第9章-蒸馏

化⼯原理-第九章-液体精馏化⼯原理-第九章-液体精馏（⼀）测试⼀⼀．选择题1．蒸馏是利⽤各组分（）不同的特性实现分离的⽬的。

CA 溶解度；B 等规度；C 挥发度；D 调和度。

2．在⼆元混合液中，沸点低的组分称为（）组分。

CA 可挥发；B 不挥发；C 易挥发；D 难挥发。

3．（）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之⼀。

AA 液相回流；B 进料；C 侧线抽出；D 产品提纯。

4．在（）中溶液部分⽓化⽽产⽣上升蒸⽓，是精馏得以连续稳定操作的⼀个必不可少条件。

CA 冷凝器；B 蒸发器；C 再沸器；D 换热器。

5．再沸器的作⽤是提供⼀定量的（）流。

DA 上升物料；B 上升组分；C 上升产品；D 上升蒸⽓。

6．冷凝器的作⽤是提供（）产品及保证有适宜的液相回流。

BA 塔顶⽓相；B 塔顶液相；C 塔底⽓相；D 塔底液相。

7．冷凝器的作⽤是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（）回流。

BA ⽓相；B 液相；C 固相；D 混合相。

8．在精馏塔中，原料液进⼊的那层板称为（）。

CA 浮阀板；B 喷射板；C 加料板；D 分离板。

9．在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（）。

BA 精馏段；B 提馏段；C 进料段；D 混合段。

10．某⼆元混合物，进料量为100 kmol/h ，x F = 0.6，要求塔顶x D 不⼩于0.9，则塔顶最⼤产量为（）。

(则W=0) BA 60 kmol/h ；B 66.7 kmol/h ；C 90 kmol/h ；D 100 kmol/h 。

11．精馏分离某⼆元混合物，规定分离要求为D x 、w x 。

如进料分别为1F x 、2F x 时，其相应的最⼩回流⽐分别为1min R 、2min R 。

当21F F x x >时，则（）。

AA ．2min 1min R R <；B ．2min 1min R R =；C ．2min 1min R R >；D ．min R 的⼤⼩⽆法确定12．精馏的操作线为直线，主要是因为（）。

第9章液体精馏知识要点液体精馏是将挥发度不同的组分组成的混合液，在精馏塔中同时进行多次部分气化和部分冷凝，使其实现高纯度分离的过程。

实现精馏需要3个条件：①设备条件：精馏塔；②回流条件：塔底气相回流，塔顶液相回流；③相平衡条件：组分的挥发度有差异。

本章讨论重点为双组分精馏过程的计算，主要应掌握的内容包括：相平衡关系的表达和应用；精馏塔的物料衡算和操作关系；回流比的确定；理论板数的求法；影响精馏过程主要因素的分析等。

本章主要知识点间的联系图见下：图9-1 液体精馏一章主要知识点联系图1. 二元物系的气液相平衡关系气液相平衡是蒸馏过程的热力学基础，传质的极限状态。

根据相平衡可以判断过程进行的可能性。

(1) 恒压下二元物系气液相平衡的特点●液相组成与温度一一对应⇔x=f(t)●气相组成与温度一一对应⇔y= f(t)●气液两相组成一一对应⇔y=f(x)(2) 理想物系含义：指由理想气体与理想溶液构成的物系。

它满足理想气体状态方程、道尔顿分压定律和拉乌尔定律。

拉乌尔定律相对挥发度/1/1A A A B B B p x y xp x y xναν-===⋅- (9-1)11y xy xα-=⋅- (气相服从道尔顿分压定律) 相对挥发度α愈是大于1 ，则y 愈是大于x ，物系愈容易分离。

● 泡点方程x -toB ooA Bp p x p p -=- (9-2) ● 露点方程y -to A BA A Bp p p y p p p -=⋅- (9-3) ● 相平衡方程y-x()11xy xαα=+- (9-4)● t -y (x )相图两端点A 与B ：端点A 代表纯易挥发组分A(x =1)，端点B 代表纯难挥发组分B(x =0)。

两线：t -x 线为泡点线，泡点与组成x 有关；t-y 线为露点线，露点与组成y 有关。

3区：t -x 线以下为过冷液体区；t-y 线以上为过热蒸汽区；在t-x 与t -y 线之间的区域为气液共存区，只有体系落在气液共存区才能实现一定程度的分离。

第9章 精馏 典型例题例1：逐板法求理论板的基本思想有一常压连续操作的精馏塔用来分离苯-甲苯混合液，塔顶设有一平衡分凝器，自塔顶逸出的蒸汽经分凝器后，液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍，所得液相全部在泡点下回流于塔，所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。

