第六章 蒸馏要点
2、汽液相平衡图
（1）温度—组成 ( t x y 图 )
•两条线 •三个区 •三种点
组成；（4）求混合气体的摩尔质量
二、二组分理想溶液的汽液相平衡 理 想 溶 f AB f AA f BB
溶液
液 非理想溶液
1、汽液相平衡 拉乌尔定律——在一定温度下平衡时溶液上方蒸 汽中任一组分的分压，等于此纯组分在该温度下饱 和蒸汽压乘以其在溶液的摩尔分数。（理想溶液）
p p x
o
定义：混合物中某组分的摩尔数与混合物的总摩尔
数的比值。
两组分混合溶液A、B，其摩尔数分别为nA，nB，总 摩尔数为n，则两组份的质量分数分别为：
nA nB x A ; xB n n
x A xB 1
质量分数与摩尔分数之间的换算：
nA nB x A ; xB n n
假设混合物质量为1g:
pB VB nB yB p V n
注意：以上公式不仅仅适用于理想气体，对于非理想气体同样适用。
• 例1：在乙醇和水的混合溶液中，乙醇的质 量为15kg，水为25kg。求乙醇和谁在混合 液中的质量分数、摩尔分数和该混合溶液 的平均摩尔质量。 • 例2：已知空气中氮和氧气的质量分数分别 为76.7%和23.3%，且总压为101.3kPa，求 它们的摩尔分数和分压。
溶液上方蒸气的组成：
pA p yA x A 注：理想溶液时不存在的 p p
o A
• 例6-3. 今有苯-甲苯的混合溶液，在45℃时沸腾，
外界压强为20.3kPa。已知在45℃时纯态苯的饱
o p苯 22.，纯态甲苯的饱和蒸汽 7kPa
和蒸汽压
压
液相：
o p甲苯 7.6kPa 。试求其汽液相的平衡组成。
pA pB 混合理想气体：
p =p A +p B
RT RT pB ( n A nB nC ...) nB V V B B RT p B nB V
道尔顿分压定律:即理想混合气体的总压等于各组 分单独存在于混合气体的T、V时产生的压力总和
理想气体混合物中某一组分分压
2) 理想气体混合物中某一组分的分体积
nRT V B p nB RT VB p
n
B
RT
p
nB RT VB p B B
物理意义:
理想气体混合物中物质B的分体积VB*，等于纯 气体B在混合物的温度及总压条件下所占有的体积。
阿马加定律表明理想气体混合物的体积具有 加和性，在相同温度、压力下，混合后的总体积 等于混合前各组分的体积之和。 由二定律有：
o p p苯 20.3 7.6 x苯 o 0.84 o p苯 p甲苯 22.7 7.6
o p苯 x苯 22.7 0.84 yA 0.94 p 20.3
汽相：
2.汽液相平衡相图
o p p苯 20.3 7.6 x苯 o 0.84 o p苯 p甲苯 22.7 7.6
汽相: 醇富集 冷凝
乙醇 产品
乙醇水
加热
液相: 水富集
冷却
废水
2、蒸馏的分类
简单蒸馏 平衡蒸馏 （闪蒸） 较易分离的物系或对 分离要求不高的物系 难分离的物系 恒沸蒸馏 特殊精馏 萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏 很难分离的物系或 用普通方法难以分 离的物系
按蒸馏方式
精馏
常压 按操作压强 加压
一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不到分离要求
p：aq上方某组分的平衡分压，Pa po:该温度下，该纯组分的饱和蒸汽压，Pa，可 查表得。 x:aq中组分的摩尔分数
当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和： A:易挥发；B:难挥发
o o p p A pB p A x A pB (1 xA ) o p pB xA o o p A pB
道尔顿分压定律：理想气体混合物，它的总压等于各组分的分压之和，即：
p pA pB pC pI pI
pV nRT p AV nA RT pV n RT
3.气体混合物的组成
（1）道尔顿分压定律
