《化工原理》课程PPT教学课件：蒸馏 Distillation

第6章蒸馏( Distillation) 概述 ntroduction 1.工作原理:利用液体混合物中各组分( component挥发性( volatility 差异,以热能为媒介使其部分汽化从而在汽相富集轻组分液相富 集重组分而分离的方法。 闪蒸 加热器 分高器 P>x,或>x 副北大学化材字现

概述（Introduction） 1.工作原理: 利用液体混合物中各组分(component)挥发性(volatility) 差异，以热能为媒介使其部分汽化从而在汽相富集轻组分液相富 集重组分而分离的方法。 B A B A A A x x y y y  x 或  第6章 蒸 馏 (Distillation)

概述( ntroduction) 2.蒸馏操作的用途 许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题,如石油炼制 品的切割,有机合成产品的提纯,溶剂回收和废浓排放前的达标处 理等等。分离的方法有多种,工业上最常用的是蒸馏或精馏。 蒸馏操作实例:石油炼制中使用的250万吨常减压装置

蒸馏操作实例：石油炼制中使用的250 万吨常减压装置 概述（Introduction） 许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制 品的切割，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处 理等等。分离的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。 2. 蒸馏操作的用途

概述( ntroduction) 3.蒸馏的分类 简单蒸馏或平衡蒸馏:用在分离要求不高的情况下。 精馏:分离纯度要求很高时采用。 特殊精馏:混合物中各组分挥发性相差很小,难以用普通精馏分离, 借助某些特殊手段进行的精馏。 间歇精馏:多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。 连续精馏:多用于大批量工业生产中。 常压蒸馏:蒸馏在常压下进行。 减压蒸馏:常压下物系沸点较高或热敏性物质不能承受高温的情况 加压蒸馏:常压下为气体的物系精馏分离,加压提高混合物的沸点 多组分精馏:例如原油的分离。 双组分精馏:如乙醇-水体系苯-甲苯体系等。 本章着重讨论常压下双组分连续精馏

间歇精馏：多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。 连续精馏：多用于大批量工业生产中。 概述（Introduction） 本章着重讨论常压下双组分连续精馏。 3. 蒸馏的分类 常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。 减压蒸馏：常压下物系沸点较高或热敏性物质不能承受高温的情况 加压蒸馏：常压下为气体的物系精馏分离，加压提高混合物的沸点. 多组分精馏：例如原油的分离。 双组分精馏：如乙醇-水体系,苯-甲苯体系等。 简单蒸馏或平衡蒸馏：用在分离要求不高的情况下。 精馏：分离纯度要求很高时采用。 特殊精馏：混合物中各组分挥发性相差很小，难以用普通精馏分离， 借助某些特殊手段进行的精馏

6.1双组分溶液的气液相平衡关系 (Vapor-liquid equilibria in binary systems) 蒸馏分离的物系由加热至沸腾的液相和产生的蒸汽相构成。相平衡 关系是蒸馏过程分析的重要基础。 6.1.1理想溶液的汽液平衡—拉乌尔( Raoult)定律 理想物系: 液相为理想溶液、汽相为理想气体的物系。理想溶液服从拉乌尔 Raoult)定律,理想气体服从理想气体定律或道尔顿分压定律 根据拉乌尔定律,两组分物系理想溶液上方的平衡蒸汽压为 Pa=PX PB=PB 式中:p、pg-溶液温度下纯组分饱和蒸汽压

6.1 双组分溶液的气液相平衡关系 (Vapor-liquid equilibria in binary systems) 6.1.1 理想溶液的汽液平衡——拉乌尔（Raoult）定律 蒸馏分离的物系由加热至沸腾的液相和产生的蒸汽相构成。相平衡 关系是蒸馏过程分析的重要基础。 液相为理想溶液、汽相为理想气体的物系。理想溶液服从拉乌尔 （Raoult）定律，理想气体服从理想气体定律或道尔顿分压定律。 根据拉乌尔定律，两组分物系理想溶液上方的平衡蒸汽压为 A A A p p x  = B B B p p x  = 式中：p o A、p o B——溶液温度下纯组分饱和蒸汽压。 理想物系：

