简单蒸馏与闪蒸
编号：SM-ZD-28579 简单蒸馏与闪蒸
Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives
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简单蒸馏与闪蒸
简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查
和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目
标统一，行动协调，过程有条不紊。
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一、简单蒸馏
简单蒸馏是一种间歇操作，其设备流程如图10—14所示。
原料液直接加入蒸馏釜至一定量后停止，蒸馏釜内料液在恒压下以间接蒸汽加热至沸腾汽化，所产生的蒸汽从釜顶引出至冷凝器全部冷凝作为塔顶产品送入产品贮罐，由蒸馏原理知，其中易挥发组分的浓度将相对增加。
当釜中溶液浓度下降至规定要求时，即停止加热，将釜中残液排出后，再将新料液加入釜中重复上述蒸馏过程。
随着蒸馏过程的进行，釜内溶液中易挥发组分含量愈来愈低，随之产生的蒸汽中易挥发组分含量也愈来愈低。
生产中往往要求得到不同浓度范围的产品，可用不同的贮槽收集不同时间的产品。
二、闪蒸
闪蒸亦称为平衡蒸馏，其流程如图10—15所示。
混合液通过加热器升温(未沸腾)后，经节流阀减压至预定压强送人分离室，由于压强的突然降低，使得由加热器来的过热液
体在减压情况下大量自蒸发，最终产生相互平衡的气液两相。
气相中易挥发组分浓度较高，与之呈平衡的液相中易挥发组分浓度较低，在分离室内气、液两相分离后，气相经冷凝成为顶部产品，液相则作为底部产品。
闪蒸和简单蒸馏都是直接运用蒸馏原理进行初步组分分离的一种操作，分离程度不高，可作为精馏的预处理步骤。
这两种蒸馏过程的流程、设备和操作控制都比较简单，但因其分离程度很低，不能满足高纯度的分离要求。
因此，主要用来分离沸点相差较大或分离要求不高的场合。
要实现混合液的高纯度分离，需采用精馏操作。
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3.常减压蒸馏工艺原理
常减压蒸馏
常减压蒸馏一、蒸馏的形式蒸馏有多种形式，可归纳为闪蒸（平衡气化或一次气化）、简单蒸馏（渐次气化）和精馏三种方式。
简单蒸馏常用于实验室或小型装置上，如恩氏蒸馏。
而闪蒸和精馏是在工业上常用的两种蒸馏方式，前者如闪蒸塔、蒸发塔或精馏塔的气化段等，精馏过程通常是在精馏塔中进行的。
1、闪蒸闪蒸（flash distillation）：加热某一物料至部分气化，经减压设施，在容器（如闪蒸罐、闪蒸塔、蒸馏塔的气化段等）的空间内，于一定温度和压力下，气、液两相分离，得到相应的气相和液相产物，叫做闪蒸。
闪蒸只经过一次平衡，其分离能力有限，常用于只需粗略分离的物料。
如石油炼制和石油裂解过程中的粗分。
2、简单蒸馏简单蒸馏（simple distillation)：作为原料的液体混合物被放置在蒸馏釜中加热。
在一定的压力下，当被加热到某一温度时，液体开始气化，生成了微量的蒸气，即开始形成第一个汽泡。
此时的温度，即为该液相的泡点温度，液体温合物到达了泡点状态。
生成的气体当即被引出，随即冷凝，如此不断升温，不断冷凝，直到所需要的程度为止。
这种蒸馏方式称为简单蒸馏。
在整个简单蒸馏过程中，所产生的一系列微量蒸气的组成是不断变化的。
