蒸馏-6-xw
6蒸馏
1）温度－组成图（t－y－x图） 2）汽－液相平衡图（y－x图）
1）温度组成图（t—y—x图） P237
t-x(y) 图 代 表 的 是在 总 压 P
一定的条件下，相平衡时汽 （液）相组成与温度的关系。
在总压一定的条件下，将组成为 xf 的溶液加热至该溶液的泡点 tA，产 生第一个气泡的组成为 yA。 继续加热，随温度升高，物系变为 互成平衡的汽液两相，两相温度相 同组成分别为 yA 和 xA 。
平衡蒸馏的流程示意图
原料连续进入加热器中，加热至一定温度经节流阀骤然减压 到规定压力，部分料液迅速汽化，汽液两相在分离器中分开， 得到易挥发组分浓度较高的顶部产品与易挥发组分浓度甚低 的底部产品。蒸汽与残液处于恒定温度与压力下，故气液两 相成平衡状态。
简单蒸馏和平衡蒸馏异同点
共同： 料液经一次汽化冷凝，只能使液体混合物得 到初步分离 不同： 1、简单蒸馏是间歇不稳定操作 2、平衡蒸馏是连续稳定操作 3、若汽化率相同，简单蒸馏较平衡蒸馏可获 得更好的分离效果，即流出液组成更高。
见P238
（6－8） （6－8）
（6－10）
2）用相对挥发度表示的气液平衡关系 （P241－242）
即挥发度ν=饱和蒸气压po
相对挥发度也是温度的函数
表示组分 A 较 B 易挥发； 值越大， 两个组分在两相中相对含量的差别越 大，越容易用蒸馏方法将两组分分离.
2、双组分理想溶液的气液平衡相图（ P237 ）
1）用饱和蒸汽压表示的气液平衡关系 2）用相对挥发度表示的气液平衡关系
2、双组分理想溶液的气液平衡相图
1)用饱和蒸汽压表示的气液平衡关系
拉乌尔定律：在一定温度下，汽相中任一组分的
蒸馏-5,6
nD
D
qnF z F
1
措施——进料流量qnF或组成zF变化时, 及时调整采出量及进料位置，使之与 分离要求相匹配
最小回流比的计算： xD ye Rmin 设Ｅ(xe, ye) 则 Rmin1 xD xe
Rmin
x D ye ye xe
也可由精馏段操作线在y轴上 的截距yC确定 xD xD yC Rmin 1 Rmin y 1
C
求E点方法-- q线与平衡线方程联立 作图读数
小结：
1. 操作线方程
(1) 精馏段操作方程
R xD yn1 xn R 1 R 1
(2) 提馏段操作方程
q nL R q nD
qnL qqnF qnW yn1 xn xW qnL qqnF qnW qnL qqnF qnW
(3) q 线方程
q xF yq xq q 1 q 1
4. 进料位置
料液组成或热状态变化时，应及时调 整进料位置
Q为最佳进料位置
A--夹紧点 A周围出现恒浓区
• 最佳进料位置使理 论板数NT最少； • 非最佳进料位置会 造成返混，NT增加
三、故障分析诊断的方法
对精馏操作中出现的问题进行分析、处理， 称为精馏过程系统的故障分析诊断。 故障初步诊断：
（1）应用物料衡算关系检验塔采出量的合理。
R (R 1)qnD r qnV r C qnV qnL qnD ( R 1)qnD qnL RqnD
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
蒸馏实验报告
蒸馏实验报告
实验目的：通过蒸馏方法对某种液体进行纯化和分离。
实验原理：
蒸馏是利用液体混合物成分的不同挥发性，在不同温度下使其中一种或几种成分先蒸发，然后将其凝结并收集，从而实现对液体混合物的分离和纯化。
蒸馏可分为简单蒸馏和精馏两种方法。
简单蒸馏一般用于纯化挥发性较大的液体混合物，而精馏则适用于纯化两种或多种挥发性较接近的液体混合物。
实验步骤：
1. 准备一个蒸馏设备，包括烧瓶、冷凝管、接口管、收集瓶等。
2. 将待蒸馏的液体混合物放入烧瓶中。
3. 使用酒精灯或电热器加热烧瓶，使得液体开始蒸发。
4. 经过冷凝管的冷却作用，蒸发的气体逐渐冷凝成液体，流下冷凝管。
5. 收集冷凝液，分离出所需的成分。
6. 当液体全部蒸发完毕后，停止加热。
实验结果和讨论：
通过蒸馏实验，我们成功地将液体混合物进行了分离和纯化。
在不同温度下，液体混合物的成分逐渐蒸发，然后通过冷凝管凝结，并最终收集到不同的收集瓶中。
根据不同成分的挥发性，我们可以得到不同纯度的液体。
在蒸馏过程中，需要注意控制加热温度，以免液体沸腾过于剧烈或加热过热，导致产物混合或挥发不彻底。
