恒沸蒸馏的原理和应用
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
蒸馏
D. 真空装置 真空装置:
根据实验要求，即根据所分离的液体的沸点， 根据实验要求，即根据所分离的液体的沸点，选择不同 真空度大小的真空泵。真空度越高，操作越烦琐， 真空度大小的真空泵。真空度越高，操作越烦琐，能用水泵 不用油泵。 不用油泵。 水泵：一般不需要附加干燥装置，只需安全瓶即可。 水泵：一般不需要附加干燥装置，只需安全瓶即可。 油泵：一般要加一个干燥塔装置，如固体氢氧化钠， 油泵：一般要加一个干燥塔装置，如固体氢氧化钠，固 体氯化钙等，同时需要连一个冷阱。 体氯化钙等，同时需要连一个冷阱。 高真空泵：连安全瓶、 装置（三个干燥塔）； 高真空泵：连安全瓶、冷阱和保护 装置（三个干燥塔）； 泵油常更换（至少1次 月 泵油常更换（至少 次/月）。 麦氏表（转动式） 麦氏表（转动式）
还是液体，只要在 l00℃左右具有一定的蒸气压，即有一定的 还是液体， ℃左右具有一定的蒸气压， 挥发性时，若与水在一起加热就能与水同时蒸馏出来， 挥发性时，若与水在一起加热就能与水同时蒸馏出来，这就 称为水蒸气蒸馏。 称为水蒸气蒸馏。
要求: 被分离物质不溶或微溶于水－－先决条件。 －－先决条件 要求 1. 被分离物质不溶或微溶于水－－先决条件。
P总= P水+ Ps
水蒸气蒸馏冷凝液中，两种物质的相对质量（ 水蒸气蒸馏冷凝液中，两种物质的相对质量（也是蒸 气中相对质量）与他们的蒸气压和相对分子量成正比。 气中相对质量）与他们的蒸气压和相对分子量成正比。
nA pA = nB pB
（二）简单蒸馏装置及操作
1. 蒸馏装置
A
普 通 蒸 馏 装 置
B. 空气冷凝蒸馏装置
B
C. 简单蒸馏装置 C
2. 蒸馏操作
（1）温度计测量度要高于沸点 －20℃，不宜高出太多。范围 ）温度计测量度要高于沸点10－ ℃ 不宜高出太多。 越大，精度越差。温度计位置* 越大，精度越差。温度计位置 （2）蒸馏瓶：液体在蒸馏瓶中的量不应超过其体积 ，使沸腾 ）蒸馏瓶：液体在蒸馏瓶中的量不应超过其体积2/3， 的面积足够大。若超出， 的面积足够大。若超出，沸腾液体雾滴易被蒸汽带到接收 系统，沸腾强烈时，液体可冲出。蒸馏之前加沸石防暴沸。 系统，沸腾强烈时，液体可冲出。蒸馏之前加沸石防暴沸。 （3）冷凝管：直形冷凝管与空气冷凝管最为普遍。 ）冷凝管：直形冷凝管与空气冷凝管最为普遍。 bp.<150℃蒸馏时，选用直形冷凝管。直形冷凝管长短 ℃蒸馏时，选用直形冷凝管。 决定于蒸馏液体的沸点： 越低 蒸汽不易冷凝， 越低， 决定于蒸馏液体的沸点：bp越低，蒸汽不易冷凝，故需长 冷凝管。 越高，蒸汽易冷凝，需短冷凝管； 冷凝管。bp. 越高，蒸汽易冷凝，需短冷凝管； bp.>150℃考虑用空气冷凝管，因为蒸汽温度较高，遇 ℃考虑用空气冷凝管，因为蒸汽温度较高， 冷循环水往往发生炸裂。 冷循环水往往发生炸裂。
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
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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。
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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
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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 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
蒸馏原理及操作注意事项
蒸馏的原理及操作和注意事项蒸馏是提纯液体物质和分离混合物的一种常用的方法。
通过蒸馏还可以测出化合物的沸点，所以它对鉴定纯粹的液体有机化合物也具有一定的意义。
一、蒸馏原理液体的分子由于分子运动有从表面逸出的倾向，这种倾向随着温度的升高而增大，即液体在一定温度下具有一定的蒸气压，当其温度达到沸点时，也即液体的蒸气压等于外压时（达到饱和蒸气压），就有大量气泡从液体内部逸出，即液体沸腾。
