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蒸馏⏹双组分溶液的气液相平衡拉乌尔定律由溶剂与溶质组成的稀溶液，在一定温度下汽液两相达到平衡时p A=p A o x Ap A：溶剂在汽相中的蒸气分压，kPap A∗：同温度下纯溶剂A的饱和蒸气压，kPax A：溶剂A在液相中的组成（摩尔分数）对于组分Bp B=p B∗x B=p B∗(1−x A)理想溶液的t−y−x关系式➢温度(泡点) — 液相组成关系式x=p−p B∗p A∗−p B∗x：液相中易挥发组分的摩尔分数p：总压，kPap A∗、p B∗：溶液温度t时，纯组分A、B的饱和蒸气压，kPa ➢恒压下t−y−x关系式y=p A∗x p若已知汽液相平衡温度t下的液相组成x，用上式就可求出与x平衡的汽相组成y ➢温度(露点) — 汽相组成关系式将上面两式合并y=p A∗p×p−p B∗p A∗−p B∗双组分理想溶液的汽液两相达到平衡时，总压p、温度t、汽相组成y及液相组成x的4个变量中，只要决定了两个变量的数值，其他两个变量的数值就被决定了。
相对挥发度与理想溶液的y−x关系式挥发度v挥发度是用来表示物质挥发能力大小的物理量，前面已提到纯组分液体的饱和蒸气压能反映其挥发能力。
理想溶液中各组分的挥发能力因不受其他组分存在的影响，仍可用各组分纯态时的饱和蒸气压表示，即挥发度v等于饱和蒸气压p∘v A=p A ov B=p B o相对挥发度α溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度αa=v Av B=p A op B o对于理想溶液，在操作温度范围内，取最低温度的α值与最高温度的α值之几何平均值理想溶液的汽液相平衡方程式非理想溶液汽液相平衡非理想溶液中各组分的蒸气分压不服从拉乌尔定律，他们对拉乌尔定律发生的偏差有正偏差与负偏差两大类。
实际溶液中，正偏差的溶液比负偏差者多蒸馏与精馏原理简单蒸馏与平衡蒸馏简单蒸馏：只适用于混合液中各组分的挥发度相差较大，而分离要求不高的情况，或者作为初步加工，粗略分离多组分混合液平衡蒸馏：为稳定连续过程，生产能力大。
第六章蒸馏第一节概述一、蒸馏分离依据---利用液体混合物中各组分具有不同的挥发度而进行分离的操作；----即利用在相同温度下各组分的蒸汽压不同。
易挥发组分（轻组分）A难挥发组分（重组分）B例如：酒精（A）与水（B）溶液，沸腾部分汽化，y A>x A同理，蒸汽部分冷凝，x B>y B∴蒸馏----使液体混合物部分汽化，利用其挥发度差异实现初步分离的一种传质操作精馏---利用多次部分汽化，多次部分冷凝，使汽相得到较纯的轻组分，液相得到较纯的重组分的操作二、蒸馏操作分类简单蒸馏（微分蒸馏）与平衡蒸馏（闪蒸）常压蒸馏、加压蒸馏与减压蒸馏连续蒸馏与间歇蒸馏普通蒸馏与特殊蒸馏三、蒸馏分离推动力与分离极限蒸馏是汽液两相间的传质过程蒸馏分离推动力——两相浓度偏离平衡的程度蒸馏分离极限——汽液两相达到相平衡（动态平衡）第二节 双组分溶液的汽液相平衡一、相组成表示法1．质量分率 iAA G G a ∑=该相的总质量一相中某组分质量可见：a <1， a A +a B …+ a N =1 2．摩尔分率 x A ，x B ， y A ，y B 3．两者关系 )/(/)/(/i i AA i i A A i A A M a M a M G M G n n x ∑=∑=∑=对两元溶液：B B A A AA A M a M a M a x ///+=BB A A AA A M x M x M x a +=二、溶液的蒸汽压与Raoult 定律1．蒸汽压：汽液相平衡是一种动态平衡纯溶液----在达到汽液动态平衡时，逸出的A 分子数=回到液相的A 分子数，此时汽相中A 的压强=该温度下A 的饱和蒸汽压0A P混合液（A 、B 互溶）----在达到平衡时，由于A 、B 分子间相互作用，使B p <0B P ， p A <0A P溶液存在三种分子间的作用力：AA f ，BB f ，AB f （1） 理想溶液：AB BB AA f f f ==显示无容积效应，无热效应如：苯-甲苯，甲醇-乙醇，烃类同系物溶液 （2）非理想溶液（实际溶液）；AB BB AA f f f ≠≠2．Roult 定律：实验证明，在一定温度下，理想溶液的汽相中，任一组分的分压等于：A A A P x p =， 00)1(B A B B B P x P x p -==00000)()1(B B A A B A A A B A P P P x P x P x p p P +-=-+=+=00BA B A P P P P x --=∴ 非理想溶液不符合Roult 定律，汽液平衡关系主要靠实验数据。
化工原理6蒸馏1. 简介蒸馏是一种常用的分离技术，特别适用于液体混合物的分离。
在化工工业中，蒸馏被广泛应用于石油炼制、化学品生产、药品制造等领域。
本文将介绍蒸馏的原理、工艺和常见设备。
2. 蒸馏的原理蒸馏的原理基于不同物质的沸点不同。
蒸馏过程中，液体混合物被加热至其中物质的沸点，使其蒸发，并在蒸馏塔内上升。
然后，蒸汽与冷凝器中的冷却介质接触，将蒸汽重新变为液体，实现分离。
较挥发性的物质将优先蒸发，而较不挥发性的物质较晚蒸发。
3. 蒸馏的工艺蒸馏的工艺包括以下几个步骤：3.1 加热液体混合物首先，将液体混合物加热至其中物质的沸点。