结论：
蒸馏是一种常用的分离和纯化液体混合物的方法，可根据不同成分的挥发性实现分离效果。
通过本次实验，我们成功地进行了蒸馏实验，并得到了分离和纯化后的液体产物。
蒸馏––––基本概念和基本原理
蒸馏––––基本概念和基本原理利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸馏。
这种分离操作是通过液相和气相之间的质量传递过程来实现的。
对于均相物系，必须造成一个两相物系才能将均相混合物分离。
蒸馏操作采用改变状态参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产生出第二个物相（气相）；吸收操作中则采用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。
一、两组分溶液的气液平衡1．拉乌尔定律理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律：p A=p A0x A p B=p B0x B=p B0（1—x A）根据道尔顿分压定律：p A=Py A而P=p A+p B则两组分理想物系的气液相平衡关系：x A=（P—p B0）/（p A0—p B0）———泡点方程y A=p A0x A/P———露点方程对于任一理想溶液，利用一定温度下纯组分饱和蒸汽压数据可求得平衡的气液相组成；反之，已知一相组成，可求得与之平衡的另一相组成和温度（试差法）。
2．用相对挥发度表示气液平衡关系溶液中各组分的挥发度v可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率来表示，即v A=p A/x A v B=p B/x B溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比为相对挥发度。
其表达式有：α=v A/v B=（p A/x A）/（p B/x B）=y A x B/y B x A对于理想溶液：α=p A0/p B0气液平衡方程：y=αx/[1+（α—1）x]Α值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。
α愈大，挥发度差异愈大，分离愈易；α=1时不能用普通精馏方法分离。
3．气液平衡相图（1）温度—组成（t-x-y）图该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。
气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。
化工原理-6章蒸馏
y x 1 ( 1)x
——相平衡方程
当 α为已知时，可用相对挥发度表示了气液相平衡关系。
当 1 当 1
y=x, 即相平衡时气相的组成与液相的组成相同， 不能用蒸馏方法分离。
则y>x,α愈大，y比x大的愈多，组分A和B愈易分离。
三、双组分理想溶液的气液平衡相图
双组分理想溶液的汽液平衡关系用相图表示比较直观、 清晰，而且影响蒸馏的因素可在相图上直接反映出来。蒸馏 中常用的相图为恒压下的温度-组成（ t-x-y ）图和气相-液 相组成（ x-y ）图。
当生产任务要求将一定数量和组成的原料分离成指定组成 的产品时，精馏塔计算的内容有：出液和塔釜残液的流量、塔 板数、进料口位置、塔高、塔径等。
6.4.1 全塔物料衡算
1．全塔物料衡算
单位时间为基准
总物料衡算： qn,F=qn,D+qn,W 易挥发组分物料衡算：
qn,FxF=qn,DxD+qn,WxW qn,F、qn,D、qn,W——流量，kmol/h
二、蒸馏的分类
1、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏。 2、按操作压力：常压；减压；加压。 3、按原料液组分数：双组分蒸馏和多组分蒸馏 4、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。
三、蒸馏操作的特点
优点：* 适用面广，液体混合物和气体混合物均可 * 操作流程较简单，无需其他外加介质
缺点：* 能耗大
一、利用饱和蒸气压计算气液平衡关系
