精馏

蒸 馏概述1.什么叫蒸馏？蒸馏操作的依据是什么？有何特点？答：蒸馏是分离液体混合物的单元操作。

利用混和物中各组分间挥发性不同的性质，通过加入或去除热量的方法，使混合物形成气液两相，并让他们相互接触进行质量传递，致使易挥发组分在气相中增浓，难挥发组分在液相中增浓，实现混合物的分离，这种操作统称为蒸馏。

由此可见，蒸馏分离的依据是混和物中各组分的挥发度不同。

分离的条件是必须造成气液两相系统。

蒸馏操作具有以下特点：①通过蒸馏操作，可以直接获得所需要的产品，因此蒸馏操作流程较简单。

②蒸馏分离的使用范围广，它不仅可以分离液体混合物，而且也可以分离气体混合物或固体混合物。

例如，可以将空气加压液化或将脂肪酸混合物加热熔化并减压，以建立气液两相系统，用蒸馏方法进行分离。

③在蒸馏中由于要产生大量的气相和液相，因此需消耗大量的能量。

或者为建立气液两相系统，通常有高压、真空、高温或低温等条件，也会带来技术问题等，这是不易采用蒸馏分离某些物系的原因。

2.蒸馏和精馏有何区别？答：蒸馏是这种单元操作的统称，精馏是其中一类，具体地说蒸馏按其操作方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏等。

简单蒸馏和平衡是适用于易分离分离物系或分离要求不高的场合；精馏适用于难分离物系或对分离要求高的场合；特殊精馏适用于普通精馏难以分离或无法分离的系统。

工业生产中以精馏的应用最为广泛。

蒸馏和精馏的根本区别是精馏具有回流，因此将精馏称为具有回流的蒸馏。

可见蒸馏和精馏既有共性又有区别。

3.如何选定蒸馏操作压强？答：操作压强对物系的相平衡及蒸馏操作经济等都有影响，压强是由经济衡算或比较来加以确定的。

但是简而言之，蒸馏按其操作压强可分为常压蒸馏、减压蒸馏和加压蒸馏。

工业生产中多采用常压蒸馏。

对在常压下物系的沸点较高，或在高温下易发生分解、聚合等现象的物系（即热敏性物系），常用减压蒸馏。

对常压下物系的沸点在室温以下的混合物或为气态混合物，则采用加压蒸馏。

两组分溶液的气液平衡1. 两组分溶液的气液平衡如何表达？在解决蒸馏问题中有何作用？ 答：对两组分的气液平衡系统，涉及的独立参数有压强p 、温度t 、气体组成y 和液相组成x 。

由相率可知，若在上述的四个参数中任意规定其中的两个，则该物系状态即被唯一的确定。

蒸馏操作通常在恒压下进行，因此两组分气液平衡关系，即是指当溶液与其上方的气相达到平衡状态时，平衡温度（t ）与气、液两相组成（y 或x ）间的关系。

它可用函数关系或相图来表示。

蒸馏是气液两相间的传质过程，气液两相达到平衡状态是传质过程的极限。

因此，气液平衡关系是分析蒸馏原理和解决蒸馏计算问题的基础之一。

2. 何为理想物系？答：所谓理想物系是指气相和液相应符合以下条件：①气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。

总压不高于 kPa 时，气相可视为理想气体。

②液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。

通常，有性质相近组分所组成的混合液，例如苯—甲苯混合液，它们中同分子间作用力与异分子间作用力基本上相等，可视为理想溶液。

3. 什么是拉乌尔定律？什么是分压定律？它们的应用条件是什么？答：拉乌尔定律表示，当气液呈平衡时，溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分的摩尔分数成正比，即410（7-1）或 （7-1a ）上式中为同温度下纯组分A 的饱和蒸汽压，式中下标A 表示易挥发组分，B 表示难挥发组分。

