化工原理：4液体的精馏

三、拉乌尔定律 (Raoult's Law)
实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，
即: 在一定温度下，气相中任一组分的分压等于此
纯组分在该温度下的饱和蒸汽压与它在溶液中的摩
尔分率的乘积。
pA

p
0 A
x
A
pB pB0 xB pB0 1 xA
道尔顿分压定律 pA PyA
越往上易挥发组分含量越高，越往下难挥发组分含量越高。
鞍环填料 阶梯环填料
鲍尔环填料
第四节 双组分连续精馏的分析和计算
一、理论板的概念及恒摩尔流假定 1、理论板：离开这块板的气液两相互成平衡，而且塔板上 的液相组成也可视为均匀一致。
yn f xn
2、恒摩尔流假定
（1）恒摩尔汽化：在精馏塔的精馏段内每层塔板的上升 蒸汽摩尔流量都是相等的，提馏段亦然。但两段的上 升蒸汽摩尔流量不一定相等。
吸收：利用混合气体中各组分在液体中溶解度 差异，从而实现混合气体的分离。
蒸馏：利用液体混合物中各组分挥发性的不同， 把液体混合物中各组分达到某种程度分离的单 元操作。
三、蒸馏依据
原理：将液体混合物部分气化，利用混合物中各组分的挥发度不同 使各组分得以分离。 其中沸点低的组分为易挥发组分（轻组分）
泡点：一定组成的液体，在恒压下加热的过程中， 出现第一个气泡时的温度
p p0
xA

PA0
B
PB0
用途：(1)已知泡点，计算液相组成。 (2）已知液相组成求泡点。 X=f（pt）
2、露点方程-总压一定时汽相组成与温度（露点）的关系式
露点：在压力一定的情况下，开始从气相中分离出第 一滴液滴的V2’=V’3=…=V’n=V’
（2）恒摩尔溢流：在塔的精馏段内，每层塔板下降的液
体摩尔流量都是相等的，提馏段亦然。但两段的液体
摩尔流量不一定相等。
L1 =L2 =…=Ln=L
L1’=L2’=L3’=…=Ln’=L’
3、恒摩尔流假定成立的条件：
（1） 各组分的摩尔气化潜热相等。
馏 段
精馏塔
V 回馏液L
全凝器
馏出液D Distillate
进料板 蒸气V
F,D,V,L,W均为摩尔流量
[mol/s] [mol/h]
再沸器
馏残液W Waster
精馏塔
冷却器
精馏段
精馏是多次而且同时运用部分气 化和部分冷凝的方法，使混合液 较完全分离，获得接近纯组分的 单元操作。
提馏段
精馏设备由精馏塔、冷却 器和再沸器等构成；加料 板；精馏段；提馏段
2. 气液相平衡图（y—x图）
t—x—y 图
y —x 图
y2
t1
y1
t2
x x y1 y2
xx
对相于浓大度多 ，1 数故溶平2液衡，线达 位到于平对衡角时线，上气方相。轻平组衡1 分线的偏浓离度对2 总角大线于愈液远，
该溶液愈易分离。
六、 挥发度及相对挥发度
1. 挥发度ν：
表示某种溶液易挥发的程度。若为纯液体时，通常用其当时 温度下饱和蒸气压来表示，如PA0。若为溶液时，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 摩尔分率之比来表示，
2. 传质分离 被分离物为均相混合物，设法将均相变为非均相， 利用物系中不同组分间某种物性的差异来分离， 如蒸馏、吸收等。
3. 速控分离 对均相混和物，通过控制各组分的传递速率来分 离，如膜分离等。
二、传质分离
传质过程——物质以扩散的方式，从一相转移 到另一相的相界面的转移过程，称为物质的传 递过程，简称传质过程。
缺点：设备庞大，只适合大规模生产。
精馏塔
1、分类： 板式塔：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔。 填料塔：塔内充填一定高度的填料。
2、塔板的作用：气液两相传质，传 热的场所。
板式塔
①、组成：
塔体、塔板（填料）、再沸器、冷凝器。
②、温度分布规律：
塔底温度最高，越往上温度越低，塔顶温度最低。
③、气液组成的变化规律；
A pA / xA
B
pB / xB
压力不太高时
p yA / xA
p yB / xB
yA xA
yB
xB
理 想 溶 液

