第六章蒸馏
第六章蒸馏专题知识讲座
2023/12/29
体系为负偏差
体系为正偏差
5
6—5 挥发度及相对挥发度 一、挥发度
衡量组分挥发能力旳物理量常用挥发度表达。在一定条件下纯 组分旳挥发度由该组分在给定条件旳蒸汽压表达。混合溶液中 一组分旳蒸汽压受另一组分旳影响，所以比纯组分低，故其挥 发度用它在气相中旳旳分压与其液相中摩尔分数旳比表达。
2023/12/29
29
三、 合适回流比
以取得精馏总成本最低旳回流比为 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旳回 流比为最合适旳回流比 。 这一回流比 R一般选最小回流比倍数经验范围：大 多数文件提议 R=（1.1～1.2）Rmin
6—14 理论板数旳简捷计算
液两相通道。塔板具
有多种不同型式，分
别称之为不同旳板式
塔，在生产中得到广
泛旳应用。
(a)
(b)
混合物旳气、液两相在塔内逆向流动，气相从下至上流动， 液相依托重力自上向下流动，在塔板上接触进行传质。两相 在塔内各板逐层接触中，使两相旳构成发生阶跃式旳变化， 故称板式塔为逐层接触设备。
2023/12/29
同上，交替使用相平衡及物料平衡关系，逐层计算提馏段旳 构成份布，当计算旳液相构成x略低于或等于 时，即可结束计 算。计算中采用平衡关系旳次数即塔满足分离要求所需旳理论板 数N。因为再沸器存在部分气化，具有分离能力，相当一块理论 板。
2023/12/29
24
二、图解法
（1）在直角坐标中绘出体 系相平衡曲线x～y，同步连 对角线
2023/12/29
3
6--2 温度-构成图(t-x-y图)
由t-x-y数据，在温度-构成坐标中绘制t-x-y图，或气、液 平衡相图。如图所示 。
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
【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。
第六章 蒸馏
第六章蒸馏第一节概述一、蒸馏分离依据---利用液体混合物中各组分具有不同的挥发度而进行分离的操作；----即利用在相同温度下各组分的蒸汽压不同。
易挥发组分（轻组分）A难挥发组分（重组分）B例如：酒精（A）与水（B）溶液，沸腾部分汽化，y A>x A同理，蒸汽部分冷凝，x B>y B∴蒸馏----使液体混合物部分汽化，利用其挥发度差异实现初步分离的一种传质操作精馏---利用多次部分汽化，多次部分冷凝，使汽相得到较纯的轻组分，液相得到较纯的重组分的操作二、蒸馏操作分类简单蒸馏（微分蒸馏）与平衡蒸馏（闪蒸）常压蒸馏、加压蒸馏与减压蒸馏连续蒸馏与间歇蒸馏普通蒸馏与特殊蒸馏三、蒸馏分离推动力与分离极限蒸馏是汽液两相间的传质过程蒸馏分离推动力——两相浓度偏离平衡的程度蒸馏分离极限——汽液两相达到相平衡（动态平衡）第二节 双组分溶液的汽液相平衡一、相组成表示法1．质量分率 iAA G G a ∑=该相的总质量一相中某组分质量可见：a <1， a A +a B …+ a N =1 2．摩尔分率 x A ，x B ， y A ，y B 3．两者关系 )/(/)/(/i i AA i i A A i A A M a M a M G M G n n x ∑=∑=∑=对两元溶液：B B A A AA A M a M a M a x ///+=BB A A AA A M x M x M x a +=二、溶液的蒸汽压与Raoult 定律1．蒸汽压：汽液相平衡是一种动态平衡纯溶液----在达到汽液动态平衡时，逸出的A 分子数=回到液相的A 分子数，此时汽相中A 的压强=该温度下A 的饱和蒸汽压0A P混合液（A 、B 互溶）----在达到平衡时，由于A 、B 分子间相互作用，使B p <0B P ， p A <0A P溶液存在三种分子间的作用力：AA f ，BB f ，AB f （1） 理想溶液：AB BB AA f f f ==显示无容积效应，无热效应如：苯-甲苯，甲醇-乙醇，烃类同系物溶液 （2）非理想溶液（实际溶液）；AB BB AA f f f ≠≠2．