气体A nA T、 V
+
气体B nB T、 V
混合气体 n=nA&A
B B
; xB
A
MA
A
MB
B
MA
MB
MA
MB
mA mB A ;B m m
假设混合物总摩尔数为1mol:
M A xA M B xB A ; B M A x A M B xB M A x A M B xB
3.气体混合物的组成——道尔顿分压定律
nB nB RT pB yB p p n V
适用条件: 物理意义: 在理想气体混合物中,某组分的分压等于该组分单独 存在并具有与混合物相同温度和相同体积时的压力 理想气体混合物
（2）分体积定律与分体积
1) 阿马加分体积定律 理想气体混合物的总体积V为各组分分体积VB*之和：
V= VB*
减压 双组分 混合物中组分 多组分
间歇
按操作方式 连续
二、相组成的表示方法
1.质量分数（ω） 定义：混合物中某组分的质量与混合物的总质量的比值。
两组分混合溶液A、B，其质量分别为mA,mB,总质量
为m，则两组份的质量分数分别为：
mA mB A ;B m m
A B 1
2.摩尔分数（x）
作业：
• 工业用酒精中，含乙醇的质量百分数为95%，
试以摩尔分数表示该酒精中乙醇的和水的组成。
• 合成氨的氮气和氢气的混合气体（可视为理想
气体）中，两组份体积比为1:3，求：（1）氮 气与氢气的体积百分数；（2）混合气体压力 为1.013*105Pa时，氮气和氢气的分压；（3）
分别以摩尔分数和质量分数表示氮气和氢气的
一、概述
第六章 蒸馏
第一节 二组分溶液气液平衡
二、相组成的表示方法
三、挥发度和相对挥发度
四、气液相平衡图 五、非理想溶液
一、概述
1、蒸馏的原理
利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度（沸点）的
不同进行分离的一种单元操作。
易挥发组分 ： 沸点低的组分
难挥发组分 ： 沸点高的组分
例：乙醇水体系的蒸馏分离
第六章 蒸馏58703
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三、 适宜回流比
以获得精馏总成本最低的回流比为 最优回流比。总成本为投资费用和操作 费用之和。
操作费用和投资费用之和最小的回 流比为最适宜的回流比 。 这一回流比 R通常选最小回流比倍数经验范围：大 多数文献建议 R=（1.1～1.2）Rmin
6—14 理论板数的简捷计算 将许多不同精馏塔的回流比、最小回流比、理论板数及最
精馏塔是提供混合物气、液两相接触条件、实现传质过 程的设备。该设备可分为两类，一类是板式精馏塔，第二类 是填料精馏塔。
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13
（1）.板式精馏塔 板式精馏塔如图
(a)所示。塔为一圆形
筒体，塔内设多层塔
板，塔板上设有气、
液两相通道。塔板具
有多种不同型式，分
别称之为不同的板式
塔，在生产中得到广
第六章 蒸馏
本章重点：二组分连续精馏塔的计算
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1
第一节 概述 蒸馏是分离液体混合物重要单元操作之一。其原理是利用
混合液中各组分在热能驱动下，具有不同的挥发能力，使得 各组分在气液两相中的组成之比发生改变，即易挥发组分 （轻组分）在气相中增浓，难挥发组分（重组分）在液相中 得到浓缩。 蒸馏操作的依据：混合液中各组分挥发度的不同。
简单蒸馏是分批加入原料，进行间歇操作。蒸馏过程中不断从 塔顶采出产品。在蒸馏过程中釜内液体中的轻组分浓度不断下 降，相应的蒸汽中轻组分浓度也随之降低。因此，馏出液通常 试按不同组成范围收集的。最终将釜液一次排出。所以简单蒸 馏是一个不稳定过程。
二 平衡蒸馏（闪蒸） 平衡蒸馏原理
液相（或气相）混合 物连续通过节流闪蒸或膨 胀或将混合气进行部分冷 凝，使物流达到一次平衡 的蒸馏过程，称之平衡蒸 馏。