p
0 A
/
pB0
3. 气液相平衡方程（用
相对挥发度表示）：
可求得 x-y 关系的方程，称
为气液平衡方程。
yA xA
1 yA
1 xA
y x 1 ( 1)x
在外压不变（一般为常压）时，设双组分(A， B)溶 液中：
A : 沸点低，易挥发，称为轻组分； B ：沸点高， 难挥发，称为重组分； xA, xB ： 分别为液相中A，B 的摩尔分率； yA, yB ： 分别为气相中A，B 的摩尔分率；
pA, pB ： 分别为纯A，B的饱和蒸气压；
pA, pB ： 分别为平衡分压。
总物料流衡算： . Vi1 Li1 Vi Li (c)
(c )
易挥发组分衡算：Vi1 yi1 Li1xi1 Vi yi Li xi (d)
c、d两式可以同时满足，称为稳定操作
3、精馏塔与提馏塔
4、中间进料现代化精馏塔
精馏流程图：
塔板1
精
2
馏
段
进料F Feed
提
习惯上以 ｘ 表示液相中易挥发组分的摩尔分率，以（1-ｘ）表 示难挥发组分的摩尔分率；以ｙ表示气相中易挥发组分的摩尔 分率，以（1-ｙ）表示难挥发组分的摩尔分率。
四、泡点方程与露点方程
1、泡点方程-总压一定时液相组成与温度（泡点）的关系式
pA =pA0xA pB = pB0xB
p = pA+ pB =pA0xA+ pB0 xB = PA0xA+PB0(1-xA)
第一节 概述
典型的化工生产装置包括： 反应器；原料、中间产物和产品的分离设备；泵、换热器；
原料 预处理 反应 分离 粗产品 精制 产品
分离工程
三废处理
分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位。 分离过程的费用占总投资的50～90％。
一、分离过程
1. 机械分离 被分离物为非均相混合物（两相或三相） 可用机械来进行分离，如过滤、离心等。
精馏塔各截面的 α变化不大可视为常数，计 算可取平均值 当α=1时，y=x ，不能用普通精馏方法分 离该混合物。 当α>1时，y>x ,能用普通精馏方法分离该 混合物, α越大，越易分离。
【例4-1】已知正戊烷（A）及正己烷（B）在不同温 度下的饱和蒸汽压，求平均相对挥发度。正戊烷及正 己烷的沸点分别为36.1 ℃和68.7 ℃。（50℃：pA0 =159.16 kPa pB0=54.04 kPa； 55℃： pA0 = 185.18 kPa pB0 = 64.44 kPa ）
2.87
内插法求52.4 ℃时的相对挥发度
t1 =50℃ α1 = 2.95
t2 = 55℃ α2 = 2.87
t = 52.4℃

1

2 1
t
(t

t1 )
2.95 2.87 2.95 (52.4 50) 5
2.9084
相平衡方程
y x 2.9084 x 1 ( 1)x 11.9084 x
（2） 气液接触因温差交换的显热可以忽略。
（3） 塔设备保温良好，热损失可以忽略。
二、全塔物料衡算
1、物料衡算式：总物料衡算 F=D+W
易挥发组分衡算 FxF Dx D WxW
本章主要讨论常 压下双组分连续 精馏
制酒作坊装置
y A ——蒸汽中乙醇所占的摩尔分率
乙醇的摩尔数 yA 乙醇的摩尔数 水的摩尔数
xA ——液相中乙醇所占的摩尔分率
yA xA
第二节 双组分溶液的气液相平衡
一、理想溶液的概念 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。
【例4-2】总压为101.3kPa时正庚烷和正辛烷的饱和蒸汽压 和温度的关系数据如下表所示。试求出该体系的平均相对 挥发度。
t K
371.4
正庚烷
p
o A
kPa
101.3
378 125.3
383 140.0
388 160.0
393 180.0
398.6 205.0
正辛烷
p
o B
kPa
回流作用：塔顶液体回流和塔底 汽相回流为塔板上汽液两相进行
再沸器 部分冷凝和部分汽化提供需要的
热量和冷量，是保证精馏操作的 必要条件
连续精馏操作特点
优点：操作条件稳定不变，便于控制，产品质 量稳定，容易实现自动化；可以节省辅助时间， 设备利用率高，生产能力大；利用换热设备可 以回收塔顶和塔底带出的热量，节约能量减少 损耗。
解：理想溶液的平均相对挥发度可用平均温度下 的饱和蒸汽压求取，
平均温度 t = ( 36.1+ 68.7) / 2 =52.4 ℃
50℃ pA0 =159.16 pB0=54.04 α1 = pA0 / pB0=159.16 / 54.04 =2.95
55℃ pA0 = 185.18 pB0 = 64.44 α2 = pA0 / pB0 =185.18 / 64.44 =
νA = pA / xA
νB = pB / xB
νA 、νB — 组分A、B 的挥发度。
对理想溶液，符合拉乌尔定律
νA = pA / xA = pA0 xA / xA = pA0
νB = pB0 ** 理想溶液中, 各组分的挥发度等于其饱和蒸汽压.