已知产品中含苯0.95（摩尔分率），苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5 。

试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。

解: 884.095.05.15.295.05.115.20000=⨯-=→=+=x x x x y DR=L/D=2905.03/95.0884.0323/95.032:11=+⨯=+=+y x y n n 精馏段方程845.03/95.0793.032793.0905.05.15.2905.05.15.22111=+⨯==⨯-=-=y y y x例2：板数较少塔的操作型计算拟用一 3 块理论板的（含塔釜）的精馏塔分离含苯50%（摩尔分率，下同）的苯-氯苯混合物。

处理量F=100 Kmol/h ，要求 D=45 Kmol/h 且 x D >84%。

若精馏条件为：回流比R=1 ，泡点进料，加料位置在第二块理论板，α=4.10 ，问能否完成上述分离任务？ 解：W=55kmol/h精馏段操作线方程：y n+1=0.5x n +0.42提馏段的操作线方程：Fq D R Wx x F q D R qFRD y w )1()1()1()1(--+---++=将相关数据代入得提馏段操作线方程：134.061.1-=x y 逐板计算：y 1=x D =0.84y 2=0.5×0.56+0.42=0.7057.0134.036.061.13=-⨯=y.22.05584.04550=⨯-=-=WDx Fx x Df w ()56.084.01.31.484.01111=⨯-=--=y y x αα36.07.01.31.470.02=⨯-=x22.024.057.01.31.457.03≥=⨯-=x所以不能完成任务。

第六章 蒸 馏1、质量分数与摩尔分数的相互换算：（1） 甲醇-水溶液中，甲醇（CH 3OH ）的摩尔分数为0.45，试求其质量分数。

（2） 苯-甲苯混合液中，苯的质量分数为0.21，试求其摩尔分数。

解：（1）因为 x A =0.45所以（2）因为 w A =0.21所以2、在压强为101.3kPa 下，正己烷-正庚烷物系的平衡数据如下：t,℃ 30 36 40 46 50 56 58 x 1.0 0.715 0.524 0.374 0.214 0.091 0 y1.00.8560.7700.6250.4490.228试求：（1）正己烷组成为0.5（摩尔分数）的溶液的泡点温度及其平衡蒸汽的组成；（2）将该溶液加热到45℃时，溶液处于什么状态？各相的组成是多少？（3）将溶液加热到什么温度才能全部气化为饱和蒸汽？这时蒸汽的组成是多少？解：由所给平衡数据做t-x-y 图（见本题附图）。

（1）当x A =0.5时，由图中读得泡点温度t s =41℃，其平衡瞬间蒸汽组成y A =0.75；（2）当t =45℃时，溶液处于气液共存状态，此时x A ‘=0.38 ，y A ’=0.64 ； （3）由图知，将溶液加热到49℃时，才能全部汽化为饱和蒸汽，蒸汽组成为0.5 。

3、在常压下将某原料液组成为0.6（易挥发组分的摩尔分数）的两组分溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为1/3，试求两种情况下的釜液和馏出液组成。

假设在操作范围内气液平衡关系可表示为y =0.46x +0.549 。

解：（1）简单蒸馏时 因为 D /F =1/3 所以 W /F =2/3 将y =0.46x +0.549直接代入式（6-20）593.018)45.01(3245.03245.0=⨯-+⨯⨯=+=BB AA AA A Mx Mx M x w 239.092/)21.01(78/21.078/21.0///=-+=+=BB A A AA A Mw Mw M wx解之x w =0.498由式（6-22）其中所以（2）平衡蒸馏时 由Fx F =Dy +Wx得与y =0.46x +0.549 联立求解，得到x =0.509 ，y =0.7834、在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。

第9章蒸馏1．在苯-甲苯的精馏中，（1）已知塔顶温度为82℃，塔顶蒸气组成为苯0.95，甲苯0.05（摩尔分数），求塔顶操作压力；（2）若塔顶压力不变而塔顶温度变为85℃，求塔顶蒸气的组成。

已知苯和甲苯的蒸气压方程分别如下：其中压强的单位为kPa，温度的单位为℃。

解：（1）由蒸气压方程求82℃时苯和甲苯作为纯组分时的蒸气压：由露点方程：①②联立求解式①、式②两式可得：x＝0.880p＝99.67kPa（2）由蒸气压方程求85℃时苯和甲苯作为纯组分时的蒸气压：由泡点方程求液相组成：由露点方程求气相组成：2．苯-甲苯混合液（理想溶液）中，苯的质量分数＝0.3。

求体系总压分别为109.86kPa 和5.332kPa时的泡点温度和相对挥发度，并预测相应的气相组成。

（蒸气压方程如上题所示）解：将苯的质量分数转化为摩尔分数：（1）总压为109.86kPa时试差：设泡点温度为100℃，由蒸气压方程求得：由泡点方程计算苯的摩尔分数：计算值与假定值足够接近，以上计算有效，溶液泡点温度为100℃。

