优秀工程类本科课件《化工原理》第6章 蒸馏
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化工原理蒸馏培训课件
化工原理蒸馏培训课件一、蒸馏的基本原理蒸馏是一种常用的分离技术，广泛应用于化工领域。
其基本原理是利用液体的沸点差异，在加热的作用下将混合物中不同沸点的组分分别蒸发和凝结，以实现组分的分离。
在化工生产中，蒸馏通常用于从混合物中提取所需组分，去除杂质或回收溶剂等目的。
二、理想蒸馏和精馏1. 理想蒸馏理想蒸馏是指在无限理论塔板的情况下进行的蒸馏过程。
在理想蒸馏中，混合物在蒸发和凝结过程中可视为处于平衡状态，而且不发生任何物质的扩散和混合。
实际上，理想蒸馏是无法实现的，但它为我们理解蒸馏过程提供了一个很好的模型。
2. 精馏精馏是在实际工业生产中常用的一种蒸馏方法。
在精馏过程中，通过设计和优化塔板的结构和操作条件，以增加蒸发和凝结的效果，使得混合物能够在塔板之间进行多次蒸馏、凝结和液相循环，从而实现更好的分离效果。
三、蒸馏塔的结构和工作原理蒸馏塔是蒸馏过程中最常用的设备之一。
其基本结构包括进料管、塔板、塔板间隔板、冷凝管和顶部和底部的收集器。
蒸馏塔的工作原理是将混合物从塔底加热，将蒸发气体和液相分离，然后通过塔板和间隔板的作用，在各塔板之间进行多次蒸馏和凝结，最后从顶部收集纯净组分。
四、蒸发和凝结的影响因素蒸馏过程中，蒸发和凝结过程的效果直接影响着分离效果和产品纯度。
以下是影响蒸发和凝结的几个主要因素：1. 温度温度是影响蒸发和凝结的关键因素。
通过调节加热温度和冷却温度，可以控制蒸发和凝结的速率和效果，从而实现理想的分离效果。
2. 压力压力对蒸发和凝结的影响与温度相似。
通过调节系统的压力，可以改变组分的沸点和凝结点，从而影响蒸发和凝结的过程和效果。
3. 塔板结构塔板的结构和设计对蒸发和凝结过程有着重要影响。
合理设计的塔板可以提高传质效率，增加蒸发和凝结的表面积，进而提高分离效果。
4. 入料速度和塔底温度入料速度和塔底温度会影响塔内液相的循环和分布。
合理控制入料速度和塔底温度可以提高蒸发效果，减少不良组分的凝结。
《化工原理蒸馏》课件
蒸馏的原理与流程
蒸馏原理
基于不同组分在汽化、冷凝过程中的物理性质差异，通过控制温度和压力，使 不同组分得以分离。
蒸馏流程
包括加热、汽化、冷凝、收集等步骤，通过优化流程参数，提高分离效果和效 率。
蒸馏在化工中的应用
01
02
03
石油化工
蒸馏是石油化工中常用的 分离方法，用于生产汽油 、柴油、煤油等。
02
数学模型通过建立数学方程来描述蒸馏塔内各相之间的传递和
反应过程，以便对蒸馏过程进行模拟和优化。
常见的蒸馏过程数学模型包括质量传递、动量传递和热量传递
03
模型，以及涉及化学反应的模型。
蒸馏过程的模拟软件介绍
01
蒸馏过程的模拟软件是用于模 拟和优化蒸馏过程的计算机程 序。
02
这些软件基于数学模型，通过 数值方法求解描述蒸馏过程的 偏微分方程，以预测蒸馏塔的 操作性能和优化设计。
蒸馏压力也影响蒸馏效率和产品质量。在 高压下，液体沸点升高，可分离沸点更接 近的组分。
蒸馏速率
回流比
蒸馏速率决定了蒸馏过程的效率。过快的 蒸馏速率可能导致产品质量下降，而慢速 蒸馏则可以提高产品质量和分离效果。
回流比是影响蒸馏效率和产品纯度的关键 参数。增大回流比可以提高产品纯度，但 也会增加能耗和操作成本。
新型塔板和填料的应用
采用新型塔板和填料可以提高蒸馏效率和分离效果，降低能耗和 操作成本。
强化传热传质技术
采用强化传热传质技术可以提高蒸馏效率，减小设备体积和操作成 本。
过程集成与优化
通过过程集成与优化，实现蒸馏过程的节能减排和资源高效利用。
04
蒸馏过程的模拟与计算
蒸馏过程的数学模型
01
化工原理6.1蒸馏 概述
② 操作费用：
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
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
化工原理-6章蒸馏
1 yA 1 xA
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；
