1、第第6 6章章蒸蒸 餾餾 Distillation2021-10-161 蒸餾概述蒸餾概述 2021-10-1622021-10-163一一.目的與依據：目的與依據： 1. 目的目的:分離均相（互溶）液體混合物分離均相（互溶）液體混合物(酒精、油品）酒精、油品） 。工業上。工業上90-95%的分離過程（產品提純）的分離過程（產品提純） 由精餾完成。由精餾完成。通過液相混合物通過液相混合物部分部分氣化氣化所生成的氣相組所生成的氣相組成與液相組成有差別，成與液相組成有差別，即：即：2. 依據依據:各組分各組分揮發性揮發性的差異的差異BABAxxyy易揮發組分：易揮發組分：輕組分輕組分難揮發組分：難

2、揮發組分：重組分重組分2021-10-164概念概念:二二.分類：分類：分類依據分類依據 分類情況分類情況 組分數組分數 雙組分蒸餾雙組分蒸餾與多組分蒸餾與多組分蒸餾 操作方式操作方式 間歇蒸餾與間歇蒸餾與連續蒸餾連續蒸餾 分離方式分離方式簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾操作壓強操作壓強 常壓蒸餾常壓蒸餾、加壓和減壓蒸餾、加壓和減壓蒸餾 2021-10-1651. 簡單蒸餾簡單蒸餾 Differential Distillation2021-10-166加熱加熱冷凝冷凝溫度越來越高溫度越來越高易揮發組分越來越少易揮發組分越來越少2. 平衡蒸餾（閃蒸）平衡蒸餾（閃蒸） Equil

3、ibrium (Flash) Distillation2021-10-167經過節流閥以后的氣液兩相成平衡狀態：故稱之為平衡蒸餾經過節流閥以后的氣液兩相成平衡狀態：故稱之為平衡蒸餾關鍵部件：節流閥關鍵部件：節流閥3. 精餾精餾 Rectification2021-10-168加熱器加熱器冷凝器冷凝器4. 特殊精餾特殊精餾 恒沸精餾恒沸精餾 Azetropic-Distillation 萃取精餾萃取精餾 Extrative-Distillation分子蒸餾分子蒸餾催化精餾催化精餾反應精餾反應精餾2021-10-169現代科技進展之一：分子水平上的分離現代科技進展之一：分子水平上的分離現代科技進展

4、之二：加入催化劑之精餾現代科技進展之二：加入催化劑之精餾現代科技進展之三：反應與精餾之耦合現代科技進展之三：反應與精餾之耦合1.流程簡單，無溶劑加入，可直接獲得產品；流程簡單，無溶劑加入，可直接獲得產品；2.分離程度高，應用廣泛；分離程度高，應用廣泛；3.發生相變（須造成兩相），故能耗大。發生相變（須造成兩相），故能耗大。 三三. . 特特 點點精餾塔設計容量范圍比其它過程設備大得多精餾塔設計容量范圍比其它過程設備大得多單塔直徑：單塔直徑：0.310米，高度：米，高度：375米米2021-10-1610四四. .蒸餾費用和操作壓強蒸餾費用和操作壓強1. 操作費用：操作費用： 汽化：汽化：需提供

5、熱量需提供熱量 冷凝：冷凝：需提供冷量需提供冷量 操作費用為操作費用為加熱費、冷卻費、料液輸送費用加熱費、冷卻費、料液輸送費用之和。之和。2. 操作壓強操作壓強P的選擇：的選擇：經濟核算確定經濟核算確定(1)加壓蒸餾：加壓蒸餾：P，T c （冷凝點）（冷凝點），免用昂貴冷凍劑，但，免用昂貴冷凍劑，但T h； （主要考慮的是易揮發產品端的降耗）（主要考慮的是易揮發產品端的降耗）(2)減壓蒸餾：減壓蒸餾：P，T h （沸點）（沸點），免用高溫載熱體，但，免用高溫載熱體，但T c。 （主要考慮的是難揮發端的節能）（主要考慮的是難揮發端的節能）2021-10-1611 第第1 1節節 雙組分溶液雙組分

6、溶液 汽液相平衡汽液相平衡2021-10-1612一一. .理想物系汽液相平衡（兩組分）理想物系汽液相平衡（兩組分）1.相律：求氣液平衡時物系的自由度相律：求氣液平衡時物系的自由度 F N（組分）（組分）（相數）（相數）2 2222參數：參數：P、t、y A、x A，物系中只有，物系中只有2個自由度；如果再固定個自由度；如果再固定P一定一定 F=1，x（y） t 或或 y x 一一對應一一對應討論氣液平衡的工程目的：討論氣液平衡的工程目的：即找出一定壓力下的即找出一定壓力下的 ty（x） 和和 yx 關系關系2021-10-16132. 理想物系（雖實際不存在，但處理簡單）理想物系（雖實際不存

