【文件說明】

1. 第六章蒸餾 61 概述 1. 蒸餾操作是利用液體混合物中各組分的揮發度差異來分離液體混合物的單元操作。

分離依據：*各組分揮發度不同，即yA/yB xA/xB（氣體、液相A、B組分的摩爾分數）A組分揮發度B組分揮發度*合適的分離設備（塔）。

1 2. 蒸餾過程的分類 蒸餾過程可根據蒸餾方法、連續性和組分數量進行分類。

按蒸餾方法分：簡單蒸餾、平衡蒸餾（閃蒸）、精餾、特殊精餾按操作壓力分：常壓蒸餾、減壓蒸餾、加壓蒸餾按操作方法分：連續蒸餾、間歇蒸餾混合物性質：雙組分精餾，LL)L熱平衡計算FF hf+VH+Lh=VH+Lh VH蒸汽摩爾焓，kJ/kmol； h 液體摩爾焓，kJ/kmol； L hf 進料液體摩爾焓，kJ/kmol。

38 進料狀態參數 q 定義：進料中飽和液體的分數 LLH hfq=F Hh 即 L=L+q FV=V-(1-q)F 因此，汽提段的運行線方程可改寫為: L+qF W y m+1=x mx W L+qF-W L+qF W 39 五種進料熱工況下的 q 值：冷液體進料 q 1 V F+L*飽和液體進料 q=1 V =VL=F+L 汽液混合物進料0q 1 飽和。

2.多組分蒸餾*連續蒸餾是液體混合物分離中優選的分離方法。

*本章討論常壓下雙組分連續精餾的前提。 2、蒸餾為何應用極其廣泛？ 不添加新組分，揮發性差異廣泛，有汽液平衡和分離，很容易實現較大的揮發性差異。 蒸餾具有適度的揮發性差異。 蒸餾揮發度的差異非常小。 如何描述特種蒸餾的揮發性？ 因此，本章首先講平衡關系。 3、蒸餾操作費用和操作壓力 蒸餾操作費用主要是加熱和冷凝費用，與加熱和冷凝溫度有關。

加熱和冷凝溫度與操作壓力有關，因此工業蒸餾應適當選擇操作壓力。

*真空蒸餾降低沸點，避免使用高溫熱載體。

*壓力蒸 D L+DR 1 y n+1=x n+x D R+1 R+1*當D一定時，L和V取決于回流比R x D*知道xD和R，可以畫出精餾段作業線：過點(xD，xD)，斜率R/(R+1)362，提餾段用于從某塔盤(第m塊)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*汽提段運行線通過點(x W, x W)*汽提斷面操作線373。進料V熱工況的影響應根據進料狀態F+V+L=V+LVV=F-(.

3、蒸餾提高了冷凝溫度，避免了制冷劑的使用。

4.本章重點： 1.連續精餾過程的基本原理及過程描述的基本方法 2.二元精餾過程的設計及精餾過程的操作分析與診斷 3.塔設備（板式）精餾工藝4連續精餾裝置由總冷凝器、回流罐、塔頂產物、原料、塔體、塔釜、產物、再沸器、再沸器、再沸器組成。 當某一組分的分子從液相逸出并以相同的速度返回到氣相時，或者達到動態平衡時，該過程就達到了相平衡。

平衡時氣液兩相的組成之間的關系稱為相平衡關系。

取決于系統的熱力學性質，即蒸餾過程的熱力學方程yn=f(xn)xny n+1 2、恒摩爾流量假設a、恒摩爾汽化：精餾段V1=V2=V=固定值 汽提段 V1=V2=V=常數值 b、恒定摩爾溢流：精餾段 L1=L2=L=常數值 汽提段 L1=L2=L=常數值或以上假設成立條件：各組分的摩爾汽化焓等于蒸氣。 忽略液相接觸時因溫度不同而交換的顯熱。 熱損失被忽略。 塔頂物料平衡為V=L+DV y n+1=L x n+D x DLD y n+1=x n+x D L+。

4.基礎和基本依據。

6、汽液平衡關系說明：用圖表表示（等溫圖、等壓圖）、用相對揮發度表示、用相平衡常數表示、用表格表示、用方程表示各自適用于哪些情況？ 均衡關系從何而來？ 查書、實驗、預測 7 2. 溶液的蒸氣壓和拉烏爾定律 1. 溶液的蒸氣壓 純液體 A 的飽和蒸氣壓 pA0 （可以通過實驗測量或經驗公式計算） 二組分溶液中 A 的蒸氣各組分的壓力pA（不同溶液中，A、B兩種組分對蒸氣壓的影響不同）2、汽液兩相共存時的自由度根據相律，F= N-+2（N為獨立組分數即相數）汽液兩相平衡系統：N=2,=2，故系統自由度RR回流比L+D=VV上升蒸汽量*料液處理能力不變，L，即R、xD； *當料液處理量一定時，L并不代表D，而是意味著V的增大，即加熱速率和冷凝速率都會增大，能耗就大。

