第六章 精馏2

0 0 0 pA pA xA p A P pB yA 0 0 P P P p A pB
确定露点温度或 气相组成
汽液平衡相图
(1)、温度—组成图 （t-x-y图)
分析温度—组成图 二条线：泡点线、露点线。 三个相区：液相区、气相区、气液两相区。 两个温度：泡点温度、露点温度 杠杆定律：
加热器
存在的两个问题： 加热器 （1）中间产品多，收率低。 （2） 设备复杂、能耗大，操作不便。
L2 x2
L3 x3
由 图 可 知 ， X1 <Xf <Y1 ， X1 <X2 <Y1 ， X2 与Xf比较接近， X3 与Y1 比 较接近，若将第二级产生的中间产品X2 于第一级的原料XF 混合， X3 与Y1 混 合这样消除了中间产品。由于温度较高 的蒸汽与温度低的X3确接触，使液体部 分气化，蒸汽自身被冷凝，省去了中间 加热器与冷凝器。
6-3.1 精馏的依据
1、相图的分析指出，进行多次部分气化和多次部分冷凝， 可以将混合物分离成纯的或接近于纯的组分。液体混合物 经过多次部分气化后可变为高纯度的难挥发组分，汽体混 合物经过多次部分冷凝后可变为高纯度的易挥发组分。
2、同成分蒸汽的露点比同成分溶液的泡点为高。
3、精馏处理的常是由沸点相差不多的组分所组成的溶液， 各组分的摩尔汽化热相差不大。
n( L) n( L) dn( L) dn( D) dn( L) dn( D）
易挥发组分衡算：
n( L) x n( L) dn( L)( x dx) ydn( D)
dn dx n y x
n( F ) x f dx ln x w y x n(W )
上式积分的计算：
P t
A xW xF x或y yD
L xW
平衡蒸馏的计算
全塔物料衡算
n( F ) n( D) n(W )
易挥发物料衡算
n( F ) xf n( D) yD n(W ) xW
x y 1 ( 1) x
w D
W
§6-3
连续精馏
精馏操作就是在同一设备内多次而且 同时运用部分气化和冷凝的方法，以得到 接近于纯的易挥发组分和接近于纯的难挥 发组分的操作。
x x x
3 2 1
1.00 蒸汽的多次部分冷凝 y2 y1
y3
y
y0 x0 x1 x2 x3
x 0＞ x 1＞ x 2＞ x 3 y0＞ y1＞ y2＞ y3
溶液的多次部分气化
0
x
1.00
§6-2 简单蒸馏
6-2.1 简单蒸馏的操作和应用 使混合液在蒸馏釜中逐渐受热气化，并不断将生成 的蒸气引入冷凝器，以达到混合液中各组分得以分离 的方法，称为简单蒸馏或微分蒸馏。 主要应用在以下方面： （1）在规模不大的工厂做不精密的分离。 （2）处理组分间相对挥发度很大的混合物。 （3）作为回收的手段。 （4）作为精馏前的预处理。
νB = pB / x B
组分A、B 的挥发度。
对理想溶液，符合拉乌尔定律
νA = pA / xA = pA0 xA / xA = pA0 νB = pB0
理想溶液中, 各组分的挥发度等于其饱和蒸汽压.
(2)相对挥发度 相对挥发度定义： 溶液中两组分挥发度之比。
A pA / x A B pB / x B
法加以分离。
[小结] t--x--y 和x--y 以及相对挥发度从三个不同的角度
表达了溶液的气液平衡关系 , 都能判断双组分溶液能否分离及 分离的难易程度。
6-1.3 非理想的两组分互溶体系
乙醇-水
硝酸-水
t
x y
t
x y
y
y
x
x
N6
(一)正偏差
溶液中相异分子间的排斥力大于相同分子的排斥力，使 真实溶液比相同组成的理想溶液在同条件下有较高的蒸汽 压，在特殊条件下出现最低恒沸点，如乙醇－水溶液 。 (二)负偏差 溶液中相异分子间的吸引力大于相同分子的吸引力，使 真实溶液比相同组成的理想溶液在同条件下有较低的蒸汽压， 在特殊条件下出现最高恒沸点，如硝酸－水物系。 (三)讨论 ①具有恒沸点的溶液用一般蒸馏的方法,其浓度最多达到恒 沸组成。 ②非理想溶液不一定具有恒沸点，但有恒沸点的是明显的、 偏差大的非理想溶液；具有恒沸点的溶液在总压发生改变 时，恒沸组成也发生变化，p↓,xM↑。
6-1.4 压力对气液平衡的影响
总压对 t-y-x 关系比对 y-x 关系的影响大； 当总压变化不大时,总压对 y-x 关系的影响可以忽略不计 一般来说，压力降低，使体系的相对挥发度增大，压力增 大则使体系的相对挥发度降低。
6-1.5 以t-x-y相图表示的蒸馏过程
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。
第六章
精 馏
本章目录：
§6-1 精馏原理 §6-2 简单蒸馏 §6-3 连续精馏 §6-4 连续精馏理论塔板数的计算 §6-5 间歇精馏
§6-6 多组分精馏
§6-7 特殊精馏 §6-8 板式塔
蒸馏是利用物系在发生相变过程中组分间的挥 发性的差异，将液体混合物中各组分分离的操作。

