1、一、蒸餾的原理利用混合物在一定壓力下各組分相對揮發(fā)度（沸點）的不同進行分離的一種單元操作。易揮發(fā)組分：沸點低的組分難揮發(fā)組分： 沸點高的組分第一節(jié)概述二、蒸餾的分類按蒸餾方式簡單蒸餾平衡蒸餾（閃蒸）精餾特殊精餾恒沸蒸餾萃取蒸餾水蒸汽蒸餾較易分離的物系或對分離要求不高的物系難分離的物系很難分離的物系或用普通方法難以分離的物系按操作壓強一般情況下多用常壓常壓下不能分離或達不到分離要求常壓加壓減壓雙組分混合物中組分多組分間歇按操作方式連續(xù)第二節(jié)雙組分溶液的氣液相平衡F=C-P+2一、氣液平衡時的度：對于兩組分兩相平衡：=2-2+2 =2若蒸餾操作壓力恒定，物系只剩下一個度。當指定液相組成，則兩相平衡

2、共存時的溫度和氣相組成必隨之確定而不能任意變動。恒壓的雙組分平衡物系中，必存在：t-x-y圖：液相（或氣相）組成與溫度間的一一對應關系x-y圖：氣、液組成之間的一一對應關系二、雙組分理想物系的氣液平衡液相為理想液體，服從拉烏爾定律氣相為理想氣體，服從理想氣體定律1. 拉烏爾定律pA , pB 溶液上方組分A及B的平衡分壓p0 , p0 純組分A,B的飽和蒸氣壓ABxA ,xB -溶液中組分A,B的摩爾分數(shù)純組分的飽和蒸氣壓是溫度的函數(shù)，通常用阿托因方程表示：對于理想溶液，在一定溫度下：p p0 xAAAp p0 xBBB p0 (1 x)BAlg p0 A BT C2. 泡點方程ABp0p p

3、p p0 (T )x 0BB p0p0 (T ) p0 (T )AB當溶液沸騰時，各組分蒸氣壓之和等于系統(tǒng)壓力p p pAB p0 x p0 x p0 x p0 (1 x)AABBAABA用 x 表示其中的易揮發(fā)組分，并略去下標：上式是理想物系的液相組成與溫度（泡點）關系式3.方程ABABp0p p0p0 (T )p p0 (T )y A A AApp0 p0pp0 (T ) p0 (T )根據(jù)分壓定律，組分 A 在蒸氣相中的分率0ppyApApxAAABp0p p0p p0 (T)x BB p0p0 (T) p0 (T)AB由泡點方程得：上式是理想物系的氣相組成與溫度（）關系式三、雙組分非理

4、想物系的氣液相平衡1. 非理想物系的類型液相為非理想溶液，氣相為理想氣體；液相為理想溶液，氣相為非理想氣體；液相為非理想溶液，氣相為非理想氣體。2. 非理想溶液1）非理想溶液的類型最低恒沸點如：乙醇水，正丙醇水最高恒沸點如：硝酸水，氯仿酮正偏差溶液負偏差溶液乙醇-水溶液相圖乙醇-水溶液物系的泡點線和線在 M 點重合，該點溶液的泡點比兩純組分的沸點都低，這是因為該溶液為具有較大正偏差的溶液，組成在 M 點時兩組分的蒸汽壓之和出現(xiàn)最大值。M 點稱為恒沸點，具有這一特征的溶液稱為具有最低恒沸點的溶液。常壓下，乙醇-水物系恒沸組成摩爾分數(shù)為0.894，相應溫度為78.15(純乙醇為78.3)。硝酸-水

5、與之相反，硝酸-水溶液為負偏差較大的溶液，在硝酸摩爾分數(shù)為 0.383時，兩組分的蒸汽壓之和最低，t-x(y) 圖上對應出現(xiàn)一最高恒沸點（M點），其沸點為121.9。此溶液稱為具有最高恒沸點的溶液。2) 相平衡常數(shù)當總壓不太高時，氣相可視為理想氣體時，平衡氣相的組成為：op pxAAAApB po xBBBA , B 分別為組分A、B的活度系數(shù)。AAApAyAKoopxpAApyA KAxAKA稱為相平衡常數(shù)。AABB po poooBBAAAABpoAxAxAxBp p x p =p對于理想溶液：揮發(fā)度對純液體，揮發(fā)度指該液體在一定溫度下的飽和蒸汽壓對混合液，揮發(fā)度為組分在蒸氣中分壓和與之平

6、衡的液相中的摩爾分率之比四、揮發(fā)度和相對揮發(fā)度2. 相對揮發(fā)度溶液中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比，用表示：理想溶液中組分的相對揮發(fā)度等于同溫度下兩組分的飽和蒸汽壓之比。pA / xA BpB / xB ABBpopoA對理想溶液： Ay x1 ( 1)x氣液平衡方程3. 相對揮發(fā)度和氣液相平衡的關系若操作壓強不高，氣相遵循分壓定律pAyA pByB pAxByAxB pB xAyB xAy(1 x) (1 y)xy1.0相平衡曲線x01.0總壓恒定、不同溫度下互成平衡的氣液兩相組成 y和 x 的關系可如圖表示。對于理想物系，氣相組成 y于液相組成x。y x曲線上各點所對應的溫度是

