蒸馏原理

——泡点方程 ——泡点方程
泡点：混合液开始沸腾时的温度。
两组分溶液的气液平衡
Q p A = Py = p o x A
0 0 pA p 0 p − pB ∴y = x= A⋅ 0 0 P P p A − pB
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——露点方程 ——露点方程
露点：混合汽开始冷凝时的温度。 同一混合物的露点和泡点不同，露点比泡点温度高。 P。=f(t)关系确定： 实验测定，查手册； 安托尼经验公式计算：
两组分溶液的气液平衡
两组分理想溶液的汽液平衡相图 有t~x~y图和x~y图两种。 1.t~x~y图（温度～组成图） (1)实验测定法 通过实验测定不同温度t下的组成x和y， 以组成x(y)为横标，温度t为纵标，标绘 所得即为t~x~y图。 (2)计算法 设定一温度t1，查取纯A、纯B组分的饱和 蒸汽压，利用泡点方程及露点方程计算出 对应的x1和y1，改变温度，重复上述步 骤……。将各个t、x、y数据以t为纵标， x(y)为横标标绘在直接坐标系中，即得 t~x~y图。
概述
蒸馏过程的分类
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按蒸馏方式分为： 平衡蒸馏和简单蒸馏 精馏 特殊蒸馏
按操作流程分为： 间歇蒸馏 连续蒸馏
概述
蒸馏过程的分类
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按操作压力分为： 加压蒸馏 常压蒸馏 减压蒸馏
按待分离混合物的组分数分为： 两组分精馏多组分精馏
概述
蒸馏分离的特点
两组分连续精馏的计算
物料衡算和操作线方程
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yn
组成xn、yn表示离开第n块理论板的液、汽相组成。 yn~xn关系已知，为平衡关系 平衡关系。 平衡关系 若已知yn+1~xn关系，则塔内各板汽液组成可逐板 确定，由此可计算出在指定分离要求下的理论板数， yn+1~xn关系由精馏条件确定，通过物料衡算求得，称 为操作关系 操作关系。 操作关系
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平衡蒸馏与简单蒸馏
简单蒸馏
1.流程 原料液一次加入蒸馏釜中，在恒定压强 下加热至沸腾使溶液不断汽化，产生蒸汽经 冷凝后作为顶部产品。简单蒸馏时，气液两 相的接触比较充分，因此可认为两相达到了 平衡。随着蒸馏的进行，釜内液体的易挥发 组分浓度不断下降，相应的气相中易挥发组 分的组成将逐渐降低，釜中溶液的温度不断 升高，当釜液中易挥发组分的浓度降到某一 值时，停止操作，排出残液，进行下一批蒸 馏操作。 2.特点 间歇操作 塔顶塔底组成不是一对平衡组成 适合于混合物的粗分离，特别适合 于沸点相差较大而分离要求不高的 场合，例如原油或煤油的初馏。
对应的液相组成为x1。
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m
n
因此只有将液体部分汽化，才能起到分离作用。 所以蒸馏操作必须在气液两相共存区内进行 蒸馏操作必须在气液两相共存区内进行。 蒸馏操作必须在气液两相共存区内进行
两组分溶液的气液平衡
2.x~y图（组成图） 组成图） 2.x
将t~x~y图中y~x关系标绘在直角坐标系 中所得。 对角线 y=x 为参考线 曲线上各点具有不同的温度； x~y曲线上各点具有不同的温度 平衡线离对角线越远，挥发性差异越大， 平衡线离对角线越远，挥发性差异越大， 物系越易分离。 物系越易分离
两组分连续精馏的计算
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恒摩尔流假定
恒摩尔汽流：
精馏段： V 1 = V 2 = V 3 = L = V = constant 提馏段： V 1' = V 2' = V 3' = L = V ' = constant
但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。 但两段上升的汽相摩尔流量不一定相等。 恒摩尔液流：
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平衡蒸馏与简单蒸馏
