《食品工程原理》教案 (第39次课2学时) 一、授课题目 第六章蒸馏 第一节概述 第二节双组分溶液的汽液相平衡 二、教学目的和要求 学习本次内容，要求学生了解蒸馏的基本概念，理解蒸馏分离的依据，学握拉乌尔 定律及汽液平衡方程 三、教学重点和难点 重点： 1、蒸馏分离的依据 2、汽液平衡方程 难点： 蒸馏分离的依据 四、教学过程 第1贞共4负（第六章蒸编）
第六章蒸馏(Distillation) 第一节概述 一、蒸馏及分类 1、定义：将液体混合物（均相混合物）部分汽化，利用各组分挥发性差异加以分离的操 作。 蒸馏是分离均相液体混合物的一种有效方法。生产上主要应用于液体的提纯、回收。 2、分类 (1)按操作方式分：简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏 (2)按原料中所含组分数日分：双组分蒸馏及多组分蒸馏 (3)按操作压力分：常压蒸馏、加压蒸馏、减压（真空）蒸馏 (4)按操作流程分：连续蒸馏和问歇蒸馏 本章主要讨论常压双组分连续精馏。 二、蒸馏分离依据 1、挥发性 易挥发组分：沸点低的组分，又称为轻组分。用A表示：乙醇，沸点低 难挥发组分：沸点高的组分，又称为重组分。用B表示：水，沸点高。 2、挥发度v 气相中分压p 挥发度”我相学家分号 3、分离的依据：混合液中各组分挥发性不同。V4>Vg 通过蒸馏操作，使汽相中易挥发组分含量提高，使液相中难挥发组分含量提高，这样 达到A、B组分一定程度的分离。 第2贞共4负（第六章蒸编）
y,>y,→=(P=p,+p) 理想气体，P,=Py,P=P乃y(y汽相中摩尔分率) 宁女>要y名w =六品 XA 1-1X(A在汽相中含量>在液相中含量) 相当于A→汽，B→液 第二节双组分溶液的汽液相平衡 一、相律和拉乌尔定律 1、汽液相平衡：是指溶液与其上方蒸汽达到平衡时，汽液两相问各组分组成的关系。 2、相律：研究相平衡的基本规律，表达式为自由度数F=独立钥分数C相数中+2 对两组分的汽液平衡，C=2,中=2，故F=2。但可变化的参数有4个：温度t、压西 D、液相组成x和汽相组成y。因此在t,p,X,y这4个变量中，任意规定其中两个变量， 则此平衡体系的状态就可唯一的确定。 (自由度数：可独立变化变量：对于一个体系，其状态确定至少需要确定的变量数日。) 2、拉乌尔定律 (1)溶液的分类：理想溶液和非理想溶液 理想溶液：A-A,B-B,分子和AB分子之间的吸引力相等，EA式fAB。即分子间 相互吸引力不因混合有所变化，形成的混合液无容积效应，也无热效应，这种溶液称为理 想溶液。如甲醇与乙醇，烃类同系物等组成的溶液及浓度很稀的溶液，近似于理想溶液。 非理想溶液：fA≠fm≠fAB 实验表明，理想溶液的汽液平衡关系服从拉乌尔定律。 (2)拉乌尔定律 第3贞共44贝（第六章蒸编】
在一定温度下，汽液达平衡时，汽相中任一组分的分压等于此纯组分在该温度下的饱 和蒸汽压乘以它在溶液中的摩尔分数，即： PA-PAXA P8-PsxB=ps°(1-XA) 式中：PA,PB 一分别为蒸汽中组分A和B的平衡分压，kPa pA°，pg°一分别为纯组分A和B的饱和蒸汽压，kPa: X,xB一分别为溶液中组分A和B的摩尔分数。 注意：以后将不再带有下脚标，但所有参数均表示易挥发组分。 二、两组分理想溶液的汽液平衡 蒸馏操作通常是在恒定外压下进行的，因而常用的平衡关系是txy图和xy图。 在汽液相平衡时，有： ppA+pa-pAx+pB°(I-x) x=p-0 p,-p0=f) (1) 当总压不太高时，汽相可视为理想气体，遵循道尔顿分压定律，则： y-e-Pix-Pps0) (2) pppP”-Pg° 可见，在p固定时，x,y由t唯一确定。 1、txy图见下： D 4 x2)4 》作法： 第4贞共4贝（第六章蒸编）
分析：x,取一个t值→x值：y,取一个t值y值 QP=Px=Py:Pa=P(1-x)=P(1-y) x 名 D 方法：任取t,查出p,p8,求出x、y >图中AECB线称为泡点线（饱和液体线），ADFB线称为露点线（饱和蒸汽线）。 >图中分为二个区域：从下向上是过冷区、两相区（汽液共存区）和过热区。 >G点：杠杆规则蒸汽里G正 从图中得出一结论：贝有对混合物进行部分汽化（或部分冷凝），才能产生分离 作用。 xy图的用途：主要用于分析蒸（精）原理 2、x-y图见下： >理想溶液yx线总在对角线上方。 一yx线愈偏离对角线，说明该物系愈易分离。 二xy图可由txy图转换而米，图中321线为汽液平衡线。 xy图的用途：主要用于求取理论板数。 注意： >总压对tyx关系比对yx关系的影响大： >当总压变化不大时，总压对yx关系的影响可以忽略不计： >蒸馏中使用yx图较tyx图更为方便。 三、相对挥发度与汽液平衡方程 第5贞共44贝（第六章蒸编
