第三节：单级蒸馏过程
蒸馏工艺流程
蒸馏工艺流程蒸馏是一种常见的分离技术，通常用于从混合物中提取纯净的液体。
蒸馏工艺流程包括了一系列步骤，以确保有效地分离出所需的物质。
本文将介绍蒸馏工艺的基本流程，包括传统蒸馏和现代蒸馏技术的应用。
1. 传统蒸馏工艺流程传统蒸馏是一种古老的技术，常用于酒精、酒类和香水的生产。
其基本原理是利用液体的沸点差异进行分离。
传统蒸馏工艺包括以下步骤：（1）原料准备：首先需要准备好原料，例如葡萄酒、发酵液或植物提取物。
（2）加热：将原料加热至沸点，使其蒸发成蒸汽。
（3）冷凝：将蒸汽通过冷却管道冷凝成液体。
（4）收集：收集冷凝后的液体，即为所需产品。
传统蒸馏工艺流程简单易行，但效率较低，需要较长时间和大量能源。
2. 现代蒸馏工艺流程现代蒸馏技术在传统蒸馏的基础上进行了改进，提高了分离效率和节能性。
现代蒸馏工艺流程包括以下步骤：（1）预处理：对原料进行预处理，去除杂质和不需要的成分。
（2）加热：利用现代加热设备，如蒸汽加热器或电加热器，将原料加热至沸点。
（3）分馏塔：将蒸汽通过分馏塔，塔内设有多级板或填料，增加了蒸发和冷凝的次数，提高了分离效率。
（4）冷凝和收集：将冷凝后的液体通过冷却器冷却成液体，再进行收集。
现代蒸馏工艺流程相比传统工艺更加高效、节能，能够大大提高产品的纯度和产量。
3. 蒸馏工艺的应用蒸馏工艺广泛应用于化工、制药、食品、酒类等行业。
在化工行业，蒸馏被用于提取石油、精制化工产品、分离有机物等。
在制药行业，蒸馏被用于纯化药物、提取药用植物成分等。
在食品行业，蒸馏被用于酿酒、提取食用油等。
蒸馏工艺的应用范围非常广泛，对于提高产品质量和纯度起着至关重要的作用。
总结蒸馏工艺流程是一种重要的分离技术，通过控制液体的沸点差异，实现了对混合物的有效分离。
传统蒸馏工艺简单易行，而现代蒸馏工艺提高了分离效率和节能性。
蒸馏工艺在化工、制药、食品等行业有着广泛的应用，对于提高产品质量和纯度起着至关重要的作用。
希望本文能够帮助读者更加深入地了解蒸馏工艺流程，以及其在工业生产中的重要性。
化工原理6.3 蒸馏方式
6.3 蒸 馏 方 式
（3）传质：当第二级中间馏分的液相（ ，′ ， ）与第一级所产生的气相（ ，
， ）直接混合时，气相和液相处于不平衡关系，将进行气液两相传质。
液相组成′ > （气相组成的平衡组成），相际传质方向A组分从液相转移到
气相，同时B组分从气相转移到液相。从而产生新的平衡气相（ ， ， ），气相
点温度为 ；离开下层板的气相露点温度为 ，液相的泡点温度为 。试按从大到小
的顺序将以上4个温度排列。（ = > = ）
级的气相（气相回流）。
（5）工业上在塔器内完成上述流程。
′
2′
第1级
第2级
2′
1
2
2′
′
6.3 蒸 馏 方 式
6.3.3.3
连续精馏装置流程
1.连续精馏的主要装置
（1）精馏塔（板式塔或填料塔）
A：加料板（进料板）：原料液进入的那层Leabharlann 板B：精馏段：加料板以上的塔段
C：提馏段：加料板以下（包括加料板）的塔段
液体混合物分离从而获得高纯度产品。
分离器
分离器
平衡冷凝
平衡汽化
第1级
第2级
第1级
第2级
6.3 蒸 馏 方 式
6.3.3.1 多次部分汽化、部分冷凝
（1）第一级：
将原料（ ）加热至温度 ，料液部分汽化，生成平衡的汽液两相。
气相量： ；气相组成： ，
液相量：′ ；液相组成： 。
> >
2′
1
2
第1级
第2级
2′
′
6.3 蒸 馏 方 式
（2）第二级上半部分：
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；
简单蒸馏与平衡蒸馏
经减压阀减压后，物料放出的显热等于供其自身部 分汽化所需的潜热：
Q`= F Cp（t-te）=（1-q）F r
料液离开加热器的温度为：
t
te
(1
q)
r Cp
由t-x(y)图得到
若需汽化量大，闪蒸前料液温度需加热至更高的 t 值！
例： （P267 例6－3） 已知xF=0.7 , 1-q=1/3, α=2.47
(2) F 1 1.5
W2 3
ln F 1 [ln x1 ln 1 x2 ]