加热可以使用多种方式，如蒸汽加热、火焰加热或电加热。
3.2 蒸发当液体混合物被加热至其中物质的沸点时，液体开始蒸发，生成蒸汽。
蒸汽随后在蒸馏塔内上升。
3.3 冷凝蒸汽在蒸馏塔顶部进入冷凝器，与冷凝介质接触，冷凝成液体。
冷凝过程中，将产生副产物和所需产品。
3.4 分离通过不同组分的沸点差异，液体混合物在冷凝过程中实现分离。
较挥发性的物质先冷凝，较不挥发性的物质则较晚冷凝。
3.5 收集产品经过分离后，所需产品被收集。
副产物通常会单独收集和处理。
4. 蒸馏设备蒸馏设备是实现蒸馏过程的关键。
常见的蒸馏设备包括以下几种：4.1 蒸馏塔蒸馏塔是蒸馏过程中最重要的设备之一。
它通常由一个筒体和多个板或填料组成。
液体混合物从塔底部进入，通过逐个板或填料的交替进行蒸发和冷凝。
这种连续的蒸发和冷凝过程最终实现了分离。
4.2 冷凝器冷凝器用于将蒸汽冷凝为液体。
它通常由管道和冷却介质组成，如水或空气。
冷凝器可以采用不同的结构，如冷却管、换热器或冷凝室。
4.3 加热器加热器用于加热液体混合物，将其加热至其中物质的沸点。
加热器可以采用不同的形式，如蒸汽加热器、电加热器或火焰加热器。
4.4 分离精馏塔分离精馏塔是一种特殊的蒸馏设备，用于实现高效的分离。
它通常由多个塔板或填料层组成，可以通过不同的蒸馏段和冷凝器段实现精馏。
第六章 蒸馏1、在一连续精馏塔中分离苯含量为0.5（摩尔分数，下同）苯—甲苯混合液，其流量为100 kmol/h ，已知馏出液组成为0.95，釜液组成为0.05，试求（1）馏出液的流量和苯的收率；（2）保持馏出液组成0.95不变，馏出液最大可能的流量。
解：（1）馏出液的流量和苯的收率F W D W 0.50.0510050kmol h 0.950.05x x D F x x --==⨯=--D F 500.95100%100%95%1000.5Dx Fx η⨯=⨯=⨯=⨯ （2）当η=100%时，获得最大可能流量，即：F max D 1000.5kmol/h 52.63 kmol/h 0.95Fx D x ⨯=== 2、在连续精馏塔中分离A 、B 两组分溶液。
原料液的处理量为100kmol/h ，其组成为0.45（A 的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96％，釜液的组成为0.033。
试求（1）馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为2.65，写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。
解：（1）由全塔物料衡算，可得D F 0.960.961000.4543.2 kmol/h Dx Fx ==⨯⨯=()W 10.961000.45 1.8 kmol/hWx =-⨯⨯=1.80.033W ==54.55 kmol/h 10054.5545.45/D F W kmol h =-=-=9505.045.452.43D ==x （2）精馏段操作线方程1D 1 2.650.95050.7260.260411 3.65 3.65n n R y x x x x R R +=+=+=+++ （3）提馏段的液相负荷L L 2.6545.451100220.4 kmol/h qF RD qF '=+=+=⨯+⨯=3、在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。
进料量为60 kmol/h ，其组成为0.46（易挥发组分的摩尔分数，下同），原料液的泡点为92℃。
第六章 蒸馏1、在一连续精馏塔中分离苯含量为0.5（摩尔分数，下同）苯—甲苯混合液，其流量为100 kmol/h ，已知馏出液组成为0.95，釜液组成为0.05，试求（1）馏出液的流量和苯的收率；（2）保持馏出液组成0.95不变，馏出液最大可能的流量。
解：（1）馏出液的流量和苯的收率F W D W 0.50.0510050kmol h 0.950.05x x D F x x --==⨯=--D F 500.95100%100%95%1000.5Dx Fx η⨯=⨯=⨯=⨯ （2）当η=100%时，获得最大可能流量，即：F max D 1000.5kmol/h 52.63 kmol/h 0.95Fx D x ⨯=== 2、在连续精馏塔中分离A 、B 两组分溶液。
原料液的处理量为100kmol/h ，其组成为0.45（A 的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96％，釜液的组成为0.033。
试求（1）馏出液的流量和组成；（2）若操作回流比为2.65，写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的液相负荷。
解：（1）由全塔物料衡算，可得D F 0.960.961000.4543.2 kmol/h Dx Fx ==⨯⨯=()W 10.961000.45 1.8 kmol/hWx =-⨯⨯=1.80.033W ==54.55 kmol/h 10054.5545.45/D F W kmol h =-=-=9505.045.452.43D ==x （2）精馏段操作线方程1D 1 2.650.95050.7260.260411 3.65 3.65n n R y x x x x R R +=+=+=+++ （3）提馏段的液相负荷L L 2.6545.451100220.4 kmol/h qF RD qF '=+=+=⨯+⨯=3、在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。