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；
化工原理 第六章 蒸馏(传质过程)
X=0.894 78.15℃
t
121.9℃
X=0.383
负偏差
x y
x y
y
y
x
x
19
挥发度与相对挥发度
挥发度：表示某种溶液易挥发的程度。 若为纯组分液体时，通常用其当时温度下饱和蒸 气压PA°来表示。 若为混合溶液时，各组分的挥发度，则用它在一 定温度下蒸气中的分压和与之平衡的液相中该组 分的 摩尔分数之比来表示， vA = pA / xA vB = pB / xB
演示
37
xn
xn 1 yn 1 yn
第四节 双组分连续精馏计算
38
物料衡算
F—原料(液)摩尔流量，kmol/h； D—馏出液摩尔流量，kmol/h； W—釜残液摩尔流量，kmol/h； 总物料衡算 易挥发组分的物料衡算
D xD F xF
F D W
D F ( xF xW ) xD xW
xn 1
n 1
yn xn yn 1
n
n 1
T-x(y) 图
t 假设蒸汽和液体充分接触，并在离 n 1 开第 n 层板时达到相平衡，则 yn 与 xn t n t n 1 平衡，且yn>yn+1，xn<xn-1。
这说明塔板主要起到了传质作用， 使蒸汽中易挥发组分的浓度增加， 同时也使液体中易挥发组分的浓度 减少。
t5 t4 t3 t2 t1
E D
C
B A
x（y）
温度-组成图（ t-x-y 图）
12
上述的两条曲线将tx-y图分成三个区域。
液相线以下的区域 代表未沸腾的液体, 称为液相区 气相线上方的区域 代表过热蒸气,称为 过热蒸气区； 二曲线包围的区域 表示气液同时存在, 称为气液共存区。
t
121.9℃
X=0.383
负偏差
x y
x y
y
y
x
x
19
挥发度与相对挥发度
挥发度：表示某种溶液易挥发的程度。 若为纯组分液体时，通常用其当时温度下饱和蒸 气压PA°来表示。 若为混合溶液时，各组分的挥发度，则用它在一 定温度下蒸气中的分压和与之平衡的液相中该组 分的 摩尔分数之比来表示， vA = pA / xA vB = pB / xB
演示
37
xn
xn 1 yn 1 yn
第四节 双组分连续精馏计算
38
物料衡算
F—原料(液)摩尔流量，kmol/h； D—馏出液摩尔流量，kmol/h； W—釜残液摩尔流量，kmol/h； 总物料衡算 易挥发组分的物料衡算
D xD F xF
F D W
D F ( xF xW ) xD xW
xn 1
n 1
yn xn yn 1
n
n 1
T-x(y) 图
t 假设蒸汽和液体充分接触，并在离 n 1 开第 n 层板时达到相平衡，则 yn 与 xn t n t n 1 平衡，且yn>yn+1，xn<xn-1。
这说明塔板主要起到了传质作用， 使蒸汽中易挥发组分的浓度增加， 同时也使液体中易挥发组分的浓度 减少。
t5 t4 t3 t2 t1
E D
C
B A
x（y）
温度-组成图（ t-x-y 图）
12
上述的两条曲线将tx-y图分成三个区域。
液相线以下的区域 代表未沸腾的液体, 称为液相区 气相线上方的区域 代表过热蒸气,称为 过热蒸气区； 二曲线包围的区域 表示气液同时存在, 称为气液共存区。
复旦大学化工原理第六章蒸馏课件
六. 回流比的确定
1. 全回流与最少理论板数 若塔顶上升的蒸汽冷凝后全部回流至塔内，称为全回流。 此时，在指定的分离程度（ xD 、xW 一定）条件下，所需的理 论板数最少。即：
式中： Nmin — 全回流时所需的最少理论板数 （ 包括蒸馏釜 ） a — 全塔的平均相对挥发度。
2. 最小回流比
当回流比小到一定程度时，满足分离要求所需的理论塔板 数为无穷大；此时的回流比称为最小回流比。 a. 理想溶液的最小回流比确定 当精馏段与提馏段的操作线交点落在平衡线上时，精馏段操
1-原料槽；2-料液输送泵；3，6， 7-转子流量计；4-塔顶冷凝器； 5-冷凝液分配器；8- 塔底产品 冷却器；
化，而自身被冷凝下来。
第三节 双组分连续精馏的计算
一. 全塔的物料衡算
总物料的衡算：
qn,F = qn,D + qn,W
