第六章 蒸馏设备

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1、生物工程设备第六章蒸馏设备第一节蒸馏分离提纯原理蒸馏分离提纯操作，主要是指将某些液相和固相，液相和液相的混合物分离开，或者将其某组分再进行提纯的化工单元操作。生物工程的工业产品中常采用蒸馏方法提取或提纯的有：白酒，酒精，甘油，丙酮，丁醇以及某些萃取过程中的溶剂回收。酒精-水混合液的相平衡在一定温度下，液体与其蒸气可形成相平衡，此时的蒸气为该液体的饱和蒸汽，纯的酒精和水的混合液的相平衡中，具有酒精蒸气和水的蒸气两种饱和蒸汽，各自具有一定的饱和蒸汽压，蒸汽压的大小随温度的升高而增加。两种蒸汽共存并

2、相互影响，液面上的总蒸汽压等于酒精与水两者的蒸汽压之和。理想混合溶液液体与蒸汽间的平衡关系满足拉乌尔定律，即在一定的温度下，混合液面生蒸汽总压P=PA+PB,且任一组分的分压等于此纯组分在该温度下的饱和蒸汽压乘以其在溶液中的摩尔分数：酒精和水分子间的吸引力比酒精和酒精分子间的吸引力小，此时诸分子所受的吸引力比之在个纯组分中所受的吸引力小，因此，分子容易汽化，液面上各组分的蒸汽分压比理想溶液大。所以酒精和水的混合溶液对拉乌尔定律具有偏差。乙醇-水的气液平衡曲线图曲线表示了在一定外压下，乙醇蒸汽的组成y和

3、与之相平衡的液相组成x之间的关系（均为摩尔分数），图中平衡曲线与对角线相交于M点，在此点时，蒸汽中的酒精含量和与之相平衡的液相中的酒精含量相等。酒精蒸馏包括两个过程：（1）将酒精和所有容易挥发的物质从发酵液中分离出来的过程，称为粗馏（2）进一步提高酒精浓度，并除去粗酒精中的杂质，使之成为各种规格的成品酒精的过程，称为精馏。相对挥发度和挥发系数纯液体的挥发度通常是用来表示纯液体在一定温度下的饱和蒸气压的大小。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。挥发度大的物质，其分子向周围空间

4、扩散的挥发能力大，单位时间向周围空间飞逸的分子数就多，反之就少。溶液中各组分的蒸汽分压因组分间的相互影响一般比纯态时为低，故溶液中各组分的挥发度V可用它在蒸汽中的分压P和它在与蒸汽成平衡的液相中的摩尔分数x之比来表示。由于各组分的挥发度V随温度而变化，使用上不方便，故又引出相对挥发度α，习惯上将溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，称为相对挥发度。式中：yA,yB为溶液中两组分相应条件下的气相中的摩尔分数。若为双组分，也可写成：相对挥发度α的值的大小可以用来判断混合液是否已能用蒸馏的方法加

5、以分离及了解分离的难易程度挥发系数K表示某物质在该溶液中的挥发性能的强弱，也说明它们在一次简单蒸馏以后浓缩的倍数。例如：用a%表示酒精与水的混合液中的酒精含量，以A%表示与其平衡的蒸汽中的酒精含量。则挥发系数可表示为KA=A/a。相应的溶液中的杂质也具有相应的挥发系数Kn。在酒精蒸馏中，一切杂质(包括乙醇在内）的挥发系数随乙醇浓度的增加而变小。精馏系数：指杂质的挥发系数和酒精的挥发系数之比。K‘=Kn/KAK‘的意义：精馏系数确定杂质在塔内的集聚区域当K‘>1时，蒸汽中杂质含量比酒精多，所以杂质集聚在

6、气相中当K‘<1时，气相中杂质含量比酒精少，所以杂质集聚在液相中，较难挥发。当K‘=1时，杂质平均分布在气相和液相中，在这种情况下，要把杂质和酒精分离是比较困难的，只能用化学方法处理。在酒精精馏中，粗馏酒精中的杂质有醛，酯，酸和醇等4大类，根据它们在精馏过程中的行为可分为头级杂质尾级杂质和中级杂质三大类。（1）典型的头级杂质的挥发系数始终大于1，它们在精馏塔内运动的方向是往上的，其浓度在塔顶最多，如醛类，乙酸乙酯等部分酯类。（2）尾级杂质在酒精浓度低时其挥发系数大于1。随着酒精浓度的不断提高，它们的挥

7、发系数相继等于1，进而小于1，它们在精馏塔内下部的运动是往上的，而在顶部的运动则是往下的，结果便集中在与其挥发系数等于1的相应的附近塔板上。杂醇油便是尾级杂质的典型代表。（3）异戊酸，乙酸乙酯等在酒精浓度大于70%时，其挥发系数才从大于1变为小于1.这些杂质叫中级杂质。酒精精馏发酵液经过蒸馏后所得到的粗酒精，杂质较多。除去粗酒精中的杂质，进一步提高酒精含量，利用气液两相的互相接触，反复进行部分汽化和部分冷凝的过程叫做酒精的精馏。这一过程利用了多次的传质，是多次汽化和多次冷凝的简单蒸馏过程的集合。精馏的

8、基本操作示意图由于釜内汽化的蒸汽中酒精组分大于釜中液相中的组分，经过一段时间的蒸馏，各釜中液相酒精组分越来越少，将导致蒸汽中酒精组分也相应的降低。所以，应将顶釡汽化的蒸汽冷凝液回流一部分至塔内，并逐釡下流。同时在底釡中不断加入原混合液。将顶釡的酒精蒸汽在冷凝器冷凝后所得的部分冷凝回流至顶釡的操作称为回流。回流比（R）：在精馏操作中，由精馏塔顶返回塔内的回流量L与塔顶产品流量D的比值即R=L/D，对精馏过程分离效果和经济性有着重要影响。粗馏塔粗馏塔的处理对