第一章蒸馏 第一节概述 、定义 1.质量传递过程(传质过程):由浓度差引起的物质转移过程。 2.蒸馏:利用液体混合物中各组分挥发性的差异来分离液体混合物的传质过程。 3.精馏:多次部分汽化,多次部分冷凝 、分类 简单蒸馏 常压蒸馏 双组分蒸馏 间歇蒸馏 平衡蒸馏(闪蒸) 减压蒸馏 多组分蒸馏 连续蒸馏 精馏 加压蒸馏 特殊精馏(恒沸精馏、萃取精馏)
第一章 蒸 馏 第一节 概 述 一、定义 1．质量传递过程（传质过程）：由浓度差引起的物质转移过程。 2．蒸馏：利用液体混合物中各组分挥发性的差异来分离液体混合物的传质过程。 3．精馏：多次部分汽化，多次部分冷凝。 二、分类 简单蒸馏 常压蒸馏 双组分蒸馏 间歇蒸馏 平衡蒸馏（闪蒸） 减压蒸馏 多组分蒸馏 连续蒸馏 精 馏 加压蒸馏 特殊精馏（恒沸精馏、萃取精馏）
第一节两组分溶液的气液平衡 2-1两组分理想物系的气液平衡 相律:只受温度和压力影响的平衡物系的自由度数,等于物系的独立组分数减去 相数再加上二,即 式中F自由度数 C独立组分数; φ—相数 对两组分的气液平衡,F=2-2+2=2 若恒定压力,则,即该物系只有一个独立变量,其它变量都是它的函数, 所以可以用平面相图来表示各变量间的关系 二、两组分理想物系的气液平衡关系 1.理想物系:液相为理想溶液、气相为理想气体的物系。 2.拉乌尔定律:理想溶液中某组分的溶液蒸汽压等于该组分同温度下的液体蒸汽 压与该组分的液相摩尔分率的乘积,即 PA=PA·x 式中pA—组分A的溶液蒸汽压,Pa;即溶液上方组分A的平衡分压; p0A—组分A的液体蒸汽压,Pa;即纯液体的饱和蒸汽压 A—组分A的液相摩尔分率
第一节 两组分溶液的气液平衡 1-2-1 两组分理想物系的气液平衡 一、相律：只受温度和压力影响的平衡物系的自由度数，等于物系的独立组分数减去 相数再加上二，即 式中 F—自由度数； C—独立组分数； —相数。 对两组分的气液平衡， 若恒定压力，则 ，即该物系只有一个独立变量，其它变量都是它的函数， 所以可以用平面相图来表示各变量间的关系。 二、两组分理想物系的气液平衡关系 1．理想物系：液相为理想溶液、气相为理想气体的物系。 2．拉乌尔定律：理想溶液中某组分的溶液蒸汽压等于该组分同温度下的液体蒸汽 压与该组分的液相摩尔分率的乘积，即 式中 pA—组分A的溶液蒸汽压，Pa；即溶液上方组分A的平衡分压； p 0 A—组分A的液体蒸汽压，Pa；即纯液体的饱和蒸汽压； xA—组分A的液相摩尔分率。 F = C − + 2 F = 2 − 2 + 2 = 2 A A A p = p x 0
H p,=p.,, pr=Pa-XR=PR (1-x), P=p,+p 得 由p:=Py 3.相对挥发度 (1)挥发度:某组分的溶液蒸汽压与该组分的摩尔分率之比, 即 P V= P 对理想溶液,有v=p, (2)相对挥发度:易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之比, 即 Pa PB 对理想溶液,有a=P (3) Antoine方程 lg p=A-- t+C
由 得 由 得 3. 相对挥发度 (1) 挥发度：某组分的溶液蒸汽压与该组分的摩尔分率之比， 即： 对理想溶液，有 。 (2) 相对挥发度：易挥发组分挥发度与难挥发组分挥发度之比， 即： 对理想溶液，有 (3) Antoine方程 A A A B B B B A P pA pB p = p x , p = p x = p (1− x ), = + 0 0 0 0 0 0 A B B A p p P p x − − = pA = PyA A A A A x P p P p y 0 = = , . B B B A A A x p v x p v = = 0 0 , A A B pB v = p v = . B B A A B A x p x p v v = = . 0 0 B A p p = t C B p A + = − lg
(4)气液平衡方程(相平衡方程) 若气相为理想气体 xA⊥yAxB yBrA =a· 对双组分溶液,y=1-y,x2=1-x1 有 整理并略去下标,得y1+(a-1xx=a-(a-1y 两组分理想物系的气液平衡相图 (1)温度一组成(txy)图 (2)Xy图 1-2-2两组分非理想物系的气液平衡
(4) 气液平衡方程(相平衡方程) 若气相为理想气体， 则 所以 对双组分溶液， 有 整理并略去下标，得 三、两组分理想物系的气液平衡相图 (1) 温度—组成（t-x-y）图 （2） x-y图 1-2-2 两组分非理想物系的气液平衡 B A A B B B A A B B A A y x y x x Py x Py x p x p = = = B A B A x x y y = B A B A y =1− y , x =1− x A A A A x x y y − = 1− 1 y y x x x y ( 1) , 1 ( 1) − − = + − = B H J A x, y t D x y
乙醇-水 正偏差溶液,最低恒沸点溶液 硝酸-水 负偏差溶液,最高恒沸点溶液
乙醇−水 M M 正偏差溶液,最低恒沸点溶液 x, y x y t N N 硝酸 −水 负偏差溶液,最高恒沸点溶液 x, y x t y