Roult 定律：实验证明，在一定温度下，理想溶液的汽相中，任一组分的分压等于：A A A P x p =， 00)1(B A B B B P x P x p -==00000)()1(B B A A B A A A B A P P P x P x P x p p P +-=-+=+=00BA B A P P P P x --=∴ 非理想溶液不符合Roult 定律，汽液平衡关系主要靠实验数据。
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；
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
化工原理 第六章 蒸馏(传质过程)
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。
石油炼制工程第6章-石油蒸馏过程
6.2 石油体系的表征及其馏分的气-液平衡
恩氏蒸馏（ASTM D86）曲线
6.2 石油体系的表征及其馏分的气-液平衡
实沸点（TBP）蒸馏曲线
6.2 石油体系的表征及其馏分的气-液平衡
平衡汽化（EFV）曲线
三种蒸馏曲线的比较
恩氏蒸馏：表征油品质量（馏程） 实沸点蒸馏：原油评价 平衡汽化：确定汽化率
焦点压力=2.72＋0.78=3.5（MPa）
在P-T-e相图坐标纸上标出焦点和常压平衡汽化的 各点，联成一组直线，得P-T-e相图，见图6-21。 由图得220kPa平衡汽化数据： 汽化%V 10 30 50 70
温度℃
356
448
515
600
4、不同压力下平衡汽化曲线的换算
（2）常压与减压平衡汽化曲线换算
石 油 炼 制 工 程
主讲教师：刘英杰
石油化工学院
1
第六章
石油蒸馏过程
原油预处理
石油体系的表征及其馏分的气-液平衡
原油蒸馏塔的操作特征 常减压蒸馏塔的流程 原油精馏塔工艺计算 其他石油蒸馏塔
6.1 原油预处理 必要性：原油中含有杂质
少量泥沙、铁锈等固体杂质。
含水（油田伴生水、开采过程中注水）
馏出%V 0
10
30
50 287.9
70
90
100
-5 温度℃
-11
-3.8
+4.5
+6.2
+3.2
268.1 273.1 284.1 287.9 292.4 298.6 301.8
1、常压蒸馏曲线的相互换算
3）将1）得到的实沸点蒸馏曲线换算为平衡汽化曲线 。。。。。。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Fcp (T te ) (1 q)rF
原料液离开加热器的温度 （3）气液平衡关系
te—分离器中的平衡温度
r T t e (1 q) cp
气液两相处于平衡状态，即两相温度相等，组成互为平衡 x y t e f ( x) 1 ( 1) x
二、简单蒸馏 1、简单蒸馏装置与流程 又称微分蒸馏，是一种 间歇、单级蒸馏操作 在一批操作中，馏出液 可分段收集，以得到不 同组成的馏出液 2、特点与应用
二、两组分理想物系的气液平衡
1、气液平衡相图 温度—组成（t-x-y)图 饱和蒸气线t-y 饱和液体线t-x 液相区、过热蒸气区、气 液共存区 泡点温度 泡点线
120 110 t4 t3 B H
温 度 100 t/℃
90 80 70 0
t2
t1 J
A
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
x1(y1) x (y)
对于理想溶液，符合拉乌尔定律有
0 vA pA
0 vB pB
相对挥发度 易挥发组分的挥发度与难挥发组分的之比
vA pA / xA vB p B / xB
