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化工原理第六章蒸馏

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化工原理蒸馏精馏知识要点

化工原理蒸馏精馏知识要点

三、操作线方程



1. 精馏段操作线方程
对如图划定范围作物料衡算 V=L+D 对易挥发组分衡算 Vyn+1=Lxn + DxD V, yn+1
D,xD
第n板
L, xn

Dx D L y n 1 x V V 令回流比 R=L/D xD R y n1 xn R1 R1


2. 恒摩尔溢流
精馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等。 提馏段内，每层塔板下降的溢流摩尔流量相等




L1=L2=…=Ln=定值 （精馏段） L 1=L2=…=Ln=另一定值 （提馏段） 一定注意： 精馏段和提馏段下降的溢流分别不相等。 精馏段和提馏段上升的蒸汽分别不相等。 因为加料板加入原料液后使两段汽液两相流量发 生变化。 当各组分摩尔汽化焓相等，汽液接触良好且可忽 略显热(与汽化热比较)，保温良好且塔的热损失 可忽略时，恒摩尔流假定基本上成立。
露点

泡点
x或 y
0 P p A pB p 0 x p A A B (1 x A )
xA
0 P pB 0 p0 p A B
y A p0 A xA / P


对某一温度和总压，由这几式可求出xA，yA。 得出一系列的值后便可作出如前图所示的图来。 对于非理想溶液，计算很复杂。一般由实验得 出平衡数据。实验得出的平衡数据也是计算的 基础。


2. 相对挥发度(relative volatility)
溶液中两组分挥发度之比称相对挥发度,。通 常用易挥发组分挥发度作分子。
vA pA / x A vB pB / x B

第六章 蒸馏(自化工原理)

第六章 蒸馏(自化工原理)

汽液相平衡，是指溶液与其上方蒸汽达到平衡 汽液相平衡，是指溶液与其上方蒸汽达到平衡时 平衡时 气液两相间各组分组成的关系。 气液两相间各组分组成的关系。 理想溶液的汽液相平衡服从拉乌尔 拉乌尔(Raoult)定律 定律。 理想溶液的汽液相平衡服从拉乌尔(Raoult)定律。 因此对含有A 组分的理想溶液可以得出： 因此对含有A、B组分的理想溶液可以得出： PA=PAoxA 1a） （6-1a） PB=PBoxB= PBo（1-xA） 1b） （6-1b）
6.2 双组分溶液的气液相平衡
☺ ☺ ☺ ☺ ☺ ☺
6.2.1 理想溶液的气液相平衡 6.2.2 温度组成图(t-y-x图) 温度组成图(t6 . 2 . 3 y -x 图 6.2.4 挥发度与相对挥发度 6.2.5 非理想溶液的汽液相平衡 本节小结
6.2.1 理想溶液的气液相平衡（1）
☺
☺ ☺ ☺ ☺
t → x( y ) x− y
本节小结（2）
☺
☺ห้องสมุดไป่ตู้
☺
☺
2）在一定外压下，纯组分的饱和蒸汽压与外压 在一定外压下， 相等时，液体开始沸腾，其对应的温度称为沸点， 相等时，液体开始沸腾，其对应的温度称为沸点， 可见，外压一定时，纯组分的沸点为一定值。 可见，外压一定时，纯组分的沸点为一定值。 在一定外压下，液体混合物的沸腾温度称为泡点， 在一定外压下，液体混合物的沸腾温度称为泡点， 泡点与混合物的组成有关。 泡点与混合物的组成有关。 (t- y)图上可见 图上可见， 在(t-x-y)图上可见，表示不同组成液体混合物的 泡点温度（ x=0到x=1.0）为泡点曲线。 泡点温度（从x=0到x=1.0）为泡点曲线。 在该曲线上，对应x=0(即 =0， =1.0)的温度为 在该曲线上，对应x=0(即xA=0，xB=1.0)的温度为 B组分的沸点；对应x=1.0(即xA=1.0，xB=0) 的温 组分的沸点；对应x=1.0(即 =1.0， 度曲线为A组分的沸点。 度曲线为A组分的沸点。

化工原理第六章(概述、双组分溶液的气液相平衡)

化工原理第六章(概述、双组分溶液的气液相平衡)