法国物理学家拉乌尔在1887年研究含有非挥发性溶质的 稀溶液的行为时发现的，可表述为：“在某一温度下，稀溶 液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数”。
PA PA0 xA ——拉乌尔定律
pA0——纯组分A在溶液温度下的饱和蒸气压，Pa； xA——溶液中组分A的摩尔分数；
化学实验报告蒸馏
化学实验报告蒸馏化学实验报告：蒸馏引言：蒸馏是一种常见的分离和纯化液体混合物的方法，广泛应用于化学、生物、医药等领域。
本实验旨在通过蒸馏的方法，从酒精溶液中分离出纯净的酒精，并探究蒸馏过程中的物质转化和分离原理。
实验步骤：1. 准备工作：清洗玻璃仪器，准备蒸馏装置，准备酒精溶液。
2. 装置蒸馏装置：将蒸馏烧瓶与冷凝管、接收瓶连接好，确保密封良好。
3. 加热酒精溶液：将酒精溶液倒入蒸馏烧瓶中，轻轻加热。
4. 冷凝回流：通过冷凝管冷却蒸汽，使其凝结为液体，流入接收瓶中。
5. 收集纯净酒精：待液体收集完毕后，即可得到纯净的酒精。
实验结果：经过蒸馏过程，我们成功地从酒精溶液中分离出了纯净的酒精。
酒精溶液在加热过程中发生沸腾，蒸汽通过冷凝管冷却后凝结为液体，最终收集到接收瓶中。
实验讨论：1. 蒸馏原理：蒸馏是基于液体的沸点差异进行分离的方法。
在酒精溶液中，酒精和水的沸点分别为78.5℃和100℃，因此在加热过程中，酒精先沸腾，蒸汽通过冷凝管冷却后凝结为液体，而水则滞留在蒸馏烧瓶中。
2. 纯度检验：为了检验所得酒精的纯度，可以进行凝固点测定。
纯酒精的凝固点为-114℃，若所得酒精凝固点接近该值，则说明蒸馏过程中纯度较高。
3. 实验条件控制：在实验过程中，需要控制加热温度和冷凝管的冷却效果。
过高的加热温度可能导致溶液的剧烈沸腾，影响分离效果；而冷凝管的冷却效果不佳，则无法充分冷却蒸汽，影响液体的凝结。
4. 安全注意事项：在进行蒸馏实验时，需要注意火源的安全使用，避免发生火灾。
同时，要注意操作时的安全防护，如佩戴手套、护目镜等。
实验总结：通过本次实验，我们了解了蒸馏的原理和操作方法，成功地从酒精溶液中分离出了纯净的酒精。
蒸馏作为一种常见的分离技术，在化学实验和工业生产中具有重要的应用价值。
通过不断探索和实践，我们可以进一步提高蒸馏的效率和纯度，为科学研究和工程应用提供更好的支持。
第二节蒸馏方式
3）加料板(原料液进入的那层塔板)把精馏塔 分为两段:
① 精馏段:加料板以上的塔，即塔上半部完成了
上升蒸汽的精制，即除去其中的难挥发组分，因
而称为精馏段。 ② 提馏段:加料板以下（包括加料板）的塔的下半部 完成了下降液体中难挥发组分的提浓，即除去了易挥 发组分，因而称为提馏段。 一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段。
L xW
y D (1 V / F ) x W x F
令液相分率为q=L/F；则汽相分率为V/F=1-q，代入上式：
yD q q 1 xW xF q 1
V yD
1）总物料衡算：
yD q q 1 xW xF q 1
P F xF 高温 高压 t
2）相平衡关系：
xW
1 ( 1 ) x W
液体在填料表面展为液膜，流下时又汇成液滴， 当流到另一填料时，又重展成新的液膜。当气 相从塔底进入时，在填料孔隙内沿塔高上升， 与展在填料上的液膜连续接触，进行传质，使 气、液两相发生连续的变化，故称填料塔为微
分接触设备。
4、精馏条件
1) 设备条件:理论塔板(平衡级)，多层塔板提供 汽液多次接触传质场所。 2) 回流条件:塔顶设置冷凝器提供液相回流， 塔底设置再沸器提供汽相回流。
饱和液相
x0 t0 L
y V t
y y0
B T0 t t0 x t-x
t-y
分离场所
B A
x x0
A y0 x0 y
y0 T0 V x L t 要求T0 >t0
2．精馏原理及流程
高纯度A 液相 汽相
冷凝器
精馏是利用 回流手段、经 过多次平衡级， 使物系实现高 纯度分离的操 作。
平衡级
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N NP ET