从本质上看，简单蒸馏过程是由无数次平衡汽化所组成的，是渐次气化过程。
简单蒸馏是一种间歇过程，基本上无精馏效果，分离程度也还不高，一般只是在实验室中使用。
3、精馏精馏（rectification)是分离液相混合物的有效手段，它是在多次部分气化和多次部分冷凝过程的基础上发展起来的一种蒸馏方式。
炼油厂中大部分的石油精馏塔，如原油精馏塔、催化裂化和焦化产品的分馏塔、催化重整原料的预分馏塔以及一些工艺过程中的溶剂回收塔等，都是通过精馏这种蒸馏方式进行操作的。
由于塔顶液相回流和塔底气相回流的作用，沿精馏塔高度建立了两个梯度：自塔底至塔顶逐级下降的温度梯度；气、液相中轻组分自塔底至塔顶逐级增大的浓度梯度。
精馏塔内沿塔高的温度梯度和浓度梯度的建立及接触设施的存在是精馏过程得以进行的必要条件。
6.3 简单蒸馏与平衡蒸馏
在恒定温度与压力下，蒸汽与釜液处于平 衡状态，即平衡蒸馏在闪蒸器内通过一次部分 汽化使混合液得到一定程度的分离，属于定常 连续操作。 2）单级操作
适合于间歇或连续的大批量生产且物料只 需粗分离的场合。
图6-12 平衡蒸馏
2、过程的数学描述 蒸馏过程的数学描述不外为物料衡算式、
0.593
W 55.3kmol
由于 xF F xW W xD F W
xD
FxF F
WxW W
100 0.5 55.3 0.37 0.661摩尔分率 100 55.3
6.3.2 平衡蒸馏
一、平衡蒸馏(又叫闪蒸)
1、特点：
在家庭制酒业中，即是一个简单蒸馏装置， 只是冷凝装置较简单，是一个空气自然对流冷 却装置。
在实验室或工业生产中，采用如图6-9所示 的装置，实质也是一个汽化器，一个冷凝器。
图6-9 简单精馏装置图
二、简单蒸馏的原理 在简单蒸馏的过程中：
液相组成由 x1 x2 x3 xn
汽相组成（馏出液组成）由
F ,W , x1 , x2 , xD ,
两个方程式（6-13）、 （6-15） ，必须直接 或间接的已知四个量，才可计算其他两个量。
例、在常压下用简单蒸馏方法处理含苯为0.5的苯 与甲苯混合液。当釜液中苯的浓度降至0.37（以 上均为摩尔分率）时，操作停止。试计算： （1）馏出液的平均组成； （2）从每100kmol的原料中所获得的馏出液量。 操作条件下，该物系的平均相对挥发度为2.47。
Wx W dW x dx ydW (6-12)
τ时刻蒸馏 釜中易挥发 组分量
化工原理 2-9蒸馏
请在等压图上描述闪蒸过程。
三、精馏 1、原理 多次部分汽化、部分冷凝
如何实现多次部分汽化、部分冷凝？
2、分类 连续精馏、间歇精馏 3、连续精馏流程 ①装置组成 全凝器 回流罐
塔顶产品
原料 塔 再沸器 塔釜产品
②各部分的作用 塔顶：冷凝器、回流罐 塔—— 塔身：加料板、精馏段、提馏段 塔底：再沸器 ③连续、稳定操作的必要条件 塔顶回流液 塔底上升蒸汽
*1对于双组分物系，一相中某一组分的摩尔分数确定后，
另一组分的摩尔分数也随之而定，液相或气相组成均可 用单参数表示。即 xA、 yA
*2因物系的自由度为F=2，温度、压强与气液两相的组成
三者中任意规定两个，则物系的状态将被唯一地确定，余 下参数已不能任意选择。
因此，当压强一定时，双组分平衡物系必存在： **液相（或气相）组成与温度间的一一对应关系 （t—x t—y）； **气液相组成之间的一一对应关系（y—x）。
六、双组分非理想溶液
1、具有正偏差的非理想溶液 fAB<fAA、fBB
（苯-乙醇，乙醇-水系统）
溶液的平衡分压较理想溶液低，当偏差达到一定程度时，具 有最低恒沸点。 2、具有负偏差的非理想溶液 fAB>fAA、fBB