1、相对挥发度 (1)挥发度v:混合溶液中组分的蒸汽压与其平衡的液相中的摩尔分数之比。 对于A组分，有：VAPA√xA 对于理想溶液，有：VA-PN XA=PAXA/XA=-pA (2)相对挥发度：溶液中易挥发组分的挥发度(vA)与难挥发组分的挥发度(Vg)之比。 a=匕=p/x 当操作压强不太大时，汽相服从道尔顿分压定律，上式可写成 a==Py/x=当x va pya/x8 ya/xa 或 y4=a(4) y8 xB 村理想溶液，则有：a= p 2、汽液平衡方程 (1)定义：溶液与其上方蒸汽达平衡时，组分在汽相与液相中组成之间的关系。人 (1D公式：y=1+(a-0x 或x=&-(a-y (2)推导：对于双组分体系，xA+xg=1,yA+y=l, 因为a= VA=PYAI XA YA/xA y/x va pya/x8 ya/x8 (1-y)/(1-x) 所以y=1+e-x 或Xa-e-0 上两式称为汽液平衡方程。 (3)说明： >由α的大小可以判断某混合物能否用蒸馏方法分离和分离的难易程度： >a>,则ya>x(表示组分A较B容易挥发)，a越大，分离越容易： 二=1，则y⅓=XA，此时不能用普通蒸馏和精馏方法分离，： >a随温度改变，所以，在蒸（精）馏计算中，在作图时(yx图)，α常取塔顶、 进料处和塔底三处的几何平均值 第6贞共4贝（第六章蒸编）
《食品工程原理》教案 (第40次课2学时) 一、授课题目 第二节蒸馏与精馏原理 二、教学目的和要求 学习本次内容，要求学生了解平衡蒸馏和简单蒸馏，理解蒸馏和精馏原理，了解精 馏装置的基本组成及各部分的作用。 三、教学重点和难点 重点： 蒸馏和精馏原理 难点： 蒸馏和精馏原理 四、教学过程 第8贞共4（第六章蒸】
第三节蒸馏与精馏原理 一、平衡蒸馏（闪蒸） 1、装置 平衡蒸馏装置如图所示。 原料液经加热器加热后通过节流阀进入闪蒸罐（分离器），在分离器内发生闪蒸过程。 平衡关系：yD与x互成平衡。 1 加热器 2一减玉阀 3—分离器 4—冷凝器 2、计算 闪蒸计算的基础是物料衡算、热量衡算和平衡关系 (1)物料衡算 总物料F=D+W 对A组分FXF=Dyn+Wx 将两式联立，可得： W_D一江=q称为液化率 Xp-Xw F = XF g-1x g-1 该式称为q线方程 (2)热量衡算 加热器的热流量为：Q=FC(T-to) 物料在分离器内闪蒸，有： FC(T(Iq)F或T=1,+0-r 式中：Cp一混合物料的平均摩尔比热容，kJ/(kmol℃)： r一平均摩尔汽化热，kJ/kmol: 第9贞共4负（第六章蒸编
、T、一分别为物料的初始、预热后（节流前）和节流后平衡温度（泡点）， ℃ (3)相平衡关系 D与x互成平衡，若为理想物系，有：'n1+a-)x 二、简单蒸馏（微分蒸馏） 1、流程 简单蒸馏的流程如下图所示： 2、简单蒸馏操作原理 >将料液加热至泡点，溶液汽化，产生的蒸汽随即进入冷凝器，冷凝成馏出液： >随着过程的进行，釜中液相组成不断下降，使得与之相平衡的汽相组成（馏出 液组成)亦随时降低，而釜内液体的沸点逐渐升高： >当馏出液的平均组成或釜残液组成降至某规定值后，即可停止蒸馏操作： >在同一批操作中，馏出液分批收集，可得到不同组成的馏出液。 注意： >平衡关系：在一解间形成的蒸汽与液相互成平衡：但形成的全部蒸汽（塔顶产 品)不与剩余液体相平衡。故其又称为微分蒸馏； >历史上最早应用的蒸馏方法： >一种单级蒸馏操作，常以问歇方式进行，为非稳态过程： >简单蒸馏多用于混合液的初步分离。 三、精馏原理 第10虫共44负（第六章蒸）
1、定义：让混合物多次且同时进行部分汽化与部分冷凝的过程。 2、原理：多次部分汽化，部分冷凝 蒸馏：一次部分汽化，部分冷凝：分离程度低。 精馏：多次部分汽化（液体），部分冷凝（气体）：分离程度高 分析：名→，液相中难挥发组分B个，汽化：个，(>，起到加热作用： y,→y,汽相中易挥发组分A个，冷凝t↓，t,<4,起到冷凝作用。 解释：下一级上升蒸汽的温度高于上一级液体的温度，两相直接接触，蒸汽被液体部分冷 凝，液体被蒸汽部分汽化，这样易挥发组分向汽相聚集，难挥发组分向液相聚集，经过多 次汽液接触，最终达到A、B组分很高程度的分离。 3、工业精馏装置 如图所示： 第11贞共44负（第六章蒸偏）