第七章 蒸馏技术 制药单元操作技术(教学课件)
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•
第七章 蒸馏技术
第一节 蒸馏的主要任务 一、蒸馏及其在制药生产中的应用
蒸馏是分离均相物系最常用的方法和典型的单元操作之一，广泛地应用于化工、石 油、医药、食品、冶金及环保等领域
蒸馏——利用完全互溶的液体混合物中各组分沸点的差别（或挥发性的差别）实现
组分的分离与提纯的一种操作。
挥发性高的组分，即沸点较低的组分(称为易挥发组分或轻组分) 挥发性低的组分，即沸点较高的组分（称为难挥发组分或重组分）
pyB xB yB xB
或
yA xA
yB
xB
yA xA
1 yA 1xA
略去下标A，整理得：
y x 1( 1)x
即为汽液相平衡方程。
10
• 讨论：（1）对于理想溶液，则：
p
0 A
p
0 B
p
0 A
p
0 B
随温度而变化，而两者的比值变化不大。
当操作温度不很大时，相对挥发度近似为一常数。
通常 均 顶釜
均
顶
釜
2
（2）相对挥发度表示溶液分离的难易程度。
若 1， y=x,用普通蒸馏方法无法分离；
若 1 ， y>x，易分离；
若
1， B组分为易挥发组分，A组分为难挥发组分。
11
• 一、简单蒸馏
第三节 简单蒸馏和精馏
简单蒸馏：使混合液在蒸馏釜中逐渐汽化，并不断将生成的蒸汽移出在冷凝器内冷 凝，使混合液中的组分部分分离的过程。
t-x-y图的应用： （1）确定温度—组成间的关系 （2）分析蒸馏及精馏原理
7
• 2．汽－液相组成图（y—x图） y—x图的绘制： 已知条件：操作总压、平衡数据。
步骤：（1）建立坐标系，作出y=x的对角线。
（2）由xA f(t) yAf(t) 将x和y对应点描点连线。
y—x图的讨论 （1）y>x，故y—x曲线在对角线之上 （2）互成平衡的气液组成点落在y—x曲线上 （3）操作压力越大，y—x曲线越靠近对角线，
（2）若为纯组分液体，vA p0A vB p0B
v f (t) 挥发度随温度而变化。
相对挥发度：溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，以 AB
表示。常省略下标用 表示。
则： vA pA xA
vB pB xB
9
• 若操作压力 P不高， 根据道尔顿分压定律
pyA xA yA xA
原理：混合液逐渐受热汽化，蒸汽不断引出。 其特点：间歇操作，产品浓度不稳定。
原料液 蒸气
冷凝器 y
x
图7-5 简单蒸馏流程
t/C
露点线 M’
M 泡点线
0
xA
yA
1.0
x(y) 图 7-6 简单蒸馏原理
12
• 二、精馏原理
液体多次部分汽化同时进行汽体多次部分冷凝。
将液体混合物进行多次部分汽化，在液相 中可获得高纯度的难挥发组分。
液相为分散相，汽相为连续相 板式塔的结构如图7-2所示。 塔板是板式塔的核心，在塔板上，汽液两相密切接触，进行热量和质量的交换。
3
• t-x-y图的绘制（苯—甲苯） 已知条件：操作总压、平衡数据
步骤：（1）建立坐标系，确定纯组分沸点tA、tB
（2）确定t-x对应关系。
xA
p pB0 pA0 pB0
描点连线得 tx 曲线
（3）确定t- y对应关系。 yApA 0xA p 描点连线得 t y 曲线
t-x-y图的构成：
气相线（露点线）t y 曲线；
两条线：
液相线（泡点线）t x 曲线
液相区 三个区域： 气—液共存区
气相区
6
• t-x-y图的讨论： （1）互成平衡的汽液组成点在同一条等温线上； （2）在某一温度下，汽液达到平衡时，y>x，汽相线始终在液相线之上； （3）混合液沸点介于tA和tB之间; （4）在两相区内，温度升高液相中A组分浓度减小，温度降低汽相中A组分浓度提高； （5）平衡的汽液两相的量满足杠杆规则； （6）只有在两相区才能对混合液实行有效的分离; （7）压力对t—x—y图的影响：压力增大，温度升高，曲线上移，且两相区变窄。
分离越难进行
（4）x-y曲线上各点具有不同的温度 ,
y—x图的应用：图解理论塔板数目。
右上方温度低，左下方温度高
8
• 三、相对挥发度
挥发度：表示溶液挥发的难易程度。
可以用气相中的某一组分的分压和与之平衡的液相中的摩尔分数之比来表示，即：
vA
pA xA
vB
pB xB
讨论：（1）分压↑液相中的摩尔分数↓，则挥发度↑
理论板—离开该塔板的蒸汽和液体互成平衡。
2．恒摩尔流假定 恒摩尔流：指在精馏塔内，无中间加料或出料的情况下，每层塔板上升蒸汽的摩
