• 挥发度与相对挥发度
p A A xA
A pA xA B p B xB
y y A B x A xB
低压气体 道尔顿分压定律
B
p B xB
PyA x A y A yB K A PyB xB x A xB K B
x y 1 1x
——相平衡方程
平衡蒸馏
闪蒸过程求解：物料衡算、热量衡算以及相平衡关系
物料衡算
总物料衡算
易挥发组分 的物料衡算
F D W
D, yD, te 减 压 阀 yD 闪 蒸 罐
FxF DyD WxW
F, xF, tF
加热器
W xF xW D q 两式联立可得 F yD xW
Q
t0 xW
W, xW, te
T te 1 - q

cp
若 q为已知，由物料衡算求得汽、液两相组成 yD、xW 后，可 由平衡关系（如温度-组成相图）求得 te ，进而求得 T。
简单蒸馏（微分蒸馏）
冷凝器
露点线 t/C
y
原料液 蒸气
x xD1 xD2 xD3 0 xA xf x(y)
泡点线 yA 1.0
简单蒸馏过程中系统的温度和汽、液相组成如何随时间改变？
yD
平衡蒸馏 热量衡算 进料温度tF 升至 T ，闪蒸后料液温度由 T 降至平衡温度 te • 不计热损失 • 供给的热量 Q ：
Q Fcp T tF F (1 q)r
式中：cp —— 混合液的平均摩尔比热，kJ/(kmolK)； —— 平均摩尔汽化热，kJ/kmol。 由上式可得
汽液相平衡图（equilibrium diagram）
活度系数与逸度系数的是精馏计算中最耗时的部分，也是误差最大的环节
平衡蒸馏（闪蒸）
气相区 露点 两相区
t/C
露点线
加 热 减压 器 阀 原料液
塔顶产品 yA 闪 蒸 罐
泡点 泡点线 液相区
Q
xA
0
xA
xf x(y)
yA
1.0
塔底产品
请在等压图上描述闪蒸过程，并简要分析加热器温度和闪蒸罐压力对两相产物的 影响。 可以讨论完成 ,有兴趣同学可写在作业本上
目 标 问 题
（理想的）汽液平衡
汽相: yA, yB 一定
T和P
液相:xA,xB
p
拉乌尔定律: pA=pAo xA
p pA pB
化学力→→逸度 重 力→→密度（重度）
pB=pBo (1-xA)
xA p = p A+ p B 道尔顿定律: yA = pA/p
ln P o A
B T C
• 相律与自由度
yD
q x xW F q -1 q 1
F、D、W —— 进料流率和出塔汽、液相产物的流率，kmol/s； xF、yD、xW —— 进料料液、出塔汽、液相产物的摩尔分数。
平衡蒸馏
相平衡
汽、液两相平衡:yD~xW 符合平衡关系
yD
xW 1 1xW
物料平衡
q 1 xW xF q -1 q 1
等压图(双组份)
T
– p确定 – 单组分、两组分 – 单相？两相？
• x A 、 yA 和 T
• 两条线 • 三种点
– 知其一便可以确定 另两个
露点线
– 沸点(boiling point) – 泡点(bubble point) – 露点(dew point)
泡点线
• 三个区
• 如何由xA求T? 用---线. • 如何由xA求yA? 用--线和---线 • 如何由y 求T? 用--线.
汽 液 平 衡 关 系 的 表 示
y>x
两相区的胖瘦----与对角线的距离
7. 平衡关系哪里来?
• 经验参数（交互作用参数） • 实验数据（t-x-y） • 理论预测:统计、量子力学；UNIFAC
气液平衡关系的热力学（复习预习）
• 相平衡：化学位、逸度；热平衡
• 高压与低压体系（气相） • 道尔顿气体定律 • 分子大小（体积）和分子间力（压力）
例子 乙醇水体系的蒸馏分离
汽相: 醇富集
冷凝
乙醇 产品
乙醇水
加热 液相: 水富集
冷却
废水
精馏应用极其广泛
• 原因?
– 不加入新的组分 – 挥发度差异广泛存在 – 汽液平衡和分开很容易实现
要求的主要内容(讲课思路)
• 挥发度相差很大 蒸馏 相对简单 • 挥发度相差适中 精馏 用来讲述精馏的原 理及方法 • 挥发度相差很小 特种精馏 计算过于复杂 介绍开发思路 • 重点:两组分(?)连续(?)精馏(?)的原理, 过程 和设备 • 挥发度如何描述? 因此首先要讲平衡关系
• 理想与非理想溶液溶液（液相） – 拉乌尔溶液定律 – 分子间力和正负偏差 – 实验数据及其参数的回归 • Wilson2参数（局域组成、多组分体系描述） • NRTL3参数（分相） 挥发度 • 蒸气压（组分挥发性） • NRTL5参数（精度/ASPEN） • 组分间作用差异 – UNIFAC解决参数短缺的应急之需
• 根据相平衡原理解释蒸馏为什么能够提纯液 体混合物； • 能够解释蒸馏过程工业实现的工艺过程及其 各部分作用； • 能够手工计算两组分理想溶液分离过程的蒸 馏塔的板数和直径； • 能够分析以上计算与工业实际存在哪些近似 及其造成的影响； • 能够分析温度、浓度沿塔顶到塔底的变化规 律，及蒸馏塔的结构参数和操作控制指标波 动对上述规律的影响趋势； • 运用ASPEN模拟软件对实际液体混合物设计 具有工业实用价值的蒸馏塔，并分析ASPEN 软件的计算过程与理想溶液计算的方法差异 （属教材和大纲以外）。
习题3,4；1-2(选做题) 釜液浓度比较？反证：简单蒸馏必然低于平衡蒸馏
水蒸汽蒸馏
• 再探相律
xA或者yA
y>般可使挥发度差异加大，有利于精馏分离…
阅读：<60讲>下册 41讲
• 相平衡常数
yi p Ki xi pi
s s i i i
fi L is pis i xi
汽 液 平 衡 关 系 的 表 示
相平衡实验数据→交互作用参数→活度系数、逸度系数→相平衡关系
蒸 馏 学 习 目 标
• • • • • • • • • • • •
•
•
解释理论板（平衡级）是什么，可达到怎样的分离效果； 二元气液平衡的表示方法； 说明蒸馏、吸收和汽提的区别； 说明蒸馏中如何运用冷凝器和再沸器产生回流； 恒摩尔流假定如何消除能量衡算的需求？ 五种可能的进料状态及其对气液流率的影响？ 二元连续精馏设计通过McCabe-Thiele法计算理论板数？最小 回流比、最小理论板数、最优进料位置？ 最优回流比的确定原则； 操作压力与冷凝器类型选择，冷凝负荷计算； 再沸器类型选择和热负荷计算； Murphree板效率的意义和作用。流动状况对传质效率和板效 率的影响，流量操作弹性的限制因素； 板式塔的高度和直径的计算原则；列举影响蒸馏塔设计的各 种因素; 蒸馏的其他方式（简单与间歇、共沸、萃取、侧线与多进料、 中间加热、反应、隔板、水蒸汽通入与水蒸气蒸馏）； 多组分蒸馏的清晰分割与非清晰分割