对于理想物系，有
0 pA 0 pB
以相对挥发度表示的气液平衡方程
vA pA / xA vB p B / xB
yA pA p
回流液
观察罩
精馏塔
馏出液 进料
贮槽
加热蒸汽
再沸器
釜液
冷凝水
6.4 两组分连续精馏的计算
有设计型和操作型计算两类 已知条件： 原料液流量、组成和分离程度 需要计算或确定的项目： 确定产品的流量或组成 选择或确定适宜的操作条件，如操作压强、回流比和进 料热状况 确定精馏塔的类型，选择板式塔或填料塔，根据塔型 计算理论板数和填料层高度 确定塔高和塔径的其他尺寸，并进行流体力学验算
V'，IVW L'，ILM W，xW，ILW QB
例 每小时将15000kg含苯40%（质量分数）和甲苯60%的溶液， 在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2%，塔顶 馏出液中苯的回收率为97.1%。试求馏出液和釜残液的流量及 组成，以摩尔流量和摩尔分数表示。 解：苯的摩尔质量为78，甲苯的摩尔质量为92。 进料组成 釜残液组成
F D W
FxF Dy Wx
F F y (1 ) x xF D D
设 q W / F 称为原料液的液化率 则 1 q D / F 称为原料液的气化率
xF q x 平衡蒸馏中气液相组成的关系 y q 1 q 1
（2）热量衡算
对加热器作热量衡算，忽略热损失 Q Fcp (T t F ) 对减压阀和分离器作热量衡算，忽略热损失
x'3＜x'2＜x1 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
加热器
3'
4'
塔底产品
2、精馏塔的操作
下降液流与上升蒸气流
xn-1 yn
板式塔（塔板）、填料塔（填料） n+1层板上升的蒸汽通过板上小孔上升 n-1层板上液体通过溢流管下降到 第n层板上 进入第n层板的气相组成和温度分 别为yn+1和tn+1，液相为xn-1和tn-1 tn+1 ＞tn-1 yn+1 xn-1
40 / 78 xF 0.44 40 / 78 60 / 92
2 / 78 xW 0.0235 2 / 78 98 / 92
原料液的平均摩尔质量 原料液流量
M F 0.44 78 0.56 92 85.8
F 15000 / 85.8 175 .0 kmol/h
计算再沸器和冷凝器的热负荷，并确定两者的类型和尺寸
一、理论板的概念及恒摩尔流假定
1、理论板概念
yn
xn 1 ( 1) xn
在其上气、液两相都充分混合，且传热及传质过程阻力 均为零的理想化塔板。 由于板上气、液两相相接触面积和接触时间是有限的， 因此在任何形式的塔板上，气、液两相难以达到平衡状 态，即理论板是不存在的。
pA yA p
0 p pB xA 0 0 p A pB
0 pA yA xA p k A 相平衡常数
yA k A xA
0 0 pA p pA yA 0 0 p pA pB
相平衡常数表示 的气液平衡关系
露点方程
（3）以相对挥发度表示的气液平衡方程
挥发度
pA vA xA pB vB xB
3、分类
萃取精馏
恒沸精馏
按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏 各组分的挥发度差别很大，且分离要求又不高时 按操作流程分： 间歇蒸馏和连续蒸馏 大规模生产中以连续蒸馏为主 按组分数目分：两组分和多组分精馏 按操作压力分：常压、加压和减压精馏 沸点在室温至 150℃的混合液 常压下为气态混合物 热敏性物质
蒸馏釜
原料液
蒸汽
冷凝器
冷凝水
接受器
特点： 间歇操作过程；单级过程，无塔段；非稳态过程 应用：用于液体混合物的初步分离；用于测油品的沸程— —恩氏蒸馏
6.3 精馏原理和流程
