化工原理B复习资料 - 蒸馏

第五部分 蒸馏 Part1概述

一、蒸馏原理（依据）

利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度（沸点）的不同进行分离的一

种单元操作。

二、基本定律及概念 1、拉乌尔定律

(1)表示气液平衡关系(某组分液面上分压与其液相组分关系)

——某组分气体在液面上方分压等于其液相摩尔分率乘以该温度下饱和蒸汽压PA0?PA?xA

(2)拉乌尔定律表示的气液相平衡关系

oo?px?p(1?x) P?p?pABAB气液相平衡（即溶液沸腾）时，有

所以可以推出——

泡点方程 xA=（P—pB0）/（pA0—pB0） 露点方程 yA=pA0xA/P

对于任一理想溶液，利用一定温度下纯组分饱和蒸汽压数据可求得该温度下平衡的气液相组成；反之，已知一相组成，可求得与之平衡的另一相组成和温度（试差法），具体的试差法应用不要求

2、 挥发度和相对挥发度 （1） 挥发度

对纯液体，挥发度指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压

vi?p0

对混合液，挥发度为组分在蒸气中分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比 vA=pA/xA vB=pB/xB 对于理想溶液： vA=pA/xA=p*xA/xA=p0 即vA=pA，同理，vB=pB

0

0

0

（2） 相对挥发度

溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，用α表示。

这是相对挥发度的三种表达形式

α=vA/vB=（pA/xA）/（pB/xB）=yAxB/yBxA

理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两组分的泡和蒸汽压之比。

当t变化时，两者的变化不大，一般可将α视为常数，计算时可取操作温度范围内的平均值。

（3）气液平衡方程及其推导原理

opAxByAxBy(1?x)vApA??????o?pxyxvp(1?y)xBABABB 和 由

导出气液平衡方程

?xy?1?(??1)x分析：

α值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。α愈大，挥发度差异愈大，分离愈易；α=1时不能用普通精馏方法分离,此时用的是萃取精馏或恒沸精馏

平衡线推出后，x-y图分析——平衡线始终位于对角线上方，偏离程度越大，两组分越易分离 （4）气液平衡相图

（1）温度—组成（t-x-y）图

该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以

下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。

气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。

（2）x-y图

x-y图表示液相组成x与之平衡的气相组成y之间的关系曲线图，平衡线位于对角线的上方。平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。总压对平衡曲线影响不大。

Part2蒸馏方式

例1：在常压下对苯与甲苯二元理想溶液分别进行平衡蒸馏与简单蒸馏。若原

料液中苯的浓度为0.5（摩尔分率）。物系的相对挥发度为2.47。试求： 1）用平衡蒸馏方法分离，当汽化率为 0.4时，釜液与馏出液的组成。 2）用简单蒸馏方法分离，使釜液浓度与平衡蒸馏相同，所得馏出物中苯的平均组成。

（结论：在相同的原料液浓度及相同釜液的条件下，简单蒸馏所得到的馏出液浓度高于平衡蒸馏，而平衡蒸馏的优点是连续操作，但其分离效果不如间歇操作的简单蒸馏。）

(个人觉得，这个不太是重点，有时间就看看，没时间就抓别的重点吧)

Part3本章基本物理量及公式推导

（1）物料衡算常用物理量

F，xf为进料摩尔流量及易挥发组分摩尔分率 w,xw为釜底料液摩尔流料及易挥发组分摩尔分率 D,xd为塔顶流出液冷凝后摩尔流量及易挥发组分摩尔分率 L为塔顶流出液冷凝后的回流摩尔流量

根据理论板假设，L同样也等于每层理论版上由上到下的液体流量 V为由塔底向上气相摩尔流量

(2)推导、定义量

① q :表征进料热状况的量，也可以叫液化分率，定义为：

?将1kmol进料变为饱和蒸汽所需热量原料液的kmol汽化潜热

物理意义：表示进料热状况与原料热状况关系

（F表示进料，L表示加料前由精馏到提馏液相原料流量，L’表示进料后液相原料变化结果；V表示加料前由提馏到精馏气相原料流量，V’表示进料后气相相原料变化结果）

q=1 泡点进料，(原料以泡点温度全部流到液相，气相此时无法冷凝)

V??VL??F?L

q=0 饱和蒸汽进料,(原料以平衡温度全部进入气相，液相此时无法气化)

??? VV?F?L Lq>1 冷液进料，（原料全部流入液相，并加上被冷凝原气相，气相此时由于被冷凝减少）

????VV?L???L?L?F?L

???V?V?F?V

q<0 过热蒸汽进料（原料全部进入气相，并加上被气化的原液相，液相此时由于

???? L?V被气化减少）L0

??L?qFL??VV?(q?1)F

对于饱和液体、汽液混合物及饱和蒸汽三种进料而言，q值就等于进料中的液相分率。

理解q与L’的关系，以便通过不同进料状况求解提馏操作线

②回流比:R=L/D

R的定义——精馏操作结束后，塔顶产品回流液和气相流出物流量之比 回流比变化引起精馏段和提馏段操作线变化，但q线及平衡线不变（图解分析）