进料量为60 kmol/h ，其组成为0.46（易挥发组分的摩尔分数，下同），原料液的泡点为92℃。
要求馏出液的组成为0.96，釜液组成为0.04，操作回流比为2.8。
试求如下三种进料热状态的q 值和提馏段的气相负荷。
（1）40 ℃冷液进料；（2）饱和液体进料；（3）饱和蒸气进料。
（已知：原料液的汽化热为371 kJ/kg ，比热容为1.82 kJ/kg ·℃） 解：F W D W 0.460.046027.39 kmol/h 0.960.04x x D F x x --==⨯=-- 6027.3932.61 kmol/h W =-=（1）40 ℃冷液进料()()255.1371409282.111F b P =-+=-+=r t t c q ()()()()11 2.8127.391 1.25560119.4kmol/h V R D q F '=+--=+⨯--⨯=（2）饱和液体进料， q = 1()1 3.827.39104.1kmol/h V V R D '==+=⨯=（3）饱和蒸气进料，q = 0104.16044.1kmol/h V V F '=-=-=4、在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。
原料液流量为50 kmol/h ，要求馏出液中易挥发组分的收率为94％。
已知精馏段操作线方程为y = 0.75x +0.238；q 线方程为y = 2-3x 。
试求（1）操作回流比及馏出液组成；（2）进料热状况参数及原料的总组成；（3）两操作线交点的坐标值x q 及y q ；（4）提馏段操作线方程。
解：（1）75.01=+R R 及238.01D =+R x 解得：R = 3，x D = 0.952（2）31q q =--及21F =-qx q = 0.75（气液混合进料），x F = 0.5（3）联立操作线及q 线两方程，即238.075.0+=x y23y x =-解得：x q = 0.4699及y q = 0.5903（4）''1W L V V m m W y x x +'=-''式中：FD 0.94500.524.68kmol/h 0.952Fx D x η⨯⨯=== 5024.6825.32/W F D kmol h =-=-=()()F W 110.94500.50.059225.32Fx x W η--⨯⨯===L 324.680.7550111.54/L qF RD qF kmol h '=+=+=⨯+⨯=''111.5425.3286.22/V L W kmol h =-=-='''1111.5425.320.0592 1.2940.0173986.2286.22m m m y x x +=-⨯=- 5、在板式精馏塔中分离相对挥发度为2的两组分溶液，泡点进料。
馏出液组成为0.95（易挥发组分的摩尔分数，下同），釜残液组成为0.05，原料液组成为0.6。
已测得从塔釜上升的蒸气量为93 kmol/h ，从塔顶回流的液体量为58.5 kmol/h ，泡点回流。
试求（1）原料液的处理量；（2）操作回流比为最小回流比的倍数。
解：（1）对于泡点进料，q = 1()V V 193kmol/h R D '==+=9358.534.5/D V L kmol h =-=-=W F D =-则：()0.60.9534.534.50.05F F =⨯+-⨯解得：56.45/F kmol h =（2）'(1)V V R D ==+93(134.5R =+⨯）R = 1.70对于泡点进料：0.6q F x x ==20.60.751(1)1(21)0.6q q q x y x αα⨯===+-+-⨯ min min 0.950.750.571410.950.6D q D q x y R R x x --===+-- min 1.333R =275.1333.17.1min ==R R 6、在常压连续精馏塔内分离苯—氯苯混合物。
已知进料量为85 kmol/h ，组成为0.45（易挥发组分的摩尔分数，下同），泡点进料。
塔顶馏出液的组成为0.99，塔底釜残液组成为0.02。
操作回流比为3.5。
塔顶采用全凝器，泡点回流。
苯、氯苯的汽化热分别为30.65 kJ/mol 和36.52 kJ/mol 。
水的比热容为4.187 kJ/ (kg ·℃)。
若冷却水通过全凝器温度升高15 ℃，加热蒸汽绝对压力为500 kPa （饱和温度为151.7 ℃，汽化热为2 113 kJ/kg ）。
试求冷却水和加热蒸汽的流量。
忽略组分汽化热随温度的变化。
