第六章蒸馏 习要求 ( Distillation) 、熟练掌握的内容 精馏原理;操作线方程;q线方程;双组分连续精馏塔的计算 (包括物料衡算、进料热状态参数、最小回流比和回流比、逐板计算 和图解法求理论塔板数);进料热状态参数和回流比对精馏塔操作和 设计的影响 2、理解的内容 平衡蒸馏和简单蒸馏的特点与计算;理论塔板数的简捷计算法: 精馏装置的热量衡算;精馏操作分类;非理想物系气液相平衡;间歇 精馏的特点;直接蒸汽加热、多股进料或有侧线采岀和塔顶为分凝器 的精馏过程计算
第六章 蒸 馏 （Distillation) 学习要求： 1、熟练掌握的内容 精馏原理；操作线方程；q线方程；双组分连续精馏塔的计算 （包括物料衡算、进料热状态参数、最小回流比和回流比、逐板计算 和图解法求理论塔板数）；进料热状态参数和回流比对精馏塔操作和 设计的影响。 2、理解的内容 平衡蒸馏和简单蒸馏的特点与计算；理论塔板数的简捷计算法； 精馏装置的热量衡算；精馏操作分类；非理想物系气液相平衡；间歇 精馏的特点；直接蒸汽加热、多股进料或有侧线采出和塔顶为分凝器 的精馏过程计算
第一节概述 化工生产中所处理的原料、中间产品、粗产品等几乎都是混合物,而 且大部分是均相物系,例如:石油、石油裂解气和空气等 为了满足生产的要求,常需将混合物分离成纯净的或接近于纯的物 质,对于均相物系的分离必须造成两相物系,并且根据物系中各组分的 差异,使其中一组分或几个组分从一相向另一相转移以达到分离的目的, 该过程通常称为传质过程或分离操作。常见的传质过程有蒸馏、吸收、 萃取、干燥等。 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) 沸点高的组分为难挥发组分(重组分) 蒸出冷凝液—馏出液 蒸出后剩余的混合液—釜残液
第一节 概述 化工生产中所处理的原料、中间产品、粗产品等几乎都是混合物，而 且大部分是均相物系，例如：石油、石油裂解气和空气等。 为了满足生产的要求，常需将混合物分离成纯净的或接近于纯的物 质，对于均相物系的分离必须造成两相物系，并且根据物系中各组分的 差异，使其中一组分或几个组分从一相向另一相转移以达到分离的目的， 该过程通常称为传质过程或分离操作。常见的传质过程有蒸馏、吸收、 萃取、干燥等。 一、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） 沸点高的组分为难挥发组分（重组分） 蒸出冷凝液–––馏出液。 蒸出后剩余的混合液–––釜残液
蒸馏分类 连续蒸馏 按操作方法分 间歇蒸馏 简单蒸馏(分离要求不高) 平衡蒸馏(闪蒸) 按蒸馏方法分: 精馏 特殊精馏 双组分蒸馏 3、按组分数分:多组分蒸馏 本章主要讨论常 复杂系蒸馏 压下双组分连续 常压 精馏 4、按操作压力分:减压(热敏性物料 加压
二、蒸馏分类 1、按操作方法分：{ 2、按蒸馏方法分： 简单蒸馏（分离要求不高） 平衡蒸馏（闪蒸） 精馏 {特殊精馏 { 3、按组分数分： 双组分蒸馏 多组分蒸馏 复杂系蒸馏 4、按操作压力分：{ 常压 减压（热敏性物料） 加压 连续蒸馏 间歇蒸馏 本章主要讨论常 压下双组分连续 精馏
第二节双组分溶液气液相平衡 61相组成的表示法 质量分率xwi xWA=mA/mx=n/m∑xwi=1 摩尔分率x XINan Xp-np/n ∑ XI 三、质量分律与摩尔分律的换算 元混合物 、x→x1X=(XAMA(xx/MA+xB/MB 2、X→) Xw Xwa=(XMA(xAMA+x2Mp) 四、气体混合物的组成 气体混合物中各组分的组成,除了可以用上述方法表示外,还可以 用组分的分压和分体积来表示
第二节 双组分溶液气液相平衡 6—1 相组成的表示法 一、质量分率xwi xwA=mA/m xwB=mB /m ∑xwi=1 二、摩尔分率xi xA =nA /n xB =nB /n ∑ xi =1 三、质量分律与摩尔分律的换算 1、xwi→xi xi=(xwA/MA )/(xwi/MA+xwB/MB ) 2、xi→ xwi xWA=(xiMA )/(xAMA+xBMB ) 四、气体混合物的组成 气体混合物中各组分的组成，除了可以用上述方法表示外，还可以 用组分的分压和分体积来表示。 二元混合物
、压力分率 pi nirT/v ni p nRT/v=yi 理想气体混合物 2、体积分率 yi- ypi -yvi vi nirt/ v nRT/ 气液相平衡 拉乌尔定律:在一定温度下,溶液上方某组分的平衡分压等于此组分在 该温度下的饱和蒸汽压乘以其在溶液中的摩尔分率。 即 p- p 1、泡点方程pA=PAxA 0 B PB- PB XB p=p+p1=pAx4+p9x用途:(1)已知泡点,计算液相组成 PB0(1-x) (2)已知液相组成求泡点。X=f(pt)
1、压力分率 2、体积分率 一、气液相平衡 拉乌尔定律：在一定温度下，溶液上方某组分的平衡分压等于此组分在 该温度下的饱和蒸汽压乘以其在溶液中的摩尔分率。 即 p = p0x 1、泡点方程 pA =pA 0xA pB = pB 0xB p = pA + pB =pA 0xA + pB 0 xB = PA 0xA +PB 0(1-xA ) i i i i pi y n n nRT V nRT V p p y = = = = / / i i i i vi y n n nRT p nRT p V v y = = = = / / 理想气体混合物 yi = ypi =yvi 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） 0 0 0 A B A P P p p x B − − =