一种物质在不同温度下的饱和蒸气压变化是蒸馏分离的基础。
将液体加热至沸腾，使液体变为蒸气，然后使蒸气冷却再凝结为液体，这两个过程的联合操作称为蒸馏。
很明显，蒸馏可将易挥发和不易挥发的物质分离开来，也可将沸点不同的液体混合物分离开来。
（液体混合物各组分的沸点必须相差很大，至少30o C以上才能达到较好的分离效果）。
纯粹的液体有机化合物在一定压力下具有一定的沸点。
但由于有机化合物常和其它组分形成二元或三元共沸混合物（或恒沸混合物），他们也有一定的沸点（高于或低于其中的每一组分）。
因此具有固定沸点的液体不一定都是纯粹的化合物。
一般不纯物质的沸点取决于杂质的物理性质以及它和纯物质间的相互作用：假如杂质是不挥发的，溶液的沸点比纯物质的沸点略有提高（但在蒸馏时，实际上测量的并不是溶液的沸点，而是逸出蒸气与其冷凝液平衡时的温度，即是馏出液的沸点而不是瓶中蒸馏液的沸点）；若杂质是挥发性的，则蒸馏时液体的沸点会逐渐上升；或者由于组成了共沸混合物，在蒸馏过程中温度可保持不变，停留在某一范围内。
二、蒸馏操作1. 蒸馏装置及安装最简单的蒸馏装置，如图28所示。
常压蒸馏装置主要由蒸馏烧瓶、蒸馏头、温度计套管、温度计、冷凝管、接液管和接受瓶等组成。
蒸馏液体沸点在140o C以下时，用直形冷凝管；蒸馏液体沸点在140o C 以上时，由于用水冷凝管温差大，冷凝管容易爆裂，故应改用空气冷凝管——高沸点化合物用空气冷凝管已可达到冷却目的。
蒸馏易吸潮的液体时，在接液管的支管处应连一干燥管；蒸馏易燃的液体时，在接液管的支管处接一胶管通入水槽，并将接受瓶在冰水浴中冷却。
蒸馏实验原理
蒸馏实验原理
蒸馏实验原理是一种物质分离的方法，基于不同挥发性的物质在加热下转化为气体形式，而后冷凝为液体形式的原理。
在蒸馏实验中，常使用蒸馏设备，如蒸馏烧瓶、蒸馏头和冷凝管等。
待分离的混合物被加入至蒸馏烧瓶中，在适当加热的条件下，混合物中具有较低沸点的成分首先转化为气体，上升至蒸馏头，经冷凝管冷却后变成液体形式，称为馏出液。
馏出液中含有高沸点成分的液体，则会滞留在蒸馏烧瓶中，并随着加热过程逐渐减少。
这样，通过逐步加热，分离液体混合物中不同沸点成分的过程就可以实现。
蒸馏实验的原理是基于沸点差异的。
不同物质具有不同的揮发性和沸点，在加热过程中，挥发性较高的物质会首先从液体相转变为气体相，而其他物质仍然保持液体状态。
通过冷凝管，气体相再次变为液体相，形成馏出液，从而实现了不同物质的分离。
蒸馏实验可以应用于多种情况，例如分离溶剂与溶质、提纯液体、提取天然产物等。
然而，该方法要求物质混合物中的成分具有明显的沸点差异，且需要控制适当的温度并进行精确的操作，以保证分离过程的有效性和准确性。
蒸馏的实验原理
蒸馏的实验原理
蒸馏是一种常见的物质分离方法，其原理基于不同物质有不同的沸点。
通过控
制温度和压力，可以将混合物中的不同成分分离出来，得到纯净的物质。
蒸馏广泛应用于化工、制药、食品加工等领域，是一种重要的物质提纯手段。
蒸馏的原理可以简单概括为，将混合物加热至其中某一成分的沸点，使其转化
为气体，然后再将气体冷凝成液体，从而实现分离的目的。
蒸馏可以分为简单蒸馏、分馏和萃取等多种方法，下面将分别介绍这几种蒸馏方法的原理和应用。
简单蒸馏是最基本的蒸馏方法之一，适用于分离沸点差异较大的混合物。
其原
理是将混合物加热至其中一种成分的沸点，使其蒸发成气体，然后通过冷凝器将其冷凝成液体。
这种方法适用于提纯水、酒精等物质，但对于沸点接近的物质分离效果不佳。
分馏是一种通过多次蒸馏实现物质分离的方法，适用于沸点接近的物质。
其原
理是通过多级冷凝器和加热器，将混合物中的不同成分分别蒸发和冷凝，最终实现分离。
分馏广泛应用于石油化工行业，用于提炼原油中的各种燃料和化工产品。
萃取是一种利用溶剂选择性提取混合物中某一成分的方法，其原理是通过混合
物和溶剂的亲和性差异，将目标成分从混合物中提取出来。
萃取广泛应用于制药和化工行业，用于提取药物、香料和化工产品中的目标成分。
总的来说，蒸馏是一种重要的物质分离方法，其原理基于不同成分的沸点差异。
通过控制温度和压力，可以实现混合物中不同成分的分离，得到纯净的物质。
不同的蒸馏方法适用于不同类型的混合物，广泛应用于化工、制药、食品加工等领域。
熟练掌握蒸馏的原理和方法，对于提高实验效率和产品质量具有重要意义。
