化工原理 其它蒸馏方式
化工原理课件第五章 蒸馏
Q FcP (T tF )
FcP (T te ) (1 q)Fr
T
te
(1
q)
r cp
tF－原料液的温度℃ T－通过加热器后原料液的温度℃
te－分离器中的平均温度℃ F－原料液流量Kmol/h
cp－原料液平均比热KJ/(Kmol. ℃) r－平均汽化潜热
三、气液平衡关系
理想溶液：
x
A
A
p
1.2.2 非理想物系的气液平衡
1.具有正偏差的溶液 一般正偏差：pA>pA理， pB>pB理。
乙醇－水溶液相图 正偏差溶液：x=0.894，最低恒沸点，78.15℃
2. 具有负偏差的溶液 一般负偏差 pA<pA理， pB<pB理。
硝酸－水溶液相图 负偏差溶液：x=0.383，最高恒沸点，121.9℃
组分： A、B 一、相律分 析： 变量 ： t、p、xA、 yA
相数： 气相、液相
自由度：f c 2 2
C:独立组分数
Ø：相数
一定压力下:液相（气相）组成xA(yA)与温度t存在一 一对应关系气液组成之间xA~yA存在一一对应关系
二、两组分理想物系气液平衡函数关系 1. 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
xF,y,x－－分别为原料液、气相与液相产 品的组成，摩尔分率。
y
FxF Wx D
F
F W
xF
W F W
x
q W 液化分率 F
＝1 1 q
xF
q 1 q
x
qx q 1
q
1
1
xF
平率衡为蒸馏中气液相平衡组q 成的关系。通过（xF， xF ）斜
化工原理09--蒸馏
层 塔 板上 上层 升塔 蒸板 汽下 的降 组液 成体 间的 的组 关成 系和 下
操 作 线 方 程 的 物 理 意 义 ：
提馏段操作线方程
31
一精馏塔用于分离乙苯-苯乙烯混合物，进料量 3100kg/h，其中乙苯的质量分率为0.6，塔顶、底 产品中乙苯的质量分率分别要求为0.95、0.25。 求塔顶、底产品的质量流量、摩尔流量。
1、保持回馏比恒定 根据精馏段的操作线 方程，其斜率不变。
斜率 =R/R+1
xwe
xw1
xde
xd1
2、保持馏出液组成恒定
因回流比不断增大， 精馏段操作线的截 距不断减小。
63
xwe xw1
xd
第六节
特殊精馏
一、水蒸气蒸馏：
用于易分解而与水又 不互溶，或要求分离 压力不易达到的体系。 d 在分离的气相： P=pA+pw f
47
48
3、逐板计算法求理论塔板数：
平衡关系： y=x/（1+（ -1）x），x=y/（y+ （1-y））
精馏段操作线方程： y=Rx/（R+1）+xD/（R+1）
提馏段操作线方程： y=L’x/（L’-W）+L’xW/（L’-W）
反复使用平衡关系和操作线关系即可求得理论塔板数
y1=xD 平衡关系 精馏段操作线方程 y’1 提馏段操作线方程 y2 x1 x2
组成量的关系满足 杠杆定律。
17
简单蒸馏的计算： 蒸馏釜的生产能力，根据热负荷 和传热能力 计算。 馏出液、残液的浓度与馏出量（或残留量） 之间的关系。
物料衡算 相平衡关系
18
三、简单蒸馏的计算： 在釜内某一瞬时，液体量为W，经微分时间dt 后，残液量为（W-dW），液相组成由x降为 （x-dx），气相组成为y。 对dt时间作易挥发组分的物料衡算： Wx=（W-dW）（x-dx）+ydW dW = dx W y-x 积分限为W=W1，x=x1；W=W2，x=x2， 1、溶液为理想溶液，得： lnW1/W2 =[1/(-1)] ln[x1(1-x2)/x2(1-x1)]+ln[1-x2/1-x1] 由:x1=A1/W1, x2=A2/W2 得:A1/A2=(B1/B2) W1=A1+B1,W2=A2+B2
化工原理蒸馏总结
化工原理蒸馏总结蒸馏是一种重要的化工分离技术，常常用于分离和纯化液体混合物中的组分。
在蒸馏过程中，混合物被加热，其中的组分以不同的速率蒸发并被收集。
本文将介绍蒸馏原理、种类、装置和操作技术。
一、蒸馏原理蒸馏原理是利用混合物中各组分的沸点差异进行分离。
具体而言，将混合物加热至其中一个或多个组分沸点时，该组分开始蒸发并进入凝集器，在凝集器内冷却后形成液体，蒸发过程通常在分馏塔中进行。
分馏塔通常采用返流方式，即收集在凝集器中的液体会回流至塔底，从而使组分蒸发和凝结的过程反复进行，提高分离效率和纯度。
