第六章 蒸馏1

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

※杂质挥发系数KC及其在蒸馏中的指导意义



在酒精蒸馏中，一切杂质(包括乙醇在内)的KC 随乙醇浓度的增加而变小。 乙醇浓度低于55％ (V)时，一切杂质的KC都大于1。有些杂质的KC 始终大于l；有些杂质的KC始终小于1；有些则 在酒精浓度高时KC由大于1变成小于1 . KC大于1就意味着该成分是沿着塔往上移动(浓 缩)， KC小于1就意味着该成分沿塔往下移动。 如果某组分随着酒精浓度增高而在某一浓度时 KC由大于1变为小于1，则该组分就浓缩在与该 酒精浓度相应的塔板上。

第一节 酒精蒸馏分离原理


一、酒精－水混合液的相图
酒精－水溶液属非理想溶液。 酒精－水溶液的蒸汽分压与组成的关系即p－x 图如图2—6—l 所示。 图中虚线为与之相对应的理想溶液的行为。从 图中可以看出：酒精－水溶液对拉乌尔定律具 有（正）偏差。 图中：A为易挥发组分即乙醇，B为水。 （具有较高蒸汽压的物质称为易挥发物；蒸汽压 较低的物质称为难挥发物质。）

图2—6—2系在一定压力(101.3KPa)下绘出的； 当压力改变时，图形会随之而改变。在一般情 况下，压强降低，沸点升高，酒精含量也随之 提高。 采用真空蒸馏的方法，可以得到较高浓度的酒 精或无水酒精。 (对于常压蒸馏，当乙醇的含量小于95.57 (质 量分数) ，无论如何精馏，都得不到无水乙醇。 CaCl 只有加入 、分子筛等吸水剂，使乙醇含 量超过95.57，再精馏可得无水乙醇。) 由乙醇—水的T-x(y)图可绘制出乙醇—水的y-x 图(乙醇—水的气—液平衡曲线图)，见图2— 6 —3 。
一、粗馏塔塔板类型及结构来自1、泡罩塔板优点：操作十分稳定。当 负荷有较大的变动时都能 较稳定的操作。适宜处理 易起泡的液体，对设计的 准确性也无过高的要求。 历史悠久，应用广泛。 缺点：塔板结构较复杂， 塔板效率偏低，压降大。

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

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。