加料板：原料液进入的那层塔板。 精馏段：加料板以上部分。 提馏段：加料板以下的部分（包括加料板）。 精馏段的作用：自下而上逐步增浓气相中的
易挥发组分，以提高产品中 易挥发组分的浓度。 提馏段的作用：自上而下逐步增浓液相中的 难挥发组分，以提高塔釜产品 中难挥发组分的浓度。
14
• 塔板的作用：提供汽－液接触进行传热传质的场所。
蒸发：（1）溶质不具有挥发性，只有溶剂具有挥发性；
（2）通常浓缩液为产品； （3）传热过程 蒸馏：（1）各组分均具有挥发性； （2）通常冷凝液和残留液均为产品； （3）传质过程 二、汽液传质设备的分类 汽液传质设备的形式多样，用的最多的是板式塔和填料塔。 填料塔的结构如图7-1所示。 填料塔中气液两相在填料层内进行接触传质。在正常情况下，
蒸馏目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分。 蒸馏依据：液体混合物中各组分挥发性的差异
蒸馏过程的分类：
1
• 蒸馏过程的分类：
简单蒸馏
按蒸馏方式
平衡蒸馏 按物系的组分数
特殊蒸馏
精馏
双组分蒸馏 多组分蒸馏
按操作方式
间歇蒸馏 连续蒸馏
按操作压
常压蒸馏 加压蒸馏 减压（真空）蒸馏
2
• 蒸馏与蒸发的区别：
汽相混合物经多次部分冷凝后，在汽相中 可获得高纯度的易挥发组分。
三、精馏装置及精馏操作流程 如图7-8所示 精馏装置的构成：
精馏塔、塔顶冷凝器、塔底再沸器构成，原料预热器、回流液泵、产品冷却器等。
13
汽相：自下而上易挥发组分浓度逐渐增大。
液相：自上而下难挥发组分浓度逐渐增大。
温度：自上而下逐渐增大。
再沸器的作用：精馏塔的总热源，提供一定流量的上升蒸汽流 冷凝器的作用是冷凝塔顶蒸汽，提供塔顶液相产品和回流液。
回流液的作用：构成蒸汽部分冷凝的冷却剂，同时还起到给塔板上液相补充易挥发 组分的作用，使塔板上液相组成保持不变，以维持操作稳定。 第四节 双组分连续精馏过程的物料衡算
一、理论板的概念及恒摩尔流假定 1．理论板的概念
第七章 蒸馏技术
第一节 蒸馏的主要任务 一、蒸馏及其在制药生产中的应用
蒸馏是分离均相物系最常用的方法和典型的单元操作之一，广泛地应用于化工、石 油、医药、食品、冶金及环保等领域
蒸馏——利用完全互溶的液体混合物中各组分沸点的差别（或挥发性的差别）实现
组分的分离与提纯的一种操作。
挥发性高的组分，即沸点较低的组分(称为易挥发组分或轻组分) 挥发性低的组分，即沸点较高的组分（称为难挥发组分或重组分）
pyB xB yB xB
或
yA xA
yB
xB
yA xA
1 yA 1xA
略去下标A，整理得：
y x 1( 1)x
即为汽液相平衡方程。
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• 讨论：（1）对于理想溶液，则：
p
0 A
p
0 B
p
0 A
p
0 B
随温度而变化，而两者的比值变化不大。
当操作温度不很大时，相对挥发度近似为一常数。
通常 均 顶釜
均
顶
釜
2
（2）相对挥发度表示溶液分离的难易程度。
若 1， y=x,用普通蒸馏方法无法分离；
若 1 ， y>x，易分离；
若
1， B组分为易挥发组分，A组分为难挥发组分。
11
• 一、简单蒸馏
第三节 简单蒸馏和精馏
简单蒸馏：使混合液在蒸馏釜中逐渐汽化，并不断将生成的蒸汽移出在冷凝器内冷 凝，使混合液中的组分部分分离的过程。
t-x-y图的应用： （1）确定温度—组成间的关系 （2）分析蒸馏及精馏原理
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• 2．汽－液相组成图（y—x图） y—x图的绘制： 已知条件：操作总压、平衡数据。
步骤：（1）建立坐标系，作出y=x的对角线。
（2）由xA f(t) yAf(t) 将x和y对应点描点连线。
y—x图的讨论 （1）y>x，故y—x曲线在对角线之上 （2）互成平衡的气液组成点落在y—x曲线上 （3）操作压力越大，y—x曲线越靠近对角线，
（2）若为纯组分液体，vA p0A vB p0B
v f (t) 挥发度随温度而变化。
相对挥发度：溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，以 AB
表示。常省略下标用 表示。
则： vA pA xA
vB pB xB
9
• 若操作压力 P不高， 根据道尔顿分压定律
pyA xA yA xA
原理：混合液逐渐受热汽化，蒸汽不断引出。 其特点：间歇操作，产品浓度不稳定。
