律有：
t f x
理想物系
?
理想物系的 t-x（y）相平衡关系：
0 对理想物系，汽相满足： P p A pB p 0 x p A B (1 x )
0 P pB x 0 0 p A pB pA p0 Ax y P P
0 p0 A 、 p B 仅与温度 t 有关，可采用实
纯组分的饱和蒸气压仅与温度 t 有关，可采用实测数据或用安托因 （Antoine）方程进行推算：
B ln p A t C
0
液体的饱和蒸气压是表示液体挥发能力的一种属性。 液体的挥发能力越大，其蒸气压就越大。
什么是挥发度？
对于纯液体，可以用蒸汽压 p0 大小表示其挥发度
对于混合液中的某一组分 i，挥发度i 定义为:
α的大小反映了混合液分离的难易程度。
表1
t, 0C
苯－甲苯物系的相对挥发度随温度的变化关系
80.1 760 292 2.60 84 856 334 2.56 88 963 381 2.53 92 1081 434 2.49 96 1210 492 2.46 100 1350 556 2.43 104 1502 627 2.40 108 1668 705 2.37 110.6 1783 760 2.35
液体混合物的蒸气压
1、对于二组分混合液，由于B组分的存在，使得A组 分在汽相中的蒸气分压比其在纯态下的饱和蒸气压 要小。
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r0、r－进出平衡级饱和液体的汽化潜热，kJ/kmol
V0 h0 r0 L0h0 V (h r) Lh 设r0=r,h0=h，即组分的r、h
V0 V r (V V0 L L0 )h
与温度和组成无关。
V0 V , L0 L
平衡级中汽液两相接触前后的摩 尔流量不变－恒摩尔流。
3·精馏塔流程：将若干个平衡级组合成一个设备－精馏塔。
7 10 1
0.763
7
7.3.3 精馏
简单蒸馏和平衡蒸馏只能实现部分分离，欲想得到较纯 的易挥发组分和难挥发组分，则需采用精馏。
（1）精馏原理
多次部分汽化、部分冷凝 t
可进行较完全的分离。
y1 xF , x1 xF
缺点：
(1)须很多中间再沸器和冷凝 器耗能大、设备庞大。
(2)产生很多的中间馏分
最上面的 一块塔板 上须引入 液体；最 下面的一 块塔板上 须引入蒸 汽。
精馏段的作用：脱除重组分，完成上升蒸汽的精制。
提馏段的作用：脱除轻组分，完成下降液体中重组分的提浓。
精馏塔的核心：回流，包括塔顶的液体回流和塔釜蒸汽的 回流。
, x2
A2 B2
,W1
A1Leabharlann B1 ,W2A2B2
A、B－溶液中两组分的千摩尔数
ln A1 ln B1
A2
B
A1 A2
B1 B2
若y mx b
ln W1 W2
1 m－1
ln
m 1x1 b m 1x2 b
D W1 W2
xD
W1 x1 W1
W2 x2 W2
7.3.2 平衡蒸馏
（1）物料衡算
对平衡级作物料衡算
V, y V0 , y0
L0 , x0 L, x
V0 L0 V L V0 y0 L0 x0 Vy Lx
若不计混合热和热损失，平衡级的热量衡
算式为：V0 H0 L0h0 VH Lh
H0、H－进出平衡级饱和蒸汽的焓，kJ/kmol
h0、h－进出平衡级饱和液体的焓，kJ/kmol
（1）平衡蒸馏时，气相和液相产物的组成；
（2 ） 作简单蒸馏时，气相产物的平均组成及残夜组成。
解（1）平衡蒸馏时，q=1-0.3=0.7
物料衡算式为： y q x xF ＝ 0.7 x 0.6
1 q 1 q 1 0.7 1 0.7
y 7 x2 3
相平衡线方程为： y 2.45x 解得x=0.539，y=0.741
ln w 1
x1
dx
w 2 x2 y x
xw ydw (x dx)(w dw)
略去高阶微分得：
dw dx w yx
相平衡关系：y f x
简单蒸馏的计算
ln W1 x1 dx W2 x2 y x
若y
1
x
－1x
ln W1 W2
1
－1
ln
x1 x2
ln 1 x2
1 x1
x1
A1 B1
F L V FxF Vy Lx
令q L , V 1 q
FF
y
qx q 1
q
1
1
xF
此方程为一直线，过点（xF,xF）， 斜率为q/(q-1)
（2）相平衡关系 y
1
x
－1x
泡点te x
例 将含苯60％(摩尔百分率，下同)的苯—甲苯混合液加热气化，
气化率30％。设相对挥发度近似为α=2.45，试计算：
x3 x2 x1
•F
xF
y1 y2 y3
x或y
2.平衡级
平衡级中的组成变化情况如下：气相易挥发组分沿露点线增 加（y0<y）；液相难挥发组分沿泡点线升高（x<x0） 平衡蒸馏与平衡级的区别：前者是混合液的部分汽化（或 混合气的部分冷凝），须外加热量；而后者则是汽、液两 相间伴有传热的传质过程，无须外加热量。
7.3 蒸馏方式
7.3.1 简单蒸馏
蒸汽组成y和釜内组成x随蒸馏 的进行降低，釜温如何变？
微元时间dt内蒸出的物料量 为dw，釜内液体组成相应的 由x降为x-dx,对易挥发组分 作物料衡算：
加热蒸汽
冷却水
B
A
C
时 釜液 间量
τw
τ+dτ w-dw
釜液组 成
x
x-dx
蒸汽 量
dw
蒸汽 组成
y
积分得：
1 1.45x
（2） 简单蒸馏
ln W1 W2
1 1
ln
x1 x2
ln 1 x2
1 x1
ln
10 7
1 2.45
1
ln
0.6 x2
2.45 ln
1 1
x2 0.6
xD
W1x1
W1 W2 x2 ＝ W2
x1
x2
W1 W2
W1 1
W2
10 0.6 0.530
解得：x2=0.530