（氯仿-丙酮 系统）
溶液的平衡分压较理想溶液高，当偏差达到一定程度时，具
有最高恒沸点。
三、蒸馏操作费用与操作压强
蒸馏操作费用主要是加热和冷凝的费用，与加热和 冷凝的温度有关。而加热和冷凝的温度均与操作压强有
关，故工业蒸馏对操作压强应进行适当的选择。
*真空蒸馏使沸点降低，可避免使用高温载热体。
*加压蒸馏使冷凝温度提高，可避免使用冷冻剂。
四、本章重点： 1、连续精馏过程的基本原理及过程描述的基本方法
蒸馏定义及特点(精)
2、按操作压力分为加压、常压和真空蒸馏
常压下为气态(如空气、石油气)或常压下泡点为室温 的混合物，常采用加压蒸馏；常压下，泡点为室温至 150℃左右的混合液,一般采用常压蒸馏；对于常压下泡 点较高(一般高于150℃)或热敏性混合物(高温下易发生分 解，聚合等变质现象)，宜采用真空蒸馏，以降低操作温 度。
精馏是利用混合液中各组分间挥发度 的差异以实现高纯度分离的一种操作。平 衡蒸馏仅通过一次部分汽化和冷凝，只能 部分地分离混合液中的组分，若进行多次 的部分汽化和部分冷凝，便可使混合液中 各组分几乎完全分离。
一、精馏原理
工业上是将上图的每个分离器做成一块；或在一个圆形的塔内 装有一定高度的填料。板上液层或填料表面是汽液两相进行传热和 传质的场所。
所谓泡点是指液体在恒定的外压下，加热至开始出 现第一个气泡时的温度。露点是指气体冷却时，开始凝 聚出第一个液滴时的温度
3、按被分离混合物中组分的数目可分为两组分 精馏和多组分精馏
工业生产中，绝大多数为多组分精馏，但两 组分精馏的原理及计算原则同样适用于多组分精 馏，只是在处理多组分精馏过程时更为复杂些， 因此常以两组分精馏为基础。
4.按操作流程分为间歇蒸馏和连续蒸馏 间歇蒸馏主要应用于小规模、多品种或某些
有特殊要求的场合，工业中以连续蒸馏为主。间 歇蒸馏为非稳态操作，连续蒸馏一般为稳态操作。
三、精馏操作流程
精馏分离过程可连续操作，也可间歇操作。 精馏装置系统一般都应由精馏塔、塔顶冷凝器、 塔底再沸器等相关设备组成，有时还要配原料预 热器、产品冷却器、回流泵等辅助设备。
2.2 简单蒸馏和平衡蒸馏
对于组分挥发度相差较大、分离要求 不高的场合(如原料液的组分或多组分的初 步分离)，可采用简单蒸馏和平衡蒸馏。
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。
蒸馏
蒸 馏蒸馏操作是分离液体混合物或液态气体混合物的常用单元操作。
它是以液体混合中各组分在相同操作条件下沸点（挥发度）的不同为依据，通过加入热量或取出热量的方法,使混合物形成气、液两相系统，气、液两相在相互接触中进行热量、质量传递，使易挥发组分在气相中增浓，难挥发组分在液相中增浓，从而实现互溶液体混合物分离的方法称为蒸馏。
蒸馏操作的依据：液体混合物中各组分沸点（挥发度）的差异；分离的条件：必须造成气、液两相系统。
轻组分（易挥发组分）：液体混合物中沸点较低的组分容易汽化，称为轻组分。
重组分（难挥发组分）：沸点较高的组分不易汽化，称为重组分。
馏出液：蒸馏所得到的蒸气冷凝后生成的液体称为馏出液。
馏出液中，轻组分的浓度较高。
残液（釜液）：残留的液体称为残液。
残液中，重组分的浓度较高。
例如：在常压下，苯的沸点是80.1℃，甲苯的沸点是106℃，将苯和甲苯的混合液进行蒸馏时，苯是易挥发组分或轻组分，甲苯是难挥发组分或重组分，馏出液中：含高浓度的苯；残液中：含高浓度甲苯使苯和甲苯的混合液得以分离。
