蒸馏及其在化工生产中的应用

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1、第七章　蒸馏第一节　概述一、蒸馏及其在化工生产中的应用蒸馏——通过加热造成气液两相体系，利用液体混合物各组分挥发性的差别或沸点的差别实现组分的分离与提纯的一种操作。蒸馏分离的依据：液体混合物各组分挥发性（沸点）的差异。挥发性高的组分，即沸点低的组分(称为易挥发组分或轻组分)挥发性低的组分，即沸点较高的组分（称为难挥发组分或重组分）蒸馏过程的分类按物系的组分数双组分蒸馏多组分蒸馏按蒸馏方式简单蒸馏平衡蒸馏精馏特殊蒸馏间歇蒸馏连续蒸馏按操作方式：加压蒸馏多用于（1）混合物在常压下为气体；（2）混合液沸点较低，用一般冷凝水无法冷凝。减压（真空）蒸馏多用于（1）热

2、敏性物料的分离；（2）常压下沸点较高，加热温度超出一般水蒸汽的加热范围。常压蒸馏按操作压力：加压蒸馏减压（真空）蒸馏蒸馏与蒸发的区别：蒸发：（1）溶质不具有挥发溶剂具有挥发性；（2）通常浓缩液为产品；（3）传热过程蒸馏：（1）各组分均具有挥发性；（2）通常冷凝液和残留液均为产品；（3）传质过程二、汽液传质设备的分类汽液传质设备的形式多样，用的最多的是板式塔和填料塔。填料塔中气液两相在填料层内进行接触传质。在正常情况下，液相为分散相，汽相为连续相。填料塔塔板是板式塔的核心，在塔板上，汽液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在正常操作下，液相为连续相，汽相为分

3、散相。板式塔溶剂气体板式塔第二节两组分溶液的汽液相平衡关系一、理想溶液的汽液相平衡关系——拉乌尔定律定律内容：对于完全互溶的理想溶液，在一定的温度下当汽液两相达到平衡时，溶液上方汽相中任意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液相中的摩尔分数。即：A组分：B组分：根据道尔顿分压定律可得溶液上方汽相总压为：泡点方程的意义：平衡物系的温度和液相组成关系。露点方程的意义：平衡物系的温度和汽相组成关系。【例题7-1】　已知在100℃时，纯苯的饱和蒸汽压为179.2kPa，纯甲苯的饱和蒸汽压为73.86kPa。试求总压力为101.3kPa下，苯-甲苯溶

4、液在100℃时的汽、液相平衡组成。该溶液为理想溶液。二、双组分理想溶液的汽液平衡相图1．温度－组成（t-x-y）图图7-3苯-甲苯混合液的图两条线：气相线（露点线）yA~t关系曲线液相线（泡点线）xA~t关系曲线三个区域：液相区、液共存区、气相区图7-3苯-甲苯混合液的图t-x-y图构成温度－组成（t-x-y）图的讨论：（1）互成平衡的汽液组成点在同一条等温线上；（2）在某一温度下，汽液达到平衡时，y>x，汽相线始终在液相线之上；（3）混合液沸点介于tA和tB之间;（4）在两相区内，温度升高液相中A组分浓度提高，温度降低汽相中A组分浓度提高；（5）平衡的汽

5、液两相的量满足杠杆规则；（6）只有在两相区才能对混合液实行有效的分离。温度－组成（t-x-y）图的应用：（1）确定温度—组成间的关系；（2）分析蒸馏及精馏原理压力对t~x~y图的影响：压力增大，温度升高，曲线上移，且两相区变窄。2．汽－液相组成（y—x）图对角线y=x为辅助曲线x~y曲线上各点具有不同的温度；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。压力对x~y图的影响压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大７-３若苯－甲苯混合液中含苯0.4（摩尔分数），试根据图7-3求：（1）该溶液的泡点温度及其平衡蒸汽的瞬间组成；（2）将该溶液加热到100℃，这

6、时溶液处于什么状态？各相组成分别为多少？（3）将该溶液加热到什么温度才能全部气化为饱和蒸汽?这时蒸汽的瞬间组成为多少？三、相对挥发度1、挥发度挥发度：用以表示液体挥发的难易程度的物理量。混合液体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数之比来表示，即对于理想溶液，则：挥发度随温度而变化对于纯组分液体，则：2、相对挥发度相对挥发度：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。若操作压力不高，根据道尔顿分压定律，则：或对于理想溶液，则有：由于P0A及P0B均随温度沿相同方向而变化，因而两者的比值变化不大。当操作温度不

7、很大时，相对挥发度近似为一常数，通常由操作温度的上、下限计算两个相对挥发度，然后取其算术或几何平均值。整理上式得：相平衡方程即用相对挥发度表示了汽液相平衡关系。结论:相对挥发度的大小反映溶液用蒸馏的方法分离的难易程度。若α=1，不能用普通蒸馏方法分离。若α>1，α越大，平衡线越远离对角线，物系越易分离；【例题7-2】　根据附表中各温度下苯和甲苯饱和蒸汽压数据，计算苯－甲苯混合物在各温度下的相对挥发度。再由两端温度时的值求平均相对挥发度并写出相平衡方程。/℃80.18286909498102106110110.6/kPa101.3107.4121.1136.

8、1152.6170.5189.6211.2234.2237.8/k