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。

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。

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。

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、蒸发（浓缩）与干燥习题一、选择题【A型题】l．下列有关药液浓缩过程的叙述，正确的是A．必须一次性向溶液供给热能B．加热蒸汽温度越高越好C．适当降低冷凝器中二次蒸汽压力，可降低溶液沸点D．冷凝器中真空度越高越好E．蒸发过程中，溶液的沸点随其浓度的增加而逐渐降低2．以下关于减压浓缩的叙述，不正确的是A．能防止或减少热敏性物质的分解B．增大了传热温度差，蒸发效率高C．不断排出溶剂蒸汽，有利于蒸发顺利进行D．沸点降低，可利用低压蒸汽作加热源E．不利于乙醇提取液的乙醇回收3．以下不属于减压浓缩装置的是A．三效浓缩器 B．夹层锅 C．管式蒸发器 D．减压蒸馏器E．真空浓缩罐4．以下关于薄膜蒸发特点的叙述，不正确的是A．浓缩速度快，受热时间短B．不受液体静压和过热影响，成分不易被破坏C．能连续操作，可在常压或减压下进行D．能将溶剂回收反复使用E．能进行固液分离5．干燥时，湿物料中不能除去的水分是A．结合水 D．非结合水 C．平衡水分 D．自由水分E．毛细管中水分6．下列不适用于药剂工业生产干燥方法是A．吸附干燥 B．减压干燥 C．流床干燥 D．喷雾干燥E．冷冻干燥7．下列有关减压干燥叙述，正确的是A．干燥温度高 B．适用热敏性物料 C．干燥时应加强翻动D．干燥时间长 E．干燥产品较难粉碎8．下列有关干燥介质对干燥影响的叙述，不正确的是A．在适当的范围内提高干燥介质的温度，有利于干燥B．应根据物料的性质选择适宜的干燥温度，以防止某些成分被破坏C．干燥介质的相对湿度越大，干燥效率越低D．干燥介质的相对湿度越大，干燥效率越高E．干燥介质流动速度快，干燥效率越高9．下列不能提高干燥速率的方法是A．减小湿度B．加大热空气流动C．增加物料堆积厚度D．加大蒸发表面积E．根据物料性质选择适宜的干燥速度10．下列关于流化干燥的叙述，不正确的是A．适用于湿颗粒性物料的干燥 B．热利用率高 C．节省劳力D．干燥速度快 E．热能消耗小11．下列有关喷雾干燥的叙述，正确的是A．干燥温度高，不适于热敏性药物B．可获得硬颗粒状干燥制品C．能保持中药的色香味D．相对密度为1.00～1.35的中药料液均可进行喷雾干燥E．须加入助溶剂以增加干燥制品的溶解度12．湿颗粒不能采用的干燥方法是A．烘干干燥 B．喷雾干燥 C．减压干燥 D．沸腾干燥E．红外干燥13．冷冻干燥实质上是A．低温干燥 B．真空干燥 C．固态干燥 D．升华干燥E．冰点干燥14．冷冻干燥的特点不包括A．适于热敏性药物B．低温减压下干燥C．成品多孔疏松，易溶解D．操作过程中只降温，不升温E．成品含水量低，利于长期贮存15．下列关于流化干燥的论述，不正确的是A．适用于湿粒性物料的干燥 B．热利用率高 C．节省劳力D．干燥速度快 E．热能消耗小16．下列有关喷雾干燥特点的叙述，不正确的是A．是用流化技术干燥液态物料B．干燥表面积增大C．能保持中药的色香味D．干燥速度快，适于含热敏性成分物料的干燥E．须加入助溶剂以增加干燥制品的溶解度17．下列有关远红外干燥的叙述，不正确的是A．干燥速率是热风干燥的10倍 B．产品外观好、质量高C．能量利用率高 D．适用于物料表面干燥E．靠分子强烈振动产热18．以下关于冷冻干燥的论述，正确的是A．将水以冰的形式从物料中除去B．是一种低温高压的干燥方法C．适于热敏性物品的干燥D．可用于挥发油的提取E．生物制品不宜冷冻干燥19．远红外干燥设备中能辐射出远红外线部分是A．基体 D．发热体 C．涂层 D．电源 E．机壳20．稠浸膏的干燥宜选用A．烘干干燥 B．减压干燥 C．沸腾干燥 D．喷雾干燥E．冷冻干燥【B型题】［21～25］A．