北京化工大学-《化工原理》-课件-第六章-精馏
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对于理想溶液：
p Ap A 0xA p Bp B 0xB
pA，pB —— 溶液上方A、B组分的分压，Pa； pA0 ， pB0 ——溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa； xA ， xB —— 液相中A、B组分的摩尔分率。
2、道尔顿分压定律： 液相组成 x 与温度（泡点）的关系 pA pA0xA fA(t)xA pB pB0xB fB(t)xB
6.2.1双组分溶液的气液关系
组分： A、B 1、相律分析： 变量 ： t、p、xA、 yA
相数： 气相、液相
自由度：f c22
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
6.2.2 气液相平衡
1. 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
（1）恒摩尔汽化
精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏 段也一样。
即：V1=V2=……V=常数 V1’=V2’=……V’=常数
式中：V------精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h; V’-----提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。
（2）恒摩尔溢流 精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等， 提馏段也一样。
二. 平衡蒸馏(又叫闪蒸) 1. 流程
2、特点: •一次进料，粗分 •xD, xW是一对平 衡组成
6.3.2 精馏原理 1、多次部分汽化和多次部分冷凝
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。
2、有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝
6 .3.3 连续精馏装置流程
m 顶釜
3.α的物理意义
• 气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比 的倍数
• α标志着分离的难易程度: • 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。
6.2.4 非理想溶液
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℃
第六章 蒸馏（Distillation）
6.1 概述 6.2 双组分溶液的气液相平衡 6.3 蒸馏与精馏原理 6.4 双组分连续精馏的计算 6.5 双组分精馏的设计计算 6.6 其它精馏方式 6.7 塔高塔径的计算 6.8 操作型计算 6.９ 恒沸精馏与萃取精馏
cyk:
6.1 概述
1. 蒸馏的应用 2. 蒸馏分离的目的和依据 3. 蒸馏过程的分类 4. 蒸馏操作的费用
p3 p2 p1
压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大
6.2.3 挥发度与相对挥发度
1. 挥发度
组分的挥发度: 是该物质挥发难易程度的标志，表示。
混合液某组分挥发度:
A
pA, xA
B
pB xB
pA、 pB——汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压； xA、xB——汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分率。
理想溶液则:
A
pA xA
pAo xA xA
pAo
B
pB xB
pBo xB xB
pBo
2. 相对挥发度(以α表示)
一般物系：
pA
A xA
B
pB xB
理想气体：
yA xA
yB xB
对于二元物系：yB=1-yA xB=1-xA
即
y x
——相平衡方程
1( 1)x
理想溶液：
p
0 A
p
0 B
4. 平均相对挥发度
１. 连续精馏装置
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
2、 塔板的作用
特点：
•塔板提供了汽液 分离的场所。
•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
3、 精馏过程的回流
回流的作用：
提供不平衡的气液两相，是构成气液 两相传质的必要条件。 精馏的主要特点就是有回流
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℃
6.3 蒸馏与精馏原理
6.3.1 简单蒸馏与平衡蒸馏 6.3.2 精馏原理 6.3.3 连续精馏装置流程 6.3.4 理论板的概念和衡摩尔流假设
6.3.1 简单蒸馏和平衡蒸馏 一 . 简单蒸馏 1. 装置
简单蒸馏 按蒸馏方式： 平衡蒸馏
精馏 双组分蒸馏
按物系的组分数 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
4、蒸馏操作的费用
主要费用：加热和冷却费用，即能耗大。
6.2 双组分溶液的气液相平衡
6.2.1 双组分溶液的气液关系 6.2.2 气液相平衡 6.2.3 挥发度与相对挥发度 6.2.4 非理想溶液
回流包括：
塔顶回流液 塔底回流汽
6.3.4 理论板的概念和衡摩尔流的假设 1、理论板的概念 理论板：离开塔板的蒸汽和液体呈平衡的塔板。 2、 恒摩尔流的假设
假设： （1）、两组分的摩尔汽化潜热相等； （2）、两相接触因两相温度不同而交
换的显热可忽略不计； （3）、塔设备保温良好，热损失可以忽略不 计。
Fra Baidu bibliotek
3、组成~温度图（t~x~y图)
两条线：气相线（露点线） yA~t 关系曲线 液相线（泡点线） xA~t 关系曲线
三个区域：液相区 气、液共存区 气相区
4、x~y图
• 对角线 y=x 为辅助曲线
• 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，物系 越易分离。
5. 压力x~y图的影响
p p A p B p A 0 x A p B 0 x B p A 0 x A p B 0 ( 1 x A )
xAppA 0ppB 0B 0
pfB(t) fA(t)fB(t)
——泡点方程
气相组成yA与温度（露点）的关系 y Ap p A 0x Ap p A 0p p A 0 p p B 0 B 0fA p (t)fA p (t ) fB f(B t) (t) ——露点方程
1、蒸馏的应用
液体产品的精制----石油的精制
2、蒸馏分离 的目的和依据
• 目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分 • 依据：液体混合物中各组分挥发性的差异
液体混合物：(如:酒精水溶液) 挥发性大（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A） 挥发性小（水） ，称为难挥发组分或重组分（B）