7、在，但處理簡單） 理想溶液理想溶液，服從拉烏爾定律，服從拉烏爾定律 兩個含義兩個含義 理想氣體理想氣體，服從道爾頓分壓定律，服從道爾頓分壓定律 或理想氣體定律或理想氣體定律 則：則：P = p o A x A + p o B x Bl嚴格地講，理想溶液不存在。嚴格地講，理想溶液不存在。物性和結構、分子物性和結構、分子大小基本相似的大小基本相似的物系物系近似看成理想近似看成理想的。（甲醇的。（甲醇/ /乙乙醇、苯醇、苯/ /甲苯等）甲苯等）2021-10-16143. 雙組分物系汽液平衡方程雙組分物系汽液平衡方程（1 1）用飽和蒸汽壓法表示的氣液平衡：）用飽和蒸汽壓法表示的氣液平衡： 泡點方程（

8、泡點方程（x xt t關系關系泡點針對的是液體的蒸發泡點針對的是液體的蒸發）2021-10-1615組分的飽和蒸汽壓實際上是溫度的函數組分的飽和蒸汽壓實際上是溫度的函數Antoine 方程方程 (附錄附錄10-P.335)（2） 用相平衡常數用相平衡常數K表示的氣液平衡表示的氣液平衡（類似（類似吸收章節）：吸收章節）： 露點方程（露點方程（y yt t關系關系露點針對的是氣體冷凝露點針對的是氣體冷凝）：）：2021-10-1616t, p, x, y的相關計算的相關計算 P238 表格（表格（例子例子6-1； 6-2 ）：）： 揮發度揮發度（3）用相對揮發度表示相平衡關系）用相對揮發度表示相平

9、衡關系（重點）：（重點）： 以各組分的（氣相）平衡分壓與其液相摩爾分以各組分的（氣相）平衡分壓與其液相摩爾分率比值表示，即率比值表示，即BBBxp理想溶液，應用理想溶液，應用拉烏爾定律：拉烏爾定律：opAA表明理想溶液中表明理想溶液中各組分的揮發性不因混合而發生各組分的揮發性不因混合而發生變化變化。poA是溫度的函數是溫度的函數， 隨隨T而變化，使用而變化，使用起來并不方便。起來并不方便。2021-10-1617 相對揮發度相對揮發度 Relative Volatility定義定義 理想液理想液: = p A/ p B則：則： BA對雙組分物系：對雙組分物系：BABApxxp)1 ()1 (y

10、xxyxxy)1(1l相平衡方程相平衡方程2021-10-1618約定：約定：x, y 都以輕組分的摩爾分率來表示都以輕組分的摩爾分率來表示 討論討論a. 對對理想溶液理想溶液 l但在但在x = 0 1的范圍內變化不大的范圍內變化不大 l在操作的濃度（溫度在操作的濃度（溫度)范圍內，范圍內， m取平均值取平均值 作為常數作為常數)( tfppoBoA -算術算術 -幾何幾何l要求：要求：l 1（塔頂）和塔頂）和 2（塔底）相差塔底）相差 1時時1)1 ()1 (yxxyxyxyxxyy*只有只有 1時，才可用普通蒸餾方式分離時，才可用普通蒸餾方式分離l 大小是大小是混合液分離難易程度的標志混合

11、液分離難易程度的標志l氣液平衡時，氣相中的易揮發組分（比例）氣液平衡時，氣相中的易揮發組分（比例）大于液相中的程度愈大，揮發性差異愈大大于液相中的程度愈大，揮發性差異愈大l則愈有利于分離則愈有利于分離b. 相對揮發度相對揮發度 的物理意義的物理意義2021-10-1621（1）x（y） t 圖圖4.4.雙組分相圖（以圖表示的相平衡）雙組分相圖（以圖表示的相平衡）兩線兩線l氣相線氣相線l液相線液相線三區：三區：l過熱蒸氣過熱蒸氣 Superheat Vapourl過冷液體過冷液體 Overcooled Liquidl氣液共存區氣液共存區2021-10-1622互為平衡的氣液兩相互為平衡的氣液兩相

12、分分 析析混合液體加熱過程混合液體加熱過程在在t x yt x y相圖上表達相圖上表達泡點（沸點）：泡點（沸點）： Boiling Point 泡點線：泡點線： Boiling Curve 2021-10-1623對應液體的每一個組成，都有與之對應的泡對應液體的每一個組成，都有與之對應的泡點。所有這些泡點形成的藍色線叫泡點線點。所有這些泡點形成的藍色線叫泡點線混合蒸汽冷凝混合蒸汽冷凝過程過程在在t x yt x y相圖上表相圖上表達達露點露點 ：Dew point露點線露點線 ：Dew point curve 2021-10-1624注注 意意混合混合液體的泡點、液體的泡點、露點隨組成而變，露

