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第五章 蒸 馏
Distillation
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5.1 概 述
化工过程中步骤很多,这些步骤可分为两 类:
❖ 以进行化学反应为主,通常在反应器中进 行.
❖ 物理性操作
单元操作
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单元操作
流体力学：沉降、过滤、离心分离等
传热：
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逆过程
增湿
气相
B+A
液相（水相）
A（水）
A 减湿
A 增湿
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❖液－液萃取（萃取） 混合液的分离，
物质从一液相转入另一液相 逆过程 萃取
液相
B+A
A
液相
S+A
萃取
A 萃取
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❖ 固－液萃取（浸沥或浸取）
属多相系的分离 物质固相表面或内部转入液相。
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2、具有负偏差的非理想溶液
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产生负偏差的原因： 不同分子间的吸引力aAB大于相同分子间的吸引力aAA和aBB。
共沸： 当负偏差达到一定程度时，也会出现“共沸”现象，就会出现最低蒸气压和相应的最 高恒沸点
如：硝酸水溶液在P=1atm下，当x=0.383时，点M为最高恒沸点121.9℃
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5.1 双组分溶液的气液平衡
5.1.1 双组分理想物系的气液平衡 一、相律
在物理化学中，我们学习过相律，即：
F C 2 5 1
式中 F――自由度数； C ――独立组分数； Φ ――相数。
对双组分的气液相平衡，由相律知其自由度数为2。
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四、挥发度和相对挥发度
1、挥发度：
对于纯液体：用其蒸气压表示挥发度。
对于二元溶液：
vA
pA xA
vB
pB xB
59
对于理想溶液： vA = pAo 对于非理想溶液： vi ≠ pio
vB = pBo
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2. 相对挥发度：
pA
yA
v A
靠，周期长，能量消耗小等。
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2. 填料塔和板式塔：
❖ 填料塔： 在填料塔内气液两相沿着塔高连续接触、传质，因而两
相的浓度也沿塔高连续变化。 连续接触式传质设备
❖ 板式塔： 在板式塔内气流与液流依次在各层塔板上接触、传质，
其浓度沿塔高呈阶跃式变化。 逐级接触式传质设备
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1、具有正偏差的非理想溶液
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产生正偏差的原因：
不同分子间的吸引力aAB小于相同分子间的吸 引力aAA和aBB。
“共沸”现象：
当不同分子间的排斥倾向达到一定的程度时， 就会出现最高蒸气压和相应的最低恒沸点，这 就是所谓的“共沸”现象
如：乙醇水溶液在P=1atm下，当 x=0.894时，点M为最低恒沸点78.15℃
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2. 蒸馏分离的特点
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蒸馏操作需要消耗大量的能量，流程简单 蒸馏操作既可用于气体混合物的分离，也可用于液体混合物甚至
是固体混合物的分离 蒸馏操作有时需要高压、高真空、高温或低温条件
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3. 蒸馏过程的分类
3 kg/m
摩尔浓度：
nA
CA= V
(体积浓度）
3 kmol/m
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质量浓度与质量分率的关系：
cA aA
摩尔浓度与摩尔分率的关系：
CA xAC
C—混合物在液相中的总摩尔浓度， —混合物液相的密度，kg/m3。
kmol/m3；
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4．气体总压与理想气体中组分的分压
图5-1 苯—甲苯混合液的t-x-y图
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1）t-x-y相图的说明
2）液体的加热过程
泡点
3）过热蒸汽的冷凝过程
露点
4）液体混合物的分离条件：
部分汽化或部分冷凝
5）二元理想溶液与纯液体的不同：
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t（℃）
分析：含40%A和B的混合液体逐渐升温时各点、线 的意义
A 吸附
A 脱附