二、蒸馏种类1.简单蒸馏：只有一次加热和凝结，适用于沸点差异较大的混合物。
简单蒸馏最常用于实验室中的小规模分离。
2.分批蒸馏：混合物被分成若干批加热，每一次仅收集沸点范围为数度的组分，适用于沸点接近或相同的混合物分离。
3.连续蒸馏：在分馏塔中设置多个板，将原液缓慢注入至塔顶，组分随着升降器在板面上不断地蒸发和凝结，最后被分离收集。
三、蒸馏装置1.简单蒸馏装置：包括加热器、蒸发瓶、冷却器和收集瓶。
3.连续蒸馏装置：包括塔体、加热炉、进料装置、平衡器、返流器、凝结器和收集器。
四、蒸馏操作技术1.操作前应根据混合物的性质和成分选择合适的分离方式、设备和操作条件，并检查设备的密封性能和安全装置。
2.加热速度应适宜，避免组分的猝发和塔内液面过高。
3.控制返流比，根据需要和塔板数调整返流量。
4.操作中应保持塔内压力稳定，以免影响组分蒸发和凝结速率。
5.根据需要调整塔的加热区温度，以提高蒸发速率和分馏效率。
总之，蒸馏是一种基本的化工分离技术，可以有效地分离有机混合物、水和溶剂等液体混合物中的组分，并可用于大规模产业生产和实验室小试。
因此，蒸馏技术的掌握是化工工作者必备的专业技能之一。
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；
化工原理蒸馏
第六章蒸馏蒸馏定义：蒸馏分类：易挥发组分难挥发组分有回流蒸馏（精馏）无回流蒸馏：简单蒸馏（间歇操作）平衡蒸馏（连续操作）特殊蒸馏：萃取蒸馏、恒沸蒸馏按操作压力可分为加压、常压和减压蒸馏两组分精馏和多组分精馏第一节双组分溶液的气液相平衡一、溶液的蒸汽压与拉乌尔定律纯组分的蒸汽压与温度的关系：拉乌尔定律：在一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分的分压等于纯组分在该温度下的饱和蒸气压与它在溶液中的摩尔分数的乘积。
p=p A0x AA（6-2）p=p B0x B=p B0(1－Bx) （6-3）A式中p A、p B——溶液上方A，B组分的平衡分压，Pa；p0——在溶液温度下纯组成的饱和蒸汽压，随温度而变，其值可用安托尼(Antoine)公式计算或由相关手册查得，Pa；x、x B——溶液中A，B组分的摩尔分数。
A二、理想溶液气液平衡（一）t-y-x图1．沸点－组成图（t－ x－ y图）（1）结构以常压下苯-甲苯混合液t－ x－ y图为例，纵坐标为温度t，横坐标为液相组成x A和汽相组成y A（x，y均指易挥发组分的摩尔分数）。
下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线，上曲线表示平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线。
两条曲线将整个t－ x－ y图分成三个区域，液相线以下称为液相区。
汽相线以上代表过热蒸汽区。
被两曲线包围的部分为汽液共存区。
t－ x－ y图数据通常由实验测得。
对于理想溶液，可用露点、泡点方程计算。
（2）应用在恒定总压下，组成为x，温度为t1（图中的点A）的混合液升温至t2(点J)时，溶液开始沸腾，产生第一个汽泡，相应的温度t2称为泡点，产生的第一个气泡组成为y1(点C)。
同样，组成为y、温度为t4（点B）的过热蒸汽冷却至温度t3（点H）时，混合气体开始冷凝产生第一滴液滴，相应的温度t3称为露点，凝结出第一个液滴的组成为x1(点Q)。
F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。
图苯－甲苯物系的t－ x－ y图图苯－甲苯物系的y－ x图应用t－ x－ y图，可以求取任一沸点的气液相平衡组成。
化工原理蒸馏方式讲解
F
W
D
F
B
2个方程
F,xF
y
x
D, xD
W,XW 3个未知数
加热
A
XW
xF
xD
x或 y
二、简单蒸馏
（2）微分物料衡算式：
设某一时刻釜液量为L，kmol，组 成为x，与之平衡的汽相组成为y。
设经微分时间段d 后，蒸出的釜液 量为dL。在d 时间内对易挥发组分A 作物料衡算，（参考课本）有：
dW y
Wx
加热x
x
对理想物系 y
1 ( 1)x
ln F W
1 1