轻组分的物料衡算：
qn,F xF = qn,D xD + qn,W xW
例： 将含苯 0.7 （摩尔分数）、甲苯 0.3 （摩尔分数）的溶液 加热汽化，汽化率为 1 / 3 。
试计算：1）作平衡蒸馏时，汽相与液相产物的组成；
2）作简单蒸馏时，汽相产物的平均组成及残液组成。 已知物系的平均相对挥发度为 2.47 。
二. 精馏原理
1. 精馏原理 根据 t-y-x 图可知。将某一组成的混合溶液进行部分的汽 化，则可使留下的溶液中轻组分的浓度降低。若将某一组成的 混合蒸汽进行部分的冷凝，则可使留下的蒸汽中轻组分的浓度
为提馏段的理论板数。
2. 理论板数的逐板计算 若被分离的双组分物系的汽液平衡关系满足相平衡方程。 当精馏塔采用全凝器时，有 y1 = xD 。则可根据塔顶产品的组
成 xD 得到第一块塔板上升的蒸汽组成 y1 ；然后根据相平衡方
北京化工大学 《化工原理》 课件 第六章 精馏.
6.5.1 理论塔板数的计算 6.5.2 回流比的影响与选择 6.5.3 理论板的捷算法
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北京化工大学化工原理电子课件
精馏操作分离要求：
（1）D, xD (W, xW)；
（2）xD , xW；
（3）A
Dx D FxF
100 %
选择条件：
操作压力p，回流比R，进料热状态q。
确定：塔板数N
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2、 塔板的作用
北京化工大学化工原理电子课件
特点：
•塔板提供了汽液 分离的场所。
•每一块塔板是一 个混合分离器
•足够多的板数可 使各组分较完全分 离
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北京化工大学化工原理电子课件
3、 精馏过程的回流
回流的作用：
提供不平衡的气液两相，是构成气液 两相传质的必要条件。
精馏的主要特点就是有回流
回流包括：
VFቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
V’ L’
冷液进料
L' L F
V V'
V
LV
(1-q)F
F
V’
qF L
V’
L’
L’
泡点进料
汽液混合进料
V '＝V
L'＝L＋F
V ＝V (1 q)F
L L qF
返回
VL F
北京化工大学化工原理电子课件
VL F
V’ L’
饱和蒸汽进料
VV F L L
V’ L’
3、组成~温度图（t~x~y图)
两条线：气相线（露点线） yA~t 关系曲线 液相线（泡点线） xA~t 关系曲线
三个区域：液相区 气、液共存区 气相区
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4、x~y图
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精馏操作分离要求：
（1）D, xD (W, xW)；
（2）xD , xW；
（3）A
Dx D FxF
100 %
选择条件：
操作压力p，回流比R，进料热状态q。
确定：塔板数N
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2、 塔板的作用
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特点：
•塔板提供了汽液 分离的场所。
•每一块塔板是一 个混合分离器
•足够多的板数可 使各组分较完全分 离
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3、 精馏过程的回流
回流的作用：
提供不平衡的气液两相，是构成气液 两相传质的必要条件。
精馏的主要特点就是有回流
回流包括：
VFቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
V’ L’
冷液进料
L' L F
V V'
V
LV
(1-q)F
F
V’
qF L
V’
L’
L’
泡点进料
汽液混合进料
V '＝V