混合物得以分离。
2013-9-19
3、轻组分与重组分 【轻组分】沸点低、挥发性大的组分； 【重组分】沸点高、挥发性小的组分。 【例如】乙醇——水体系 乙醇（沸点78.4℃）是轻
组分，水（沸点100℃）是重组分； 苯——甲苯体系 苯（沸点80.1℃）是轻组分，甲
苯（沸点110.8℃）是重组分。
2013-9-19
一、概述
第六章
二、双组分溶液的气液相 平衡
1、溶液的蒸气压 2、两组分理想物系的汽液相平衡 3、两组分非理想物系的汽液平衡
蒸 馏
2013-9-19
一、概述
1、什么是蒸馏？ 【定义】是分离液体混合物的单元 操作之一。 【例如】（1）将原油蒸馏可得到汽
油、煤油、柴油及重油等； （2）将混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等；
精馏塔，根据空气中各气体的不同沸点进行分馏。
2013-9-19
（4）蒸馏操作是通过 对混合液加热建立汽液 两相体系的，所得到的 汽相还需要再冷凝液化 。因此，蒸馏操作能
耗能较大。蒸馏过程
中的节能是个值得重视
的问题。
2013-9-19
5、蒸馏过程的分类 （1）按蒸馏原理 ①简单蒸馏和平衡蒸馏
【特点】为单级蒸馏过程；
（3）将液态空气蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。
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石 油 的 常 压 蒸 馏
2013-9-19
2、蒸馏的依据 （ 1 ） 液 体 混 合 物 中 各 组 分 （ component） 挥 发 性 （volatility）的大小不同； （2）在分离设备中，以热能为媒介使其部分汽化， 形成汽、液两相物系； （3）在汽相富集轻组分，液相富集重组分，使液体
1、饱和蒸气压

化工原理 2-9蒸馏

化工原理 2-9蒸馏

请在等压图上描述闪蒸过程。
三、精馏 1、原理 多次部分汽化、部分冷凝
如何实现多次部分汽化、部分冷凝？
2、分类 连续精馏、间歇精馏 3、连续精馏流程 ①装置组成 全凝器 回流罐
塔顶产品
原料 塔 再沸器 塔釜产品
②各部分的作用 塔顶：冷凝器、回流罐 塔—— 塔身：加料板、精馏段、提馏段 塔底：再沸器 ③连续、稳定操作的必要条件 塔顶回流液 塔底上升蒸汽
*1对于双组分物系，一相中某一组分的摩尔分数确定后，
另一组分的摩尔分数也随之而定，液相或气相组成均可 用单参数表示。即 xA、 yA
*2因物系的自由度为F=2，温度、压强与气液两相的组成
三者中任意规定两个，则物系的状态将被唯一地确定，余 下参数已不能任意选择。
因此，当压强一定时，双组分平衡物系必存在： **液相（或气相）组成与温度间的一一对应关系 （t—x t—y）； **气液相组成之间的一一对应关系（y—x）。
六、双组分非理想溶液
1、具有正偏差的非理想溶液 fAB<fAA、fBB
（苯-乙醇，乙醇-水系统）
溶液的平衡分压较理想溶液低，当偏差达到一定程度时，具 有最低恒沸点。 2、具有负偏差的非理想溶液 fAB>fAA、fBB
（氯仿-丙酮 系统）
溶液的平衡分压较理想溶液高，当偏差达到一定程度时，具
有最高恒沸点。
三、蒸馏操作费用与操作压强
蒸馏操作费用主要是加热和冷凝的费用，与加热和 冷凝的温度有关。而加热和冷凝的温度均与操作压强有
关，故工业蒸馏对操作压强应进行适当的选择。
*真空蒸馏使沸点降低，可避免使用高温载热体。
*加压蒸馏使冷凝温度提高，可避免使用冷冻剂。
四、本章重点： 1、连续精馏过程的基本原理及过程描述的基本方法

化工原理 第六章 蒸馏

化工原理 第六章 蒸馏

相同时进行多次部分冷凝和部分汽
化。 精馏条件：塔顶的液体回流和塔 釜的产生的蒸汽回流。
29
t P=定值 t1
t P=定值 t1 t2 t3 1 2 3
xW x1
xF
y1
yF
x(y)
x1
x2 xF x3 y1
y2 y3 x(y)
图6-10 一次部分气化的图
图6-11 多次部分气化和冷凝的示意图
30
V HF 加料板F L’ hF V’ H F+1
L' L q F
L L q F
'
F L V ' V L'
V ' V (q 1)F
41
V F L V F L V (1-q)F F qF L L’ 汽液混合进料
V ＝V (1 q)F
V’
V’
L’ 冷液进料
p p xA p
0 A 0 B

0 A

0 B
0 B
0 P pB xA 0 0 p A pB
xB 1 x A
——泡点方程
若平衡的气相为理想气体，可用道尔顿分压定律：
0 pA pA yA x P P
yB 1 y A
——汽液两相平衡组成间的关系
0 0 0 pA pA p pB f A (t ) p f B (t ) —露点方程 yA xA 0 0 p p pA pB p f A (t ) f B (t )
3
传质过程或分离操作：物质在相间的转移过程。
蒸馏：将液体混合物部分气化，利用各组分的挥发 度不同的性质以实现分离目的的操作。
易挥发组分（轻组份）：沸点低的组分 难挥发组分（重组份）：沸点高的组分

【化工原理复习笔记】第六章 蒸馏

【化工原理复习笔记】第六章 蒸馏

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。

化工原理王志魁第五版习题解答：第六章 蒸馏

化工原理王志魁第五版习题解答：第六章 蒸馏

第六章蒸馏相平衡【6-3】甲醇(A)-丙醇(B)物系的汽液平衡服从拉乌尔定律。

试求：（1）温度80℃t =、液相组成.05x =（摩尔分数）时的汽相平衡组成与总压；（2）试求总压为.10133kPa 、液相组成.04x =（摩尔分数）时的汽液相平衡温度与汽相组成；（3）液相组成.06x =、汽相组成.084y =时的平衡温度与总压。

