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1、第九章 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 9-2-1 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
2、； 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； p0A 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。 2 CF2222 FAAA xpp 0由
3、 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 BAABBBBAAA ppPxpxppxpp ),1(, 000000BABA pp pPx AA Pyp AAAA xPpPpy0., BBBAAA xpvxpv 00 , BBAA pvpv .BBAABAxpxpvv .00BAppCt BAp lg (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
4、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 9-2-2 两组分非理想物系的气液平衡 ABBABBAABBAAxyxyxPyxPyxpxpBABA xxyy ABAB xxyy 1,1AAAA xxyy 11 yyxxxy )1(,)1(1 BHJAyx,tDxy水乙醇 MM最低恒沸点溶液正偏差溶液 ,yx, xytNN水硝酸 最高恒沸点溶液负偏差溶液 ,yx, xt y第一节 平衡蒸馏和简单蒸馏 9-3-1 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
5、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。 DyD,顶部产品WxW,底部产品FxF,原料 tAWx Fx Dy9-3-2 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。 0x3x 1y 2y 3y 3y 1y2y3x 0xtA第四节
6、 精馏原理和流程 9-4-1 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
7、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。 BA5t4t3t2t1t3x 2x 1x 1y2
8、y mx 1x Fx 1y ny3ynn yV,11, nn yV22,yV nL11,yV 1nL2LFxF,2V1mV11,xLmV22,xL11, mm xLmmxL,AnnyV,分凝器回流液体,nL降液管塔板加料板再沸器mmxL,上升蒸汽,mV提馏段精馏段FxF, 四 、 精馏操作条件 板式精馏塔如图所示。 精馏塔除了塔板外，在塔顶还有冷凝器，在塔底还有再沸器。 因为塔顶如果没有回流液体返回精馏塔，则塔顶最上一层塔板的传质就无法进行，同样塔底如果没有上升蒸汽返回精馏塔，则塔底最下一层塔板的传质也无法进行。 五 、 塔板的作用 塔板是开有许多小孔的圆板，在精馏塔内放有许多塔板，以第 n层
9、板为例来说明塔板的作用，其上为第 n-1层板，其下为第 n+1层板。来自 n-1层板组成为 xn-1的液体与来自 n+1层板组成为 yn+1的蒸汽在第 n层板上接触。 由于 xn-1与 yn+1不平衡，而且蒸汽的温度（ tn+1）比液体的温度（ tn-1）高， 所以，组成为 yn+1的蒸汽在第 n层板上部分冷凝，并使 xn-1的液体部分汽化。假设蒸汽和液体充分接触，并在离开第 n层板时达到相平衡，则 yn与 xn平衡，且 ynyn+1， xn xDm） 则 （与连续精馏饱和液体（ xF=x1）进料的精馏段一样） 从而 2图解法求理论板层数：同前述精馏段图解法求理论板层数 二、对具有一定理论板层
10、数的精馏塔，确定操作过程中各瞬间的 xD和 xW的关系 恒回流比时，馏出液组成与釜液组成具有对应关系。 任意选定 xDi，通过点（ xDi， xDi）作斜率为 R/(R+1)的操作线，在操作线与平衡线之间作梯级， 最后一个梯级达到的液相组成即为 xWi。 FFFDqqqD xy yxxy yxR 1m i nmin)21.1( RR 三、对具有一定理论板层数的精馏塔，确定操作过程中 xD（或 xW）与釜液量 W、馏出液 D之间的关系 如图所设，在 d时间内 对釜液所占范围进行总物料衡算， 则 对釜液所占范围进行易挥发组分的物料衡算， 则 所以 由上式可求出任一 xD(xW)对应的 W。再由总物
11、料衡算可求 D=F-W。 在一批操作时间内，对系统进行总物料衡算， 则 对系统进行易挥发组分的物料衡算， 则 解之 另外 dDdWdWxdDxWxd DDW )(dWxdWxW dx DWW WWD W dxdWxx )( Fwee xx WD WFW xx dxWdW Fwexx WD We xx dxWFlnDxD,DmD xxD ,WeW xxW , WDF WeDmF WxDxFx WF WxFxx WeFDm DRDLV )1( 9-6-2 馏出液组成恒定时的间歇精馏计算 一、确定理论板层数 已知： xD、 xWe 则 同样 同前述精馏段图解法求理论板层数 二、确定 xW和 R的关系
12、 恒馏出液组成时，回流比与釜液组成具有对应关系。 任意选定 Ri，通过点 a（ xD， xD）作斜率为 Ri/(Ri+1)的操作线，从点 a开始按理论板数画梯级，最后一个梯级即对应 xWi。 三、计算一批操作的气化量 设在 d时间内，釜液的气化量为 dV kmol，馏出液量为 dD kmol，回流液量为 dL kmol， 则回流比为： 对全凝器作物料衡算， 得 在一批操作中任一时刻前对系统进行物料衡算， 得 微分（ 1），得 积分上式得 WeWeWeD xy yxR minmin)21.1( RR dDdLRdDRdDdDdLdDdLdV )1()1( WDF WxDxFxWDF DFWxxxxFDWDWF )1()(WWD DF dxxx xxFdD 2)( )( V xx WWDFD FWe dxxx RxxFdVV 0 2)( )1()(第七节 恒沸精馏和萃取精馏（自学）