L'＝L＋F
V ＝V (1 q)F
L L qF
返回
VL F
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VL F
V’ L’
饱和蒸汽进料
VV F L L
V’ L’
3、组成~温度图（t~x~y图)
两条线：气相线（露点线） yA~t 关系曲线 液相线（泡点线） xA~t 关系曲线
三个区域：液相区 气、液共存区 气相区
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4、x~y图
化工原理之蒸馏培训课件
化工原理之蒸馏培训课件1. 蒸馏的基本原理蒸馏是一种通过控制液体的汽化和冷凝来分离混合物的常用技术。
在蒸馏过程中，通过对混合物加热，使其蒸发，然后将蒸汽通过冷凝器冷凝，生成纯净的组分。
1.1 蒸馏的基本过程蒸馏可以分为以下几个基本过程： - 加热：将混合物加热到使其中的易挥发组分蒸发的温度。
-蒸发：易挥发组分随着蒸汽脱离混合物。
- 冷凝：将蒸汽通过冷凝器冷凝成液体。
- 收集：将冷凝后的液体收集。
1.2 蒸馏的作用蒸馏技术可以用于以下几个方面： - 分离纯净组分：通过蒸馏，可以将混合物中的组分分离出来，得到纯净的单一组分。
- 浓缩液体：通过蒸馏，可以将溶液蒸发浓缩，得到更浓的溶液或者固体。
- 去除杂质：通过蒸馏，可以将混合物中的杂质分离出去，得到纯净的物质。
2. 蒸馏的分类根据不同的实际应用和具体工艺条件，蒸馏可以分为以下几种分类：2.1 常压蒸馏常压蒸馏是一种在大气压下进行的蒸馏过程，常用于液体分离和某些化学反应的应用中。
常压蒸馏的特点是操作简单，但分离效果较差。
2.2 精馏精馏是一种利用物料在不同温度下汽化和冷凝的特性进行分离的技术。
精馏相对于常压蒸馏来说，可以得到更高纯度的产品。
精馏过程中，通常会采用多个分馏塔，每个分馏塔的操作压力和温度都不同。
2.3 水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏是一种利用水蒸气的汽化和冷凝过程进行分离的技术。
水蒸气蒸馏广泛应用于精制石油产品、生物制药、食品加工等领域。
水蒸气蒸馏可以提高分离效果，得到更高纯度的产品。
3. 蒸馏的设备和操作在蒸馏过程中，涉及到一些常用的设备和操作方法。
3.1 蒸馏塔蒸馏塔是进行精馏蒸馏的主要设备，常用于分离液体混合物。
蒸馏塔通常由填料层和塔板组成，通过塔板和填料的结构，可以增加液体和气体之间的接触面积，提高分离效果。
3.2 冷凝器冷凝器是将蒸汽冷凝成液体的设备，常用于蒸馏过程中收集纯净组分。
冷凝器通常采用冷却水循环或冷却剂来降低蒸汽的温度并冷却。
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一、 全塔物料衡算
单位时间为基准
总物料衡算：
F=D+W
易挥发组分A物料衡算：
FxF = DxD + WxW
xF ——进料中组分A的摩尔分数 xD ——塔顶馏出液中组分A的摩尔分数 xW ——塔釜液中组分A的摩尔分数
F, xF
D, xD W, xW
29
D xF xW F xD xW
W xD xF F xD xW
•α<1, 则重新定义轻组分与重组分，使α>1。
• 平均相对挥发度αm
m 顶釜
18
三、 非理想溶液气液相平衡 （一）对拉乌尔定律有正偏差的溶液
（1）无恒沸点的溶液 如甲醇-水溶液 pA>pA理， pB>pB理。
（2）有最低恒沸点的溶液 如乙醇-水
19
（二）对拉乌尔溶液有负偏差的溶液 （1）无恒沸点溶液 如氯仿-苯溶液
组分的挥发度: 是该物质挥发难易程度的标志，表示。
纯组分的挥发度： = pAo
混合液某组分挥发度:
A
pA xA
,
理想溶液:
A
pA xA
pAo xA xA
pAo
B
pB xB
B
pB xB
pBo xB xB
pBo
15
2. 相对挥发度(以α表示)
一般物系：
pA
A xA
B
pB xB
理想气体： 或：
yA
xA
yB xB
yA xA
yB
xB
16
3. 理想溶液的气液相平衡方程式
yB 1 yA 代入
xB 1 xA
yA xA
yB
xB
x
y
——相平衡方程