组成均为摩尔分数。

用Antoine 方程计算饱和蒸气压(kPa)甲醇.lg ..15749971973623886A p t =-+ 丙醇.lg .137514674414193B p t =-+式中t 为温度，℃。

解（1） 80℃t =时，..1811，5093A B p kPa p kPa==BA Bp p x p p -=-总压()() ....18115093055093116A B B p p p x p kPa=-+=-⨯+=汽相组成 (181105)0781116A p x y p ⨯=== （2）已知..10133，04，求、p kPa x x y==.10133p kPa =时，甲醇沸点为64.7℃，丙醇沸点为97.2℃，所求汽液相平衡温度必在64.7℃与97.2℃之间。

假设75℃t =计算.1511，41A B p kPa p kPa == 液相组成....1013341054804151141B A Bp p x p p --===>--计算的x 值大于已知的x 值，故所假设的温度t 偏小，重新假设大一点的t 进行计算。

将3次假设的t 与计算的x 值列于下表，并在习题6-3附图1上绘成一条曲线，可知.04x =时的平衡温度.795℃t =。

习题6-3附表计算次数第一次第二次第三次假设/t ℃758085x0.5480.3870.252习题6-3附图1.795℃t =时，.1779A p kPa= 汽相组成.. ..177904=070210133A p x y p ⨯==（3）已知..06，084，求，x y t p==计算().(.) .().(.)1084106351061084AB p y x x y p --===-- 待求的温度t ，就是/.35A B p p =时的温度，用试差法计算。

化工原理蒸馏

化工原理蒸馏

化工原理蒸馏
蒸馏是一种重要的化工分离方法，利用物质的不同挥发性使其分离纯化。

蒸馏过程中，液体组分根据其挥发性差异在加热的条件下先蒸发，然后再经过冷凝回收成液体。

在蒸馏过程中，会产生不同的馏分，从而实现物质的分离和纯化。

在蒸馏中，首先将混合物加热至使其中的较易挥发组分蒸发并进入冷凝器，然后通过冷却将其转化为液体并收集。

而不易挥发的组分则在蒸馏瓶中富集，进一步提高纯度。

这样通过连续蒸发和冷凝，直到从混合物中逐渐分离出所需的纯组分。

蒸馏技术在石油、化工、制药等领域具有广泛的应用。

例如在石油炼制过程中，原油经过初次蒸馏分离得到不同沸点范围的馏分，例如天然气、汽油、柴油、液化石油气等。

而在制药过程中，蒸馏被用来纯化药物原料以去除杂质。

蒸馏的效率取决于诸多因素，包括温度、压力、液体性质和设备设计等。

不同的物质对于温度和压力的要求也不同，因此需要根据实际情况进行调整。

同时，蒸馏设备的设计也会影响蒸馏效率，例如塔板和填料的选择。

总之，蒸馏是一种重要的化工分离技术，能够实现混合物中的组分分离和纯化。

它在石油、化工、制药等领域具有广泛应用，并且可以根据具体情况进行调整以达到最佳效果。

化工原理-6章蒸馏

化工原理-6章蒸馏
1 yA 1 xA
y x 1 ( 1)x
——相平衡方程
当 α为已知时，可用相对挥发度表示了气液相平衡关系。
当 1 当 1
y=x, 即相平衡时气相的组成与液相的组成相同， 不能用蒸馏方法分离。
则y>x,α愈大，y比x大的愈多，组分A和B愈易分离。
三、双组分理想溶液的气液平衡相图
双组分理想溶液的汽液平衡关系用相图表示比较直观、 清晰，而且影响蒸馏的因素可在相图上直接反映出来。蒸馏 中常用的相图为恒压下的温度-组成（ t-x-y ）图和气相-液 相组成（ x-y ）图。
当生产任务要求将一定数量和组成的原料分离成指定组成 的产品时，精馏塔计算的内容有：出液和塔釜残液的流量、塔 板数、进料口位置、塔高、塔径等。
6.4.1 全塔物料衡算
1．全塔物料衡算
单位时间为基准
总物料衡算： qn,F=qn,D+qn,W 易挥发组分物料衡算：
qn,FxF=qn,DxD+qn,WxW qn,F、qn,D、qn,W——流量，kmol/h
二、蒸馏的分类
1、按蒸馏方法：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏。 2、按操作压力：常压；减压；加压。 3、按原料液组分数：双组分蒸馏和多组分蒸馏 4、按操作方式：间歇蒸馏和连续蒸馏。
三、蒸馏操作的特点
优点：* 适用面广，液体混合物和气体混合物均可 * 操作流程较简单，无需其他外加介质
缺点：* 能耗大
一、利用饱和蒸气压计算气液平衡关系
法国物理学家拉乌尔在1887年研究含有非挥发性溶质的 稀溶液的行为时发现的，可表述为：“在某一温度下，稀溶 液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶剂的摩尔分数”。
PA PA0 xA ——拉乌尔定律
pA0——纯组分A在溶液温度下的饱和蒸气压，Pa； xA——溶液中组分A的摩尔分数；