W 1 x2
1 x1
ln 1.5 1 (ln 0.7 2.47 ln 1 x2 )
1.47 x2
1 0.7
x2 =0.633
FD D
y
F D
x1
W D
x2
x1 1 q
求： （1）平衡蒸馏时y、x；(2)简单蒸馏时 y x2
解: (1) 1 q 1
3
2
q2 3
y q x xF q 1 q 1
2
3 1
x
0.7 2 1
2x
2.10
①
3
3
y =0.816
y x 2.47x 1 ( 1)x 11.47x
② x = 0.642
简单蒸馏的分离效果很有限，工业生产中一般用 于混合液的初步分离或除去混合液中不挥发的杂质。
3－2 平衡蒸馏 （闪蒸）
• 流程
可间歇可连续操作的 单级蒸馏。
闪蒸：原料液不消耗设备内 热源而自动蒸发（汽化）。
加
热减
器压
原料液
阀
第三节单级蒸馏过程
2024/3/28
三、简单蒸馏的计算
微分物料衡算
设简单蒸馏过程中某瞬间τ，釜液量为nL、组成为x， 溶液中易挥发组分量为nLx。
经时间 后d，液相量为(nL-dnL），组成为（x-dx）， 溶液中易挥发组分量为(nL－dnL)(x－dx),蒸出的气相量为 dnD ,组成为y.在 d时间内作物料衡算，得
解：（1） q 1 0.4 0.6
物料衡算 y q x xF 0.6 x 0.5 1.25 1.5x q 1 q 1 0.6 1 0.6 1
平衡关系
y x = 2.2x 1 ( 1)x 11.2x
联立求解得： x 0.422
y 0.617
2024/3/28
（2） nw qnF 0.6 60=36kmol
nW 1 x2
1 xF
(x2 xW )
规定了釜液量（气化率），即可求出釜液组成。 作一批操作的物料衡算，即可求出馏出液的平均组成。
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nD nF nW
nF xF nW x2 nF nW y
y nF xF nW x2 xF x2 nW nF xF qx2
nF nW
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Q Fcp (t tF )
对分离器，物料气化所需潜热由原料本身的显热提供， 忽略热损失，则
Fcp (t te ) F (1 q)r
原料液离开加热器的温度为
t
te
+(1
q)
r cp
平衡温度te：是底部产品的泡点温度；也是顶部产品的
露点温度.
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3、气液平衡关系 分离器内气液两相总处于平衡状态
蒸馏课件
蒸馏：将液体部分气化，利用各组分挥发度的不同从 将液体部分气化，
而使混合物达到分离的单元操作。 而使混合物达到分离的单元操作。蒸馏是分离液相混 合物的典型单元操作。 合物的典型单元操作。
易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分 沸点低的组分， 沸点低的组分 又称为轻组分。 难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分 沸点高的组分， 沸点高的组分 又称为重组分。
冷凝器
冷却水 原料液 蒸汽 蒸馏釜 收集 器
3.简单蒸馏的特点 3.简单蒸馏的特点
间歇操作 塔顶塔底组成不是 一对平衡组成 适合于混合物的粗 分离，特别适合于 沸点相差较大而分 离要求不高的场合， 例如原油或煤油的 初馏。
F,xF
W,x2
D, y
将一定组分的液体加热至泡点以上， 原理：将一定组分的液体加热至泡点以上，使 其部分气化，或者将一定组分的蒸汽冷却至露点以下， 其部分气化，或者将一定组分的蒸汽冷却至露点以下， 使其部分冷凝，两相达到平衡，然后将两相分离。 使其部分冷凝，两相达到平衡，然后将两相分离。此 过程的结果是易挥发组分在气相中富集， 过程的结果是易挥发组分在气相中富集，难挥发组分 在液相中富集。 在液相中富集。
根据道尔顿分压定律， 根据道尔顿分压定律，溶液上方的蒸汽总压为