固相
C
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❖干燥 液体（水）经过汽化，从固体表面或
内部转入气相，属多相系分离。
固相
B+A
气相
C+A
A －－－－－
干燥
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❖精馏 液体混合物的分离
不同物质在汽液两相间相互转移。
液相
A+B
A
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pA0、 pB0为溶液温度下纯组分A和B的饱和蒸气压, 可查有关手册或由下面安托因方程求得：
lgp0A B 53
CT
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当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和：
P p A p B 5 4
由式5-2和5-4得：
xApPA 0ppB 0B 0
55
yAp P ApA 0P xAp P A 0p P A 0 p p B 0 B 0
3.相际传质与传热的相似和区别
相似： 区别：
传递量
极限 （最终的平衡状态）
传热
热量Q
热平衡 T=t
传质
质量m
相平衡
推动力
⊿t=T-t ⊿C
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二、相组成的表示法
１.质量分率和摩尔分率 质量分率ai：均相混合物中某组分质量占总质量的分
率或百分率。 ∑ ai ＝１
摩尔分率xi 、yi：某组分摩尔数占总摩尔数的分率或百 分率。 ∑ xi ＝１ ∑ yi ＝１
xA
xA
v pB
yB
B
xB
xB
510
对双组分溶液，气相遵循道尔顿分压定律，则：
y1x1x 511
上式称为气液相平衡方程。α越大，分离越容易。
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5.1.2 双组分非理想物系的气液平衡
一、非理想物系
化工生产中遇到的物系大多为非理想物系。
非理想物系可能有以下几种情况： 液相为非理想溶液，气相为理想气体； 液相为理想溶液，气相为非理想气体； 液相为非理想溶液，气相为非理想气体。
设A-B是一对理想溶液体系，若在纯液体A中逐渐加入较难挥发 的液体B形成A、B溶液，A的平衡分压（蒸汽压）pA仅仅由于被 B的稀释而降低，则：
pA pA0·xA
同理： pB pB0·xB
拉乌尔（Raoult）定律
p=pA+pB
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拉乌尔定律：
p A p A 0 x Ap B p B 0 x B p B 0 1 x A 5 2
分离非均相混合物
传质：吸收、脱吸、精馏、萃取、干燥、 吸附、结晶等
分离操作
传质设备
非均相混合物 均相混合物
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一、化工生产中的传质过程
均相混合物的分离过程 1. 均相物系的分离 混合物可分为非均相物系和均相物系。
非均相物系的分离前面已经讲过； 均相物系的分离条件是必须造成一个两相物系，然后依据物系中不同组分间某种物性 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。
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板式塔
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拉西环
鲍尔环
阶梯环
环
填料塔
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5.2 蒸馏概述
1. 蒸馏原理：
蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度 的不同实现分离的单元操作.
沸点低的组分称为易挥发组分或轻组分， 高的为难挥发组分或重组分。
根据被蒸馏的混合物的组分数，可分为：
二 多
元 元
蒸馏 蒸馏
根据操作过程是否连续，可分为：
连 续 蒸 馏 间 歇 蒸 馏
常压蒸馏 根据操作压力，可分为 加压蒸馏
减压蒸馏
简单蒸馏 根据操作方式，可分为： 平衡蒸馏
精馏
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5.1双组分溶液的气液相平衡
5.1.1 双组分理想物系的气液平衡 5.1.2 双组分非理想物系的气液平衡
二、双组分理想物系的气液平衡函数关系
所谓理想物系，即指液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律；气相为理想气 体，遵循道尔顿分压定律。
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理想溶液
理想溶液是指溶液中不同组分的分子间作用力和相同分子间的作用力完全相等的溶液。 拉乌尔（Raoult）定律：理想溶液各分子之间的牵制力相等，各组分的挥发性不受 其他组分存在的影响，它们在平衡气相中的分压仅由纯组分的饱和蒸气压及其在溶液 中的摩尔分率决定。
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2.质量比和摩尔比：常用于双组分物系
质量比：a= m A/mB
摩尔比：X= n A/nB
换算
Y= n A/nB
a
a= 1-a
a=