第七章蒸馏

P pB0
p
0 A
pB0
泡点方程
7 8
露点方程
挥发度与相对挥发度
挥发度：
vA
pA xA
vB
pB xB
5 9
相对挥发度：
pA
yA
v A
xA
xA
vB
pB xB
yB xB
7 12
对双组分溶液，气相遵循道尔顿分压定律，则：
y
1
x
1x
7 13
上式称为气液相平衡方程。α越大，分离越容易。
常压下苯、甲苯的相对挥发度随温度的变化
t/℃
tJ 110 tI 100 tE tG 90 tF 80
0
p=101.3kPa J
I
CE
D
t-y G
F
t-x
xC x0
yD
苯-甲苯温度Hale Waihona Puke Baidu组成图
x (y)
1.0
从过冷液体至过热气体的变化过程
说明： （1）部分汽化和部分冷凝均可起到分离作用； （2）全部汽化和全部冷凝没有分离作用； （3）不断的部分汽化和冷凝可使分离程度不断提高； （4）蒸馏操作应处于汽液两相区内。
如何改进：
浓度
加 汽相
料
温度
釜
以
浓度
上 液相
温度
y1 <y2 <y 3<y4 t1 >t 2>t 3>t4 x1 <x2 <x3 <x4
t 1>t 2>t 3>t4 稍改进把每釜的残液引回到前釜
如 x3 和 y2 与x3平衡的温度为t 3 <汽相y2的温度t2
这样x3就可对y2起到部分冷凝作用，而省掉冷凝器，同时还能将x3的部分易 挥发组分转移到y2汽相中。
pA0、 pB0为溶液温度下纯组分A和B的饱和蒸气压 可查有关手册或由下面安托因方程求得：
lg p0 A B C T
当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的 蒸气压之和：
P pA pB 7 4
由式7-2和7-3得：
xA
P pB0 pA0 pB0
7 7
yA
pA P
pA0 xA P
pA0 P
同样，对加料釜以下，将每釜部分汽化的蒸汽引入上釜如y3，和x2，
ΔG=ΔH-TΔS
Wmin>=ΔG
蒸馏操作需要消耗大量的能量，流程简单 蒸馏操作既可用于气体混合物的分离，也可用于液体混合物甚至是固体混合
物的分离 蒸馏操作有时需要高压、高真空、高温或低温条件
(5) 分类
① 按组分数分类: 双组分蒸馏； 多组分蒸馏。
② 按操作方式分类: 间歇蒸馏— 简单蒸馏； 连续蒸馏— 平衡蒸馏、精馏。
式中F――自由度数； C ――独立组分数； Φ ――相数。
对双组分的气液相平衡，由相律知其自由度数为2。
二、双组分理想物系的气液平衡函数关系
所谓理想物系，即指液相为理想溶液，遵循拉乌 尔定律；气相为理想气体。
拉乌尔定律：
pA pA0 xA pB pB0 xB pB0 1 xA 7 3
③ 按操作压力分类： 常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏。
本章以双组分连续精馏为重点。
精馏装置示意图
7.2双组分溶液的气液相平衡
7.2.1 双组分理想物系的气液平衡 7.2.2 双组分非理想物系的气液平衡
7.2.1 双组分理想物系的气液平衡
一、相律 在物理化学中，我们学习过相律，即：
F C 2 7 1
图
—
x-y
7.3平衡蒸馏和简单蒸馏
7.3.1 平衡蒸馏 7.3.2 简单蒸馏
平衡蒸馏和简单蒸馏均为单级蒸馏操作过 程，通常用于混合液中各组分挥发度相差 较大，对分离要求又不高的场合。
7.3.1 平衡蒸馏
平衡蒸馏装置
图 平 衡 蒸 馏 装 置
5-4
7.3.2 简单蒸馏
简单蒸馏装置
nF, zF
nD1, xnDW12,
混合物中较易挥发的组分——易挥发组分A 混合物中较难挥发的组分——难挥发组分B 例：乙醇—水溶液
yA xA yB xB
(3) 蒸馏过程必要条件 ① 通过加热或冷却使混合物形成气、液两相共存体系，
为相际传质提供必要的条件； ② 各组分间挥发能力差异足够大，以保证蒸馏过程的传质推
动力。
(4)蒸馏分离的特点
三、相图 ① 温度-组成图（t-x-y）
总压一定时，给定 t p0A，pB0 x，y
图线说明： ① 曲线 t-x 表示恒定压力下，饱和液体组成与泡点的关系，
称为饱和液体线或泡点曲线。
② 曲线t-y表示恒定压力下，饱和蒸气的组成和露点的关系， 称为饱和蒸气线或露点曲线。
③ 在t-x 线下方为过冷液相区。 ④ 在t-y 线上方为过热气相区。 ⑤ 在两线之间为两相共存区，即气、液相平衡区。
设想可用多个釜来实现
使汽相yl经多次部分冷凝 使液相x1经多次部分汽化
x2→x3→x4→0 y2 →y3 →y4 →1
但如此在工业上不合理 1）最终汽相产品只有 质量没有数量。液相同 样。 2）对汽相，每次冷凝 下的残液没利用，对液 相，每次汽化的汽相没 用。 3）汽相每次部分冷凝 都需用冷却能量。液相 每次部分汽化都需供热 能。 4）设备过多，过庞大。
nD2, xD2
nD3, xD3
x2
图5-6 简单蒸馏装置
简单蒸馏又称微分 蒸馏，是一种单级 蒸馏操作，常以间 歇方式进行。
7.4精馏原理和流程
一.精馏原理 由平衡蒸馏
y >xF x< xF
可使汽相多次部分冷凝
xF <y1 <y2 <y3 →yA →1 使液相多次部分气化
xF>x1>x2>x3→xA→0
7.1 概述
(1) 蒸馏在工业上的应用 1）石油炼制工业 (原油 汽油、煤油、柴油等）； 2）石油化工工业（基本有机原料、石油裂解气等分离）； 3）空气的分离（氧气、氮气的制备）； 4）食品加工及医药生产。
(2) 蒸馏的目的和依据 目的：均相液体混合物的分离。 依据：利用液体混合物中各组分在一定温度下挥发能力的差异。
7.2.2 双组分非理想物系的气液平衡
一、非理想物系 化工生产中遇到的物系大多为非理想物系。
非理想物系可能有以下几种情况： 液相为非理想溶液，气相为理想气体； 液相为理想溶液，气相为非理想气体； 液相为非理想溶液，气相为非理想气体。
5-3
乙醇-水溶液为典型的非理想溶液：
图
常 压 下 乙 醇
水 溶 液 的
压力对温度组成图的影响
② 气、液平衡组成的 x-y 图 标绘：略去温度坐标，依x-y 的对应关系做图 ，得x-y图。
说明： （1）组成 均以易挥发组分的组成表示，故曲线位于对角线上方 （2）平衡线上不同点代表一个气、液平衡状态，即对应一组
x、y、t，且y (或x) 越大，t 愈低。
（3）平衡线距对角线越远，物系越易分离。 （4）压力增加，平衡线靠近对角线。