雙組分溶液氣液相平衡第一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二

第一節概述一、蒸餾過程

蒸餾目的：分離液體混合物

吸收：氣體分離蒸餾：液體分離蒸發：固液分離閃蒸罐塔頂產品yAxA加熱器原料液塔底產品Q減壓閥第二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二二、過程實施與經濟性

蒸餾

無回流有回流蒸餾依據：揮發度差異

揮發度表示組分由液相至氣相的能力。液體均有揮發成為蒸汽的能力，但各液體的揮發性各不相同，因此液相混合物部分汽化生成的氣相組成也液相組成也有差別。第三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二y原料液x蒸氣xD1xD2xD3冷凝器閃蒸罐塔頂產品yAxA加熱器原料液塔底產品Q減壓閥簡單蒸餾示意圖平衡蒸餾示意圖第四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二料液,xF

Feed塔頂產品,xDOverheadproduct塔底產品,xWBottomsproduct液相回流Liquidreflux汽相回流Vaporreflux精餾段Rectifyingsection提餾段Strippingsection再沸器Reboiler冷凝器condenser精餾示意圖第五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二蒸餾分離實例：石油煉制中使用的250萬噸常減壓裝置第六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二本章重點：精餾塔的設計型計算與操作型計算難點：汽液相平衡概念及加料熱狀態問題蒸餾的經濟性——熱耗（加熱費用與冷卻費用）

第七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二第二節雙組分溶液的氣液相平衡一、相律

相—具有相同的物性、化學組成均勻部分討論：平衡物系設計的參數：溫度t，壓強P

，及汽、液兩相的組成，三者知其二則平衡體系的狀態確定。（組分數N=2，相數φ=2，平衡物系自由度F=2）相律蒸餾過程系恒壓操作，壓強P一旦確定，物質只剩下一個自由度。第八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二（1）液相（或汽相）組成與溫度間的一一對應關系恒壓下雙組分平衡物系中存在如下關系：（2）汽液組成之間的一一對應關系。

結論：該結論有利于分析蒸餾過程：隨著蒸餾進行，液體中輕組分濃度逐漸下降，重組分濃度逐漸上升。即當組成改變，則釜內溫度必隨之升高。反之，當釜液組成沒有發生明顯變化，則增、減加熱速率，只能增、減汽化速率而不能明顯改變液相溫度。

第九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二二、理想物系汽液相平衡理想物系含義：

在一定溫度下，理想溶液上方組分

i

的蒸汽壓pi等于純組分i的飽和蒸汽壓pio乘以溶液中的i摩爾分率xi。

汽相為理想氣體，服從理想氣體定律或道爾頓分壓定律

液相為理想溶液，服從拉烏爾定律；拉烏爾定律：第十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二理想混合物的總壓等于個組分氣體分壓之和

P=p1+p2+···

道爾頓分壓定律：混合氣體中每個組分氣體分壓等于混合氣體總壓乘以該氣體在混合氣體中的分子分數。

pi=P

yi

推論：第十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二1、雙組分理想物系的液相組成——溫度（泡點）關系式當純組分的飽和蒸汽壓p0及總壓P已知時，可計算溶液的組成。純組分的飽和蒸汽壓與溫度t