7、不同的。y-x圖可作為混合液能否用蒸餾方法分離以及分離難易程度的判據(jù)。 1 時，y x組分A較B易揮發(fā)，可以用蒸餾方法分離 1時，揮發(fā)度差異愈大，愈有利于蒸餾操作 1 時，y x。不能用普通蒸餾的方法分離混合液例9-1：常壓精餾塔中分離苯-甲苯溶液，在塔頂?shù)谝粚影迳弦后w中含苯摩爾分數(shù)為0.9，塔釜中為 0.05。求塔頂和塔釜的相對揮發(fā)度。1215t 221.21345t 219.5A苯log p0 6.036 B甲苯log p0 6.079 式中：p0 kPa,t C解：設塔頂?shù)呐蔹ct =82.3AABBP p0 x p0 x101.33kPa1215 2.033 107.9kPa 1.622

8、 41.88kPa82.3 221.2134582.3 219.5塔頂xA =0.9，xB 0.1P p0 x p0 (1 x) 107.9 0.9 41.88 0.1 101.3kPaAABAAlog p0 6.036 Ap0Blog p0 6.079 Bp0假設成立，則相對揮發(fā)度：02.57641.88ABp0p 107.9 設塔釜的泡點t =108.41215 2.35 223.9kPa 1.977 94.84kPaAAp0Blog p0 6.036 108.4 221.21345log p0 6.079 108.4 219.5塔釜xA =0.05，xB 0.95P p0 x p0 (1

9、 x) 223.9 0.05 94.84 0.95 101.3kPaAABABp0假設成立，則相對揮發(fā)度：02.36194.84ABp0p 223.9 一、平衡蒸餾（閃蒸）第三節(jié)平衡蒸餾與簡單蒸餾平衡蒸餾是液體的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸餾操作。汽液相平衡數(shù)據(jù)的測定和生產(chǎn)工藝中溶液的閃蒸分離是平衡蒸餾的典型應用。閃蒸罐塔頂產(chǎn)品yA加熱器原料液塔底產(chǎn)品QxA減壓閥1. 物料衡算閃蒸罐D, yD, teyD加熱器F, x , tF FQ減壓閥xWW, xW, teT總物料衡算：F D W易揮發(fā)組分：FxF DyD WxWFDWFx Dy（F-D）xDWFDDy (1 F )x F xF令

10、W q D 1 q F1DWFqyxxq 1q 1汽液相平衡組成的關系液化分率FFq 1在x-y圖上，代表通過點（x， x）且斜率為q的直線。氣化率xW 與yD呈平衡關系，對于理想體系：xWDW1 ( 1)xyDWyxq 1qxF q 12. 氣液平衡關系te f x已知原料液流量F，組成xF，及汽化率(1-q)，即可求得平衡的汽液相組成yD、xW 。平衡溫度te 與組成 xw 應滿足泡點方程二、簡單蒸餾1. 流程及原理加入蒸餾釜的原料液持續(xù)吸熱沸騰汽化，產(chǎn)生的蒸汽由釜頂連續(xù)引入冷凝器得餾出液產(chǎn)品。特點：釜內任一時刻的汽、液兩相組成互成平衡。蒸餾過程中系統(tǒng)的溫度和汽、液相組成均隨時間改變。x冷

11、凝器y原料液蒸氣xD1xD2xD3任一時刻，易揮發(fā)組分在蒸汽中的含量 y 始終大于剩余在釜內的液相中的含量 x，釜內組分含量 x 由原料的初始組成 xF 沿泡點線不斷下降直至終止蒸餾時組成 xE，釜內溶液的沸點溫度不斷升高，蒸汽相組成y也隨之沿露點線不斷降低。簡單蒸餾的分離效果很有限，工業(yè)生產(chǎn)中一般用于混合液的初步分離或除去混合液中不揮發(fā)的雜質。2.物料恒算令y、x分別為任一瞬時的氣、液相組成，W為任一瞬時釜內的液體量，單位為kmol。若時間d內蒸出物料量為dW ，釜內液體組成相應地由x降為x-dx，對該微元時間作易揮發(fā)組分的物料衡算：Wx=ydW+(W-dW)(x-dx)dWdxWy x11

12、1x2x2Wy xf (x) xW2WdWx dxx dx積分得:1 ( 1)xx若為理想溶液：y 2ln W1 ln x1 ln 1 x2 1W 1x1 x21 易揮發(fā)組分衡算：y(W1 W2 ) W1x1 W2 x2W21121WW2y x(x x)蒸出液中易揮發(fā)組分平均濃度：W1x1W2 x2= W1 W2 W2 xW212121WW2y xWWW1 W2W1 W2例9-2（p59）：將含苯摩爾分數(shù)為0.7、甲苯摩爾分數(shù)為0.3的溶液加熱汽化，汽化率為1/3。已知物系的相對揮發(fā)度為2.47，試計算：1作平衡蒸餾時，氣液相產(chǎn)物的組成。2作簡單蒸餾時，氣相產(chǎn)物的平均組成和殘液組成。例9-2解答解得：y 0.816, x 0.6423 2.1 2xqxxF q 1q 12.47x1 1.47x(1)平衡蒸餾：q 1 f 2 y y