ln
x1 x2
ln
1 1
x2 x1
二、简单蒸馏
若平衡关系不符合上述公式，则； 1）若平衡曲线用曲线或表格表示时，用图解积分或数值 积分法； 2）若平衡曲线为直线y=mx+b时，则可得：
ln F 1 ln (m 1)x1 b W m 1 (m 1)x2 b
二、简单蒸馏
流程及特点：
特点： ①间歇、不稳定 ②分离程度不高
简单蒸馏 平衡蒸馏 精馏
t B
y2 WWx 21xx21
加热
WD, xD
x2
x1
x或y
A
yx2 yD1
二、简单蒸馏
2．物料衡算
(1)宏观物料衡算：
F W D
Fx F
Wx w
Dx D
杠杆原理：
t W x x D x x
饱和液相
x0 t0 L
y V t
y y0
B
t-y
T0
t t-x
t0
x
y0 x0 y
B
接触级
化工原理第十章-蒸馏
2、泡点、露点方程：
汽相压力不高时，可视为理想气体，满足道 尔顿分压定律。
pA pA0 xA fA (t)xA ; pB pB0 xB fB (t)xB
p pA pB pA0 xA pB0 xB pA0 xA pB0 (1 xA )
xA
p pB0 pA0 pB0
p fB(t) fA(t) fB(t)
5）冷凝器及再沸器热负荷及设计计算。
2024/9/29
全塔物料衡算
F D W FxF DxD WxW
F, xF
F、D、W——kmol/h
xF、xD、xW——摩尔分率
塔顶采出率 塔底采出率
D xF xW F xD xW
W 1 D
F
F
2024/9/29
D, xD W, xW
塔顶易挥发组分回收率 塔底难挥发组分回收率
混合液中组分数
双组分 多组分
间歇 按操作方式
连续
2024/9/29
五 与吸收、萃取旳比较
单元操作 分离根据
操作难易 合用性
蒸馏
挥发性旳差别 操作简便，操 适于多种
作费用在于加 浓度混合
热、冷却
物旳分离
吸收 萃取
溶解度旳差别
需加入分离剂，仅适于低
操作费用在于 浓气体、
解吸
液体混合
物旳分离
2024/9/29
V L D Vyn1 Lxn DxD
LD
yn1
V
xn
V
xD
L
D
L D xn L D xD
令
R
L D
——回流比
yn1
R R1
xn
xD R1
——精馏段操作线方程
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p
p
0 A
p
0 B
这种液体混合物的平衡总压比任一纯组分的蒸气压都低， 因而其沸点降低。如1atm下，纯水的沸点为100℃，苯 的沸点为80.1℃，苯－水的沸点 为69.5℃。
水蒸气蒸馏沸点的确定：
• 作有机物的蒸气压pA0与 温度t关系
• 作水的(p-pw0)与t的关系 两线的交点即为该压 力下溶液的沸点。
p
p
0 w
~t
p
0 A
~
t
温度，℃ 沸点
水蒸气蒸馏时由于汽相 中 水蒸气占据了一部分 分压，相当于减压到(ppw0)下进行蒸馏。
带出剂水蒸气用量的确定：
按分压定律： 当以质量计：
nW nA
A pA0
GW pW 0 M W GA pA0M A
实际上水汽离开液面时，其中所带出组分A的分压pA并未
（2）间歇精馏只有精馏段。
•恒回流比操作
•恒馏出液组成
恒回流比操作时组成琢渐减小；恒馏出液组成时回 流比琢渐加大。
7.5.3 特殊精馏
（1）恒沸精馏－加入的第三组分能与原溶液中的组分形成 最低恒沸物，从塔顶馏出。
（2）萃取精馏－加入的第三组分仅改变组分间的相对挥 发度，随重组分从塔低排出。
7.5 其他精馏方式
• 水蒸气蒸馏 • 间歇蒸馏 • 特殊蒸馏
7.5.1水蒸气蒸馏
• 对易于分解而又与水不互溶的物料，为降低沸点，采 用水蒸气蒸馏；对虽不易分解、但沸点较高的物料， 为降低操作压力，也可采用水蒸气蒸馏。
• 水蒸气蒸馏降低沸点的原理是：互不相溶的液体混合 物，其蒸气压为各纯组分的蒸气压之和。
达饱和，即pA<pA0
pA pA0
GW pW 0MW p pA0 MW
GA pA0 M A
pA0 M A
若降低总压p，GW将减小；当p=pA0时，即为单纯的真 空蒸馏。
7.5.2间歇精馏
• 料液分批投入精馏釜中 特点是：
（1）为非稳态操作，塔釜内 组成随精馏的进行而不断 降低，塔内操作参数不仅 随位置变化，而且随时间 而变。