化工原理蒸馏精馏知识要点
三、操作线方程
1. 精馏段操作线方程
对如图划定范围作物料衡算 V=L+D 对易挥发组分衡算 Vyn+1=Lxn + DxD V, yn+1
D,xD
第n板
L, xn
Dx D L y n 1 x V V 令回流比 R=L/D xD R y n1 xn R1 R1
2. 恒摩尔溢流
精馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等。 提馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等
L1=L2=…=Ln=定值 （精馏段） L 1=L2=…=Ln=另一定值 （提馏段） 一定注意： 精馏段和提馏段下降的溢流分别不相等。 精馏段和提馏段上升的蒸汽分别不相等。 因为加料板加入原料液后使两段汽液两相流量发 生变化。 当各组分摩尔汽化焓相等，汽液接触良好且可忽 略显热(与汽化热比较)，保温良好且塔的热损失 可忽略时，恒摩尔流假定基本上成立。
露点
泡点
x或 y
0 P p A pB p 0 x p A A B (1 x A )
xA
0 P pB 0 p0 p A B
y A p0 A xA / P
对某一温度和总压，由这几式可求出xA，yA。 得出一系列的值后便可作出如前图所示的图来。 对于非理想溶液，计算很复杂。一般由实验得 出平衡数据。实验得出的平衡数据也是计算的 基础。
2. 相对挥发度(relative volatility)
溶液中两组分挥发度之比称相对挥发度,。通 常用易挥发组分挥发度作分子。
vA pA / x A vB pB / x B
化工原理第六章蒸馏
恒摩尔气流 恒摩尔液流
注意：V不一定等于V′，L不一定等于L′
溶液中两组分的摩尔汽化热相等，即rA rB； 因汽液两相温度不同而传递的热量可忽略； 假定 精馏塔保温良好，其热量损失可以忽略。
三、进料热状态参数q
1.进料热状况的定性分析：
A — — 过冷液体；
B — — 饱和液体；
加料板及其以下 ——提馏段
加料板以上 ——精馏段
间歇精馏：
——只有精馏段， 没有提馏段
第三节 双组分连续精馏的计算与分析
设计型计算： 操作型计算：
一、全塔物料衡算
F、D、W — kmol( A B) h
xF、xD、xW — kmolA kmol( A B) 总物料：F D W
Ln1 温度 易挥发汽化多
Vn yn
气相
液相
yn yn1 xn xn1
Ln1 x n1
Ln xn
n-1 n n+1
塔顶：纯A 塔釜：纯B
Vn1 y n 1
yn+1 tn+1 tn tn-1 xn
G O P
yn
t/℃
xn-1
0
x或y
1.0
加料位置 ——与原料液组成和温度相近的板上进料
240 101.33
pA
pB
0
,kPa ,kPa
101.33 116.9 135.5 155.7 179.2 204.2 40.0 46.0 54.0 63.3 74.3 86.0
0
温度℃
80.1
85
90
95
100
105
110.6 240
pA
0
,kPa
第六节蒸馏
第六章 蒸馏绪论任何化工产品的制作无非是两个过程：分离过程与反应过程。
原料（提纯）属分离，反应后（生成物与未反应的反应物分离）也属于分离过程。
动量传递（流体输送）、热量传递（传热）只是反应过程与分离过程的一个条件或前提。
物质在相间的转移过程——传质过程或分离操作。
化工生产中所处理的原料、中间产物和粗产品等几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分是均相物系，（混合物分两大类：均相物系与非均相物系）。
凡物料性质均匀而不存在相界面者称为均相混合物如溶液及混合气；凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同者称为非均相物系。
如：含尘气体、悬浮液、泡沫液、乳浊液）。