2、露点方程 确定露点温度 PaPA P P 或气相组成 y 二、气液平衡相图 1、温度一组成图 在总压一定的条件下,将TX、T—Y关系标绘在同一直角坐标系中, 即得到TXY图,T为纵坐标,以液相组成或气相组成为横坐标。 分析温度一组成图 度 二条线:泡点线、露点线 三个相区:液相区、气相区、气液两相区 两个温度:泡点温度、露点温度 杠杆定律: X1(或y;)
2、露点方程 二、气液平衡相图 1、温度—组成图 在总压一定的条件下，将T—X、T—Y 关系标绘在同一直角坐标系中， 即得到T—X—Y图，T为纵坐标，以液相组成或气相组成为横坐标。 0 0 0 0 0 A B A A A A B A p p P p P p P p x P p y − − = = = 确定露点温度 或气相组成 温 度 Xi（或yi） p 分析温度—组成图 二条线：泡点线、露点线。 三个相区：液相区、气相区、气液两相区。 两个温度：泡点温度、露点温度 杠杆定律：
2、相平衡图 对于大多数溶液,达到平衡时,气相轻组分的 浓度总大于液相浓度,故平衡线位于对角线上 方。平衡线偏离对角线愈远,该溶液愈易分离。 63挥发度和相对挥发度 挥发度的定义 1纯液体的挥发度:指液体在一定温度下的饱和蒸汽压。 2溶液中各组分的挥发度:可用它在蒸汽中的分压和与之平衡液相中的 摩尔分率之比来表示。VA=PAXA 若A、B形成理想溶液:V=P0 对于纯液体,即X=1(或XB=1)
2、相平衡图 对于大多数溶液，达到平衡时，气相轻组分的 浓度总大于液相浓度，故平衡线位于对角线上 方。平衡线偏离对角线愈远，该溶液愈易分离。 y 6—3 挥发度和相对挥发度 x 一 挥发度的定义 1 纯液体的挥发度：指液体在一定温度下的饱和蒸汽压。 2 溶液中各组分的挥发度：可用它在蒸汽中的分压和与之平衡液相中的 摩尔分率之比来表示。νA =PA /XA 若A、B形成理想溶液：VA =PA 0 对于纯液体，即XA =1 （或XB =1）
纯液体及理想溶液中任一组分的挥发度都籌于它在纯态时的饱和蒸汽 压,随温度而变化,因而使它在蒸馏计算中用起来很不方便,故引出相对 挥发度的概念 二相对挥发度 定义:溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比。 对于理想溶液a=PpB° ax y1+(a-Dr相平衡方程 精馏塔各截面的a变化不大可视为常数,计算可取平均值么k 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
纯液体及理想溶液中任一组分的挥发度都等于它在纯态时的饱和蒸汽 压，随温度而变化，因而使它在蒸馏计算中用起来很不方便，故引出相对 挥发度的概念。 二 相对挥发度 定义：溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比。 α=VA /VB =(PA /xA )/(PB /xB )=yA xB /yB xA 对于理想溶液 α=PA 0/pB 0 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。 x x y 1+ ( −1) = 相平衡方程 = = n i n m i 1 1
第三节蒸馏方式 蒸馏方式:简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、恒沸精馏、萃取精馏、水蒸汽蒸 馏 简单蒸馏 定义:使混合液在蒸馏釜中逐渐受热气化,并不断将生成的蒸气引入冷 凝器内冷凝,以达混合液中各组分得以部分分离的方法 操作流程: 原理: X或(y)
第三节 蒸馏方式 蒸馏方式:简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、恒沸精馏、萃取精馏、水蒸汽蒸 馏 。 一、 简单蒸馏 定义：使混合液在蒸馏釜中逐渐受热气化，并不断将生成的蒸气引入冷 凝器内冷凝，以达混合液中各组分得以部分分离的方法。 操作流程： 原理： t X或(y)
设某一瞬间釜液量为W组成x经过d时间后,蒸出液 为dW组成为y则釜内剩余液体量为WdW组成为x-dx 对易挥发组分物料衡算得 Wx=(w-aW(-dx)+ ydw Wax= ydw-xdw+dw.dx f dw cxp dx W2 w x 带入相平衡方程:nF +a W, a-1 x Y =mX F hn 2 2
设某一瞬间釜液量为W,组成x,经过dt时间后,蒸出液 为dW,组成为y,则釜内剩余液体量为W-dW,组成为x-dx. 对易挥发组分物料衡算得: − = = − + = − − + F x x F W y x dx W dW Wdx ydW xdW dW dx Wx W dW x dx ydW 2 2 ( )( ) 带入相平衡方程: Y=mx 2 2 2 2 2 ln 1 1 ln 1 1 ln ln 1 1 ln x x W m F x x x x W F F F F − = − − + − =