化工原理9.3 单级蒸馏过程

② 蒸馏产品的平均组成
设nW为任一时刻的釜液量，kmol
D F W
D y FxF Wx2
9.3.2 平衡蒸馏
1. 定义 平衡蒸馏（闪蒸）：是液体的一次部分汽化或蒸汽的一次部分 冷凝的蒸馏操作。
操作流程：一定组成的料液被 加热后经节流阀减压进入闪蒸 室，液体因沸点下降变为过热 而汽化，汽化耗热使液体温度 下降，汽、液两相温度趋于一 致，两相组成趋于平衡。由闪 蒸室塔顶和塔底引出的汽、液 两相即为闪蒸产品。

2.47
ln
1 0.411 1 0.5

0.4088
F 1.505 W
设馏出液的平均组成为 y
Dy FxF Wx2
y
FxF Wx2 F W

xF
W F
x2
1 W
0.5 0.411

1
1.505 1
0.676
F
1.505
在相同原料液浓度及相同釜液条件下，简单蒸馏所得
F yD xW
减 压 加热器 阀 F, xF, tF
t0 Q
D, yD, te yD
闪 蒸 罐
xW W, xW, te
式中：F、D、W ——进料流率和出塔汽.液相产物的流率，
kmol/s；
xF、yD、xW ——料液组成以及出塔汽、液相产物的摩尔
分数。
若设液相产物占总加料量的分率为 q，即W/F=q，则 汽化率为D/F =(1-q)，代入上式整理可得
9.3 简单蒸馏和平衡蒸馏
9.3.1 简单蒸馏
1、 简单蒸馏装置和操作方法
nF, zF
nD1, xD1 nW2, x2
nD2, xD2
nD3, xD3
2、特点 ① 间歇操作过程，非稳态过程； ② 易挥发组分更多地传递到气相中去，釜液温度不断升高； ③ 产品与釜液组成随时间而改变(降低）； ④ 瞬时蒸气与釜中液体处于平衡状态。
图解过程
5、热量衡算
料液由进料温度 tF 升至 t0 需供给的热量 Q 为 Q FC pm t0 tF
闪蒸后，料液温度由 t0 降至平衡温度 te，若不计热损 失，则料液放出的显热全部用于料液的部分汽化所需
的潜热，即
FC pm t0 te 1 qFr
由上式可得
t0
3、简单蒸馏的计算
W——釜内液相量，kmol；
x ——任一时刻液相组成；
dL ——d时间内蒸发的釜液量, kmol；
dD——d时间内移出的蒸汽量, kmol，其组成为 y，则:
① 易挥发组分的物料衡算
dD dL Lx (L dL)( x dx) ydD
dL dx L yx
加热器 原料液 减压阀
Q
塔顶产品 yA
闪 蒸 罐 xA
塔底产品
2、特点 ① 连续操作 ② 组成和温度恒定不变 ③ 气、液两相平衡
闪蒸过程可通过物料衡算、热量衡算以及相平衡关系 求解所需参数。
3、物料衡算
总物料衡算 F D W 易挥发组分的物料衡算
FxF DyD WxW
两式联立可得 D xF xW

te

1
q
C pm
通过以上诸式，q已知条件下，由物料衡算与相平衡关
系求得yD、xW 后，由温度-组成相图求 te，进而求 t0。 汽化量大， (1-q) 值大，闪蒸前料液温度需加热至更高
的 t0 值。
例1：在常压下对苯与甲苯二元理想溶液分别进行 平衡蒸馏与简单蒸馏。若原料液中苯的浓度为0.5（ 摩尔分率）。物系的相对挥发度为2.47。试求：
yD

qxW q 1
xF q 1
上式表示了汽化率与汽、液相组成的关系
4、平衡关系
平衡蒸馏过程可认为经部分汽化或部分冷凝后所得的 汽液两相呈平衡，即 yD~xW 符合平衡关系。
yD

1
xW
1xW
若已知进料组成 xF 和生产任务所要求的汽化率 (1-q)
，结合物料衡算式可求得汽液相组成 yD、xW。
ln F xF dx
W x2 y x
y f (x)
若低压下，液相为理想溶液的双组分蒸馏，则有：
y 来自百度文库 1 ( 1)x
ln F W


1 1
ln
xF x2
ln 1 x2
1 xF

说明：如果 x, y 之间的平衡关系不能用以上方程表达时，
则需采用数值积分或图解法积分求解。
到的馏出液浓度高于平衡蒸馏，而平衡蒸馏的优点是
连续操作，但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。

0.6 0.6 1
x

0.5 0.6 1

1.5x
1.25
x 0.411, y 0.634
2）简单蒸馏中了时的釜液浓度与平衡蒸馏时相同
x2 0.411
ln F W


1 1
ln
xF x2
ln 1 x2
1 xF


1 2.47
ln
0.5 0.411
1）用平衡蒸馏方法分离，当汽化率为 0.4时，釜 液与馏出液的组成。 2）用简单蒸馏方法分离，使釜液浓度与平衡蒸馏 相同，所得馏出物中苯的平均组成。
解：1） y x 2.47x 1 ( 1)x 1 1.47x
因为汽化率=0.4，q=0.6，物料衡算式为：
y

q q 1
x

xF q 1