原料液 蒸气
冷凝器 y
x
图7-5 简单蒸馏流程
t/C
露点线 M’
M 泡点线
0
xA
yA
1.0
x(y) 图 7-6 简单蒸馏原理
12
• 二、精馏原理
液体多次部分汽化同时进行汽体多次部分冷凝。
将液体混合物进行多次部分汽化，在液相 中可获得高纯度的难挥发组分。
液相为分散相，汽相为连续相 板式塔的结构如图7-2所示。 塔板是板式塔的核心，在塔板上，汽液两相密切接触，进行热量和质量的交换。
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• t-x-y图的绘制（苯—甲苯） 已知条件：操作总压、平衡数据
步骤：（1）建立坐标系，确定纯组分沸点tA、tB
（2）确定t-x对应关系。
xA
p pB0 pA0 pB0
描点连线得 tx 曲线
（3）确定t- y对应关系。 yApA 0xA p 描点连线得 t y 曲线
t-x-y图的构成：
气相线（露点线）t y 曲线；
两条线：
液相线（泡点线）t x 曲线
液相区 三个区域： 气—液共存区
气相区
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• t-x-y图的讨论： （1）互成平衡的汽液组成点在同一条等温线上； （2）在某一温度下，汽液达到平衡时，y>x，汽相线始终在液相线之上； （3）混合液沸点介于tA和tB之间; （4）在两相区内，温度升高液相中A组分浓度减小，温度降低汽相中A组分浓度提高； （5）平衡的汽液两相的量满足杠杆规则； （6）只有在两相区才能对混合液实行有效的分离; （7）压力对t—x—y图的影响：压力增大，温度升高，曲线上移，且两相区变窄。
分离越难进行
（4）x-y曲线上各点具有不同的温度 ,
y—x图的应用：图解理论塔板数目。
右上方温度低，左下方温度高
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• 三、相对挥发度
挥发度：表示溶液挥发的难易程度。
可以用气相中的某一组分的分压和与之平衡的液相中的摩尔分数之比来表示，即：
vA
pA xA
vB
pB xB
讨论：（1）分压↑液相中的摩尔分数↓，则挥发度↑
理论板—离开该塔板的蒸汽和液体互成平衡。
2．恒摩尔流假定 恒摩尔流：指在精馏塔内，无中间加料或出料的情况下，每层塔板上升蒸汽的摩
加料板：原料液进入的那层塔板。 精馏段：加料板以上部分。 提馏段：加料板以下的部分（包括加料板）。 精馏段的作用：自下而上逐步增浓气相中的
易挥发组分，以提高产品中 易挥发组分的浓度。 提馏段的作用：自上而下逐步增浓液相中的 难挥发组分，以提高塔釜产品 中难挥发组分的浓度。
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• 塔板的作用：提供汽－液接触进行传热传质的场所。
蒸发：（1）溶质不具有挥发性，只有溶剂具有挥发性；
（2）通常浓缩液为产品； （3）传热过程 蒸馏：（1）各组分均具有挥发性； （2）通常冷凝液和残留液均为产品； （3）传质过程 二、汽液传质设备的分类 汽液传质设备的形式多样，用的最多的是板式塔和填料塔。 填料塔的结构如图7-1所示。 填料塔中气液两相在填料层内进行接触传质。在正常情况下，
蒸馏目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分。 蒸馏依据：液体混合物中各组分挥发性的差异
蒸馏过程的分类：
1
• 蒸馏过程的分类：
简单蒸馏
按蒸馏方式
平衡蒸馏 按物系的组分数
特殊蒸馏
精馏
双组分蒸馏 多组分蒸馏
按操作方式
间歇蒸馏 连续蒸馏
按操作压
常压蒸馏 加压蒸馏 减压（真空）蒸馏
2
• 蒸馏与蒸发的区别：
汽相混合物经多次部分冷凝后，在汽相中 可获得高纯度的易挥发组分。
三、精馏装置及精馏操作流程 如图7-8所示 精馏装置的构成：
精馏塔、塔顶冷凝器、塔底再沸器构成，原料预热器、回流液泵、产品冷却器等。
13
汽相：自下而上易挥发组分浓度逐渐增大。
液相：自上而下难挥发组分浓度逐渐增大。
温度：自上而下逐渐增大。
再沸器的作用：精馏塔的总热源，提供一定流量的上升蒸汽流 冷凝器的作用是冷凝塔顶蒸汽，提供塔顶液相产品和回流液。
回流液的作用：构成蒸汽部分冷凝的冷却剂，同时还起到给塔板上液相补充易挥发 组分的作用，使塔板上液相组成保持不变，以维持操作稳定。 第四节 双组分连续精馏过程的物料衡算
一、理论板的概念及恒摩尔流假定 1．理论板的概念