相对挥发度：由相平衡方程预测气相组成：（2）总压为5.332kPa时，同理，可以试差求得体系的泡点温度为20℃。

在试差过程中已求得20℃苯的饱和蒸气压为：由露点方程求气相组成：相对挥发度：3．某混合液含易挥发组分0.30（摩尔分数，下同），以饱和液体状态连续送入精馏塔，塔顶馏出液组成为0.93，釜液组成为0.05。

气、液相在塔内满足恒摩尔流假定条件。

试求：（1）回流比为2.3时精馏段的液-气比和提馏段的气-液比及这两段的操作线方程；（2）回流比为4.0时精馏段的液-气比和提馏段的气-液比。

解：塔顶产品的采出率：（1）R＝2.3时，精馏段液气比：精馏段操作线方程：将R＝2.3、代入得：y＝0.697x＋0.282泡点进料，q＝1提馏段气液比：提馏段操作线方程：将D/F＝0.284、R＝2.3及代入上式可得y＝1.764x－0.038（2）R＝4时，精馏段液气比：提馏段的气液比为：4．某二元混合物以10kmol/h 的流量连续加入某精馏塔，塔内气、液两相满足恒摩尔流假定。

第9章 精馏 典型例题例1：逐板法求理论板的基本思想有一常压连续操作的精馏塔用来分离苯-甲苯混合液，塔顶设有一平衡分凝器，自塔顶逸出的蒸汽经分凝器后，液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍，所得液相全部在泡点下回流于塔，所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。

已知产品中含苯0.95（摩尔分率），苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5 。

试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。

解: 884.095.05.15.295.05.115.20000=⨯-=→=+=x x x x y DR=L/D=2905.03/95.0884.0323/95.032:11=+⨯=+=+y x y n n 精馏段方程845.03/95.0793.032793.0905.05.15.2905.05.15.22111=+⨯==⨯-=-=y y y x例2：板数较少塔的操作型计算拟用一 3 块理论板的（含塔釜）的精馏塔分离含苯50%（摩尔分率，下同）的苯-氯苯混合物。

处理量F=100 Kmol/h ，要求 D=45 Kmol/h 且 x D >84%。

若精馏条件为：回流比R=1 ，泡点进料，加料位置在第二块理论板，α=4.10 ，问能否完成上述分离任务？ 解：W=55kmol/h精馏段操作线方程：y n+1=0.5x n +0.42提馏段的操作线方程：Fq D R Wx x F q D R qFRD y w )1()1()1()1(--+---++=将相关数据代入得提馏段操作线方程：134.061.1-=x y 逐板计算：y 1=x D =0.84y 2=0.5×0.56+0.42=0.7057.0134.036.061.13=-⨯=y.22.05584.04550=⨯-=-=WDx Fx x Df w ()56.084.01.31.484.01111=⨯-=--=y y x αα36.07.01.31.470.02=⨯-=x22.024.057.01.31.457.03≥=⨯-=x所以不能完成任务。

第九章 蒸馏1．在密闭容器中将A 、B 两组分的理想溶液升温至82 ℃，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为*A p = kPa 及*B p ＝ kPa ，取样测得液面上方气相中组分A 的摩尔分数为。

试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。

解：本题可用露点及泡点方程求解。

()()()()95.085.416.10785.416.107总总*B*A 总*B 总*A A 总*AA =-=--==p p p p p p p p x p p y － 解得 76.99＝总p kPa8808.085.416.10785.4176.99*B*A *B =--=--=p p p p x 总本题也可通过相对挥发度求解571.285.416.107*B *A ===p p α由气液平衡方程得()()8808.095.01571.295.095.01=-+=-+=y y y x α()()[]kPa 76.99kPa 8808.0185.418808.06.1071A *BA *A =-+⨯=-+x p x p p ＝总 2．试分别计算含苯（摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压100 kPa 和10 kPa 的相对挥发度和平衡的气相组成。

苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压和温度的关系为24.22035.1206032.6lg *A +-=t p58.21994.1343078.6lg *B +-=t p 式中p ﹡的单位为kPa ，t 的单位为℃。

苯—甲苯混合液可视为理想溶液。

（作为试差起点，100 kPa 和10 kPa对应的泡点分别取94.6 ℃和31.5 ℃）解：本题需试差计算 （1）总压p 总＝100 kPa 初设泡点为94.6℃，则191.224.2206.9435.1206032.6lg *A =+-=p 得 37.155*A =p kPa同理 80.158.2196.9494.1343078.6lg *B =+-=p 15.63*B =p kPa4.03996.015.6337.15515.63100A ≈=--=x或 ()kPa04.100kPa 15.636.037.1554.0=⨯+⨯＝总p则 46.215.6337.155*B *A ===p p α 6212.04.046.114.046.2)1(1=⨯+⨯=-+=x x y αα（2）总压为p 总＝10 kPa通过试差，泡点为31.5℃，*A p =，*B p ＝203.3313.502.17==α 681.04.0203.214.0203.3=⨯+⨯=y随压力降低，α增大，气相组成提高。