化工原理复习必看 第6章_蒸馏习题

化工原理复习必看 第6章_蒸馏习题

1.蒸馏是分离的一种方法，其分离依据是混合物中各组分的，分离的条件是。

答案:均相液体混合物，挥发性差异，造成气液两相系统（每空1分，共3分）2.在t-x-y图中的气液共存区内，气液两相温度，但气相组成液相组成，而两相的量可根据来确定。

答案: 相等，大于，杠杆规则（每空1分，共3分）3.当气液两相组成相同时，则气相露点温度液相泡点温度。

答案:大于（每空1分）4.双组分溶液的相对挥发度α是溶液中的挥发度对的挥发度之比，若α=1表示。

物系的α值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈对角线。

答案:易挥发组分，难挥发组分，不能用普通蒸馏方法分离远离（每空1分，共4分）5.工业生产中在精馏塔内将过程和过程有机结合起来而实现操作的。

而是精馏与普通精馏的本质区别。

答案:多次部分气化，多次部分冷凝，回流（每空1分，共3分）6.精馏塔的作用是。

答案:提供气液接触进行传热和传质的场所。

（2分）7.在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为，其作用是；加料板以下的塔段（包括加料板）称为________，其作用是。

答案:精馏段（1分）提浓上升蒸汽中易挥发组分（2分）提馏段提浓下降液体中难挥发组分（2分）（共6分）8.离开理论板时，气液两相达到状态，即两相相等，____互成平衡。

答案: 平衡温度组成（每空1分，共3分）9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因有（1）和（2）。

答案: 塔顶易挥发组分含量高塔底压力高于塔顶（每空2分，共4分）10.精馏过程回流比R的定义式为；对于一定的分离任务来说，当R=时，所需理论板数为最少，此种操作称为；而R= 时，所需理论板数为∞。

答案:R=DL∞ 全回流 R min （每空1分，共4分） 11. 精馏塔有 进料热状况，其中以 进料q 值最大，进料温度____泡点温度。

答案: 五种 冷液体 小于（每空1分，共3分）12. 某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则回流比等于____，馏出液流量等于 ，操作线方程为 。

化工原理 第六章 蒸馏(传质过程)

化工原理 第六章 蒸馏(传质过程)
X=0.894 78.15℃
t
121.9℃
X=0.383
负偏差
x y
x y
y
y
x
x
19
挥发度与相对挥发度
挥发度：表示某种溶液易挥发的程度。 若为纯组分液体时，通常用其当时温度下饱和蒸 气压PA°来表示。 若为混合溶液时，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 摩尔分数之比来表示， vA = pA / xA vB = pB / xB
演示
37
xn
xn 1 yn 1 yn
第四节 双组分连续精馏计算
38
物料衡算
F—原料(液)摩尔流量，kmol/h； D—馏出液摩尔流量，kmol/h； W—釜残液摩尔流量，kmol/h； 总物料衡算 易挥发组分的物料衡算
D xD F xF
F D W
D F ( xF xW ) xD xW
xn 1
n 1
yn xn yn 1
n
n 1
T-x(y) 图
t 假设蒸汽和液体充分接触，并在离 n 1 开第 n 层板时达到相平衡，则 yn 与 xn t n t n 1 平衡，且yn>yn+1，xn<xn-1。
这说明塔板主要起到了传质作用， 使蒸汽中易挥发组分的浓度增加， 同时也使液体中易挥发组分的浓度 减少。
t5 t4 t3 t2 t1
E D
C
B A
x（y）
温度-组成图（ t-x-y 图）
12
上述的两条曲线将tx-y图分成三个区域。
液相线以下的区域 代表未沸腾的液体, 称为液相区 气相线上方的区域 代表过热蒸气,称为 过热蒸气区； 二曲线包围的区域 表示气液同时存在, 称为气液共存区。