恒沸蒸馏举例应用及原理
恒沸蒸馏举例应用及原理恒沸蒸馏是一种常用的分离技术，广泛应用于化学、制药、石油等行业中。
它能够有效地分离混合物中揮发性成分的纯度，而且是一种较为简单、快速的分离方法。
恒沸蒸馏的原理是基于液体混合物组分在不同温度下的沸点差异。
在一个封闭的蒸馏设备中，混合物被加热，部分液体组分转化为气体，然后通过冷凝器冷却并转化为液体，最后被收集。
在这个过程中，混合物的组分会以不同的速率转化为气体，随后被冷凝为纯净的液体。
以下是一些常见的恒沸蒸馏的举例及应用：1. 乙醇和水的分离：乙醇和水在一定摩尔比例下形成恒沸混合物，这给乙醇的纯化制取提供了直接而有效的方法。
乙醇在水中的溶解度较高，往往难以从水中分离出来，但通过恒沸蒸馏可以轻松地进行乙醇和水的分离。
2. 石油的分离：石油是一种复杂的有机混合物，其中包含了许多不同的碳氢化合物。
恒沸蒸馏在石油精炼中广泛使用，可以将原油分离成多个馏分，每个馏分中的碳氢化合物具有类似的沸点范围。
3. 脂肪酸的提取：例如，可以通过恒沸蒸馏从植物油中提取脂肪酸。
植物油中含有多种不同的脂肪酸，恒沸蒸馏可以将它们从油中分离出来，并得到纯净的脂肪酸。
4. 溶剂回收：在化学合成中，常常需要使用溶剂来溶解反应物，然后恒沸蒸馏可以对反应溶剂进行回收。
通过将混合物加热，揮发性的溶剂会蒸发出来，经过冷凝器冷却，并被收集起来，这样可以实现对溶剂的回收。
5. 药物制备：在制药工业中，有时需要从复杂的混合物中纯化制备药物。
恒沸蒸馏是一种常用的分离方法，可以将药物分离出来得到纯净的药物。
总的来说，恒沸蒸馏是一种常用的分离技术，适用于各种需要分离混合物中揮发性成分的场合。
它通过利用不同组分沸点的差异，将混合物分离成纯净的组分。
无论是对于液体混合物的分离，还是溶剂的回收，恒沸蒸馏都是一种简单而可行的分离方法。
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恒沸蒸馏的原理和应用
1. 恒沸蒸馏的原理
恒沸蒸馏是一种用于分离混合物的方法，它基于不同组分的挥发性差异来实现。
它通过控制蒸馏过程中的温度和压力来使混合物的组分按照其挥发性从液体中蒸发出来，并在蒸发过程中分离出纯净的组分。
恒沸蒸馏的原理基于气液平衡的概念。
当液体处于恒定的温度和压力下时，其
与蒸气处于平衡状态。
在恒沸蒸馏中，混合物被加热至其恒沸点，使其开始蒸发。
蒸气将冷凝并收集，在冷凝器中被转化为液体。
这样，通过将蒸气与液体不断循环，就可以分离出混合物的不同组分。
2. 恒沸蒸馏的应用
恒沸蒸馏具有广泛的应用领域，主要用于以下几个方面：
2.1 分离和纯化化学物质
恒沸蒸馏可以用于分离和纯化具有不同挥发性的化学物质。
它被广泛应用于化
学工业领域，用于生产纯净的有机化合物、溶剂和制药中间体等。
通过恒沸蒸馏，可以有效地去除杂质，提高产品的纯度和质量。
2.2 提取天然产品中的活性成分
恒沸蒸馏也可用于提取天然产品中的活性成分，如植物提取物和精油。
这些天
然产品通常包含多种成分，而且挥发性差异较大。
通过恒沸蒸馏，可以将目标成分从混合物中分离出来，得到纯净的活性物质。
2.3 制备高纯度溶剂
恒沸蒸馏还可以用于制备高纯度的溶剂。
在实验室和工业生产中，需要使用高
纯度的溶剂来进行化学合成和分析。
通过恒沸蒸馏，可以快速、高效地获得纯净的溶剂，满足实验和生产的需求。
2.4 分离混合物中的脂肪酸
恒沸蒸馏也常用于分离混合物中的脂肪酸。
脂肪酸是许多生物体和食品中的重
要成分，具有重要的生物学和营养学意义。
通过恒沸蒸馏，可以将脂肪酸从混合物中提取出来，并用于食品加工、人体健康等领域。
3. 恒沸蒸馏的优势和局限性
恒沸蒸馏具有以下几个优势：
•可以在较低的温度下进行，减少能量消耗；
•分离效果较好，纯度高；
•过程稳定可靠，操作简便。
然而，恒沸蒸馏也存在一些局限性：
•需要对混合物的挥发性进行较准确的预测，否则可能无法达到理想的分离效果；
•对于具有相似挥发性的组分，分离困难；
•需要使用较复杂的设备。
4. 总结
恒沸蒸馏是一种基于挥发性差异的分离方法，广泛应用于化学工业和其他领域。
它可以用于分离和纯化化学物质，提取天然产品中的活性成分，制备高纯度溶剂以及分离混合物中的脂肪酸等。
虽然恒沸蒸馏具有许多优势，但也存在一些局限性。
在实践中，我们需要综合考虑具体情况，选择适合的分离方法。