6.1双组分溶液的气液相平衡关系 溶液沸腾时,溶液上方的总压应等于各组分分压之和,即 P=P+PB=PAXA+PI P-p 泡点方程( bubble-point equation) p、PB取决于溶液沸腾温度,上式表达一定总压下液相组成与溶液泡 点温度关系。已知溶液的泡点可由上式计算液相组成;反之,已知溶液 组成也可算出溶液泡点。 纯组分饱和蒸汽压与温度的关系,用安托因( Antoine)方程表示 B log p=A+ t+C A、B、C为安托因常数,可由相关的手册查到

溶液沸腾时，溶液上方的总压应等于各组分分压之和，即 泡点方程（bubble-point equation） A、B、C为安托因常数，可由相关的手册查到。 ( ) A B A A B A P = p + p = p x + p 1− x 0 0 0 0 0 A B B A p p P p x − − = t C B p A + = + 0 log p o A、p o B 取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总压下液相组成与溶液泡 点温度关系。已知溶液的泡点可由上式计算液相组成；反之，已知溶液 组成也可算出溶液泡点。 纯组分 饱和蒸汽压与温度的关系，用安托因（Antoine）方程表示： 6.1 双组分溶液的气液相平衡关系

6.1双组分溶液的气液相平衡关系 当汽相为理想气体时 PA p P P y PA- PE P PA-pi 上式为一定总压下汽相组成与温度的关系式。该温度又称为露点 (dew- point),上式又称为露点方程。 严格地说没有完全理想的物系。对那些性质相近、结构相似的组分 所组成的溶液,如苯-甲苯,甲醇-乙醇等,可视为理想溶液;若汽相 压力不太高,可视为理想气体,则物系可视为理想物系。 对非理想物系不能简单地使用上述定律。汽液相平衡数据更多地依靠 实验测定

当汽相为理想气体时 P p x P p y A A A A 0 = = 0 0 0 0 A B A B A p p P p P p y − − =  上式为一定总压下汽相组成与温度的关系式。该温度又称为露点 （dew-point），上式又称为露点方程。 严格地说没有完全理想的物系。对那些性质相近、结构相似的组分 所组成的溶液，如苯-甲苯，甲醇-乙醇等，可视为理想溶液；若汽相 压力不太高，可视为理想气体，则物系可视为理想物系。 0 0 0 A B B A p p P p x − − = 对非理想物系不能简单地使用上述定律。汽液相平衡数据更多地依靠 实验测定。 6.1 双组分溶液的气液相平衡关系

6.1双组分溶液的气液相平衡关系 622汽液相平衡图( equilibrium diagram) 根据相律,双组分两相物系自由度为2,即相平衡时,在温度t、 压强P汽相组成x和液相组成y这四个变量中,只有两个独立变 若物系的温度和压强一定,汽液两相的组成就一定;若压强和 某相的组成一定,则物系的温度和另一相组成将被唯一确定。 双组分汽液相平衡关系可由某变量与另两个独立变量的函数关 系表达 相图、相平衡常数或相对挥发度是常用的三种汽液相平衡关系。 双组分汽液两相,当固定一个独立变量,可用二维坐标中的曲 线图来表示两相的平衡关系,称为相图 相图有压强一定的温度组成Tx(y图、液相组成和汽相组成xy 图,以及温度一定的压强组成-x图

6.2.2 汽液相平衡图（equilibriumdiagram） 根据相律，双组分两相物系自由度为2，即相平衡时，在温度t、 压强P汽相组成x和液相组成y这四个变量中，只有两个独立变 量。 若物系的温度和压强一定，汽液两相的组成就一定；若压强和 某相的组成一定，则物系的温度和另一相组成将被唯一确定。 双组分汽液相平衡关系可由某变量与另两个独立变量的函数关 系表达。 相图、相平衡常数或相对挥发度是常用的三种汽液相平衡关系。 双组分汽液两相，当固定一个独立变量，可用二维坐标中的曲 线图来表示两相的平衡关系，称为相图。 相图有压强一定的温度-组成T-x(y)图、液相组成和汽相组成x-y 图，以及温度一定的压强-组成p-x图。 6.1 双组分溶液的气液相平衡关系