化工原理蒸馏

化工原理蒸馏
6.4.4 进料热状况的影响及q线方程
§6.4 二元连续精馏塔的计算
计算项目： 塔顶（或塔底）产量和浓度
D, xD
L
F, xF
V
塔内物流量
回流量 塔板数或填料层高度 进料位置 塔径
L
V
W, xW
6.4.1 全塔物料衡算
F D W FxF Dx D WxW
F－原料流量，kmol/h D－塔顶产品（馏出液）流量，kmol/h W－塔底产品（釜液）流量，kmol/h xF – 原料中易挥发组分的摩尔分数 xD – 馏出液中易挥发组分的摩尔分数 xW – 釜液中易挥发组分的摩尔分数
p P
0 A
0 P pB 0 p 0 pB A
B ln p A t C
0
2 用相对挥发度表示的气液平衡关系
对于混合液中的某一组分 i，挥发度i 定义为:
pA vA xA
vB pB xB
显然对理想溶液，根据拉乌尔定律有：
0 A p 0 ， B pB A
6. 3 蒸馏方式
1、简单蒸馏
1） ．流程及特点
特点： ①间隙、不稳定；
简 单 蒸 馏 平 衡 蒸 馏 精 馏
t B
②分离程度不高
y x W1,x1 加热 WD, xD
A x2 x1 x或y
x2
W2
xD
2、平衡蒸馏
简 单 蒸 馏 平 衡 蒸 馏 精 馏
又称闪蒸 1）． 流程及特点
合液加热汽化达到汽液两相平衡时的平衡温度与液 相组成及汽相组成之间的关系。
§6.2 双组分溶液的气液相平衡
二元物系汽液相平衡时，所涉及的变量有： 温度t、压力P、汽相组成y、液相组成x等4个。

化工原理蒸馏

化工原理蒸馏

化工原理蒸馏
蒸馏是一种常用的分离技术，在化工工艺中广泛应用。

它通过利用液体混合物的不同沸点差异，将液体混合物分离成组成相对纯净的组分。

蒸馏过程中，液体混合物首先被加热至使得其中组分开始蒸发。

蒸气进入蒸馏塔，通过与冷凝在塔顶的冷却介质接触，发生冷凝，而后与塔内回流液体混合物进行质量和热量的交换。

这种热量和质量的交换使得高沸点组分向下方下降，而低沸点组分则向上升腾。

在蒸馏塔的上部，收集到的冷凝液体称为顶产物，中间的蒸馏液称为塔底产物。

通过逐步加热混合物，我们可以连续地收集不同沸点组分，并达到分离的目的。

在进行蒸馏操作时，需要考虑几个重要因素。

首先是选择适当的塔设计。

蒸馏塔的设计取决于混合物的性质和所需分离的组分。

其次是控制好供热的方式和力度，以确保达到适当的沸点差，使得分离过程更为高效。

此外，在实际操作过程中，还需要对蒸馏塔进行不断的操作和参数调整，以达到最佳的分离效果。

蒸馏作为一种常用的分离技术，在石油、化工等行业得到广泛应用。

通过蒸馏可以分离出石油中的汽油、柴油等燃料，也可以分离出化学反应中产生的不同组分。

不仅如此，蒸馏还可用于酒精的提取、水的纯化等领域。

总之，蒸馏是一种重要的分离技术，通过利用液体混合物的沸点差异，实现组分的有效分离。

在化工工艺中的广泛应用使得蒸馏具有重要的实际意义和理论价值。

化工原理学习指导-第6章-蒸馏-计算题答案

化工原理学习指导-第6章-蒸馏-计算题答案

化工原理学习指导 第6章 蒸馏 计算题答案6-31 某二元混合物蒸汽，其中轻、重组分的摩尔分数分别为0.75和0.25，在总压为300kPa 条件下被冷凝至40℃，所得的汽、液两相到达平衡。

求其汽相摩尔数和液相摩尔数之比。

轻、重组分在40℃时的蒸汽压分别为370kPa 和120kPa 。

解：两相中，720.01203701203000B0A 0B =--=--=p p p p x 888.0300720.03700A A =⨯===x p p p p y设汽相摩尔量为V ，液相摩尔量为L ，总量为F ，那么L V F +=Lx Vy Fx F +=由以上两式可得：217.075.0888.072.075.0F F =--=--=x y x x L V 事实上，汽液平衡体系中，两相的摩尔量比值服从杆杠定律。

6-32 苯和甲苯组成的理想溶液送入精馏塔中进行别离，进料状态为汽液共存，其两相组成分别如下：5077.0F =x ，7201.0F =y 。

用于计算苯和甲苯的蒸汽压方程如下：8.2201211031.6lg 0A +-=t p5.2191345080.6lg 0B +-=t p其中压强的单位为Pa ，温度的单位为℃。

试求：〔1〕该进料中两组份的相对挥发度为多少？〔2〕进料的压强和温度各是多少？〔提示：设进料温度为92℃〕 解：〔1〕混合物中两组分的相对挥发度：49.25077.015077.07201.017201.011F F F F=--=--=x x y y α 〔2〕设进料温度为92℃，那么16.28.220921211031.6lg 0A =+-=pkPa 38.1440A =p 762.15.219921345080.6lg 0B =+-=pkPa 83.570B =p由此求得体系的相对挥发度为：496.283.5738.144'0B0A ===p p α 其值与〔1〕中所求相对挥发度足够接近，故可认为进料温度为92℃。

化工原理第六章(概述、双组分溶液的气液相平衡)

化工原理第六章(概述、双组分溶液的气液相平衡)

