化工原理--蒸馏

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1、第十章蒸馏Chapter10Distillation概述（Introduction）工作原理：利用液体混合物中各组分（component）挥发性（volatility）差异，以热能为媒介使其部分汽化从而在汽相富集轻组分液相富集重组分而分离的方法。闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液塔底产品Q减压阀概述（Introduction）蒸馏操作实例：石油炼制中使用的250万吨常减压装置概述（Introduction）简单蒸馏或平衡蒸馏：用在分离要求不高的情况下。精馏：分离纯度要求很高时采用。特殊精馏：混合物中各组分挥发性相差很小，难以用普通精馏分离，借助某些特殊手段进行的精馏。

2、间歇精馏：多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。连续精馏：多用于大批量工业生产中。常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。减压蒸馏：常压下物系沸点较高或热敏性物质不能承受高温的情况加压蒸馏：常压下为气体的物系精馏分离，加压提高混合物的沸点。多组分精馏：例如原油的分离。双组分精馏：如乙纯-水体系。本章着重讨论常压下双组分连续精馏。许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制品的切割，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处理等等。分离的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏或精馏。蒸馏操作的用途气液两相的接触方式连续接触（也称微分接触）气液两相浓度呈连续变化，如填

3、料塔。级式接触气液两相逐级接触传质，两相组成呈阶跃变化，如板式塔。散装填料塑料鲍尔环填料规整填料塑料丝网波纹填料DJ塔盘新型塔板、填料双组分溶液的气液相平衡关系Vapor-liquidequilibriainbinarysystems理想溶液的汽液平衡——拉乌尔（Raoult）定律蒸馏分离的物系由加热至沸腾的液相和产生的蒸汽相构成。相平衡关系是蒸馏过程分析的重要基础。液相为理想溶液、汽相为理想气体的物系。理想溶液服从拉乌尔（Raoult）定律，理想气体服从理想气体定律或道尔顿分压定律。根据拉乌尔定律，两组分物系理想溶液上方的平衡蒸汽压为式中：poA、poB——溶液温度

4、下纯组分饱和蒸汽压。理想物系：理想溶液的汽液平衡——拉乌尔（Raoult）定律溶液沸腾时，溶液上方的总压应等于各组分分压之和，即泡点方程（bubble-pointequation）A、B、C为安托因常数，可由相关的手册查到。poA、poB取决于溶液沸腾温度，上式表达一定总压下液相组成与溶液泡点温度关系。已知溶液的泡点可由上式计算液相组成；反之，已知溶液组成也可算出溶液泡点。纯组分饱和蒸汽压与温度的关系，用安托因（Antoine）方程表示：理想溶液的汽液平衡——拉乌尔定律当汽相为理想气体时上式为一定总压下汽相组成与温度的关系式。该温度又称为露点（dew-point），上

5、式又称为露点方程。严格地说没有完全理想的物系。对那些性质相近、结构相似的组分所组成的溶液，如苯-甲苯，甲醇-乙醇等，可视为理想溶液；若汽相压力不太高，可视为理想气体，则物系可视为理想物系。对非理想物系不能简单地使用上述定律。汽液相平衡数据更多地依靠实验测定。汽液相平衡图（equilibriumdiagram）根据相律，双组分两相物系自由度为2，即相平衡时，在温度t、压强P、汽相组成x和液相组成y这四个变量中，只有两个独立变量。若物系的温度和压强一定，汽液两相的组成就一定；若压强和某相的组成一定，则物系的温度和另一相组成将被唯一确定。双组分汽液相平衡关系可由某变量与另两

6、个独立变量的函数关系表达。相图、相平衡常数或相对挥发度是常用的三种汽液相平衡关系。双组分汽液两相，当固定一个独立变量，可用二维坐标中的曲线图来表示两相的平衡关系，称为相图。相图有压强一定的温度-组成T-x(y)图、液相组成和汽相组成x-y图，以及温度一定的压强-组成p-x图。汽液相平衡图（equilibriumdiagram）汽液相平衡图（equilibriumdiagram）T-x(y)图T-x(y)图代表的是在总压P一定的条件下，相平衡时汽（液）相组成与温度的关系。在总压一定的条件下，将组成为xf的溶液加热至该溶液的泡点tA，产生第一个气泡的组成为yA。继续加热，

7、随温度升高，物系变为互成平衡的汽液两相，两相温度相同组成分别为yA和xA。t/Cx(y)01.0露点线泡点线露点泡点xAyAxf气相区液相区两相区当温度达到该溶液的露点，溶液全部汽化成为组成为yA=xf的气相，最后一滴液相的组成为xA。汽液相平衡图（equilibriumdiagram）T-x(y)图乙醇-水溶液物系的泡点线和露点线在M点重合，该点溶液的泡点比两纯组分的沸点都低，这是因为该溶液为具有较大正偏差的溶液，组成在M点时两组分的蒸汽压之和出现最大值。M点称为恒沸点，具有这一特征的溶液称为具有最低恒沸点的溶液。常压下，乙醇-水物系恒沸组成摩尔