一、精馏过程原理 1、多次部分汽化和多次部分冷凝 对原料液进行多次部分汽化和多次部分冷 精馏过程原理：凝，使混合液得到几乎完全的分离。 将组成为xF混合液从某温度加 热到泡点以上 得到气相组成为y1，液相组成为x1 y1＞xF＞x1 对组成为y1的气相混合物进行部分 冷凝，则可得到y2的气相和x2的液相
第6章
蒸馏
6.1 蒸馏过程概述与气液平衡关系 6.2 平衡蒸馏与简单蒸馏 6.3 精馏原理和流程 6.4 两组分连续精馏的计算
6.1 蒸馏过程概述与气液平衡关系
一、蒸馏过程概述
1、蒸馏过程及其在化工中的应用 蒸馏原理 非均相物系 沉降、过滤
质点与流体的相对运动实现分离 蒸馏、吸收、 萃取、干燥
均相物系 必须造成两相物系，利用 物性差异，使组分分离
2、操作线方程 （1）精馏段操作线方程 总物料
V，y1
V LD
1 2 n n+1 F， x F L x1 x2 xn y2 yn yn+1
L，xD
D，xD
易挥发组分
Vy n1 Lxn DxD
y n 1 L D xn xD LD LD
回流比
L R D
y n 1
R 1 xn xD R 1 R 1
1.0 0.8 y1 D
y 0.6
0.4 0.2 x1
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
x 苯—甲苯混合液的x-y图
2、气液平衡关系式 （1）拉乌尔定律 当理想溶液的气液两相呈平衡时，溶液上方组分的分压 与溶液中该组分的摩尔分率成正比。
pA p xA
0 A
易挥发组分的摩尔分数 易挥发组分的饱和蒸气压
精馏段操作线方程式
（2）提馏段操作线方程
在提馏段中，任意塔板（m板） 下降的液相组成与由其下一 层塔板（m+1）上升的蒸汽组 成之间的关系 总物料
F，xF
m m+1
L' x'm
V'
y'm+1
L V W
y'N N x'N
易挥发组分
V ym 1 WxW Lxm
提馏段操作线方程式
由道尔顿分压定律，有
py / x y x A A A B pyB / xB yB x A
yA xA yB xB
或
yA xA 1 yA 1 x
x y 1 ( 1) x
讨论： 蒸馏操作＞1，值愈大，分离愈容易
若=1，不能用普通蒸馏方法分离，需要采用特殊蒸馏 或其它分离方法。
x1 x2 xF x3 y1 y2 y3 t t1 t2 p=定值 1 2 3
x(y)
塔顶产品
继续冷凝可得组成为y3的气相和组 成为x3的液相
冷凝器 y3 y2
3 x3
2
y3＞y2＞y1
气相混合物经多次冷凝后，在气 相中可获得高纯度的易挥发组分
y1 原料
x2 1 x1 2'
若将组成为x1的气相混合物进行部 分汽化，则可得到组成为x'2的液相 和组成为y'2的气相
苯的回收率为97.1%
DxD / FxF 0.971
所以
DxD 0.971 175 0.44
D W F 175
全塔物料衡算
DxD WxW FxF
或
DxD 0.0235 W 175 0.44
D 80 .0 kmol/h
W 95.0 kmol/h
xD 0.935
冷却器
回流液泵
进料板 蒸汽
再沸器
水蒸气
液体
冷凝水
进料
原料液预热器
塔底产品
全凝器
2、间歇精馏操作流程 与连续不同之处是： 原料液一次加入精馏釜 中，因而间歇精馏塔只 有精馏段而无提馏段。 精馏釜的釜液组成不断变 化，在塔底上升蒸汽量和 塔顶回流液量恒定的条件 下，馏出液的组成也逐渐 降低。当釜液达到规定组 成后，精馏操作即被停止。
露点温度 露点线
苯—甲苯混合液的t-x-y图
气—液相组成（x-y）图 右图为101.33kPa下苯—甲 苯的x-y图 表示液相组成和与之平衡 的气相组成的关系 D点表示组成为x1的液相与 组成为y1的气相互成平衡 对于大多数溶液，两相平衡 时，y总是大于x，即平衡线位 于对角线上方，偏离对角线越 远，愈易分离。
xN W，xW
L W ym 1 xm xW L W L W
L'除与L有关外，还与进料量及进料热状况有关