甲醇—水溶液平衡数据（101.3kPa）
t(℃) 100 96.4 91.2 87.7 81.7 78.0 75.3
x
0 0.02 0.06 0.10 0.20 0.30 0.40
y
0 0.134 0.304 0.418 0.579 0.665 0.729
t(℃) 73.1 71.2 69.3 67.6 66.0 65.0 64.5
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（2）在相同温度下，不同液体的饱和蒸气压不同。 液体的挥发能力越大，其饱和蒸气压就越大。 【例如】25 ℃时，乙醇（A）、水（B）的饱和蒸气 压分别为： pA0＝7.86kPa pB0＝3.17kPa 【结论】饱和蒸气压是表示液体挥发能力的属性之 一。
2020/3/18
（3）液体混合物在一定温度下也具有一定的蒸气压 ，但其中各组分的蒸气压（分压pA）与其单独存在 时的饱和蒸气压（pA0）不同。 （4）对于二组分混合物，由于B组分的存在，使A组 分在气相中的蒸气分压比其在纯态时的饱和蒸气压 要小。
0.2031
0.3801
100
95
90
102℃
85
80
0.0
0.2
0.4 x y0.6
0.8
1.0
常压下苯－甲苯体系的温度组成图（t-x-y）
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汽液共存区 泡点线
泡点 液相区
P=101.3kPa
过热蒸 汽区
露点
露点线
【相关信息】压力（P）， 温度（t），组成（x，y）。
【结构特点】两条线；两个点；三个区。
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（4）按操作压力 【常压蒸馏】常压下泡点为室温至150℃左右的液体 混合液，一般采用常压（大约1atm）蒸馏； 【加压蒸馏】常压下为气态（如空气、石油气）或 常压下泡点为室温的混合物，常采用加压（操作压 力高于1atm）蒸馏； 【减压蒸馏】对于常压下泡点较高或热敏性混合物 （高温下易发生分解，聚合等变质现象），宜采用 减压（操作压力低于1atm）蒸馏。

化工原理

化工原理

第六章蒸馏一、填空题1、蒸馏是用来分离均相液体混合物的单元操作。

2、含乙醇12%（质量百分数）的水溶液，其乙醇的摩尔分率为。

答案：5.07%3、蒸馏操作是借助于液体混合物中各组分的差异而达到分离的目的。

答案：挥发度4、进料板将精馏塔分为和。

答案：精馏段、提馏段5、理想溶液的气液相平衡关系遵循。

答案：拉乌尔定律6、当一定组成的液体混合物在恒这一总压下，加热到某一温度，液体出现第一个气泡，此温度称为该液体在指定总压下的。

答案：泡点温度，简称泡点7、在一定总压下准却气体混合物，当冷却到某一温度，产生第一个液滴，则此温度称为混合物在指定总压下的。

答案：露点温度，简称露点8、理想溶液中各组分的挥发度等于其。

答案：饱和蒸气压9、相对挥发度的大小反映了溶液用蒸馏分离的。

答案：难易程度10、精馏与简单精馏的区别在于。

答案：回流11、在精馏操作中，回流比的操作上限是。

答案：全回流12、在精馏操作中，回流比的操作下限是。

答案：最小回流比13、在工业生产中，塔顶液相回流常采用的方法有、、。

答案：泡点回流、冷液回流、塔顶采用分凝器产生液相回流14、是衡量实际塔板分离效果的标准，实际并不存在。

答案：理论板15、理想溶液是指。

答案：相同分子间作用力与相异分子间作用力相等的溶液。

16、表示物质挥发能力大小的物理量是。

答案：挥发度17、表示进料热状况对理论板数的影响的物理量为。

答案：进料热状况参数18、q值越大，达到分离要求所需的理论板数。

答案：越少19、精馏塔中温度由下而上沿塔高的变化趋势为。

答案：逐渐降低20、当分离要求一定，回流比一定时，在五种进料状况中，进料的q值最大，此时，提馏段操作线与平衡线之间的距离，分离所需的总理论板数。

答案：冷液，最远，最少。

二、选择题1、理想溶液的特点是：相同分子间的作用力（）不同分子间作用力。

A：大于 B：等于 C：小于 D：不能确定答案： B2、实验表明，当由两个完全互溶的挥发性组分所组成的理想溶液，其气液平衡关系服从（）A：亨利定律 B：费克定律C：拉乌尔定律 D：牛顿粘性定律答案：C 3、双组分理想溶液的t-x-y图中，下方曲线称为（）A：饱和蒸气线 B：饱和液体线 C：饱和蒸气压线 D：露点线答案 B 4、关于理论板理列说法错误的是（）A：理论板可作为衡量实际塔板分离效率的依据和标准。

化工原理(第四版)习题解 第六章 蒸馏

化工原理(第四版)习题解 第六章 蒸馏

第六章 蒸 馏相平衡【6-1】苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据如下。

)/B kPa )/B kPa )/B kPa )/B kPa 101.33 113.59 38.8 44.40179.19 199.32 74.53 83.33 根据上表数据绘制总压为101.33kPa 时苯一甲苯溶液的-t y x -图及y x -图。

