第七章 蒸馏 第三节 双组份理想溶液的气液相平衡

（b）道尔顿分压定律：
yA
pA P
p
0 A
P
xA
yB
pB P
pB 0 P
xB
溶液沸腾时：P = pA + pB = pA 0 xA + pB0 xB （双组分体系）
对于二组分体系：xA+ xB= 1
xA
P pB0
pA0
pB
0
——泡点方程
•在一定压强下，液体 混合物开始沸腾产生 第一个气泡的温度， 称为泡点温度（简称 泡点）。
拉乌尔定律：当气液呈平衡时，溶液上方组分的蒸 气分压与溶液中该组分的摩尔分数成正比。
(1)用饱和蒸气压和相平衡常数表示气液平衡关系
理想溶液：溶液中不同组分的分子间作用力和相
同分子间作用力完全相等的溶液。
（a）拉乌尔定律：
式中：
pA
p
0 A
x
A
pB pB0 xB
pA，pB —— 溶液上方A、B组分的分压，Pa； pA0 ， pB0 ——溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa； xA ， xB —— 液相中A、B组分的摩尔分数； yA ， yB —— 气相中A、B组分的摩尔分数。
与之相反，硝酸-水溶液为负偏差较大的溶液，在硝酸摩 尔分数为0.383时，两组分的蒸汽压之和最低，T-x(y) 图上对 应出现一最高恒沸点（M点），其沸点为121.9℃。此溶液称 为具有最高恒沸点的溶液。
在恒沸点时气液两相组成相同，用一般的蒸馏方法不能 实现该组成下混合溶液的分离。
A
pA xA
p
o A
x
A
xA
pAo
BpB xBFra bibliotekpBo xB xB
pB o

蒸馏是利用物系中各组分的挥发度差异来过到分离目的
沸点低的组分称为易挥发组分，高的为难挥发组分
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3. 蒸馏分离的特点
ΔG=ΔH-TΔS Wmin>=ΔG
蒸馏操作需要消耗大量的能量，流程简单
蒸馏操作既可用于气体混合物的分离，也可用于液体混合 物甚至是固体混合物的分离 蒸馏操作有时需要高压、高真空、高温或低温条件
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4. 蒸馏过程的分类
按生产方式分为间歇蒸馏和连续蒸馏 按蒸馏方式分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏等
按操作压强分为常压、减压、加压蒸馏
按待分离混合物中组分数不同分为双组分和多组分蒸馏
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5.1双组分溶液的气液相平衡
5.1.1 双组分理想物系的气液平衡 5.1.2 双组分非理想物系的气液平衡
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5.1.2 双组分非理想物系的气液平衡
一、非理想物系
化工生产中遇到的物系大多为非理想物系。 非理想物系可能有以下几种情况： 液相为非理想溶液，气相为理想气体； 液相为理想溶液，气相为非理想气体； 液相为非理想溶液，气相为非理想气体。 返回
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二、双组分理想物系的气液平衡函数关系
所谓理想物系，即指液相为理想溶液，遵循拉乌 尔定律；气相为理想气体。
拉乌尔定律：
0 pA pA xA 0 0 1 xA pB pB xB pB
5 2
pA0、 pB0为溶液温度下纯组分A和B的饱和蒸气压 可查有关手册或由下面安托因方程求得：
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第五章

yn n xn yn+1
n+1
xn+1
2019年4月17日
第三章 蒸馏
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3.4.2.1 全塔物料衡算
F D W FxF DxD WxW
F, xF 式中：F、D、W—原料液、塔
D, xD
顶馏出液、塔底釜残液的流 量，kmol/h xF、xD、xW—原料液、塔顶馏 出液、塔底釜残液的组成， 摩尔分率
2019年4月17日
第三章 蒸馏
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2. 饱和液体（泡点进料） 原料温度等于泡点。
F
L
V V’
V '＝V
原料全部进入提馏段。
L’
L'＝L＋F
3. 气液混合物
原料温度介于泡点和露点之间。 (1-q)F 进料中液相部分成为L’的一部 分，汽相部分成为V的一部分。 F qF V
V V
2019年4月17日
第七章 蒸馏
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2.特点 间歇操作 塔顶塔底组成不是一对 平衡组成 适合于混合物的粗分离， 特别适合于沸点相差较大 而分离要求不高的场合， 例如原油或煤油的初馏。
F,xF
W,x2
D, y
2019年4月17日
第七章 蒸馏
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简单蒸馏过程在相图上的表示：
温度为tF的原料液加热到t1， 部分汽化、分离，所得汽相组 成为y，液相组成为x。 此分离过程不会使y>yD、 x<xW。 由此可见，将液体混合物进 行一次部分汽化的过程，只能 起到部分分离的作用。因此， 这种方法只适用于要求粗分或 粗加工的场合。要使混合物中 的组分得到几乎完全的分离， 必须进行多次部分汽化和部分 冷凝的过程。
2019年4月17日

内的平均值（几何平均值）。
max min
2020/7/7
max min 2.59 2.35＝2.47
2020/7/7
③相对挥发度α的影响 对于理想物系，汽相遵循道尔顿分压定律，则：
A pA / xA pyA / xA yA xB B pB / xB pyB / xB yB xA
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④理想溶液的汽液平衡方程式
将
yA xA
1 yA 1 xA
略去下标，经整理可得：
y x
x
y
1 ( 1)x
( 1) y
两式即为以相对挥发度表示的汽液平衡方程式。在蒸馏的
分析和计算中，常用来表示汽液平衡关系。
注意：由于推导过程中引入了道尔顿分压定律，故上述汽液
平衡关系式仅能适用于理想物系。
但对于混合溶液，某组分的在气相中的分压与其液相中的 浓度有关。
例如：当xA＝0.2 xB＝0.8时： pA＝11.8mmHg pB＝19mmHg
为消除x的影响，故溶液中各组分的挥发度可用它在蒸汽中 的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比来表示，即：
A
pA xA
B
pB xB
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对于理想溶液，因符合拉乌尔定律，则有：
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。 如乙醇——水体系：乙醇是轻组分，水是重组分；苯——甲
苯体系：苯是轻组分，甲苯是重组分。
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乙醇-水体系的蒸馏分离
汽相: 醇富集
冷凝
乙醇 产品
乙醇-水
加热
液相: 水富集
冷却
废水
2020/7/7
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