平衡蒸馏和简单蒸馏过程在相图上的表示： 平衡蒸馏和简单蒸馏过程在相图上的表示：
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t
温度为tF的原料液加热到t1，部分汽化、 分离，所得汽相组成为y，液相组成为x。 此分离过程不会使y>yD、x<xW。 由此可见，将液体混合物进行一次部分 汽化的过程，只能起到部分分离的作用。因 此，这种方法只适用于要求粗分或粗加工的 场合。要使混合物中的组分得到几乎完全的 分离，必须进行多次部分汽化和部分冷凝的 过程。
α=
, 一般α = n 2 α = n α1 ⋅α 2 ⋅L ⋅α n，一般α = α 顶 × α 底
α1 + α 2 + L + α n
α顶 + α底
( 常用 )
利用α的大小判断某混合液能否用一般蒸馏方法分离及分离的难易程度： 利用α的大小判断某混合液能否用一般蒸馏方法分离及分离的难易程度 α>1，表示组分A较B容易挥发，可用一般的蒸发方法进行分离。α愈大, 平 衡线愈远离对角线，物系愈易分离； α=1, 无法用普通蒸馏方法分离。
pA , x
ν
=
两组分溶液的气液平衡
相对挥发度α
相对挥发度：易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比。
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α =
νA νB
pA p (1 − x ) = x = A pB pB x 1− x
Py ( 1 − x ) y( 1 − x ) = P( 1 − y )x ( 1 − y )x
lg p o = A −
B t +C
两组分溶液的气液平衡
用相对挥发度表示的汽液平衡关系
①挥发度v 挥发度: 是该物质挥发难易程度的标志。
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纯液体： 溶液：
o v A = p o； v B = p B A
ν
A
=
理想溶液：
pB B 1− x pA po x A νA = = = po A x x o pB pB(1 − x ) o νB = = = pB 1− x 1− x
理想物系：
α =
∴y =
αx 1 + ( α − 1 )x
——汽液平衡方程
上式说明：相对挥发度越大，两组分分离越容易 相对挥发度越大， 相对挥发度越大
两组分溶液的气液平衡
〖说明〗
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温度对相对挥发度的影响：t↑，α↓ 平均相对挥发度的计算：理想溶液中，由于t↑，pA。、pB。↑，因此α变化不 平均相对挥发度的计算 大，一般可将α视为常数，计算时取平均值。算法为：
n
xn yn+1
n+1
xn+1
两组分连续精馏的计算
全塔物料衡算
F = D + W FxF = DxD + WxW
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总压对x~y曲线影响不大，因此蒸馏中我们常使用x~y图。
平衡蒸馏与简单蒸馏
平衡蒸馏(闪急蒸馏)
1.流程 原料液加热到泡点以上，连续地通 过一节流阀减压到预定的压强后进入 分离器。减压后的液体呈过热状态， 液体部分汽化，接触充分后，达到平 衡状态，形成两相平衡物系。汽液两 相在分离器中分离，得到易挥发组分 浓度高的塔顶产品和易挥发组分浓度 低的塔底产品，使混合液得到一定程 度的分离。 2.特点: 连续操作 顶部和底部产品组成不随时间而变化 一次进料，属于粗分馏 x, y是一对平衡组成
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连续精馏流程(板式塔)
进料板：原料液进入的那层塔板 精馏段：进料板以上的塔段 提馏段：进料板以下（包括进料板）的塔段。 理论板：离开的汽液两相达到平衡状态的塔板。 再沸器：加热塔底釜残液。 冷凝器：冷凝塔顶上升蒸汽
精馏原理和流程
塔板的作用
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Lidong Chemical Co., Ltd.