33 全塔物料平衡決定了整個精餾系統的進出物料量與濃度的關系。

如何確定塔完成分離任務的要求？ 通過各塔板的濃度變化與塔板之間的關系-塔板之間的相平衡關系-質量平衡計算 34 2. 理論塔板和恒摩爾流量假設 1. 理論塔板 ynx n-1 塔板上傳遞過程的特征方程：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為8. 平衡系統涉及的參數有： 溫度 t 壓力 P（常壓蒸餾為定值） 氣液兩相的組成 xA, xB, yA, yB*1 對于二組分體系中，一相中某一組分的摩爾分數確定后，另一種組分的摩爾分數也隨之確定，液相或氣相的組成可用單一參數來表示。

即xA,yA*2 由于系統的自由度F=2，如果隨機指定溫度、壓力、氣液兩相成分中的任意兩個，則系統的狀態將被唯一確定，其余參數無法確定。 任意選擇。

9 因此，當壓力一定時，二元平衡系統必然存在： *液相（或氣相）的組成與溫度（tx ty）一一對應； *氣液相組成一一對應 組分 連續精餾塔計算 精餾設計計算 給定原料用量及組成 提出產品質量要求（收率要求） 設計內容（理論塔板數、回流量比）塔板數：高度直徑：厚度回流比R：能耗已知：料液組成xF，料液體積F，產品組成xD求：產品體積D，釜液體積W，塔板數，塔高，塔直徑 31 1、全塔物料平衡計算公式 VDF=D+WLF xF=D xD+W xW F 揮發性組分回收率 D xD V=100%LWF xF 32 難揮發組分回收率 W( 1-xW)=100%F(1-xF ) 回流流量L（用于塔頂冷凝器的物料平衡）L/D。

6. 關系（yx）。

研究氣液相平衡關系就是定量地描述上述兩種關系。

3、理想溶液與拉烏爾定律 理想溶液：分子間吸引力不因混合而改變，即無熱效應、無體積效應 非理想溶液：10 拉烏爾定律：對于二組分理想溶液，在一定溫度下氣相中任何組分的分壓等于該溫度下純組分的蒸氣壓乘以其在溶液中的摩爾分數。

即： p A=pA0 x A p B=pB0 x B=pB0 (1-x A) 其中 pA 和 pB 分別為 A 組分和 B 組分在溶液上方的蒸氣壓，Kpa； pA0和pB0為純組分A和B的蒸氣壓 蒸氣壓，Kpa； xA, xB 對于溶液中的組分A和B，請在等壓線圖上描述閃蒸過程。

26 三、蒸餾 1、原理 多次部分汽化、部分冷凝 如何實現多次部分汽化、部分冷凝？ 272、分類連續精餾、間歇精餾 3、連續精餾工藝裝置組成 總冷凝器 回流罐 塔頂產品 原料塔 再沸器 塔釜 產品 28 各部分功能 塔頂：冷凝器、回流罐 塔體：進料板、精餾段、汽提段 塔底：再沸器連續穩定運行的必要條件 頂部回流液 塔底上升蒸汽 29 總結：1.簡單精餾、平衡精餾、精餾原理、特點、應用 2.精餾原理（為什么這樣做） 3、精餾采用什么設備（塔）3064。

7. 摩爾分數。

*對于非理想溶液，汽液相平衡關系可以通過實驗確定。

11 3、溫度成分圖（tx、ty關系）（等壓圖） 在一定壓力下（且總壓不高時），溶液的溫度隨成分的變化而變化。

對于理想的解決方案，可以根據拉烏爾分壓定律和道爾頓分壓定律導出tx和ty數據來計算tx和ty數據。

即 p-pB0 pA0 xA x A=y A=pA0-pB0 P 為理想解，繪制數據與實驗結果完全一致。

對于非理想解決方案，tx 和 ty 數據通常通過實驗確定。

溫度成分圖可用于過程的定性分析。

實施例12：當總壓力為101.3kPa時，苯和甲苯混合物的tx和ty為圖1和x2中的三個量時，根據上式可得到另一個未知量。

24 2、餾分油平均組成為全過程揮發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 液體的平均濃度（塔頂產物）。