第一节平衡蒸馏和简单蒸馏 1-3-1平衡蒸馏 平衡蒸馏又称为闪蒸,是一种单级蒸馏操作,常以连续方式进行。原料连续进入 加热器中,加热到一定温度后经节流阀减到规定的压力,部分液体迅速汽化,汽液两 相在分离器中分开,得到了组成不同的塔顶产品和塔底产品。由于汽液两相成平衡状 态,所以称为平衡蒸馏。 顶部产品 原料 底部产品 A W
第一节 平衡蒸馏和简单蒸馏 1-3-1 平衡蒸馏 平衡蒸馏又称为闪蒸，是一种单级蒸馏操作，常以连续方式进行。原料连续进入 加热器中，加热到一定温度后经节流阀减到规定的压力，部分液体迅速汽化，汽液两 相在分离器中分开，得到了组成不同的塔顶产品和塔底产品。由于汽液两相成平衡状 态，所以称为平衡蒸馏。 D D, y 顶部产品 W W, x 底部产品 F F, x 原料 t A W x F x D y
1-3-2简单蒸馏 简单蒸馏又称微分蒸馏,也是一种单级蒸馏操作,常以间歇方式进行。在恒定压 力下,将蒸馏釜中的溶液加热至沸腾,并使液体不断汽化,产生的蒸汽随即进入冷凝 器中冷凝,冷凝液用多个罐子收集。由于整个蒸馏过程中,气相的组成和液相的组成 都是不断降低的,所以每个罐子收集的溶液的组成是不同的,因此混合液得到了初步 的分离。 x3 V1 y2 y3XoV2 VI
1-3-2 简单蒸馏 简单蒸馏又称微分蒸馏，也是一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。在恒定压 力下，将蒸馏釜中的溶液加热至沸腾，并使液体不断汽化，产生的蒸汽随即进入冷凝 器中冷凝，冷凝液用多个罐子收集。由于整个蒸馏过程中，气相的组成和液相的组成 都是不断降低的，所以每个罐子收集的溶液的组成是不同的，因此混合液得到了初步 的分离。 0 x 3 x 1 y 2 y 3 y 3 y 1 y 2 x3 x0 y t A
第四节精馏原理和流程 4-1精馏过程原理和条件 部分汽化和分冷 由A点的冷液体到B点的过热蒸汽的加热过程,B点的过热蒸汽到A点的冷液体的冷却过 程可知,部分汽化或部分冷凝可以获得浓度有显著差异的汽液两相,将该汽液两相分开,便 可使液体混合物得到初步分离 多次部分汽化和多次部分冷凝 若将该汽液两相分别多次部分汽化和多次部分冷凝,则可将液体混合物几乎完全分离。 多次部分汽化、冷凝的流程示意图如下,该过程原理可在t-ⅹy图上看出,而且温度是塔底高、 塔顶低 多次部分汽化、多次部分冷凝虽然能获得几乎纯净的两个组分,但由于每次汽化时就有 部分液体变成蒸汽,每次冷凝时就有部分蒸汽变成液体,所以最后得到的几乎纯净的组分的 量很少,另外,流程复杂、能耗高,因此,这种方法(流程)实际上是行不通的。 三、初始精馏操作流程 如果将部分汽化、部分冷凝分别得到的液体L2,L3,…Ln、气体V2,V3∴Vm分别送回到 它们的前一分离器中,则任一分离器有来自下一级的蒸汽和来自上一级的液体。汽液两相在 该分离器接触,同时实现部分冷凝和部分汽化,并产生新的汽液两相。这样除最上和最下 级外,中间各级的冷凝器和汽化器都可省去。若用塔板取代中间各级的分离器,就得到板式 精馏塔
第四节 精馏原理和流程 1-4-1 精馏过程原理和条件 一、部分汽化和部分冷凝 由A点的冷液体到B点的过热蒸汽的加热过程，B点的过热蒸汽到A点的冷液体的冷却过 程可知，部分汽化或部分冷凝可以获得浓度有显著差异的汽液两相，将该汽液两相分开，便 可使液体混合物得到初步分离。 二、多次部分汽化和多次部分冷凝 若将该汽液两相分别多次部分汽化和多次部分冷凝，则可将液体混合物几乎完全分离。 多次部分汽化、冷凝的流程示意图如下，该过程原理可在t-x-y图上看出，而且温度是塔底高、 塔顶低。 多次部分汽化、多次部分冷凝虽然能获得几乎纯净的两个组分，但由于每次汽化时就有 部分液体变成蒸汽，每次冷凝时就有部分蒸汽变成液体，所以最后得到的几乎纯净的组分的 量很少，另外，流程复杂、能耗高，因此，这种方法(流程)实际上是行不通的。 三、初始精馏操作流程 如果将部分汽化、部分冷凝分别得到的液体L2，L3，…Ln、气体V2 ’，V3 ’…Vm’分别送回到 它们的前一分离器中，则任一分离器有来自下一级的蒸汽和来自上一级的液体。汽液两相在 该分离器接触，同时实现部分冷凝和部分汽化，并产生新的汽液两相。这样除最上和最下一 级外，中间各级的冷凝器和汽化器都可省去。若用塔板取代中间各级的分离器，就得到板式 精馏塔
2 x3 x2 V2 VI y V2,y2 F L2 MI
B A 5 t 4 t 3 t 2 t 1 t 3 x 2 x 1 x 1 y 2 y m x 1 x F x 1 y n y 3 y n n V , y 1 1 , n− n− V y 2 2 V , y Ln 1 1 V , y Ln−1 L2 F F, x V2 −1 Vm 1 1 L , x Vm 2 2 L , x 1 1 , − − m m L x m m L , x A
分凝器 1,回流液体 精馏段 ‖降液管 塔板 加料板 提馏段 n,上升蒸汽 再沸器
n n V , y 分凝器 Ln ,回流液体 降液管 塔板加料板 再沸器m m L , x Vm ,上升蒸汽 提馏段 精馏段F F, x