1 ( 1)x
17
讨论:
• α的物理意义：汽相中两组分组成之比与液相中两
组分组成 之比的倍数。
• 其值标志着分离的难易程度。
• 若α=1，则普通蒸馏方式将无法分离此混合物。
n-1
yn n
tn-1 xn-1
yn+1
n+1 tn+1
tn xn
yn-1 xn+1
tn1 tn1
yn1 yn1 xn1 xn1
25
tn1 tn1
——两相传热
xn1与yn1不 平 衡
——两相传质
y y 液相中的易挥发组分部分汽化向气相传递；
n1
n1
x x 气相中的难挥发组分部分冷凝向液相传递；
6
按物系的组分数
双组分蒸馏 多组分蒸馏
常压蒸馏 按操作压力 加压蒸馏
减压（真空）蒸馏
按操作方式 按分离难易
间歇蒸馏 连续蒸馏
普通蒸馏 特殊蒸馏
7
第一节 双组分溶液的气液相平衡
一、溶液的蒸气压与拉乌尔定律 二、理想溶液气液相平衡 三、非理想溶液气液相平衡
8
一、溶液的蒸气压与拉乌尔定律
密闭容器内，一定温度，纯组分液体的气液两相达到平衡状态——饱和状态。 蒸汽为饱和蒸汽，其压力为饱和蒸气压。
Antoine方程：
lgp0 A B tC
po—纯组分液体的饱和蒸汽压，kPa；
t—温度，℃； A、B、C—Antoine常数
9
理想溶液与拉乌尔定律 理想溶液：微观：分子大小相同，作用力相等。
宏观：体积和不变，无热效应。
拉乌尔定律：在一定温度下，汽相中任一组分的分压 等于此纯组分在该温度下的蒸汽压乘以 它在溶液中的摩尔分率。
10
拉乌尔定律： pA=pAo xA pB= pBo xB= pBo（1- xA）
pA , pB — 溶液上方A和B两组分的平衡分压，Pa pao , pBo — 同温度下，纯组分A和B的饱和蒸汽压，Pa； xA , xB — 分别为混合液组分A和B的摩尔分率
11
二、 理想溶液气液相平衡
（一）理想溶液 t ~ y ~ x 关系式
3
4
蒸馏过程的分离依据
蒸馏过程：
液体混合物
加热 部分汽化
汽相：yA, yB 液相：xA, xB
依据：蒸馏是利用混合物中各组分挥发性的差异。
易挥发组分(或轻组分): 挥发性高的组分，以A表示； 难挥发组分(或重组分): 挥发性低的组分，以B表示。
冷凝 液相
5
蒸馏过程的分类方法
按蒸馏方式
简单蒸馏(间歇) 平衡蒸馏(连续) 精馏 特殊精馏
三个区：液相区，过冷液体
气相区，过热蒸汽 两相区，气液共存 两相区特点：两相温度相同 y>x
组成相同，t露点>t泡点
13
•x~y线上各点温度不同； •对角线y=x为辅助曲线；平衡线在对角线之 上，y>x •平衡线离对角线越远，挥发性差异越大， 物系越易分离。
14
（三） 相对挥发度与理想溶液的y－x关系 1. 挥发度
加
热减
器压
原料液
阀
Q
塔顶产品
yA分 离 器 xAFra bibliotek塔底产品
23
二、精馏原理
（一）精馏塔内气液两相的流动、传热与传质 原理：多次部分冷凝、多次部分汽化、
液相回流及上升蒸气。
进料板：原料液进入的那层塔板 精馏段：进料板以上的塔段 提馏段：进料板以下（包括进料板）
的塔段
塔顶冷凝器、塔底再沸器
24
（二）塔板上气液两相的传质与传热
精馏分离任务要求的不同形式：
第六章 蒸馏
第一节 双组分溶液的气液相平衡 第二节 蒸馏与精馏原理 第三节 双组分连续精馏的计算与分析 第四节 间歇精馏 第五节 恒沸精馏与萃取精馏 第六节 板式塔
1
蒸馏在化工生产中的应用
• 分离多组分混合物； • 某一组分的提纯； • 有用组分的回收。
广泛性：
• 液体混合物； • 气体混合物；
2
pA<pA理， pB<pB理。 （2）有最高恒沸点的溶液 如硝酸-水溶液
20
第二节 蒸馏与精馏原理
一、简单蒸馏与平衡蒸馏 二、精馏原理
21
一、简单蒸馏与平衡蒸馏
（一）简单蒸馏
原料液 蒸气
冷凝器 y
x
xD1 xD2 xD3
特点：间歇、非定态，R=0
22
（二）平衡蒸馏
特点： 1. 可连续； 2. 定态； 3. 单级。
n1
n1
平衡级：
离开该级的气液两相温度相等；组成相平衡：
yn与xn相 平 衡
26
（三）回流作用 ——是连续精馏的必要条件
塔顶：液相回流 塔釜：气相回流(上升蒸气)
27