非均相物系：用机械方法（沉降与过滤），分离气固相混合物与液固相混合物。
均相物系：液液混合物用蒸馏分离，气气混合物用吸收分离，不适宜用蒸馏分离的液液混合物用萃取分离，液固混合物用干燥分离。
一、蒸馏：根据液态混合物中各组分挥发度的不同，用部分气化、部分冷凝的方法分离液态混合物 的一种操作过程。
如：宁夏宝塔石化三厂将石油原油常压蒸馏为：汽油、溶剂油、轻柴油、中循油（轻、重柴油的混合物）重柴油、渣油。
1.挥发：液态物质在低于沸点的温度下转变为气态的现象。
在一定温度下，液态物质的蒸汽压力愈大，它的挥发性也就愈大。
如：乙醇、乙醚、丙酮等称 作挥发性液体。
2.挥发度：表示一种液体挥发的程度。
对于纯液体可用其在一定温度下蒸气压的大小来表示。
混合溶液中各组分的挥发度（v ）可用它在蒸气中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比来表示 即AA A x p ＝ 。
蒸馏是三传（动量传递、热量传递、质量传递）中第三传，即质量传递中之一。
传质过程：包括蒸馏、吸收、萃取、干燥等单元操作。
它实际上是分离过程。
如：加热苯和甲苯的混合液，使之部分气化，由于苯的沸点较甲苯的低，即其挥发度较甲苯高，故苯较甲苯易从液相中气化出来。
若将气化的蒸气部分冷凝，则冷凝液中甲苯多，而未被冷凝的蒸气中苯多。
化工原理 第六章 蒸馏
相同时进行多次部分冷凝和部分汽
化。 精馏条件：塔顶的液体回流和塔 釜的产生的蒸汽回流。
29
t P=定值 t1
t P=定值 t1 t2 t3 1 2 3
xW x1
xF
y1
yF
x(y)
x1
x2 xF x3 y1
y2 y3 x(y)
图6-10 一次部分气化的图
图6-11 多次部分气化和冷凝的示意图
30
V HF 加料板F L’ hF V’ H F+1
L' L q F
L L q F
'
F L V ' V L'
V ' V (q 1)F
41
V F L V F L V (1-q)F F qF L L’ 汽液混合进料
V ＝V (1 q)F
V’
V’
L’ 冷液进料
p p xA p
0 A 0 B
0 A
0 B
0 B
0 P pB xA 0 0 p A pB
xB 1 x A
——泡点方程
若平衡的气相为理想气体，可用道尔顿分压定律：
0 pA pA yA x P P
yB 1 y A
——汽液两相平衡组成间的关系
0 0 0 pA pA p pB f A (t ) p f B (t ) —露点方程 yA xA 0 0 p p pA pB p f A (t ) f B (t )
3
传质过程或分离操作：物质在相间的转移过程。
蒸馏：将液体混合物部分气化，利用各组分的挥发 度不同的性质以实现分离目的的操作。
易挥发组分（轻组份）：沸点低的组分 难挥发组分（重组份）：沸点高的组分
【化工原理复习笔记】第六章 蒸馏
蒸馏⏹双组分溶液的气液相平衡拉乌尔定律由溶剂与溶质组成的稀溶液，在一定温度下汽液两相达到平衡时p A=p A o x Ap A：溶剂在汽相中的蒸气分压，kPap A∗：同温度下纯溶剂A的饱和蒸气压，kPax A：溶剂A在液相中的组成（摩尔分数）对于组分Bp B=p B∗x B=p B∗(1−x A)理想溶液的t−y−x关系式➢温度(泡点) — 液相组成关系式x=p−p B∗p A∗−p B∗x：液相中易挥发组分的摩尔分数p：总压，kPap A∗、p B∗：溶液温度t时，纯组分A、B的饱和蒸气压，kPa ➢恒压下t−y−x关系式y=p A∗x p若已知汽液相平衡温度t下的液相组成x，用上式就可求出与x平衡的汽相组成y ➢温度(露点) — 汽相组成关系式将上面两式合并y=p A∗p×p−p B∗p A∗−p B∗双组分理想溶液的汽液两相达到平衡时，总压p、温度t、汽相组成y及液相组成x的4个变量中，只要决定了两个变量的数值，其他两个变量的数值就被决定了。
相对挥发度与理想溶液的y−x关系式挥发度v挥发度是用来表示物质挥发能力大小的物理量，前面已提到纯组分液体的饱和蒸气压能反映其挥发能力。
