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第七章 蒸馏
重 点：
理论塔板、恒摩尔流、操作线方程、进料方程、回流比
难 点：
操作线方程、进料方程、精馏设备
一组冷凝器
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。
➢与理想溶液发生正偏差的溶液：如乙醇–水、正丙醇–水等
物系。对于乙醇–水体系，其恒沸组成为x=y=0.894，恒沸点 t=78.15℃ (常压下)。称为具有最低恒沸点的溶液。
➢与理想溶液发生负偏差的溶液：如硝酸–水、氯仿–丙酮等
物系。对于硝酸–水体系，其恒沸组成为x=y=0.383，恒沸点 t=121.9℃ (常压下) 。称为具有最高恒沸点的溶液。
液。
2 简单蒸馏流程
冷凝器
原料液 蒸汽
蒸馏釜
冷却水
收集 器
二、平衡蒸馏（闪蒸）
将一定组分的液体加热至泡点以上，使其部分气 化，或者将一定组分的蒸汽冷却至露点以下，使其部 分冷凝，两相达到平衡，然后将两相分离。此过程的 结果是易挥发组分在气相中富集，难挥发组分在液相 中富集。
冷凝器
原料
加热器
减压 阀
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
vA=PA/xA vB=PB/xB ➢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。
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。
1 相律
一、相关概念及气液平衡图
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-φ+2
式中 F——自由度数 C——独立组分数 φ——相数 2表示外界只有温度和压强可以影响物系的平衡关系。
X（Y）
二、多次部分气化和多次部分冷凝
Multi-partial gasification and condensing
蒸馏操作的分类
❖按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏 ❖按原料中所含组分数目分：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
本章主要讨论常压双组分连续精馏。
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
➢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；
➢当总压变化不大时,总压对
y-x 关系的影响可以忽略不计
0
➢蒸馏中使用 y-x 图较t-y-x
图更为方便。
液相组成
x
1
X —Y 图
4.3 两组分非理想溶液的气液平衡相图
同一种溶液的恒沸组成随压强而变。在理论上可采用改变 压强的方法来分离恒沸溶液。但在实际使用时，则应该考虑经 济性和操作可能性。
第二节 平衡蒸馏和简单蒸馏
一、简单蒸馏（微分蒸馏）
➢历史上最早应用的蒸馏方法； ➢一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行； ➢简单蒸馏多用于混合液的初步分离。
1 简单蒸馏操作原理
根据道尔顿分压定律，溶液上方的蒸汽总压为
P p A p B p A 0 x A p B 0 (1 x A )
xA
P pB0 pA0 pB0
（a）
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 PyA
yA
p
0 A
P
xA
（b）
式（a）和（b）为两组分理想物系的气液平衡关系式。
➢将料液加热至泡点，溶液汽化，产生的蒸汽随即进入冷凝器，
冷凝成馏出液；
➢随着过程的进行，釜中液相组成不断下降，使得与之相平衡
的气相组成（馏出液组成）亦随时降低，而釜内液体的沸点逐 渐升高；
➢当馏出液的平均组成或釜残液组成降至某规定值后，即可停
止蒸馏操作；
➢在同一批操作中，馏出液分批收集，可得到不同组成的馏出
塔顶产品 分离器
底部产品
平衡蒸馏流程
第三节 精馏原理和流程
一、一次部分气化和部分冷凝
T
yF>xF>xw
yF——加热原料液时产生
的第一个气泡的组成。
xw——原料全部气化后剩
的最后一滴液体的组成。
E D
C B
A
P=定值
xw x1 xF y1 yF
X（Y）
T
P=定值 D C B A
xw x1 xF x2 y1 yF y2
α=vA/vB=（PA/XA）/（PB/XB）
vA pA xA
vB pB xB
对于二元溶液
xB=1-xA yBБайду номын сангаас1-yA
yA xA
1yA 1xA
相平衡方 程
当总压不高时，蒸气 服从道尔顿分压定律
PyA xA yA xA
PyB xB yB xB
整理后， 略去下标
y x 1( 1)x
相对挥发度的意义
➢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）；
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)
T—X—Y图 的作法
T
X (Y)
4.2 汽液相平衡图（ X — Y 图 ）
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。
4 气液平衡图(Graph of G—L Equilibrium)
4.1 温度–组成图（t – x – y图）
2 拉乌尔定律
➢汽液相平衡(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。
➢理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即
pA pA0xA pB pB0xB pB0(1xA)
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