气相区 露点
t/C
两相区
露点线
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 。

泡点 泡点线
液相区
0
x
A
xf x(y)
y
A
1.0
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。
杠杆反比定律： 蒸汽的物质的量溶液的物质的量=n（V） n（L）=NO OM
1
气 相 组 成
y
x
0
液相组成
1
X —Y 图
6-1.2 挥发度及相对挥发度
(1)挥发度：表示某种溶液易挥发的程度。 若为纯液体时，通常用其当时温度下饱和蒸气压来表示， 如pA0 。 若为溶液时，各组分的挥发度，则用它在一定温度下蒸气 中的分压和与之平衡的液相中该组分的 摩尔分率之比来表 示，
νA = pA / xA νA 、νB —
1.图解积分法：在xw至xf范围内，由各x值从平衡线求得 相应的y值后，以x对 1/（y-x) 作图，从曲线下面积可求 得[n(F)/n(w)]的值。 2.当溶液接近理想溶液时，根据y=αx/[1+(α -1)x]， 直接积分,得：
n( F ) 1 1 xw xf (1 xw ) ln ln ln 1 xf n(W） 1 xw(1 xf )
2、按蒸馏方法分：
{
本章主要讨论 常压下双组分 连续精馏
特殊精馏
双组分蒸馏 多组分蒸馏 复杂系蒸馏 常压 减压（热敏性物料）
3、按组分数分：
4、按操作压力分：
{ {
加压


蒸馏是气液两相间的传质过程； 组分在两相中的浓度（组成）偏离平衡的程度来 衡量传质推动力的大小，传质过程以两相达到相 平衡为极限； 气液相平衡是分析蒸馏原理和进行蒸馏设备计算 的理论基础。
yA
* PA x A /
p
泡点方程 pA =pA0xA pB = pB
0x B
0 p pB xA 0 PA PB0
p = pA+ pB =pA0xA+ pB0 xB
= PA0xA+PB0(1-xA)
用途：(1)已知泡点，计算液相组成。 (2）已知液相组成求泡点。 X=f（pt） 露点方程
0 理想溶液 p0 / pB A
x y 1 ( 1) x
相对挥发度的意义 其值的大小可用于判断某混合溶液能否用蒸馏方法加以 分离以及分离的难易程度。
当α>1时，表示组分A较B容易挥发， α愈大，挥发度差
异愈大，分离愈容易。
当α=1时，气相组成与液相组成相同，不能用普通精馏方
o A
（2） 气液相平衡图（y—x图）
沸点--组成（t-x-y)图
t—x—y 图
y —x 图
y2
t1 t2
x
1
y1
x y1 y2
2
x
1
x
2
（X—Y图）
平衡线位于对角线的上方； 平衡线离对角线越远，表示 该溶液越易分离。 注意： 总压对 t-y-x 关系比对 y-x 关系的影响大； 当总压变化不大时,总压对 y-x 关系的影响可以忽略不计 蒸馏中使用 y-x 图较t-y-x 图更为方便。
塔顶产品
yA 原料液 加热器 减压阀 闪 蒸 罐 xA
y A xA
或
Q
y A 用 用于均相液体混合物的分离,达到提纯或回收 组分的目的。 蒸馏分离的依据 利用液体混合物中各组分挥发能力的差异。


蒸馏分类
1、按操作方法分：
{
连续蒸馏 间歇蒸馏 简单蒸馏（分离要求不高） 平衡蒸馏（闪蒸） 精馏

难挥发组分：通常将沸点高的组分称为难挥发组分。

理想溶液：在这种溶液内，组分A、B分子间作用力aAB
与纯组分A的分子间作用力aAA或纯组分B的分子间作用力 aBB相等。理想溶液一般是由物性和结构相似，分子大小
相近的物质组成。

相律：若外界只有温度和压强两个条件影响物系的平 衡状态，则平衡体系中的自由度可表示为：
多次部分气化、部分冷凝
t
x4 x3 x2 x1 x2

y4
y3 y2 y1 y2 x3 x4 y3

y4
A
xf
x
V3 y3
V2 y2
冷凝器
' L 3x3