理想溶液中各组分的挥发能力因不受其他组分存在的影响，仍可用各组分纯态时的饱和蒸气压表示，即挥发度v等于饱和蒸气压p∘v A=p A ov B=p B o相对挥发度α溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度αa=v Av B=p A op B o对于理想溶液，在操作温度范围内，取最低温度的α值与最高温度的α值之几何平均值理想溶液的汽液相平衡方程式非理想溶液汽液相平衡非理想溶液中各组分的蒸气分压不服从拉乌尔定律，他们对拉乌尔定律发生的偏差有正偏差与负偏差两大类。
实际溶液中，正偏差的溶液比负偏差者多蒸馏与精馏原理简单蒸馏与平衡蒸馏简单蒸馏：只适用于混合液中各组分的挥发度相差较大，而分离要求不高的情况，或者作为初步加工，粗略分离多组分混合液平衡蒸馏：为稳定连续过程，生产能力大。
蒸馏知识点总结
蒸馏知识点总结第6章蒸馏复习题精馏操作是分离均相物系的常用方法之一。
其操作过程中不仅存在传递质量，而且涉及动量和热量传递，是对前面已经学过的知识较为全面的运用。
通过本章的学习学员应理解精馏的概念、基本流程和工作原理，掌握精馏塔的全塔衡算、操作线方程、理论板数的计算和回流比的确定。
本章学习的重点是物料衡算和操作关系以及理论板数的计算和回流比的确定。
学员应能够利用上述知识对两组份精馏过程进行计算和优化。
在精馏一章中需要大家掌握：蒸馏分离的依据及目的；精馏的流程；两组分精馏塔的计算及操作线方程；进料热状况的影响；全回流及最小回流比的概念。
下面我们通过几道习题，对上面的知识点做个回顾：1．蒸馏操作的依据。
解：液体均具有挥发成蒸汽的能力，但液体不同挥发性不同。
蒸馏操作是借混合液体中各组分挥发性差异而达到分离目的的。
2．两组分物系的相对挥发度越大，则表示采用精馏方法分离该物系越（A）。
A．容易B．困难C．完全D．无法判断解：相对挥发度是溶液中两组分挥发度之比，相对挥发度越大越易采用精馏的方法分离。
3．某精馏塔的馏出液量是50kmol／h，回流比是3，则精馏段的回流量是。
解：回流比R＝L／D，带入数据得L＝150kmol／h4. 某精馏塔的馏出液量是80 kmol／h，进料量为120kmol／h，则釜残液的流量是。
解：由总物料衡算式：F＝D＋W，带入数据W＝40kmol／h5．某二元混合物，进料量为100 kmol／h，xF＝0.6，要求塔顶xD 不小于0.9，则塔顶最大产量为。
解：由易挥发组分物料衡算式：FXF＝DXD＋WXW，进塔易挥发组分为60 kmol／h，DXD≦60，解得D＝66.7kmol／h6．精馏塔的主要部件有。
解：精馏塔应包括塔身，塔顶冷凝器，及塔釜再沸器。
7．精馏（多级蒸馏）的本质是。
解：精馏的核心是回流，是否具有回流也是精馏与蒸馏的本质区别。
8．精馏时若为全回流则回流比R为，理论板数为（最多，最少）。
第六章蒸馏
1-加热器；2-减压阀；分离器
Q
平衡蒸馏装置
W x te
第三节 平衡蒸馏和简单蒸馏
简单蒸馏
简单蒸馏又称微分蒸馏，多组分溶液经过一次部分气化和部分冷凝的过 程进行分离的方法。是一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。这是不 稳态（定）过程与不稳定流动一样，不稳定流动可以建立瞬间柏努利方 程，而简单蒸馏瞬间形成的蒸气与液相可视为互相平衡。参看讲义有关 内容、瞬间简单蒸馏时，易挥发组分物料衡算。如书中图可得：
y
对理想溶液，则有：
0 pA ＝ 0 pB
x 1 ( 1) x
第三节 平衡蒸馏和简单蒸馏
平衡蒸馏
将混合液置于密闭的蒸馏釜中，在一定压强下加热到沸点，使之部分气 化，在一定温度下到达平衡后，将气移出进行冷凝，这样一次气化的操 作叫做平衡蒸馏。
te D y
3 1 F xF tf 2 T te
第六章 蒸馏