Production Department
概述
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蒸馏 利用增加热量和移除热量使混合液 体或气体分离，得到期望的比较纯 的组分的过程。
概述
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蒸馏分离的依据
将液体混合物部分气化， 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而达到分离 目的
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t t1 t2 ……
x
Y
x1 y1 x2 y2 …… ……
tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
x(y)
两组分溶液的气液平衡
〖说明〗 图中有2条曲线。 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 （也叫露点线）。 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 （也叫泡点线）。 3个区域。 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。
塔板提供了汽液分离的场所。汽液 两相在板上充分接触，进行传质和 传热。 每一块塔板是一个混合分离器 足够多的板数可使各组分较完全分 离
精馏原理和流程
精馏过程的回流
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回流的作用： 提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传质传热的必要条件。 精馏的主要特点就是有回流。 精馏的主要特点就是有回流 回流包括： 塔顶液相回流 塔底气相回流
精馏段： L 1 = L 2 = L 3 = L = L = constant 提馏段： L'1 = L'2 = L'3 = L = L' = constant
但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。 但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。 若恒摩尔流假定成立，则在塔板上汽液两相接触时，当有1kmol的蒸汽冷凝时 若恒摩尔流假定成立，则在塔板上汽液两相接触时，当有1kmol的蒸汽冷凝时 便有1kmol液体汽化 液体汽化。 便有1kmol液体汽化。
t1
tF
xW x
xF
y yD
精馏原理和流程
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精馏原理
t
高温低浓度（ 高温低浓度（指低于与液相成平衡的汽 相浓度）的汽相与低温高浓度（ 相浓度）的汽相与低温高浓度（指高于与汽 相成平衡的液相浓度）的液相接触， 相成平衡的液相浓度）的液相接触，同时传 质传热，汽相部分冷凝，液相部分汽化， 质传热，汽相部分冷凝，液相部分汽化，结 果汽相温度降低，其中轻组分得到提浓， 果汽相温度降低，其中轻组分得到提浓，液 相温度升高，其中重组分得到提浓， 相温度升高，其中重组分得到提浓，此过程 多次重复即可在塔顶和塔底得到合乎要求的 产品。 产品。
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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。 个端点
两组分溶液的气液平衡
• 继续升温到C点，进入气液两相共存区， 若将温度为t1，组成为x1的冷液体(A点) 气液组成分别如m、n点坐标所示的x和y，可 加热，升温到B点时溶液开始沸腾，出现 同理，将温度为t5，组成为y1(点E)的过热蒸 见此时y>x，两相的量可由杠杆规则进行确 第一个气泡，相应的组成为y1，因此饱 汽冷却，当温度降到t4时(点D)，混和气开始冷凝， 定。 和液体线又称泡点线。 产生第一滴液体，因此饱和蒸汽线又称露点线，
tF
xm xW
xF
yD yn
精馏原理和流程
多次部分汽化和多次部分冷凝
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缺点： 1、收率低； 2、设备重复量大，设 备投资大； 3、能耗大，过程有相 变。
精馏原理和流程
有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝
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缺点： 设备庞杂
精馏原理和流程
连续精馏流程
汽液平衡的函数关系 利用饱和蒸汽压计算汽液平衡关系 理想溶液的汽液平衡关系符合拉乌尔定律：
0 pA = pA x 0 pB = pB (1 − x)
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理想气体混和时遵循道尔顿分压定律：
0 0 P = p A + pB = p A x + p B (1 − x)
0 P − pB ∴x = 0 0 p A − pB
两组分连续精馏的计算
理论板的概念和恒摩尔流假定
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理论板的概念 理论板：离开的汽液两相在组成上互成平衡的塔板。 理论上，液相组成均匀一致，汽液两相温度相同。 实际上，理论板并不存在，它是作为衡量实际板分离效率的依据和标准。计算中， 先求得理论板层数，再用塔板效率予以校正，即得实际板数。
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直接获取几乎纯态的产品 应用范围广 能耗高
两组分溶液的气液平衡
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两组分理想物系的汽液关系
理想物系是指符合以下条件的物系： 液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。 液相为理想溶液 汽相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。 汽相为理想气体
两组分溶液的气液平衡