根据蒸馏操作的不同特点，蒸馏可以有不同的分类方法。
① 按蒸馏操作方式分类：可分为简单蒸馏、精馏和特殊精馏。
简单蒸馏适用于易分离物系或对分离要求不高的场合；精馏适用于难分离物系或对分离要求较高的场合；特殊蒸馏包括水蒸气蒸馏，恒沸蒸馏，萃取蒸馏，特殊精馏适用于普通精馏难以分离或无法分离的物系。
工业生产中以精馏的应用最为广泛。
② 按操作流程分类：可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。
间歇蒸馏多应用于小规模生产或某些有特殊要求的场合。
工业生产中多处理大批量物料，通常采用连续蒸馏。
③ 按物系中组分的数目分类：可分为双组分蒸馏和多组分蒸馏。
工业生产以多组分蒸馏最为常见。
④ 按操作压强分类：可分为常压蒸馏、减压蒸馏和加压蒸馏。
工业生产中一般多采用常压蒸馏。
对在常压下物系沸点较高或在高温下易发生分解、聚合等 易变质的物系，常采用减压蒸馏。
对常压下物系的沸点在室温以下的混合物或气态混合物，则采用加压蒸馏。
化工蒸馏操作
第一章蒸馏在化工生产过程中，常常需要将原料、中间产物或粗产品中的组成部分进行分离，如将原油分成气油、煤油、柴油及重油等馏分作为产品又如聚氯乙烯在聚合前要求单体氯乙烯纯度不低于99.99%（也即将杂质分离掉），这些物质大都是均相混合物。
对于均相物系的分离，必须造成一个两相物系，，实现传质与分离操作。
常见的传质与分离过程有蒸馏、吸收、萃取与干燥等。
其中蒸馏是分离均相液态溶液的最常用的方法。
蒸馏是利用溶液中各组分蒸气压（或沸点、挥发度）的差异使各组分得到分离。
，由于苯的挥发性能比甲苯强，（即苯的沸点比甲苯低），气化出来的蒸气中苯的组成（即浓度）必然比原来液体的要高。
当气液达到平衡后，从容器中将蒸气抽出并使之冷凝，则可得到苯含量高的冷凝液。
显然，遗留下的残液中苯的组成要比原来溶液低，即甲苯组成要比原来溶液高，这样溶液就得到初步分离。
图1为常采用的连续精馏装置流程图，其主要设备为精馏塔，是由若干层塔板组成的板式塔，有时也用充满填料的填料塔。
溶液经预热后由塔的中部引入，因为原料组分的沸点不同，沸点低的组分较易气化而向上升，最后在冷凝器中冷凝成易挥发组分含量高的液体，一部分作为塔顶产品（又称馏出液），余下的送回塔内作为回流（称为回流液）。
沸点高的组分则从蒸气中不断地冷凝到沿各板下流的回流液中，最后从塔底排出的釜液中难挥发组分含量较高，釜液的一部分被引出作为塔底产品，余下的再送入再沸器（或者蒸馏釜），被加热气化后再返回塔中，具体内容第二节介绍。
蒸馏按操作方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏和特殊精馏；按原图1：连续精馏流程图料中所含组分数目可分成双组分精馏及多组分精馏；按操作压力则可分为常压蒸馏、加压蒸馏及减压（真空）蒸馏；按操作是否连续又可分为连续蒸馏和间歇蒸馏。
本章将重点讨论常压下双组分连续精馏。
平衡关系是指溶液与其上方蒸气达到相平衡时，气、液两相间组成的关系。
它是分析蒸馏原理和进行蒸馏设备计算的依据。
石油讲义6剖析
图7—10 三种蒸馏曲线比较
式中 D——温度校正值(加至t上)，℃； t——超过246℃的恩氏蒸馏温度，℃。
图7—12
实沸点蒸馏50%馏出温度与恩氏蒸馏50%馏出温度的关系
图7—13 实沸点蒸馏曲线各段温差与恩氏蒸馏曲线各段温差的关系
图7—14
恩氏蒸馏曲线坐标纸
[例7—1]
某轻柴油馏分的常压恩氏蒸馏数据如下：