第三节 双组分连续精馏的计算与分析
一、 全塔物料衡算 二、 恒摩尔流量的假定 三、 进料热状态参数q 四、 操作线方程与q线方程 五、 理论板数的计算 六、 回流比与进料热状态对精馏的影响 七、 塔顶回流比的选择
理想液体
pA= pAo xA pB= pBo xB= pBo（1- xA）
理想气体
p pA pB p0A xA pB0 xB p0A xA pB0 (1 xA )
pA
pyA
p
0 A
x
A
yA
p
0 A
p
xA
——汽液两相平衡组成间的关系
12
（二）t~ y~ x图与y~ x图
两条线：液相线（泡点线） 气相线（露点线）
一、 全塔物料衡算
单位时间为基准
总物料衡算：
F=D+W
易挥发组分A物料衡算：
FxF = DxD + WxW
xF ——进料中组分A的摩尔分数 xD ——塔顶馏出液中组分A的摩尔分数 xW ——塔釜液中组分A的摩尔分数
F, xF
D, xD W, xW
29
D xF xW F xD xW
W xD xF F xD xW
•α<1, 则重新定义轻组分与重组分，使α>1。
• 平均相对挥发度αm
m 顶釜
18
三、 非理想溶液气液相平衡 （一）对拉乌尔定律有正偏差的溶液
（1）无恒沸点的溶液 如甲醇-水溶液 pA>pA理， pB>pB理。
（2）有最低恒沸点的溶液 如乙醇-水
19
（二）对拉乌尔溶液有负偏差的溶液 （1）无恒沸点溶液 如氯仿-苯溶液
组分的挥发度: 是该物质挥发难易程度的标志，表示。
纯组分的挥发度： = pAo
混合液某组分挥发度:
A
pA xA
,
理想溶液:
A
pA xA
pAo xA xA
pAo
B
pB xB
B
pB xB
pBo xB xB
pBo
15
2. 相对挥发度(以α表示)
一般物系：
pA
A xA
B
pB xB
理想气体： 或：
yA
xA
yB xB
yA xA
yB
xB
16
3. 理想溶液的气液相平衡方程式
yB 1 yA 代入
xB 1 xA
yA xA
yB
xB
x
y
——相平衡方程
1 ( 1)x
17
讨论:
• α的物理意义：汽相中两组分组成之比与液相中两
组分组成 之比的倍数。
• 其值标志着分离的难易程度。
• 若α=1，则普通蒸馏方式将无法分离此混合物。
n-1
yn n
tn-1 xn-1
yn+1
n+1 tn+1
tn xn
yn-1 xn+1
tn1 tn1
yn1 yn1 xn1 xn1
25
tn1 tn1
——两相传热
xn1与yn1不 平 衡
——两相传质
y y 液相中的易挥发组分部分汽化向气相传递；
n1
n1
x x 气相中的难挥发组分部分冷凝向液相传递；
6
按物系的组分数
双组分蒸馏 多组分蒸馏
常压蒸馏 按操作压力 加压蒸馏
减压（真空）蒸馏
按操作方式 按分离难易
间歇蒸馏 连续蒸馏
普通蒸馏 特殊蒸馏
7
第一节 双组分溶液的气液相平衡
一、溶液的蒸气压与拉乌尔定律 二、理想溶液气液相平衡 三、非理想溶液气液相平衡
8
一、溶液的蒸气压与拉乌尔定律
密闭容器内，一定温度，纯组分液体的气液两相达到平衡状态——饱和状态。 蒸汽为饱和蒸汽，其压力为饱和蒸气压。
Antoine方程：
lgp0 A B tC
po—纯组分液体的饱和蒸汽压，kPa；
t—温度，℃； A、B、C—Antoine常数
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理想溶液与拉乌尔定律 理想溶液：微观：分子大小相同，作用力相等。
宏观：体积和不变，无热效应。
拉乌尔定律：在一定温度下，汽相中任一组分的分压 等于此纯组分在该温度下的蒸汽压乘以 它在溶液中的摩尔分率。
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拉乌尔定律： pA=pAo xA pB= pBo xB= pBo（1- xA）
pA , pB — 溶液上方A和B两组分的平衡分压，Pa pao , pBo — 同温度下，纯组分A和B的饱和蒸汽压，Pa； xA , xB — 分别为混合液组分A和B的摩尔分率
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二、 理想溶液气液相平衡