P = pA + pB = p x + p (1 xA)
0 A A 0 B
P pB xA = 0 0 p A pB
0
（a） ）
当总压P不高时，平衡的气相可视为理想气体，服从道尔 当总压 不高时，平衡的气相可视为理想气体， 不高时
顿分压定律，即
1.蒸馏分离的依据 1.蒸馏分离的依据
将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同 的特性而达到分离目的的单元操作。 这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现 的。例如：加热苯的。例如：加热苯-甲苯的混合液，使之部分气化， 由于苯的沸点(353K)较甲苯的沸点(383K) 由于苯的沸点(353K)较甲苯的沸点(383K)低，即其 挥发度比甲苯的高，故苯较甲苯易于从液相中气化出 来。若将气化的蒸汽全部冷凝，即可得到苯组成高于 原料的产品，从而使苯和甲苯得以分离。 将沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分， 表示。 将沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分，用A表示。 将沸点高的组分称为难挥发组分或重组分， 表示。 将沸点高的组分称为难挥发组分或重组分，用B表示。 则混合液：A+B 则混合液：A+B
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。
蒸馏过程概述
(4) 蒸馏操作是通过对混合液加热建立汽液两相体系的，所得到的汽相还需要再冷凝液化。因此，蒸馏操作耗能较大。蒸馏过程中的节能是个值得重视的问题。
3. 蒸馏过程的分类
工业上，蒸馏操作可按以下方法分类：
为了简单起见，常略去上式表示相组成的下标，习惯上以x和y分别表示易挥发组分在液相和汽相中的摩尔分率，以( 1-x )和（ ）分别表示难挥发组分的摩尔分率。
溶液上方的总压P等于各组分的分压之和，即
(1-3)
或
整理上式得到
(1-4)
式1-4表示汽液平衡时液相组成与平衡温度之间的关系，称为泡点方程。根据此式可计算一定压力下，某液体混合物的泡点温度。
例1-1 附表
温度，℃
80.1
85.0
90.0
95.0
100.0
105.0
110.6
，kPa
101.3
116.9
135.5
155.7
179.2
204.2
240.0
，kPa
40.0
46.0
54.0
63.3
74.3
86.0
101.3
解：设泡点温度 ℃，查附表得
1.汽液平衡相图
各种实际溶液与理想溶液的偏差程度各不相同，例如乙醇—水、苯—乙醇等物系是具有很大正偏差的例子，表现为溶液在某一组成时其两组分的饱和蒸汽压之和出现最大值。与此对应的溶液泡点比两纯组分的沸点都低，为具最低恒沸点的溶液。图片1-3和图片1-4分别为乙醇—水物系的t–x–y图及x–y图。图中点M代表汽液两相组成相等。常压下恒沸组成为0.894，最低恒沸点为78.15℃，在该点溶液的相对挥发度 。与之相反，氯仿—丙酮溶液和硝酸—水物系为具有很大负偏差的例子。图片1-5和图片分别为硝酸—水混合液的t–x–y图和x–y图，常压下其最高恒沸点为121.9℃，对应的恒沸组成为0.383，在图中的点N溶液的相对挥发度 。
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并不与剩余的液体相平衡
2013-11-6
3：简单蒸馏的计算 ①微分物料衡算
设简单蒸馏某瞬间τ釜液量为nL、液体浓度为x，
溶液中易挥发组分量为nLx
经时间dτ后，液相量为(nL－dnL），溶液浓度变为
x－dx，溶液中易挥发组分量为(nL－dnL)(x－dx)。 dτ时间内，平衡的蒸汽浓度y可视为不变。
《化工原理》电子教案
——单级蒸馏过程
菏泽学院化工教研室制
2013-11-6
第三节： 单级蒸馏过程 一： 平衡蒸馏（闪蒸） 1：平衡蒸馏流程 2：特点
加热 器
①：连续操作 ②：组成和温度
恒定不变 ③：气液两相平衡
2013-11-6
分离 器 节流 阀