升膜式蒸发器 B．降膜式蒸发器 C．刮板式薄膜蒸发器D．离心式薄膜蒸发器 E．管式蒸发器21．列管蒸发器的管束很长，适用于蒸发量较大，热敏性料液，不适用高黏度、易结垢的料液22．适于蒸发浓度较高，黏度较大的药液，其沸腾传热系数与温度差无关23．药液通过有蒸汽加热的管壁而被蒸发浓缩24．利用高速旋转的转子，将药液刮布成均匀的薄膜而进行蒸发，适用于易结垢料液25．适用于有效成分为高热敏性药液的浓缩［26～30］A．烘干干燥 B．减压干燥 C．沸腾干燥 D．喷雾干燥E．冷冻干燥26．一般药材的干燥多选用27．稠浸膏的干燥宜选用28．颗粒状物料的干燥宜选用29．高热敏性物料的干燥宜选用30．较为黏稠液态物料的干燥宜选用［31～35］A．平衡水分 B．自由水分 C．结合水 D．非结合水E．自由水分和平衡水分之和31．存在于物料细小毛细管中及细胞中的水分为32．存在于物料表面及粗大毛细管中的水分为33．物料的总水分34．干燥过程中不能除去的水分为35．物料中所含有的水分为［36～40］A．冷冻干燥 B．减压干燥 C．常压干燥 D．沸腾干燥E．微波干燥36．适用于热稳定性药物干燥的方法是37．采用升华原理干燥的方法是38．利用流化技术的干燥方法是39．兼有杀虫灭菌作用的干燥方法是40．适用于稠浸膏干燥的方法是【X型题】4l．提高蒸发浓缩效率的主要途径是A．扩大蒸发面积 B．降低二次蒸汽的压力C．提高加热蒸汽的压力 D．不断向溶液供给热能E．提高总传热系数值42．下列有关公式P fFS M )(-∝的叙述，正确的是A．M为单位时间内的液体的蒸发量B．S为液体暴露面积，其值越大越有利于蒸发C．P为大气压，其值越小越有利于蒸发D．F为在一定温度时液体的饱和蒸汽压，f为在一定温度时液体的实际蒸汽压，F－f值越大越有利于蒸发E．f值越大越有利于蒸发43．蒸发方法包括A．常压蒸发 B．减压蒸发 C．薄膜蒸发 D．多效蒸发E．微波蒸发44．减压蒸发的优点A．防止或减少热敏性物质的分解 B．提高了蒸发效率C．传热温度差升高 D．溶剂蒸汽排出快E．可利用低压蒸汽作热源45．下列关于减压浓缩操作的叙述中，正确的是A．先抽真空，再吸入药液 B．夹层通蒸汽，放出冷凝水C．使药液保持适度沸腾 D．浓缩完毕，停抽真空E．开放气阀，放出浓缩液46．下列关于湿物料中水分的叙述，正确的有A．难以除去结合水 B．物料不同，在同一空气状态下平衡水分不同C．不能除去平衡水分 D．易于除去非结合水分E．干燥过程中除去的水分只能是自由水分47．冷冻干燥的特点有A．在高真空条件下干燥 B．在低温条件下干燥C．适用于热敏性物品 D．成品多孔疏松 E．又称升华干燥48．下列关于喷雾干燥叙述，正确的为A．数小时内完成水分蒸发 B．获得制品为疏松的细颗粒或细粉C．适用于热敏性物料 D．适用于液态物料的干燥E．适用于湿颗粒性物料的干燥49．薄膜蒸发常用方法是A．升膜式蒸发 B．降膜式蒸发 C．刮板式薄膜蒸发D．离心式薄膜蒸发 E．流化法50．鼓式干燥适于干燥的对象是A．固体粉末 B．中药浸膏 C．湿颗粒 D．液体药料E．对热敏感的药料51．下列属于用流化技术进行干燥的方法有A．喷雾干燥 B．真空干燥 C．冷冻干燥 D．沸腾干燥E．减压干燥52．下列有关干燥介质对干燥影响的叙述，正确的是A．在适当的范围内提高干燥介质的温度，有利于干燥B．应根据物料的性质选择适宜的干燥温度，以防止某些成分被破坏C．干燥介质的相对湿度越大，干燥效率低D．干燥介质的相对湿度越大，干燥效率高E．干燥介质流动速度快，干燥效率高53．提高干燥速率的方法有A．减小湿度 B．加大热空气流动 C．增加物料堆积厚度D．加大蒸发表面积 E．根据物料性质选择适宜的干燥速度54．湿颗粒可采用的干燥方法有A．烘干干燥 B．沸腾干燥 C．喷雾干燥 D．红外干燥E．减压干燥55．下列关于流化干燥的叙述，正确的是A．适用于湿颗粒性物料的干燥 B．热利用率高 C．节省劳力D．干燥速度快 E．热能消耗小二、填空题1．某种不耐热的药液需要干燥，比较适宜的干燥方法有______、______、______、______。