此溶液服从拉乌尔定律。

解 计算式为 计算结果见下表苯-甲苯溶液的t x y --计算数据苯-甲苯溶液的t y x --图及y x -图，如习题6-1附图1与习题6-1附图2所示。

习题6-1附图1 苯-甲苯t-y-x 图 习题6-1附图2 苯-甲苯y-x 图【6-2】在总压.101325kPa 下，正庚烷-正辛烷的汽液平衡数据如下。

试求：(1)在总压.101325kPa 下，溶液中正庚烷为0.35（摩尔分数）时的泡点及平衡汽相的瞬间组成；(2)在总压.101325kPa 下，组成.035x =的溶液，加热到117℃，处于什么状态？溶液加热到什么温度，全部汽化为饱和蒸气？解 用汽液相平衡数据绘制t y x --图。

(1) 从t y x --图上可知，.035x =时的泡点为113.8℃，平衡汽相的瞬间组成.053y =。

(2) .035x =的溶液，加热到117℃时为气液混合物，液相组成.024x =，汽相组成.040y =。

.035x =的溶液加热到118℃时，全部汽化为饱和蒸气。

习题6-2附图 正庚烷-正辛烷t-y-x 图【6-3】 甲醇(A)-丙醇(B)物系的汽液平衡服从拉乌尔定律。

(1) 试求温度80℃t =、液相组成.05x =（摩尔分数）时的汽相平衡组成与总压。

(2) 试求总压为.10133kPa 、液相组成.04x =（摩尔分数）时的汽液相平衡温度与汽相组成。

(3) 试求液相组成.06x =、汽相组成.084y =时的平衡温度与总压。

组成均为摩尔分数。

用Antoine 方程计算饱和蒸气压(kPa) 甲醇 .lg ..15749971973623886A p t =-+丙醇 .lg .137514674414193B p t =-+式中t 为温度，℃。

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恒摩尔气流 恒摩尔液流
注意：V不一定等于V′，L不一定等于L′
溶液中两组分的摩尔汽化热相等，即rA rB； 因汽液两相温度不同而传递的热量可忽略； 假定 精馏塔保温良好，其热量损失可以忽略。
三、进料热状态参数q
1.进料热状况的定性分析：
A — — 过冷液体；
B — — 饱和液体；
加料板及其以下 ——提馏段
加料板以上 ——精馏段
间歇精馏：
——只有精馏段， 没有提馏段
第三节 双组分连续精馏的计算与分析
设计型计算： 操作型计算：
一、全塔物料衡算
F、D、W — kmol( A B) h
xF、xD、xW — kmolA kmol( A B) 总物料：F D W
Ln1 温度 易挥发汽化多
Vn yn
气相
液相
yn yn1 xn xn1
Ln1 x n1
Ln xn
n-1 n n+1
塔顶：纯A 塔釜：纯B
Vn1 y n 1
yn+1 tn+1 tn tn-1 xn
G O P
yn
t/℃
xn-1
0
x或y
1.0
加料位置 ——与原料液组成和温度相近的板上进料
240 101.33
pA
pB
0
,kPa ,kPa
101.33 116.9 135.5 155.7 179.2 204.2 40.0 46.0 54.0 63.3 74.3 86.0
0
温度℃
80.1
85
90
95
100
105
110.6 240
pA
0
,kPa
101.33 116.9 135.5 155.7 179.2 204.2
1.连续精馏装置： 再沸器：提供一定量的 上升蒸汽流 冷凝器：提供塔顶液相 产品及保证有适宜的 液相回流
2.多级分离：
y1 y2 y3
缺点：收率低、能耗高
3.精馏原理： 省去中间加热器和冷凝器
最上一级冷凝后部分回流
塔釜加再沸器 塔内温度自顶至底依次升高。 必要条件： ‫٭‬塔顶液体的回流; ‫٭‬塔釜液体的部分气化。
C — — 汽液混合物；
t 泡 t t露
t t泡
t t泡
D — — 饱和蒸气
E — — 过热蒸气；
t t露
t t露
2.进料热状况 单位进料流量所引起的提 馏段与精馏段下降液体流 量之差值以q表示 对进料板作物料衡算：
L L q F
L' L qF
0 0 0
2.54 2.37 2.46 2
ax 根据 y 1 (a 1) x
2.46x 1 1.46x
四、非理想溶液的气液平衡相图
1.非理想溶液： ——不符合拉乌尔定律
FAB FAA
FAB FBB
FAB FAA
0 ( pA p0 x A，pB pB xB 沸点偏低 ） A
4.塔板 (1)塔板上的液层和填料表面是
气液两相进行热交换和质交换的
场所。 (2)每块塔板相当于一只釜的作用。
Vn yn
Ln1 x n1
Ln xn
n-1 n n+1
Vn1 y n 1
t n1 t n t n1
离开第n板
Vn1、Ln1
进入第n板
Vn1 温度 难挥发冷凝多
pA
0
0
,kPa ,kPa
116.9 135.5 155.7 179.2 204.2 46.0 54.0 63.3 74.3 86.0
pB
例2. 计算例1中苯－甲苯体系在不同温度下 ， 并据此算出各温度下的气液平衡数据y-x。 解：以t=100℃为例
p
0 A
p 179.2 74.3 2.41
2.蒸馏目的： 分离液体混合物 3.分离依据： 各组分的挥发度不同
yA xA yB xB B——挥发度小——沸点高——重组分
A——挥发度大——沸点低——轻组分
4.分类
连续精馏 按操作流程 — 间歇精馏
常压精馏 — 减压精馏 按操作压强 加压精馏
DxD 0.971 175 0.44
D 80.0kmol h W 95.0kmol h x 0.935 D
全塔物衡：D W F 175
DxD WxW FxF
即： D 0.0235 175 0.44 Dx W
二、恒摩尔流量的假设
y A x A , yB xB