3：平衡蒸馏的计算 平衡蒸馏的计算主要涉及物料衡算、热量衡算和气 液平衡关系 ①：物料衡算 总物料 qn,F＝qn,D＋qn,w 易挥发组分
易挥发组分衡算
2013-11-6
nL x nL dnL x dx ydnL
dnL dx nL yx
n
nW
F
x2 dx dnL xF y x nL
nF xF 1 x2 1 ln [ln ln ] nW 1 x2 1 xF
④作泡点线，即可求得
平衡温度te。
⑤由te即可求出加热温度t、Q
r t te +(1 q) cp
Q qn , F c p (t t F )
2013-11-6
对于气体混合
物，通过换热
器移出热量，
使之冷却发生 部分冷凝，形 成互成平衡的 两相，其过程
原理与闪蒸相
同，也属于是
平衡蒸馏。
2013-11-6
1 x2 60 1 0.5 ln [ln 2.2 ln ] 36 2.2 1 x2 1 0.5
试差法求解得：x2=0.402 nF xF nW x2 =0.647 y nF nW 结论：相同操作条件下，简单蒸馏较平衡蒸馏可获 得更好的分离效果；但平衡蒸馏可连续操作
2013-11-6
操作线方程和平衡线方程可写出，该题可求 分析（2）（略）
解（1）：
q 1 0.4 0.6
q 1 y x xF q 1 q 1
=1.25 1.5x
2.2 x x = y 1 1.2 x 1 ( 1) x
2013-11-6
联立、求解得：x=0.422，y=0.617 解（2）： nw qnF =36 KmoL
两相总处于平衡状态
平衡蒸馏中，分离器内气、
x y 1 ( 1) x
q 1 y x xF q 1 q 1
液两相符合操作线方程
利用上三式即可求取气液相组成x、y及温度te →t 也可用图解法进行计算。方法如下：
2013-11-6
①作平衡关系线 ②作操作线
③它们的交点 f 即为
平衡的气液相组成
二： 简单蒸馏（微分蒸馏、瑞利蒸馏）
1：简单蒸馏流程
nF, zF
nD1, xD1 nW2, x2
2013-11-6
nD2, xD2
nD3, xD3
2：特点 ①：间歇操作
②：组成和温度
随时间而变 ③：任一瞬间气、
液两相处于平衡
简单蒸馏是一种不稳态过程，任一瞬间形成的 蒸气与剩余液相可视为相互平衡，但总的全部蒸汽
xFqn,F＝yqn,D＋xqn,w
y
qn ,W qn ,W qn , F
x
qn , F qn,W qn , F
xF
2013-11-6
令q = qn,w/qn,F，——液化分率，小于1 qn,D/qn,F =1 －q ——汽化率 平衡蒸馏中q是定值
q 1 y x xF q 1 q 1 —平衡蒸馏操作线方程
反映了平衡蒸馏中汽、液相组成间的关系.
直线关系，并通过点（xF、xF ），斜率是q/(q-1)
2013-11-6
②：热量衡算
a:)对加热器进行热量衡算，忽略热损失则
Q qn , F c p (t t F )
b:)对分离器进行热量衡算，物料气化所需要的潜 热由原料本身的显热提供，忽略热损失，则
规定了釜液量（汽化率），即可求出釜液浓度 在整个蒸馏时间段内物料衡算，即可求出馏出液 的平均浓度
2013-11-6
xF dx nF ln x2 y x nW
nF xF nW x2 nF nW y
nF xF nW x2 nF xF qx2 y nW nF nW 1 q 1 n
F
xF x2
nW
产品的平均组成和汽化率有关!
例9—3：常压下将含易挥发组分xF=0.5（摩尔分数） 的两组分混合液进行单级蒸馏，原料处理量为 60KmoL，要求汽化率为0.4，物系的平均相对挥发 度为2.2。试求（1）平衡蒸馏时的汽、液相组成
2013-11-6
（2）简单蒸馏时的釜残液组成和馏出液平均组成 分析（1）： 平衡蒸馏时的汽、液相组成是操作线 和平衡线的交点
qn, F c p (t te ) qn , F (1 q)r
原料液离开加热器的温度为
品的露点温度
2013-11-6
平衡温度te：是底部产品的泡点温度；也是顶部产
r t te +(1 q) cp
总压一定时
te f ( x ) 或 t e f ' ( y )
平衡蒸馏中，分离器内气液