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能源化工行业第五章化工原理蒸馏课件

第五章蒸馏

化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是由若干组分所组成的

混合物，而且其中大部分是均相物系。生产中常需要将这些混合物分离成为较纯净

或几乎纯态的物质(组分)。

对于均相物系，必须要造成一个两相物系，才能将均相混合物分离，并且是根

据物系中不同组分间的某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分从一相向另一

相转移以达到分离的目的。

通常将物质在相间的转移过程称为传质过程或分离操作。

化学工业中常见的传质过程有蒸馏、吸收、萃取及干燥等单元操作。

蒸馏就是藉液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一种操作。

蒸馏这种操作是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性来

实现分离的目的。这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现的。

通常，将沸点低的组分称为易挥发组分，沸点高的组分称为难挥发组分。

蒸馏过程可以按不同方法分类：

按操作流程可分为间歇和连续蒸馏；

按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏和特殊精馏等；

按操作压强可分为常压、加压和减压精馏；

按待分离混合物中组分的数目可分为两(双)组分和多组分精馏。

第一节双组分理想溶液的气液平衡

蒸馏是气液两相间的传质过程，因此常用组分在两相中的浓度(组成)偏离平衡

的程度来衡量传质推动力的大小。传质过程是以两相达到相平衡为极限的。

由此可见，气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础。

5—1—1拉乌尔定律和相律

一、拉乌尔定律

根据溶液中同分子间与异分子间的作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非

理想溶液两种。实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即：

（5—1）

（5—1a）

式中p——溶液上方组分的平衡分压，Pa；

0

p——同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa，

x——溶液中组分的摩尔分率。

(下标A表示易挥发组分、B表示难挥发组分)

为简单起见，常略去上式中的下标，习惯上以：

x表示液相中易挥发组分的摩尔分率，以(1－x)表示难挥发组分的摩尔分率；

y表示气相中易挥发组分的摩尔分率，以(1－y)表示难挥发组分的摩尔分率。

二、相律

相律表示平衡物系中的自由度数、相数及独立组分数间的关系，即：

（5—2）

式中F——自由度数；

C——独立组分数；

Φ——相数；

2——表示外界只有温度和压强这两个条件可以影响物系的平衡状态。

对两组分的气液平衡物系，其中组分数为C=2，相数为Φ=2，故由相律可

知该平衡物系的自由度数为2。

由于气液平衡中可以变化的参数有四个：即温度t、压强P、一组分在液相和气

相中的组成x和y，即在t、P、x和y四个变量中，任意确定其中的二个变量，此

平衡状态也就被唯一地确定了。

由此可知，两组分气液平衡物系中只有两个自由度。

又若再固定某个变量(例如压强P，通常蒸馏可视为恒压下操纵)，则该物系仅

有一个独立变量t，而其它变量都是t的函数。因此两组分的气液平衡可以用一定

压强下的t—x—y或x—y的函数关系或相图来表示。

5—l—2两组分气液平衡相图

一、沸点—组成（t－x－y）图

蒸馏操作通常在一定的压强下进行，溶液的沸点则随组成而变。

溶液的沸点——组成图是分析蒸馏原理的理论基础。

在总压P＝101.33kPa下，苯—甲苯混合液的沸点—组成图(t—x—y)如图

5—1所示。

图5—1苯—甲苯混