基本要求：掌握精馏原理及精馏塔的操作分析和计算；掌握精馏 过程中理想溶液的相平衡关系；了解其它蒸馏方式，掌握其基本 原理；掌握回流比的影响及其选择；掌握板效率的计算。 重点与难点：二元连续稳定精馏设计型问题（以板式塔为例）的 计算；理论塔板数的确定；最小回流比及计算。
第一节 概述
一、蒸馏：根据液态混合物中各组分挥发度的不同，用部分气化、部分冷凝的方法分 离液态混合物的一种操作过程。 1.挥发：液态物质在低于沸点的温度下转变为气态的现象。 2.挥发度：表示一种液体挥发的程度。对于纯液体可用其在一定温度下蒸气压 的大小来表示。混合溶液中各组分的挥发度（ v ）可用它在蒸气中的分压和与 之平衡的液相中的摩尔分率之比来表示 即 A＝ p A 。 xA 二、蒸馏分类 1、按操作流程分类：间歇蒸馏、连续蒸馏。 2、按蒸馏方式分类 ：简单、平衡和精馏。 3、按操作压强分类 ：常压、加压和减压蒸馏。 4、按待分离混合物中组分的数目分类 ：双组分和多组分蒸馏。 三、理想溶液与非理想溶液 1.理想溶液：各组分分子间的相互吸引力完全相同的溶液称为理想溶液。 理想溶液具有下列两个性质：
化工原理6.1蒸馏 概述
蒸馏——在于加热和冷却；吸收——在于解吸。
③ 适用范围：
蒸馏——适用于各种浓度的混合物分离；吸收——适用于气体混合物的分离。
④ 操作特点：
蒸馏——通过外加能量以实现部分汽化（部分冷凝）造成两相。
吸收——从外界引入液相造成两相，并进行吸收液的再生（解吸）。
（1）按蒸馏方式： 平衡蒸馏
精馏
（2）按物系的组分数：
双组分蒸馏
多组分蒸馏
间歇式蒸馏
（4）按操作方式：
连续式蒸馏
（5）按分离难易：
普通蒸馏
特殊精馏
常压蒸馏
（3）按操作压力： 加压蒸馏
减压（真空）蒸馏
重点讨论：双组分物系常压定态连续精馏
6.1 概述
6.1.4 蒸馏和吸收
① 分离依据：
蒸馏——挥发性的差异；吸收——溶解度的差异。
② 某一目标组分的提纯
③ 有用组分的回收
2.常用设备：板式塔和填料塔
6.1.2 蒸馏在化工生产中的应用
1.蒸馏过程
加热
汽相：A (B ) 冷凝 液相
液体混合物
部分汽化 液相：A (B )
易挥发组分或轻组分：用下标A来表示
难挥发组分或重组分：用下标B来表示
6.1 概述
2.分离依据
蒸馏是利用混合物中各组分挥发度的差异将其分离的化工单元操作。
第6章 蒸馏（Distillation）
6.1
概述
6.2
双组分溶液的汽—液平衡
6.3
蒸馏方式
6.4
双组分连续精馏塔的设计型计算
6.5
双组分连续精馏塔的操作型计算
6.6
其它蒸馏过程
6.7
板式塔
6.1 概述
第六章 蒸馏
• 6.3.4 进料热状况——q 线方程
提馏段操作线不易确定，但可以通过两条操作 线的交点（轨迹）来确定（两点一线） 精馏段操作线：V yn+1=L xn+
D
xD…………………………A 提馏段操作线： L’ xn =V’ ym+1+ W xw……………………B
则交点轨迹：（V’－V）y＝（L’－L）x－（DxD＋ WxW）… C y L' L x F x 由全塔物料衡算： F xF=D xD+W xw ，（C）式为 28
21
6.3 双组分连续精馏塔的计算
• 6.3.1 全塔物料衡算
V
总物料： F=D+W 易挥发组分： F xF=D xD+W xw
应用见P263例7－1
原料液
馏出液 L
D , xD , ID
F , xF , IF
L’
V’ 釜残液 W , xW ,22W I
6.3 双组分连续精馏塔的计算
• 6.3.2 恒摩尔流的假设
5
6.1 双组分溶液的气液相平衡 6.1.1 溶液的蒸汽压与拉乌尔定律
条件：双组分理想溶液
pA p xA
0 A
p B p xB p (1 x A )
0 B 0 B
双组分理想溶液的气液相平衡关系式：
P p xA 0 pA p
P： 系 统 的 总 压 强
0 B 0 B
p yA xA P
饱和液体 气液混合 物 饱和蒸汽
IF<IL
IF=IL
q>1
q=1
+
无穷大
IL<IF<IV
IF=IV