3、蒸馏过程的分类
p Ap A 0xA p Bp B 0xB
pA，pB —— 溶液上方A、B组分的分压，Pa； pA0 ， pB0 ——溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa； xA ， xB —— 液相中A、B组分的摩尔分率。
2、道尔顿分压定律： 液相组成 x 与温度（泡点）的关系 pA pA0xA fA(t)xA pB pB0xB fB(t)xB
6.2.1双组分溶液的气液关系
组分： A、B 1、相律分析： 变量 ： t、p、xA、 yA
相数： 气相、液相
自由度：f c22
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
6.2.2 气液相平衡
1. 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
（1）恒摩尔汽化
精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏 段也一样。
即：V1=V2=……V=常数 V1’=V2’=……V’=常数
式中：V------精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h; V’-----提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。
（2）恒摩尔溢流 精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等， 提馏段也一样。
二. 平衡蒸馏(又叫闪蒸) 1. 流程
2、特点: •一次进料，粗分 •xD, xW是一对平 衡组成
6.3.2 精馏原理 1、多次部分汽化和多次部分冷凝
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。
2、有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝
6 .3.3 连续精馏装置流程
m 顶釜
3.α的物理意义
• 气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比 的倍数
• α标志着分离的难易程度: • 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。
6.2.4 非理想溶液
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℃
第六章 蒸馏（Distillation）
6.1 概述 6.2 双组分溶液的气液相平衡 6.3 蒸馏与精馏原理 6.4 双组分连续精馏的计算 6.5 双组分精馏的设计计算 6.6 其它精馏方式 6.7 塔高塔径的计算 6.8 操作型计算 6.９ 恒沸精馏与萃取精馏
cyk:
6.1 概述
1. 蒸馏的应用 2. 蒸馏分离的目的和依据 3. 蒸馏过程的分类 4. 蒸馏操作的费用
p3 p2 p1
压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大
6.2.3 挥发度与相对挥发度
1. 挥发度
组分的挥发度: 是该物质挥发难易程度的标志，表示。
混合液某组分挥发度:
A
pA, xA
B
pB xB
pA、 pB——汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压； xA、xB——汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分率。
理想溶液则:
A
pA xA
pAo xA xA
pAo
B
pB xB
pBo xB xB
pBo
2. 相对挥发度(以α表示)
一般物系：
pA
A xA
B
pB xB
理想气体：
yA xA
yB xB
对于二元物系：yB=1-yA xB=1-xA
即
y x
——相平衡方程
1( 1)x
理想溶液：
p
0 A
p
0 B
4. 平均相对挥发度
１. 连续精馏装置
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
2、 塔板的作用
特点：
•塔板提供了汽液 分离的场所。
•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
3、 精馏过程的回流
回流的作用：
提供不平衡的气液两相，是构成气液 两相传质的必要条件。 精馏的主要特点就是有回流
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℃
6.3 蒸馏与精馏原理
6.3.1 简单蒸馏与平衡蒸馏 6.3.2 精馏原理 6.3.3 连续精馏装置流程 6.3.4 理论板的概念和衡摩尔流假设
6.3.1 简单蒸馏和平衡蒸馏 一 . 简单蒸馏 1. 装置
简单蒸馏 按蒸馏方式： 平衡蒸馏
精馏 双组分蒸馏
按物系的组分数 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
4、蒸馏操作的费用
主要费用：加热和冷却费用，即能耗大。
6.2 双组分溶液的气液相平衡
6.2.1 双组分溶液的气液关系 6.2.2 气液相平衡 6.2.3 挥发度与相对挥发度 6.2.4 非理想溶液
回流包括：
塔顶回流液 塔底回流汽
6.3.4 理论板的概念和衡摩尔流的假设 1、理论板的概念 理论板：离开塔板的蒸汽和液体呈平衡的塔板。 2、 恒摩尔流的假设
假设： （1）、两组分的摩尔汽化潜热相等； （2）、两相接触因两相温度不同而交
换的显热可忽略不计； （3）、塔设备保温良好，热损失可以忽略不 计。
Fra Baidu bibliotek
3、组成~温度图（t~x~y图)
两条线：气相线（露点线） yA~t 关系曲线 液相线（泡点线） xA~t 关系曲线
三个区域：液相区 气、液共存区 气相区
4、x~y图
• 对角线 y=x 为辅助曲线
• 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，物系 越易分离。
5. 压力x~y图的影响
p p A p B p A 0 x A p B 0 x B p A 0 x A p B 0 ( 1 x A )
xAppA 0ppB 0B 0
pfB(t) fA(t)fB(t)
——泡点方程
气相组成yA与温度（露点）的关系 y Ap p A 0x Ap p A 0p p A 0 p p B 0 B 0fA p (t)fA p (t ) fB f(B t) (t) ——露点方程
1、蒸馏的应用
液体产品的精制----石油的精制
2、蒸馏分离 的目的和依据
• 目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分 • 依据：液体混合物中各组分挥发性的差异
液体混合物：(如:酒精水溶液) 挥发性大（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A） 挥发性小（水） ，称为难挥发组分或重组分（B）
3、蒸馏过程的分类