蒸馏化工生产中经常要处理由若干组分所组成的混合物，其中大部分是均相物系。

生产中为了满足贮存、运输、加工和使用的要求，时常需要将这些混合物分离成为较纯净或几乎纯态的物质或组分。

蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。

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以实现分离的目的。

它是通过液相和气相间的质量传递来实现的。

蒸馏过程可以按不同方法分类。

按照操作方式可分为间歇和连续蒸馏。

按蒸馏方法可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸）、精馏和特殊精馏等。

当一般较易分离的物系或对分离要求不高时，可采用简单蒸馏或闪蒸，较难分离的可采用精馏，很难分离的或用普通精馏不能分离的可采用特殊精馏。

工业中以精馏的应用最为广泛。

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以分为两（双）组分和多组分精馏。

因两组分精馏计算较为简单，故常以两组分溶液的精馏原理为计算基础，然后引申用于多组分精馏的计算中。

在本章中将着重讨论常压下两组分连续精馏。

蒸馏在化学工业中应用十分广泛，其历史也最为悠久，因此它是分离（传质）过程中最重要的单元操作之一。

在前面我们已经知道，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，故在讨论精馏过程的计算前，首先简述相平衡关系。

相平衡是《物理化学》课程的基本内容，本章侧重于论述其在化学工程中的应用，且讨论的只限于两组分理想溶液。

本节包含四个部分的内容：拉乌尔定律相律相图相对挥发度。

拉乌尔定律根据溶液中同分子间的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(Raoult's Law)，即:式中溶液上方组分的平衡分压，Pa；同温度下纯组分的饱和蒸气压,Pa；(下标A表示易挥发组分、B表示难挥发组分)通常略去上式中的下标，习惯上以线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；以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。

化工原理学–蒸馏引言蒸馏是化工过程中常用的一种分离技术，通过对混合物进行加热使其产生蒸汽，再将蒸汽冷凝得到纯净物质的方法。

在化工领域，蒸馏广泛应用于石油和化学工业中，用于分离液体混合物中的组分。

蒸馏原理蒸馏是基于物质的不同沸点而进行的分离技术。

在一种混合物中，不同成分具有不同的沸点，通过加热可以将低沸点成分转变为蒸汽，然后再通过冷凝将蒸汽转变为液体，从而实现纯度较高的分离。

在蒸馏过程中，需要一个蒸馏塔来进行操作。

蒸馏塔通常由一个加热器、塔板和冷凝器组成。

混合物首先被加热，在塔板上产生蒸汽。

蒸汽在塔板上与冷凝液进行接触，使其冷凝并收集。

这样，高沸点成分留在塔板上，而低沸点成分则以蒸汽的形式进入上层。

通过逐层重复这个过程，可以实现对混合物中各成分的分离。

蒸馏的分类蒸馏可以根据不同的条件和原理进行分类。

常见的蒸馏方法包括常压蒸馏、减压蒸馏、真空蒸馏等。

1.常压蒸馏：常压蒸馏是在常压条件下进行的蒸馏过程。

常压蒸馏适用于沸点较低的液体混合物，其中低沸点成分可以轻松转化为蒸汽。

2.减压蒸馏：减压蒸馏是在降低环境压力的条件下进行的蒸馏过程。

通过降低环境压力，可以使高沸点成分在较低温度下转化为蒸汽，从而减少热量的需求。

3.真空蒸馏：真空蒸馏是在低于大气压的条件下进行的蒸馏过程。

真空蒸馏适用于高沸点液体或易分解的物质，可以避免在较高温度下进行加热，从而减少热敏感成分的损失。

蒸馏的应用蒸馏作为一种常用的分离技术，广泛应用于石油炼制、化学工业、食品工业等领域。

1.石油炼制：蒸馏在石油炼制过程中起到了至关重要的作用。

通过蒸馏，可以将原油中的各种成分分离出来，例如汽油、柴油、润滑油和残渣等。

这种蒸馏过程被称为石油精馏。

2.化学工业：在化学工业中，蒸馏被广泛用于分离和纯化化学品。

例如，通过蒸馏可以从反应产物中分离出目标产品，并去除杂质。

3.食品工业：蒸馏也在食品工业中得到应用。

例如，酿酒过程中的蒸馏可以用于分离酒精和水，从而提高酒精的浓度。