纯组分的饱和蒸汽压是温度的函数，也可从理化手册中查得。

拉乌尔定律适用于理想溶液。

对非理想溶液应采用修正的拉乌尔定律。

分压定律可用下式表示，即分压定律适用于理想气体混合物。

4. 拉乌尔定律有哪些应用？答：因在指定压强P 下，溶液的沸腾条件是（7-3）联立式7-1和式7-3，可得泡点方程：（7-4）联立式7-1和7-2，可得露点方程：（7-5）拉乌尔定律可用于以下几个方面。

（1）计算泡点温度在一定的压强下，将液体混合物加热产生第一个气泡时的温度称为泡点温度。

若已知系统总压P 和液相组成，计算泡点温度的过程如下：设泡点温度t ，依此求得（或查得）和，利用式7-4求得。

若求得的与已知的近，则所设温度即为所求；若和两者相差较大，则需重设泡点温度t ，重复上述的计算过程，直至满足要求为止。

（2）计算露点温度在一定压强下，将混合蒸汽产生第一个液滴的温度称为露点温度。

若已知系统总压P 和气相组成，计算露点温度的过程如下：设露点温度t ，依此求得（或查得）和，再利用式7-5求得。

若求得与已知的相近，则所设温度t 即为所求；若与两者相差较大，则需重设露点温度，重复上述过程，直至满足为止。

（3）计算平衡时的气液相组成若已知系统总压p 和平衡温度t ，可分别由式7-4和7-5计算平衡时的液，气相组成A o AA x p p =)1(A oB B x p p −=oA p Pp y A A =B A p p P +=o Bo A o B A p p p P x −−=oB oA o A o AA p p p P P p y −−⋅=A x OA P OB P /A x /A x A x /A x A x A y oA p oB p /A y /A y A y /A y A y5．如何绘得平衡温度——组成（t-x-y ）图？该图有何特性和意义？答：溶液的平衡温度一组成图是分析蒸馏原理的基础。

通常，t-x-y 数据由实验测得。

对于理想物系，可由纯组分的饱和蒸汽压数据，利用拉乌尔定律和分压定律计算得到。

图7-1为总压101.33kPa 下，苯—甲苯混合液的平衡温度——组成图。

图中有两条曲线，上方曲线为t-y 线，称为气相线或露点线，代表露点温度与气相组成间的关系；下方曲线为t-x 线，称为液相线或泡点线，代表泡点温度与液相组成间的关系。

上述两条曲线将t-x-y 图分成三个区域。

液相线以下区域代表未沸腾的液体，称为液相区；气相线以上区域代表过热蒸汽，称为气相区；两曲线之间的区域，代表气液两相同时存在，称为气液共存区。

如图7-1所示，若将温度，组成（图中点A ）的混合液加热，当温度升高到（点B ）时，混合液开始沸腾，产生第一个气泡，该温度即为泡点温度。

若继续升温到（点C ）时气液两相共存，气相组成为y ，液相组成为x ，两相互呈平衡。

同样，若将温度为，组成为（点G ）的过热蒸汽冷却，当温度降至（D ）时，混合气开始冷凝，产生第一个液滴，该温度即为露点温度。

由图可见，当气液两相组成相同时，露点温度总是大于泡点温度。

当气液两相呈平衡时，气，液两相的温度相同，但气相组成大于液相组成。

图7-1 图7-26. 平衡曲线？答——y 图直观地表达了在一定压强下，处于平衡状态的气液两相组成的关系，在蒸馏计算中应用最为普遍图7-2为总压101.33kPa 下，苯—甲苯混合液的—y 图。