馏出（体积分数），% 温度，℃ 0 239 10 258 30 267 50 274 70 283 90 296 100 306
在闪蒸过程中，如果气、液两相有足够的时间密切接触，达到了平 衡状态，则这种汽化方式称为平衡汽化。 平衡汽化的逆过程称为平衡冷凝。例如催化裂化分馏塔顶气相馏出 物，经过冷凝冷却，进入接受罐中进行分离，此时汽油馏分冷凝为液相， 而裂化气和一部分汽油蒸气则仍为气相(裂化富气)，见图7—2。 图7—2 平衡冷凝
曲线线段 0%～10% 10%～30% 30%～50% 50%～70% 70%～90% 90%～100% 恩氏蒸馏温差，℃ 22.2 9.6 7.6 9.9 14.5 11.4 实沸点蒸馏温差，℃ 9.4 5.0 3.8 4.5 6.2 3.2
图7—15
常压恩氏蒸馏50%点与平衡汽化50%点换算图
c．用图7—13查得实沸点蒸馏曲线各段温差：
曲线线段 0%～10% 10%～30% 30%～50% 50%～70% 70%～90% 90%～100% 恩氏蒸馏温差，℃ 22.2 9.6 7.6 9.9 14.5 11.4 实沸点蒸馏温差，℃ 38 18.9 13 13.4 18.6 13
化工原理之五 蒸馏
蒸馏化工生产中经常要处理由若干组分所组成的混合物，其中大部分是均相物系。
生产中为了满足贮存、运输、加工和使用的要求，时常需要将这些混合物分离成为较纯净或几乎纯态的物质或组分。
蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。
这种操作是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的。
它是通过液相和气相间的质量传递来实现的。
蒸馏过程可以按不同方法分类。
按照操作方式可分为间歇和连续蒸馏。
按蒸馏方法可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏和特殊精馏等。
当一般较易分离的物系或对分离要求不高时，可采用简单蒸馏或闪蒸，较难分离的可采用精馏，很难分离的或用普通精馏不能分离的可采用特殊精馏。
工业中以精馏的应用最为广泛。
按操作压强可分为常压、加压和减压精馏。
按待分离混合物中组分的数目可以分为两（双）组分和多组分精馏。
因两组分精馏计算较为简单，故常以两组分溶液的精馏原理为计算基础，然后引申用于多组分精馏的计算中。
在本章中将着重讨论常压下两组分连续精馏。
蒸馏在化学工业中应用十分广泛，其历史也最为悠久，因此它是分离（传质）过程中最重要的单元操作之一。
在前面我们已经知道，蒸馏是气液两相间的传质过程,因此常用组分在两相中的浓度(组成)偏离平衡的程度来衡量传质推动力的大小。
传质过程是以两相达到相平衡为极限的。
由此可见，气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础，故在讨论精馏过程的计算前，首先简述相平衡关系。
相平衡是《物理化学》课程的基本内容，本章侧重于论述其在化学工程中的应用，且讨论的只限于两组分理想溶液。
本节包含四个部分的内容：拉乌尔定律相律相图相对挥发度。
拉乌尔定律根据溶液中同分子间的与异分子间的作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。
实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律(Raoult's Law)，即:式中溶液上方组分的平衡分压，Pa；同温度下纯组分的饱和蒸气压,Pa；溶液中组分的摩尔分率。