解：F W D W 0.450.028537.94kmol/h 0.990.02x x D F x x --==⨯=-- ()'1 4.537.94170.7 kmol/h V V R D ==+=⨯=（1）冷却水流量，塔顶可按纯苯计算3170.730.6510 5.232kJ/hC Q Vr ==⨯⨯=苯 64pc 21 5.232108.3310kg/h () 4.18715Q W c t t ⨯===⨯-⨯冷却水 （2）加热蒸汽流量，釜液可按纯氯苯计算3B B '170.736.5210 6.234kJ/h Q V r ==⨯⨯=6B B 6.234102950/2113Q W kg h r ⨯===蒸汽 7、在常压连续提馏塔中，分离两组分理想溶液，该物系平均相对挥发度为2.0。
原料液流量为100 kmol/h ，进料热状态参数q =1，馏出液流量为60 kmol/h ，釜残液组成为0.01（易挥发组分的摩尔分数），试求（1）操作线方程；（2）由塔内最下一层理论板下降的液相组成x ′m 。
解：（1）该塔仅有提馏段。
即原料由塔顶加入，提馏塔的塔顶一般没有液相回流。
''1W L V V m m W y x x +'=-''式中：L 100/qF kmol h '==；'60/V D kmol h ==；1006040/W F D kmol h =-=-= 则：'''1100400.01 1.6670.00676060m m m y x x +=-⨯=- （2）再沸器相当于一层理论板，故再沸器上升的气相组成W W W 20.010.01981(1)10.01x y x αα⨯===+-+ x ′m 与y W 符合操作关系，则W m 0.00670.01980.00670.01591.667 1.667y x ++'=== 8、在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。
该物系的平均相对挥发度为2.5。
原料液组成为0.35（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气加料。
已知精馏段操作线方程为10.750.20n n y x +=+，试求（1）操作回流比与最小回流比的比值；（2）若塔顶第一板下降的液相组成为0.7，该板的气相默弗里效率。
解：（1）75.01=+R R解得：3=R 0.201D x R =+ 解得：0.8D x =对饱和蒸气进料，q = 0，y q = 0.352.50.351(1)1 1.5q q q q q x x y x x αα===+-+解得：0.1772q x = min min 0.80.3510.80.1772D q D q x y R R x x --==+--解得：min 2.604R = 则：152.1604.23min ==R R （2）第一板的气相默弗里效率8.0D 1==x y725.020.07.075.020.075.012=+⨯=+=x y8537.07.05.117.05.2)1(111*1=⨯+⨯=-+=x x y αα12MV *120.80.72558.3%0.85370.725y y E y y --===-- 9、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，原料液流量为100 kmol/h ，组成为0.5（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气进料。
馏出液组成为0.95，釜残液组成为0.05。
物系的平均相对挥发度为2.0。
塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。
塔釜的汽化量为最小汽化量的1.6倍，试求（1）塔釜汽化量；（2）从塔顶往下数第二层理论板下降的液相组成。
解：最小汽化量即最小回流比时的汽化量：'min min (1)V V q F =--min min (1)V R D =+（1）饱和蒸汽进料q = 0，0.5q y =20.51(1)1q q q q qx x y x x αα===+-+ 解得：10.3333q x == min min 0.950.510.950.333D q D q x y R R x x --==+-- 解得：min 2.694R = F W D W 0.50.0510050kmol/h 0.950.05x x D F x x --==⨯=-- min min (1)(2.6941)50185/V R D kmol h =+=+⨯='min min (1)185(10)10085 kmol/h V V q F =--=--⨯='min ' 1.6 1.685136 kmol/h V V ==⨯='min V 也可由提馏段操作线的最大斜率求得，即：'q W min 'min q Wy x L V x x -=- （2）'(1)(1)(1)(1)50100136V V q F R D q F R =--=+--=+⨯-=解得:72.3=RD 1 3.720.950.7880.201311 4.72 4.72n n n x R y x x x R R +=+=+=+++ 第一块板：塔顶全凝器:：95.0D 1==x y1110.951(1)x y x αα==+- 10.9048x =第二块板：210.7880.20130.7880.90480.20130.9143y x =+=⨯+=2220.91431(1)x y x αα==+-20.8421x = 10、某制药厂拟设计一板式精馏塔回收丙酮含量为0.75（摩尔分数，下同）水溶液中的丙酮。