（一）理想溶液 t ~ y ~ x 关系式
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蒸馏过程的分离依据
蒸馏过程：
液体混合物
加热 部分汽化
汽相：yA, yB 液相：xA, xB
依据：蒸馏是利用混合物中各组分挥发性的差异。
易挥发组分(或轻组分): 挥发性高的组分，以A表示； 难挥发组分(或重组分): 挥发性低的组分，以B表示。
冷凝 液相
5
蒸馏过程的分类方法
按蒸馏方式
简单蒸馏(间歇) 平衡蒸馏(连续) 精馏 特殊精馏
三个区：液相区，过冷液体
气相区，过热蒸汽 两相区，气液共存 两相区特点：两相温度相同 y>x
组成相同，t露点>t泡点
13
•x~y线上各点温度不同； •对角线y=x为辅助曲线；平衡线在对角线之 上，y>x •平衡线离对角线越远，挥发性差异越大， 物系越易分离。
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（三） 相对挥发度与理想溶液的y－x关系 1. 挥发度
加
热减
器压
原料液
阀
Q
塔顶产品
yA分 离 器 xAFra bibliotek塔底产品
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二、精馏原理
（一）精馏塔内气液两相的流动、传热与传质 原理：多次部分冷凝、多次部分汽化、
液相回流及上升蒸气。
进料板：原料液进入的那层塔板 精馏段：进料板以上的塔段 提馏段：进料板以下（包括进料板）
的塔段
塔顶冷凝器、塔底再沸器
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（二）塔板上气液两相的传质与传热
精馏分离任务要求的不同形式：
第六章 蒸馏
第一节 双组分溶液的气液相平衡 第二节 蒸馏与精馏原理 第三节 双组分连续精馏的计算与分析 第四节 间歇精馏 第五节 恒沸精馏与萃取精馏 第六节 板式塔
1
蒸馏在化工生产中的应用
• 分离多组分混合物； • 某一组分的提纯； • 有用组分的回收。
广泛性：
• 液体混合物； • 气体混合物；
2
pA<pA理， pB<pB理。 （2）有最高恒沸点的溶液 如硝酸-水溶液
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第二节 蒸馏与精馏原理
一、简单蒸馏与平衡蒸馏 二、精馏原理
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一、简单蒸馏与平衡蒸馏
（一）简单蒸馏
原料液 蒸气
冷凝器 y
x
xD1 xD2 xD3
特点：间歇、非定态，R=0
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（二）平衡蒸馏
特点： 1. 可连续； 2. 定态； 3. 单级。
n1
n1
平衡级：
离开该级的气液两相温度相等；组成相平衡：
yn与xn相 平 衡
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（三）回流作用 ——是连续精馏的必要条件
塔顶：液相回流 塔釜：气相回流(上升蒸气)
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第三节 双组分连续精馏的计算与分析
一、 全塔物料衡算 二、 恒摩尔流量的假定 三、 进料热状态参数q 四、 操作线方程与q线方程 五、 理论板数的计算 六、 回流比与进料热状态对精馏的影响 七、 塔顶回流比的选择
理想液体
pA= pAo xA pB= pBo xB= pBo（1- xA）
理想气体
p pA pB p0A xA pB0 xB p0A xA pB0 (1 xA )
pA
pyA
p
0 A
x
A
yA
p
0 A
p
xA
——汽液两相平衡组成间的关系
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（二）t~ y~ x图与y~ x图
两条线：液相线（泡点线） 气相线（露点线）