6.1双组分溶液的气液们平衡关系 液相平衡图( e quilibrium diagram) 73t 10T 75c 20 101.3kP rL EXil 75 M1,0 (b) 户=101.33kP p-101,33kP 平衡线 l,0 1 图10-4硝酸-水物系相图 图10-2苹一甲苯物系相图 图10-3乙醇-水物系相图

汽液相平衡图（equilibrium diagram） 6.1 双组分溶液的气液相平衡关系

6.1双组分溶液的气液相平衡关系 1.7-x(y)图 7-x(y)图代表的是在总压P一定的条 件下,相平衡时汽(液)相组成与 湖北大学化村学院 温度的关系。 和晶汽线 ⊙地和淋线 Q叫学始 在总压一定的条件下,将组成为 热乙汽区 的溶液加热至该溶液的泡点t4, ⊙ 上升 舞春区 生第一个气泡的组成为y 例子米 请隙 继续加热,随温度升高,物系变为 互成平衡的汽液两相,两相温度相 同组成分别为y4和xA 当温度达到该溶液的露点,溶液全部汽化成为组成为y=x的气相, 最后一滴液相的组成为x

1. T-x(y) 图 T-x(y) 图代表的是在总压 P 一定的条 件下，相平衡时汽（液）相组成与 温度的关系。 在总压一定的条件下，将组成为 xf 的溶液加热至该溶液的泡点 tA，产 生第一个气泡的组成为yA。 继续加热，随温度升高，物系变为 互成平衡的汽液两相，两相温度相 同组成分别为 yA 和 xA 。 当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为 yA= xf 的气相， 最后一滴液相的组成为xA。 6.1 双组分溶液的气液相平衡关系

6.1双组分溶液的气液相平衡关系 乙醇-水溶液物系的泡点线和露点线在M点重合,该点溶液 的泡点比两纯组分的沸点都低,这是因为该溶液为具有较大正偏 差的溶液,组成在M点时两组分的蒸汽压之和出现最大值。M点 称为恒沸点,具有这一特征的溶液称为具有最低恒沸点的溶液。 常压下,乙醇-水物系恒沸组成摩尔分数为0.894,相应温度为 78.15℃(纯乙醇为78.3℃) 与之相反,硝酸水溶液为负偏差较大的溶液,在硝酸摩尔分 数为0383时,两组分的蒸汽压之和最低,Tx0)图上对应出现 最高恒沸点(M点),其沸点为121.9℃。此溶液称为具有最高恒 沸点的溶液。 在恒沸点时汽液两相组成相同,用一般的蒸馏方法不能实现 该组成下混合溶液的分离

乙醇-水溶液物系的泡点线和露点线在 M 点重合，该点溶液 的泡点比两纯组分的沸点都低，这是因为该溶液为具有较大正偏 差的溶液，组成在 M 点时两组分的蒸汽压之和出现最大值。M 点 称为恒沸点，具有这一特征的溶液称为具有最低恒沸点的溶液。 常压下，乙醇-水物系恒沸组成摩尔分数为0.894，相应温度为 78.15℃(纯乙醇为78.3℃)。 与之相反，硝酸-水溶液为负偏差较大的溶液，在硝酸摩尔分 数为0.383时，两组分的蒸汽压之和最低，T-x(y) 图上对应出现一 最高恒沸点（M点），其沸点为121.9℃。此溶液称为具有最高恒 沸点的溶液。 在恒沸点时汽液两相组成相同，用一般的蒸馏方法不能实现 该组成下混合溶液的分离。 6.1 双组分溶液的气液相平衡关系