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1. 第六章蒸馏 61 概述 1. 蒸馏操作是利用液体混合物中各组分的挥发度差异来分离液体混合物的单元操作。

分离依据：*各组分挥发度不同，即yA/yB xA/xB（气体、液相A、B组分的摩尔分数）A组分挥发度B组分挥发度*合适的分离设备（塔）。

1 2. 蒸馏过程的分类 蒸馏过程可根据蒸馏方法、连续性和组分数量进行分类。

按蒸馏方法分：简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏、特殊精馏按操作压力分：常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏按操作方法分：连续蒸馏、间歇蒸馏混合物性质：双组分精馏，LL)L热平衡计算FF hf+VH+Lh=VH+Lh VH蒸汽摩尔焓，kJ/kmol； h 液体摩尔焓，kJ/kmol； L hf 进料液体摩尔焓，kJ/kmol。

38 进料状态参数 q 定义：进料中饱和液体的分数 LLH hfq=F Hh 即 L=L+q FV=V-(1-q)F 因此，汽提段的运行线方程可改写为: L+qF W y m+1=x mx W L+qF-W L+qF W 39 五种进料热工况下的 q 值：冷液体进料 q 1 V F+L*饱和液体进料 q=1 V =VL=F+L 汽液混合物进料0q 1 饱和。

2.多组分蒸馏*连续蒸馏是液体混合物分离中优选的分离方法。

*本章讨论常压下双组分连续精馏的前提。 2、蒸馏为何应用极其广泛？ 不添加新组分，挥发性差异广泛，有汽液平衡和分离，很容易实现较大的挥发性差异。 蒸馏具有适度的挥发性差异。 蒸馏挥发度的差异非常小。 如何描述特种蒸馏的挥发性？ 因此，本章首先讲平衡关系。 3、蒸馏操作费用和操作压力 蒸馏操作费用主要是加热和冷凝费用，与加热和冷凝温度有关。

加热和冷凝温度与操作压力有关，因此工业蒸馏应适当选择操作压力。

*真空蒸馏降低沸点，避免使用高温热载体。

*压力蒸 D L+DR 1 y n+1=x n+x D R+1 R+1*当D一定时，L和V取决于回流比R x D*知道xD和R，可以画出精馏段作业线：过点(xD，xD)，斜率R/(R+1)362，提馏段用于从某塔盘(第m块)到塔底的物料平衡汽提段列L=V+WL xm=V y m+1+W x WLW y m+1=-x mx W LW LW x W*汽提段运行线通过点(x W, x W)*汽提断面操作线373。进料V热工况的影响应根据进料状态F+V+L=V+LVV=F-(.

3、蒸馏提高了冷凝温度，避免了制冷剂的使用。

4.本章重点： 1.连续精馏过程的基本原理及过程描述的基本方法 2.二元精馏过程的设计及精馏过程的操作分析与诊断 3.塔设备（板式）精馏工艺4连续精馏装置由总冷凝器、回流罐、塔顶产物、原料、塔体、塔釜、产物、再沸器、再沸器、再沸器组成。 当某一组分的分子从液相逸出并以相同的速度返回到气相时，或者达到动态平衡时，该过程就达到了相平衡。

平衡时气液两相的组成之间的关系称为相平衡关系。

取决于系统的热力学性质，即蒸馏过程的热力学方程yn=f(xn)xny n+1 2、恒摩尔流量假设a、恒摩尔汽化：精馏段V1=V2=V=固定值 汽提段 V1=V2=V=常数值 b、恒定摩尔溢流：精馏段 L1=L2=L=常数值 汽提段 L1=L2=L=常数值或以上假设成立条件：各组分的摩尔汽化焓等于蒸气。 忽略液相接触时因温度不同而交换的显热。 热损失被忽略。 塔顶物料平衡为V=L+DV y n+1=L x n+D x DLD y n+1=x n+x D L+。

4.基础和基本依据。

6、汽液平衡关系说明：用图表表示（等温图、等压图）、用相对挥发度表示、用相平衡常数表示、用表格表示、用方程表示各自适用于哪些情况？ 均衡关系从何而来？ 查书、实验、预测 7 2. 溶液的蒸气压和拉乌尔定律 1. 溶液的蒸气压 纯液体 A 的饱和蒸气压 pA0 （可以通过实验测量或经验公式计算） 二组分溶液中 A 的蒸气各组分的压力pA（不同溶液中，A、B两种组分对蒸气压的影响不同）2、汽液两相共存时的自由度根据相律，F= N-+2（N为独立组分数即相数）汽液两相平衡系统：N=2,=2，故系统自由度RR回流比L+D=VV上升蒸汽量*料液处理能力不变，L，即R、xD； *当料液处理量一定时，L并不代表D，而是意味着V的增大，即加热速率和冷凝速率都会增大，能耗就大。