图中的曲线代表液相组成和之平衡的气相组成间的关系，称为平衡曲线。

若已知液相组成，可由平衡曲线得出与之平衡的气相组成，反之亦然。

图中的直线为对角线（=y ）,该线作为参考线供计算时使用。

对于理想溶液，气液两相呈平衡时，y 总是大于，故平衡曲线总是位于对角线的上方。

平衡曲线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。

7.什么是挥发度？什么是相对挥发度？答：挥发度表示物质（组分）挥发的难易程度。

纯组分的挥发度可用一定温度下该组分的饱和蒸汽压来表示。

对混合液，因组分间的相互影响，各组分的蒸汽要比纯组分的为低，故混合液中的组分的挥发度可用该组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比来表示，即1t 1x 2t 3t 5t 1y 4t x x 1y x x ν（7-6）和(7-6a)对于理想溶液，因其服从拉乌尔定律，则有(7-7)和 (7-7a)由上可知，在理想溶液中各组分的挥发度与其饱和蒸汽压数值上相同，其值大小随温度而变化，故在使用上不方便，引出相对挥发度。

相对挥发度是混合液中两组分挥发度之比，即(7-8)对理想溶液，则有(7-9)通常α值由实验测定。

由式7-9可见，因和随温度沿同一方向变化，其比值随温度变化不大，故一般α可视为常数，或计算时可取平均值。

8. 何谓气液平衡方程？答：对于理想物系，可用相对挥发度表示气液平衡关系，称之为气液平衡方程，即(7-10)由式7-10可知，若α=1，既气液相组成相等，此时不能用普通精馏方法分离该液体混合物；若α＞1,y ＞, α愈大，y 与相差愈大，则分离愈容易。

故根据混合液相对挥发度的大小，可判断用精馏方法分离该混合液的难异程度。

精馏原理和流程1．何谓精馏原理？工业上如实现？ 答：精馏是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分气化和部分冷凝的过程。

工业上实现精馏操作的主要设备是精馏塔。

（1）多次部分气化和部分冷凝 精馏过程原理可用t-x-y 图来说明。

如图7-3所示，将一定组成的混合物部分气化（或部分冷凝），得到的气相组成总是高于液相组成。

若将气相多次部分冷凝，则在气相中可得到几乎纯的易挥发组分；若同时将液相多次部分气化，则在液相中可得到几乎纯的难挥发组分。

A AA x p v =A BB x p v =0AA p v =0B B p v =B B AA b A AB x p x p v v //==α00B AABp p =αOA P OB P x xy )1(1−+=ααx x F x图7-3 多次部分气化和冷凝的t-x-y 图上述分别进行的多次部分气化和多次部分冷凝过程，原理上可获得两组分高纯度的分离，但在工业上实现存在中间馏分多、产品量极小，且设备庞大等问题。

工业上的精馏过程是在精馏塔中将部分气化和冷凝有机联合而实现的。

（2）工业上实现精馏操作的方法生产中上述多次部分气化和部分冷凝的过程是在精馏塔中各层塔板上实现的。

图7-4所示为筛板塔中任意第n 层板上的操作情况。

在第n 层板的液相与下一层（n+1）板的气相密切接触，气液两相间进行传热和传质，致使。

若气液两相在塔板上接触时间足够长，则离开该板的气液两相互呈平衡，即与符合平衡关系，将这种理想塔板称为理论板。

精馏塔内每层塔板上都进行着上述相似的过程，因此只要有足够多的板数，就可达到所要求的分离程度。

当然精馏过程的基础是组分挥发度的差异。

为实现精馏分离操作，除了包括若干层塔板的精馏塔外，还必须从塔底产生上升的气流和从塔顶引入下降的液流（回流）。

上升气流和液体回流是造成气液两相接触必不可少的，即实现精馏连续定态操作的必要条件。

因此，在精馏塔底部装有再沸器（精馏釜），使到达塔底的液流，仅一部分作为塔底产品，其余部分被气化，产生的气流在沿塔板上升中，与下降的液流在塔板上接触传质，使易挥发组分含量逐板增高，直至塔顶达到 图7-4 筛板的操作情况分离要求。

在塔顶装有冷凝器，上升气流冷凝后，部分冷凝液作为塔顶产品，余下部分返回塔内，称为回流。