的關系通常用安托因（Antoine）方程表示：

A、B、C

為該組分的安托因常數，查手冊。

第十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二2、汽液兩相平衡組成間的關系式

與亨利定律有相似之處y=mx，

相平衡常數K與總壓、溫度均有關。

相平衡常數第十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二3、汽相組成與溫度（露點）的定量表達式

yA與xA關系的計算通過pAo（pBo）作為橋梁過渡，而pAo（pBo）是溫度的函數，表明了汽、液組成與溫度之間的一一對應關系。

第十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二三、相圖

t-x(y)圖和y-x

圖1、t-x(y)圖t-x(y)圖代表的是在總壓P一定的條件下，相平衡時汽（液）相組成與溫度的關系（泡點線和露點線）。在總壓一定的條件下，將組成為xf

的溶液加熱至該溶液的泡點tA，產生第一個氣泡的組成為yA。繼續加熱升高溫度，物系變為互成平衡的汽、液兩相，兩相溫度相同組成分別為yA和xA

。t/Cx(y)01.0露點線泡點線露點泡點xAyAxf氣相區液相區兩相區當溫度達到該溶液的露點，溶液全部汽化成為組成為yA=xf

的氣相，最后一滴液相的組成為xA。第十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二

在t~x(y)圖上標出坐標點得出該圖

溫度-組成圖是通過查取純組分A、B在不同溫度t的飽和蒸汽壓數據，再經過下式計算得到x、ytC0EFx(或y)AyAxA1.0總壓P一定第十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二

若在t~x（y）圖上作一系列水平線，得出汽、液平衡濃度（x，y），將（x，y）一一在y~x圖上標出則得出y~x圖，（x，y）點連線為相平衡曲線。2、y-x

圖

1.00yx總壓恒定y>xy=xx–y

相圖第十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二t-x(y)圖用于討論原理，作為分析蒸餾的依據；y-x

圖用于進行過程分析與計算相圖討論：tC0EFx(或y)AyAxA1.0總壓P一定1.00yx總壓恒定y>xy=xx–y

相圖第十八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二3、y-x

的近似表達式及相對揮發度α

（1）揮發度

（2）相對揮發度

第十九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二（3）相平衡方程

雙組分體系

若已知

x

值則可以根據相平衡方程得到y~x

的對應關系得相平衡方程1.00yx總壓恒定y>xy=xx–y

相圖第二十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二（4）α值的求取，通常由實驗測定

對理想溶液，用拉烏爾定律代入

第二十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二相對揮發度討論：（1）一般情況

α愈大則同一液相組成x對應的y值愈大，越易分離。P53圖9-5α=1時，y=x，則汽液兩相組成相同即yA=xA，yB=xB，

P55圖9-7，這時用一般精餾方法無法分離。

因此α的大小可作為用蒸餾分離某一物系的難易程度標志第二十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二如：當溫度為t時t0.20.7xft0t1第二十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二四、非理想物系的汽液相平衡

1、非理想溶液

平衡蒸汽壓偏離拉烏爾定律

2、非理想氣體——進行修正

1.00蒸汽壓x蒸汽壓1.00x第二十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二3、具有恒沸點物系溶液的蒸餾

（1）恒沸組成時汽、液兩相的組成相同（y=x）

00.20.40.60.81.08075706560tt/℃

x（y）xy=xy00.20.40.60.81.01.00.90.80.70.6050.40.30.20.10

苯-乙醇溶液相圖（正偏差）苯－乙醇溶液為正偏差系統，低沸點tM＝68.3℃，恒沸物的組成xM=0.552。第二十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二（2）一般蒸餾方法無法將恒沸物中的兩個組分加以分離即對應于M點（yA=xA）組成恒沸混合物在恒定溫度下沸騰，直至溶液全部汽化為止，不可能分離組分。氯仿－丙酮溶液為負偏差體系，高沸點tM=64.5°C，恒沸物的組成xM=0.65。00.20.40.60.81.07065605550tt/℃

x（y）氯仿-丙酮溶液相圖（負偏差）xy00.20.40.60.81.01.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10

y=x第二十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期二（3）具有恒沸點物系溶液的蒸餾

以高恒沸點氯仿—丙酮體系為例：初組成為x（x>xM）的混合液中在t下沸騰，則y>x，氣相中易揮發組分較多。結果：塔頂可得到純氯仿，塔底得組分為xM的恒沸液。若初組成x（x<xM）的混合液在t下沸騰，則y<x，氣相中易揮發組分較少。結果：塔頂可得到純丙酮，塔底可得到組分為xM的恒沸