33 全塔物料平衡决定了整个精馏系统的进出物料量与浓度的关系。

如何确定塔完成分务的要求？ 通过各塔板的浓度变化与塔板之间的关系-塔板之间的相平衡关系-质量平衡计算 34 2. 理论塔板和恒摩尔流量假设 1. 理论塔板 ynx n-1 塔板上传递过程的特征方程：物料平衡公式V y n+1+L x n-1=V y n+L xn 相平衡平方。

5. F为8. 平衡系统涉及的参数有： 温度 t 压力 P（常压蒸馏为定值） 气液两相的组成 xA, xB, yA, yB*1 对于二组分体系中，一相中某一组分的摩尔分数确定后，另一种组分的摩尔分数也随之确定，液相或气相的组成可用单一参数来表示。

即xA,yA*2 由于系统的自由度F=2，如果随机指定温度、压力、气液两相成分中的任意两个，则系统的状态将被确定，其余参数无法确定。 任意选择。

9 因此，当压力一定时，二元平衡系统必然存在： *液相（或气相）的组成与温度（tx ty）一一对应； *气液相组成一一对应 组分 连续精馏塔计算 精馏设计计算 给定原料用量及组成 提出产品质量要求（收率要求） 设计内容（理论塔板数、回流量比）塔板数：高度直径：厚度回流比R：能耗已知：料液组成xF，料液体积F，产品组成xD求：产品体积D，釜液体积W，塔板数，塔高，塔直径 31 1、全塔物料平衡计算公式 VDF=D+WLF xF=D xD+W xW F 挥发性组分回收率 D xD V=99%LWF xF 32 难挥发组分回收率 W( 1-xW)=99%F(1-xF ) 回流流量L（用于塔顶冷凝器的物料平衡）L/D。

6. 关系（yx）。

研究气液相平衡关系就是定量地描述上述两种关系。

3、理想溶液与拉乌尔定律 理想溶液：分子间吸引力不因混合而改变，即无热效应、无体积效应 非理想溶液：10 拉乌尔定律：对于二组分理想溶液，在一定温度下气相中任何组分的分压等于该温度下纯组分的蒸气压乘以其在溶液中的摩尔分数。

即： p A=pA0 x A p B=pB0 x B=pB0 (1-x A) 其中 pA 和 pB 分别为 A 组分和 B 组分在溶液上方的蒸气压，Kpa； pA0和pB0为纯组分A和B的蒸气压 蒸气压，Kpa； xA, xB 对于溶液中的组分A和B，请在等压线图上描述闪蒸过程。

26 三、蒸馏 1、原理 多次部分汽化、部分冷凝 如何实现多次部分汽化、部分冷凝？ 272、分类连续精馏、间歇精馏 3、连续精馏工艺装置组成 总冷凝器 回流罐 塔顶产品 原料塔 再沸器 塔釜 产品 28 各部分功能 塔顶：冷凝器、回流罐 塔体：进料板、精馏段、汽提段 塔底：再沸器连续稳定运行的必要条件 顶部回流液 塔底上升蒸汽 29 总结：1.简单精馏、平衡精馏、精馏原理、特点、应用 2.精馏原理（为什么这样做） 3、精馏采用什么设备（塔）3064。

7. 摩尔分数。

*对于非理想溶液，汽液相平衡关系可以通过实验确定。

11 3、温度成分图（tx、ty关系）（等压图） 在一定压力下（且总压不高时），溶液的温度随成分的变化而变化。

对于理想的解决方案，可以根据拉乌尔分压定律和道尔顿分压定律导出tx和ty数据来计算tx和ty数据。

即 p-pB0 pA0 xA x A=y A=pA0-pB0 P 为理想解，绘制数据与实验结果一致。

对于非理想解决方案，tx 和 ty 数据通常通过实验确定。

温度成分图可用于过程的定性分析。

实施例12：当总压力为101.3kPa时，苯和甲苯混合物的tx和ty为图1和x2中的三个量时，根据上式可得到另一个未知量。

24 2、馏分油平均组成为全过程挥发性成分的物料平衡公式：y平均值(W1-W2)=W1x1-W2x2，故W2y平均值=x1+(x1-x2)W1- W2 y 平均冷凝 液体的平均浓度（塔顶产物）。