13、點隨組成而變，不是定值不是定值在兩個純組分沸點在兩個純組分沸點（露點）之間（露點）之間 BAttt泡點是混合液體的性質泡點是混合液體的性質 露點是混合氣體的性質露點是混合氣體的性質2021-10-1625（2）yx 圖圖 y x 曲線可由曲線可由t x y 相圖直接相圖直接作出。作出。輔助線輔助線對角線對角線y = x供查圖時使用供查圖時使用y x相平衡線位于對相平衡線位于對角線的上方角線的上方,為什么（相對為什么（相對揮發度？揮發度？2021-10-1626(3) 總壓力對總壓力對txA（yA）圖及）圖及xy圖的影響圖的影響壓力增加，平衡線靠近對角線，分離難度大壓力增加，平衡線靠近對角線，分

14、離難度大壓力減小，平衡線遠離對角線，分離比較容易壓力減小，平衡線遠離對角線，分離比較容易P1P2二二. .非理想物系的汽液相平衡：非理想物系的汽液相平衡：1.非理想物系：非理想物系：如：如：液相為非理想溶液液相為非理想溶液，氣相為理想氣體氣相為理想氣體;液相和氣相都是非理想的（復雜）la AB（吸引力）（吸引力） p A o x Alp A、p B比拉烏爾定律預比拉烏爾定律預計的要高計的要高 溶液的非理想性溶液的非理想性原因原因:不同分子間的吸引力不同分子間的吸引力a AB與相同分與相同分子間的吸引力子間的吸引力a AA或或 a BB有很大偏差有很大偏差2021-10-1628（1 1）正偏差

15、溶液）正偏差溶液: :（實際的相平衡線總是位于理想線上方（實際的相平衡線總是位于理想線上方）回憶：理想物系（回憶：理想物系（pAxA; pBxB/xA呈線性關呈線性關系）系） 理想溶液理想溶液，服從拉烏爾定律，服從拉烏爾定律 兩個含義兩個含義 理想氣體理想氣體，服從道爾頓分壓定律，服從道爾頓分壓定律 p o A x A 或或p o A x A理想氣體定律理想氣體定律 則：則：P = p o A x A + p o B x Bl嚴格地講，理想溶液不存在。嚴格地講，理想溶液不存在。物性和結構、分子物性和結構、分子大小基本相似的大小基本相似的物系物系近似看成理想近似看成理想的。（甲醇的。（甲醇/ /

16、乙乙醇、苯醇、苯/ /甲苯等）甲苯等）2021-10-1629非理想物系：在非理想物系：在t-x-y圖上具有最低沸點圖上具有最低沸點lM點為恒沸點點為恒沸點（y=x,氣相線與液相線相交）氣相線與液相線相交）l恒沸物恒沸物 azeotrope ，恒沸組成，恒沸組成（對應于恒沸（對應于恒沸點）點）2021-10-1630非理想物系：在非理想物系：在y-x圖上平衡線與對角線相圖上平衡線與對角線相交交l此處氣液兩相組成此處氣液兩相組成 相等，相等，y=x， =1l不能采用一般的蒸不能采用一般的蒸 餾方法加以分離（工餾方法加以分離（工業酒精業酒精85%）l可采用特殊可采用特殊蒸餾法蒸餾法2021-10-

17、1631 p Ax 較低，較低， tx 較高較高（2 2）負偏差溶液）負偏差溶液最高恒最高恒沸點沸點2021-10-1632（實際的相平衡線總是位于理想線下方（實際的相平衡線總是位于理想線下方）2021-10-1633注注 意意l不是所有的非理想溶液都有恒沸點不是所有的非理想溶液都有恒沸點l只有與理想溶液偏差很大的溶液才有只有與理想溶液偏差很大的溶液才有恒沸點恒沸點l當總壓改變時，相圖變化，恒沸組成當總壓改變時，相圖變化，恒沸組成也會變化也會變化l非理想溶液的非理想溶液的 值隨濃度變化非常大值隨濃度變化非常大2021-10-16342. 非理想溶相平衡關系非理想溶相平衡關系 液相為非理想溶液，

18、氣相仍為理想氣體時液相為非理想溶液，氣相仍為理想氣體時，拉烏爾定律應修正：拉烏爾定律應修正：p p A A= p = p A A x x A A A A，p p B B=p =p B B x x B B B B， - -相平衡關系相平衡關系 2021-10-1635第第2 2節節 平衡蒸餾平衡蒸餾 與簡單蒸餾與簡單蒸餾2021-10-1636一一. . 平衡蒸餾平衡蒸餾1.蒸餾過程蒸餾過程2021-10-16372. 特點：連續定態操作，適于粗分。特點：連續定態操作，適于粗分。節流閥的作用：節流閥的作用：過熱液體高于沸點過熱液體高于沸點的顯熱隨即變為潛的顯熱隨即變為潛熱熱使部分液體使部分液體氣化氣化過程：閃蒸過