第六章 蒸馏
化工原理蒸馏精馏知识要点
三、操作线方程
1. 精馏段操作线方程
对如图划定范围作物料衡算 V=L+D 对易挥发组分衡算 Vyn+1=Lxn + DxD V, yn+1
D,xD
第n板
L, xn
Dx D L y n 1 x V V 令回流比 R=L/D xD R y n1 xn R1 R1
2. 恒摩尔溢流
精馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等。 提馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等
L1=L2=…=Ln=定值 （精馏段） L 1=L2=…=Ln=另一定值 （提馏段） 一定注意： 精馏段和提馏段下降的溢流分别不相等。 精馏段和提馏段上升的蒸汽分别不相等。 因为加料板加入原料液后使两段汽液两相流量发 生变化。 当各组分摩尔汽化焓相等，汽液接触良好且可忽 略显热(与汽化热比较)，保温良好且塔的热损失 可忽略时，恒摩尔流假定基本上成立。
露点
泡点
x或 y
0 P p A pB p 0 x p A A B (1 x A )
xA
0 P pB 0 p0 p A B
y A p0 A xA / P
对某一温度和总压，由这几式可求出xA，yA。 得出一系列的值后便可作出如前图所示的图来。 对于非理想溶液，计算很复杂。一般由实验得 出平衡数据。实验得出的平衡数据也是计算的 基础。
2. 相对挥发度(relative volatility)
溶液中两组分挥发度之比称相对挥发度,。通 常用易挥发组分挥发度作分子。
vA pA / x A vB pB / x B
第六章 蒸馏
设计目标： 1）根据分离任务，确定产品流量 D，W；
D, xD F, q, xF
2）选择操作条件R、进料状态；
乙醇
78.3℃
水
100℃
乙醇-水恒沸物
78.15℃
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（二）对拉乌尔溶液有负偏差的溶液
（1）无恒沸点溶液 如氯仿-苯溶液 pA<pA理， pB<pB理，介于pao、pBo 之间。
（2）有最高恒沸点的溶液 如硝酸-水溶液
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第二节 蒸馏与精馏原理
一、简单蒸馏与平衡蒸馏
二、精馏原理
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（一）简单蒸馏
N ET NT
ET 代表了全塔各层塔板的平均效率，其值恒小于 1.0 。一般 由实验确定或用经验公式计算。 对一定结构形式的板式塔，由分离任务和工艺条件确定出理 论板数后，若已知一定操作条件下的全塔效率，便可求得实 际板数。
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（三）回流作用 连续精馏的充分必要条件： 最上要有高纯度易挥发组分的液相：液相回流 最下要有高纯度难挥发组分的气相：气相回流(上升蒸气) 问题：1. 精馏过程的能耗在何处？ 2. 无液相回流，分离结果如何？
简单蒸馏也称微分蒸馏，为间歇 非稳态操作（unsteady batch operation）。 加入蒸馏釜的原料液持续吸热沸 腾汽化，产生的蒸汽由釜顶连续 引入冷凝器得馏出液产品。
冷凝器
y
原料液
蒸气
x xD1 xD2 xD3
特点：釜内任一时刻的汽、液两相组成互成平衡。蒸馏过 程中系统的温度和汽、液相组成均随时间改变。间 歇、非定态，R=0
D, yD, te
原料液
F, xF, tF
加 热 器
t0
减 压 阀
塔顶产品
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
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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。
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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。
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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。
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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
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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。
精馏优秀课件
1. 连续精馏操作流程
2. 间歇精馏操作流程
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3. 精馏塔旳操作情况
tn-1
塔板上: yn+1<xn-1, tn+1>tn-1 两者互不平衡