25 2.平衡精馏工艺流程及原理： 特点：连续操作，产品浓度不随时间变化且满足相平衡方程，且只能达到有限程度的浓缩过程。 计算： 求：气相和液相的组成。

根据物料平衡公式、热平衡公式和相平衡方程计算气相和液相的组成。

（P80）。

8. t ty tx 气相面积 ty 露点 ty 线以上的气相面积也称为露点曲线 xx 或 y tx 线与 ty 线之间的汽液共存面积 泡点 tx 线也称为气泡点曲线 液相面积 tx液相线*以下的面积 从txy图中可以看出，二元理想溶液和纯液体的区别：二元理想溶液的沸点不是一个固定值，而是一个范围; 当二元理想溶液的组成一定时，泡点和露点不相等。

13 当三个区域的沸点（boiling point）、泡点（bubble point）和露点（dew point）处于平衡状态时：如何从xA求T？ 使用泡点线。 如何从xA中找到yA？ 如何使用泡点线和露点线？ yA 找到 T？ 利用露-液相组成，由物料平衡计算出某一时刻的气-液相组成关系。 随时间变化，从初始状态W1到最终状态W2； x是液体在某一瞬间的成分，从初始状态x1到最终状态x2； y是从某一瞬间静止时蒸发的气相的组成，并随时间变化。

省略二阶无穷小量，上式写为： dW/W=dx/(yx) 积分： W1 dx ln=W2(yx)y=f(x) 23 如果是理想液体 xy=1 +(-1 ) x W1 1 x1 1-x2 则 ln=ln+ln W2-1 x2 1-x1 当 W1、W2、x 已知时。

9. 虚线。14 4. 气液相平衡图（yx 图） pA0 xA y A=P 或 y A=K x A 其中 K 称为相平衡常数，K=pA0/P。

当总压力恒定时，K 随温度变化。

汽液平衡关系可用于过程的定量分析。

汽液相平衡关系可以用yx图表示，根据平衡数据可以直接画出yx图。

下面是苄基和苯的混合物的xy图： 15*1 yx线与对角线的关系（y=x）*2 总压对yx线的影响 当总压变化不大时，P对yx线的影响可以忽略（当变化达到30%时，影响小于2%）当总压变化超过一倍时，P对yx线的影响不能忽略。 当总压力低于两种纯组分的临界压力时，蒸馏可以具有恒定的沸点。

*4 溶液的恒沸点数据可从说明书中查到。

19、汽液平衡关系描述：用图表示1、(tx,ty)图2、yx图用方程表示1、拉乌尔定律2、用相平衡常数表示3、用相对挥发度表示它适合什么用途？ 均衡关系从何而来？ 书籍、实验、预测 2063 蒸馏与精馏原理 1. 简单蒸馏过程及原理 21 特点：间歇操作，产品浓度随时间变化，只能达到有限程度的提高 浓度 请在等压线图上描述简单蒸馏过程。

过程计算：求某一时刻221的馏出物的气相和液相组成以及平均组成，求出某一时刻的气相和液相。

10. 在全范围内容内操作 *3 P 对 tx 和 ty 线的影响不可忽略 /xi 对于理想的解决方案，vA=pA0 vB=pB0 相对波动率：vA pA/xA pA0=vB pB 的比率pB0 /xB 原则上是温度的函数，但 pA0/pB0 的比值与温度的关系很小，通常在工作温度范围内取平均值。

17 根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律 yA xB y(1-x) = yB xA x(1-y) 即 xy = 1 + (-1) x 此公式称为相平衡方程。

当取值方法已知时，可以根据上式确定yx平衡关系。

若=1，则yA=xA，此时混合物不能通过蒸馏分离。

如果1，则yAxA，则混合物可以通过蒸馏分离。

186、二组分非理想溶液 1、具有正偏差的非理想溶液 fABfAA、fBB（氯仿-丙酮体系）溶液的平衡分压比理想溶液高，当偏差达到一定程度时，它们具有的平衡分压。共沸点。

*1 恒沸点溶液必须通过一般蒸馏方法达到恒沸点才能进一步分离。

*2 当总压力变化时，txy图线不仅上下移动，而且其形状也可能发生变化，即共沸组成发生变化。

*3 非理想解并不一定是全部。