25 2.平衡精餾工藝流程及原理： 特點：連續操作，產品濃度不隨時間變化且滿足相平衡方程，且只能達到有限程度的濃縮過程。 計算： 求：氣相和液相的組成。

根據物料平衡公式、熱平衡公式和相平衡方程計算氣相和液相的組成。

（P80）。

8. t ty tx 氣相面積 ty 露點 ty 線以上的氣相面積也稱為露點曲線 xx 或 y tx 線與 ty 線之間的汽液共存面積 泡點 tx 線也稱為氣泡點曲線 液相面積 tx液相線*以下的面積 從txy圖中可以看出，二元理想溶液和純液體的區別：二元理想溶液的沸點不是一個固定值，而是一個范圍; 當二元理想溶液的組成一定時，泡點和露點不相等。

13 當三個區域的沸點（boiling point）、泡點（bubble point）和露點（dew point）處于平衡狀態時：如何從xA求T？ 使用泡點線。 如何從xA中找到yA？ 如何使用泡點線和露點線？ yA 找到 T？ 利用露-液相組成，由物料平衡計算出某一時刻的氣-液相組成關系。 隨時間變化，從初始狀態W1到最終狀態W2； x是液體在某一瞬間的成分，從初始狀態x1到最終狀態x2； y是從某一瞬間靜止時蒸發的氣相的組成，并隨時間變化。

省略二階無窮小量，上式寫為： dW/W=dx/(yx) 積分： W1 dx ln=W2(yx)y=f(x) 23 如果是理想液體 xy=1 +(-1 ) x W1 1 x1 1-x2 則 ln=ln+ln W2-1 x2 1-x1 當 W1、W2、x 已知時。

9. 虛線。14 4. 氣液相平衡圖（yx 圖） pA0 xA y A=P 或 y A=K x A 其中 K 稱為相平衡常數，K=pA0/P。

當總壓力恒定時，K 隨溫度變化。

汽液平衡關系可用于過程的定量分析。

汽液相平衡關系可以用yx圖表示，根據平衡數據可以直接畫出yx圖。

下面是芐基和苯的混合物的xy圖： 15*1 yx線與對角線的關系（y=x）*2 總壓對yx線的影響 當總壓變化不大時，P對yx線的影響可以忽略（當變化達到30%時，影響小于2%）當總壓變化超過一倍時，P對yx線的影響不能忽略。 當總壓力低于兩種純組分的臨界壓力時，蒸餾可以具有恒定的沸點。

*4 溶液的恒沸點數據可從說明書中查到。

19、汽液平衡關系描述：用圖表示1、(tx,ty)圖2、yx圖用方程表示1、拉烏爾定律2、用相平衡常數表示3、用相對揮發度表示它適合什么用途？ 均衡關系從何而來？ 書籍、實驗、預測 2063 蒸餾與精餾原理 1. 簡單蒸餾過程及原理 21 特點：間歇操作，產品濃度隨時間變化，只能達到有限程度的提高 濃度 請在等壓線圖上描述簡單蒸餾過程。

過程計算：求某一時刻221的餾出物的氣相和液相組成以及平均組成，求出某一時刻的氣相和液相。

10. 在全范圍內容內操作 *3 P 對 tx 和 ty 線的影響不可忽略 /xi 對于理想的解決方案，vA=pA0 vB=pB0 相對波動率：vA pA/xA pA0=vB pB 的比率pB0 /xB 原則上是溫度的函數，但 pA0/pB0 的比值與溫度的關系很小，通常在工作溫度范圍內取平均值。

17 根據拉烏爾定律和道爾頓分壓定律 yA xB y(1-x) = yB xA x(1-y) 即 xy = 1 + (-1) x 此公式稱為相平衡方程。

當取值方法已知時，可以根據上式確定yx平衡關系。

若=1，則yA=xA，此時混合物不能通過蒸餾分離。

如果1，則yAxA，則混合物可以通過蒸餾分離。

186、二組分非理想溶液 1、具有正偏差的非理想溶液 fABfAA、fBB（氯仿-丙酮體系）溶液的平衡分壓比理想溶液高，當偏差達到一定程度時，它們具有最高的平衡分壓。共沸點。

*1 恒沸點溶液必須通過一般蒸餾方法達到恒沸點才能進一步分離。

*2 當總壓力變化時，txy圖線不僅上下移動，而且其形狀也可能發生變化，即共沸組成發生變化。

*3 非理想解并不一定是全部。