越大于1，越容易精馏分离
‫٭‬若 a 1,
越小于1，越容易精馏分离，此时B为易挥发组分
‫٭‬若a 1， y A x A , yB xB 则不能采用普通精馏分离。 结论： 可以用来判别精馏分离的难易程度， 以及用普通精馏方法能否达到分离的目的。
1.挥发度(v )：
v A pA x A v B pB x B
‫٭‬若为理想溶液, 则 v A p 2.相对挥发度( a )：
0 A
定义：
a
v A( 轻组分) v B( 重组分)
pA xB Py x y x yA xA a y x pB x A Py x yB xB
yA xA 1 yA 1 xA
y A x A , yB xB
‫٭‬t改变, 变化不大
例1.苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸汽压和温度的关系数 据如表所示。利用拉乌尔定律计算苯－甲苯混合液 在P＝101.33kPa下的气液平衡数据。该溶液可视为 理想溶液。
温度℃ 80.1 85 90 95 100 105 110.6
N N
第二节 蒸馏与精馏原理 一、简单蒸馏与平衡蒸馏
1.简单蒸馏 简单蒸馏也称微分蒸馏 ，间歇非稳态操作，在 蒸馏过程中系统的温度 和汽液相组成均随时间 改变。
2.平衡蒸馏 平衡蒸馏是液体的一 次部分汽化或蒸汽的 一次部分冷凝的蒸馏 操作。生产工艺中溶 液的闪蒸分离是平衡 蒸馏的典型应用。
二、精馏原理
查得
0 A
——泡点方程 气液平衡关系式
y~x
yA
P 已知
xA
P pB
0
0 p 0 pB A
pA xA P
yA
二、理想溶液的气液平衡相图
① 已知 P 、x( y )
t x y
② 已 知 P 、T
可求气、液平衡组成
y~x
1.温度-组成图： (t x y )
图
E D
t / C
t℃ x y
80.1 1.000 1.000
85
90
95
100
105
110.6 0 0
0.780 0.581 0.412 0.258 0.130 0.900 0.777 0.633 0.456 0.262
温度℃
80.1 101.33 40.0
85
90
95
100
105
110.6 240 101.33
A B A B B A B A
yA xA a 1 yA 1 xA

ax y 1 (a 1) x
A
－－气液平衡方程
0 A 0 B
p 理想溶液： a p
B
yA xA a 1 yA 1 xA
yA xA ‫٭‬若 a 1, 1 y 1 x A A
正偏差溶液
0 ( pA p0 x A，pB pB xB 沸点偏高 ） A
FAB FBB
负偏差溶液
2.恒沸液与恒沸组成：
P
x(y)
最大正偏差溶液 — — 最 低 恒 沸 点 ——恒沸液
( yM xM —恒 沸 组 成 )
P
x(y)
高恒 最大负偏差溶液 — — ( y 最x — 恒沸 点 ) ——恒沸液 沸组 成
1.理论板：
液 相 均 匀 xn 与 y n 相 平 衡 xn yn 1 ( 1) xn
2.恒摩尔流量的假设：
气 流 ：V1 V2 Vn V 精 馏 段 液 流 ：L1 L2 Ln L V 气 流 ： 1 V2 Vm V 提 馏 段 L 液 流 ： 1 L2 Lm L
0 B
温度℃
80.1
85
2.54
90
2.51
95
2.46
100
2.41
105
2.37
110.6

x y y’ 1.000 1.000 1.000
0.780 0.581 0.412 0.258 0.130 0.900 0.777 0.633 0.456 0.262 0.897 0.773 0.633 0.461 0.269
‫٭‬t x y y x 图：
温度℃
95 90 85 80 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
x( y )
特点： ‫٭‬平衡线偏离对角线越远，越易精馏。 ‫ ٭‬y x 图上读不出温度数据 ‫ ٭‬P对 y x图影响不大，但对 t x y 图影响很大。
三、相对挥发度
第六章 蒸馏
1.传质过程： 物质在一相转移到另一相的过程
分离
棉酚 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ棉籽油 甲醇溶液 +棉酚 分离 萃 取
气相 NH3 + 空气 水
NH3
吸 收
棉酚: 液相
液相
分离液体混合物
NH3: 气相 液相 分离混合气体
乙醇 (大量) 气相 水(少量) 乙醇 ＋ 水 分离 蒸 馏