即:存在温度差和浓度差
tn+1
成果:传质和传热
yn >xn
理论(理想)板
若： ① 气液两相接触时间足够长
② 板上混合足够均匀
即:
则：离开第n块板时旳汽-液二相 构成构成平衡关系
3. 塔釜产品屡次部分汽化
t1
t1
t1’
t1'
t2’
t
' 2
操作流程
操作在相图上旳反应
成果:对初级混合液部分汽化后得到旳液相在塔底经屡次部分汽化 20 最终可得液相浓度为x2`（较低）旳塔底产品构成。
4. 过程进行旳必要条件及存在问题讨论 ① 由2、3可知：欲使混合液得到有效分离，必须同步分别对 塔顶汽相和塔釜液相进行屡次部分泠凝和屡次部分汽化。
双组分 —— 要点讨论 多组分 —— 简要简介
蒸馏操作实例：石油炼制中使用旳 250 万吨常减压装置幻灯片 5 5
§6.1 双组分溶液旳汽-液相平衡
汽液相平衡是分析精馏原理和进行设备计算旳理论基础，过程 以两相到达平衡为极限。
§6.1.1 溶液旳蒸汽压和拉乌尔定律（Raoult’s law）
一. 纯组分饱和蒸汽压 在密闭容器内，在一定温度下，纯组分液体旳汽液两相到达平 衡状态，称为饱和状态，其蒸汽为饱和蒸汽，其压力为饱和蒸 汽压。
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泡点线
0
xA xf
yA 1.0
x(y)
§ 6.3.2 精馏原理和流程
精馏流程(熟悉有关旳概念)
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 精馏
6.4.1 计算的前提
为了计算简化，假设进料中各组分的摩尔气化热
相等，同时定如下：
引入塔中的进料预热至泡点，温度与进料板温度接近； 塔身绝热，没有热损失 各层塔板上气化和冷凝的物质的量相等 回流采用全凝操作，回流组成与产品组成相同； 精馏段各层的回流量都相等； 提馏段各层的回流量都相等； 提馏段回流量等于精馏段回流量与进液量之和。
求全回流下的最小理论塔板数 求出最小回流比，确定实际回流比 由以上两结果求得理论板数
全回流下的最小理论板数：
相对挥发度定义式6－3: yA/yB=αxA/xB 对第1块板：yA1/yB1=α yA2/ /xB1 对第2块板：yA2/yB2=αxA2/xB2 同时，全回流操作相当于操作线为对角线y=x， 则yA2＝xA1；yB2＝xB1 故， yA1/yB1=α2xA2/xB2 类推得到 yA1/yB1=αNxAN/xBN
6－2.1 平衡蒸馏的计算
过程描述：
将原料加热到超过进料的泡点，当此 气液混合相进入闪蒸塔的瞬间，蒸汽 和残液处于平衡。从而达到分离目的。
特点：
在较低温度下得到较高的馏出率 多用在高温易分解的物质的蒸馏
气化率和液化率
f=V/F q=W/F=1-f 平衡蒸馏的计算 xD=(f-1)xw/f+xf/f 或 xD=qxw/(q-1)-xf/(q-1)
图解求算的原理
第1块板上：y1和x1满足平衡方程， 即点（ y1,x1）在平衡线上; 第2块板上升的蒸气y2与第一块板 下降的回流液满足操作线方程， 即点（ y2,x2）在操作线上。 则从y1 到y2需要一块理论板。 依此类推。
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第六章 蒸馏双组分溶液的气液相平衡 6.3 蒸馏与精馏原理 6.4 双组分连续精馏的计算 6.5 双组分精馏的设计计算 6.6 其它精馏方式 6.7 塔高塔径的计算 6.8 操作型计算 6.９ 恒沸精馏与萃取精馏
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精馏 双组分蒸馏
按物系的组分数 多组分蒸馏
常压蒸馏 按操作压力： 加压蒸馏
减压（真空）蒸馏
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按操作方式：
间歇蒸馏 连续蒸馏
按分离难易：
普通蒸馏 特殊蒸馏
4、蒸馏操作的费用
主要费用：加热和冷却费用，即能耗大。
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6.1 概述
1. 蒸馏的应用 2. 蒸馏分离的目的和依据 3. 蒸馏过程的分类 4. 蒸馏操作的费用
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1、蒸馏的应用
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液体产品的精制----石油的精制
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2、蒸馏分离 的目的和依据
• 目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分 • 依据：液体混合物中各组分挥发性的差异
液体混合物：(如:酒精水溶液) 挥发性大（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A） 挥发性小（水） ，称为难挥发组分或重组分（B）
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3、蒸馏过程的分类
简单蒸馏 按蒸馏方式： 平衡蒸馏