注意：N为塔内理论塔板数（不包括塔釜）， 实际板数要取整 。 (2) 塔板效率 ① 总板效率 ET 意义：反映了整个塔分离的综合性能，即为达到某一分离要求， 理论上所需塔板数和实际需要塔板数之间的关系。
② 单板效率（Murphree 效率）
E mV
y n y n 1
水 重石脑油 初顶气 水 蒸汽 轻石脑油 减顶气
初 馏 塔
原油
常 压 塔
煤油 轻减压瓦斯油 蒸汽 柴油 蒸汽 常压瓦斯油
减 压 塔
重减压瓦斯油
初底油 蒸汽 蒸汽
常压渣油 蒸汽
减压渣油
图1常减压蒸馏系统流程
（3）多股进料
① 应用
两股组分相同而组成不 同的物料在同一塔内分离。 ② 特点 多股进料将塔分为多 段 , 各段对应各自的操作 线和操作方程。 ③ 操作线
计算加热蒸汽消耗量；
● 间歇精馏过程时间为：
( R 1)n D q nVi
7.7.2 恒定产品组成的间歇精馏
保持馏出液组成不变，势必连续加大回流比 回流比增大的途径： ① 提高上升蒸汽量；
② 减小采出量qnD
（1） 理论板数确定
确定此时的适宜回流比R
Rmin
xD y We y We xWe
操作情况
n D n F nWe n F (1 e
计算平均组成：
)
nWi x wi nWe x we xD nD
整理得：
xD
zF e
xWe
1 e
若计算平均组成大于规定平均组成，则设计可 行，否则，重新给定初值进行迭代计算。
● 总上升蒸汽量由nVT=（R+1）nD 确定 ，由此可
主要辅助设备包括再沸器和冷凝器，有时包括中间再沸器
和中间冷凝器。
公用工程主要指加热蒸汽、冷却水或冷剂。
③ 塔压波动——生产负荷小时出现，且塔压差持续上升
原因： △ 由于工况改变引起塔内温度变化，导致“淹塔”；
△ 对深冷系统，可能形成“冻堵”；
△ 对易聚合、易结焦的体系，可能造成液流不畅； △ 刚检修开车时，确认塔内无固体杂物堵塞； △ 改造后，降液管面积或底隙过小设计。 ④ 塔温变化 ——塔压恒定，塔两端温度同时下降 原因： ◇ 塔顶采出量有所减少； ◇ 进料中易挥发组分含量有所增加； ◇ 进料量增加，而采出量未增加。
qnD, xD
qnW, xW
精馏塔
（5）塔顶设部分冷凝器 ① 目的 节省高品位冷剂。 ② 分凝器相当于一块理论板 塔内总理论板数则等于（N－2）块理论板。
x D f ( xD )
R 1 y1 xD x D R 1 R 1
生产中通常要求稳定连续性生产
连续精馏
连续精馏的局限
(Continuous Distillation)
① 原料液分批生产； ② 批量小，种类多;
间歇精馏 Batch Distillation
③ 原料组成又经常变化，且分离要求较高；
7.7 间歇精馏过程
qnD , xD
流程及设备
馏出液 进料
qnF , zF
釜液
qnW2 , xW2
特点 ① 间歇操作，料液分批加入塔釜； ② 只有精馏段，无提馏段； ③ 非稳态过程。
xD 规
计算思路：假定xD1，确定Rmin,
确定R，求N
假定是否合适，以 x D = x D 规 为判据 计算过程：① 设定最初馏出液组成 初值。
② 确定Rmin
Rmin
xDi y Wi xDi xWi
③ 根据Rmin确定适宜操作回流比R ④ 图解理论板数N，
（2）设计校核——操作型计算
常见两种操作方式 恒定塔顶产品组成 恒定回流比
7.7.1. 恒定回流比的间歇精馏
特点：塔顶产品组成不断降低； 釜液中组成也不断降低。
qnF , zF qnD , xD
qnW2 , xW2
Rmin
xDi y Wi xDi xWi
（1）理论塔板数的确定
已知： q nF z F xWe 选取：R 求 ：N
nF 15
已 知
求
nD ,
xW 0.194 1 ( 1) xW
qnV 0.003 x F 0 .4 x D 0 .9 x W 0 .1
解（1）理论板数计算
yW
2.16 R 1.32Rmin
Rmin
xD yW 7.55 y W xW
N T 增加。
qnS qnF qnD qnW
（2）带侧线采出的精馏 ① 应用 需要几种不同纯度的产品时 混合物按其沸程作大概的分割时。 ② 特点
侧线出料将塔分为多段, 各段对应
各自的操作线和操作方程。 ③ 操作线方程
对双组分带侧线采出的精馏过程 分段进行物料衡算确定塔内操作线方 程。
以一股侧线采出为例:
R、Rmin、NT和Nmin的关系可以用吉利in R Rmin 0.5668 0.751 ( ) N 1 R 1
注意：NT、Nmin均已包括釜。 简捷法具体步骤是： （1）根据精馏给定条件计算Rmin ； （2）由Fenske方程及给定条件计算Nmin。
小 结 ② 最小回流比
Rmin
xD ye y e xe
也可由精馏段操作线在y轴上的截距yC确定。
yC
xD Rmin 1
Rmin
xD 1 yC
特殊平衡关系下的Rmin
Rmin
xD yq y q xq
③ 适宜回流比
Ropt (1.2 2.0) Rmin
7.5.5 理论塔板数的简捷计算法
7. 6 复杂塔精馏过程分析 （1）水蒸气直接加热的蒸馏
① 特点
a）提高了传热效率，省去一再沸器；
b）在与间接加热相同的xD及回收率时, xW要求更低，因而需较多的理论板。 c）达到与间接加热相同的xD及xW时, 所需的理论板数略少。 ② 应用 所分离混合物是由水和比水易
挥发组分组成的混合物时。
③ 操作线方程
Ⅰ段：同前精馏段操作线方程
D D qn qn R xD xD qnD qnD yS1 Ⅱ段： R 1 R 1
Ⅲ段：同前提馏段操作线方程
采出液相侧线：
L qnL，qn V qnV qn
说明：采出液相侧线产品，采出段操作线斜率小于精馏段操作 线的斜率，侧线采出板与进料板之间塔板的分离能力下降。
（4）回收塔 ① ② 应用 特点
只有提馏段，无精馏段,
进料液为塔顶回流液。 ③ 操作线方程 q=1 恒摩尔流
y n 1
q nF q nW xn xW q nD q nD
④ 理论板数的求法 图解法
q= 1
（5）冷回流
q*
H
* mV
H * r
* m
R q R
* *
qnF, zF
说明：精馏段设侧线采出→最小回流比的增大→操作回流比 调节范围减小→对精馏过程的分离和生产过程的节能不利。 侧线采出可节省一个塔的投资费和操作费。
（3）多股进料
① 应用
两股组分相同而组成不 同的物料在同一塔内分离。 ② 特点 多股进料将塔分为多 段 , 各段对应各自的操作 线和操作方程。 ③ 操作线
精馏段：与间接加热的相同。
提馏段：y n 1 q nW q nW xn xW q nS q nS
图示： 提馏段操作线过点（ xW， 0）， q nW 斜率为 qnS
④ 水蒸气直接加热的蒸馏计算
xD 和xW 不变， N T 减少。
qnS qnF qnD qnW
D 和xD不变，
采出液相侧线：
L qnL，qn V qnV qn
说明：采出液相侧线产品，采出段操作线斜率小于精馏段操作 线的斜率，侧线采出板与进料板之间塔板的分离能力下降。
采出气相侧线：
L qnL，qn V qnV qn
说明：采出气相侧线产品，采出段操作线斜率小于精馏段操作
线的斜率，侧线采出板与进料板之间塔板的分离能力下降。
侧线出料将塔分为多段, 各段对应
各自的操作线和操作方程。 ③ 操作线方程
对双组分带侧线采出的精馏过程 分段进行物料衡算确定塔内操作线方 程。
以一股侧线采出为例:
Ⅰ段：同前精馏段操作线方程
Ⅱ段：yS1
D D qn qn R xD xD qnD qnD R 1 R 1
Ⅲ段：同前提馏段操作线方程
③ 操作线方程
q nW q x n nW x W q nS q nS q nW 图示： 提馏段操作线过点（x W， 0 ），斜率为 q nS
精馏段：与间接加热的相同。 提馏段：y n 1
（2）带侧线采出的精馏 ① 应用 需要几种不同纯度的产品时 混合物按其沸程作大概的分割时。 ② 特点
N min
xW xD log[( ) /( ) 1 xD 1 x W log
（3）计算 （4）查得 （5） 计算
R Rmin X R 1
N N min Y N 1
N min Y N 1 Y
计算示例
说明：简捷法主要用于对理论塔板数的初估。
7.5.7 实际塔板数及塔板效率
多股进料的精馏操作线图示
（4）回收塔 ① ② 应用 特点
只有提馏段，无精馏段,
进料液为塔顶回流液。 ③ 操作线方程 q=1 恒摩尔流
y n 1
q nF q nW xn xW q nD q nD
④ 理论板数的求法 图解法
q= 1
回收塔的理论板数计算过程
（5）塔顶设部分冷凝器 ① 目的 节省高品位冷剂。 ② 分凝器相当于一块理论板 塔内总理论板数则等于（N－2）块理论板。