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第一章 蒸馏 在化工生产过程中，常常需要将原料、、、、、蒸馏是利用溶液中各组分蒸气压（或沸点、蒸馏按操作方式可分为简单蒸馏、、、 根据溶液间相同分子间和相异分子间作用力之异同，可分为非理想溶液和理想溶液。理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即 pA=pAoxA pB=pBoxB=pBo(1-xA) p—溶液上方组分的平衡分压，Pa； p----纯组分的饱和蒸气压，由安托尼方程或手册查得； x---组分的摩尔分率。 通常略去下标，以x表示液相中易挥发组分摩尔分率，（1–x）表示难挥发组分，以y表示气相中易挥发组分摩尔分率，（1–y）表示难挥发组分。 上式表明在一定温度下，溶液上方蒸气中任意组分的分压，等于此纯组分在该温度下的饱和蒸气压乘以它在溶液中的摩尔分率。 当溶液沸腾时，溶液上方蒸气总压P等于两组分分压之和，即： P=pA+pB=pAox+pBo(1-x) 解得： x=(P-pBo)/(pAo-pBo) 泡点方程 当系统总压P不大时，可认为气相是理想气体，服从道尔顿分压定律，即 pA=PyA=Py 故： y=pAox/P 露点方程 上两式即为两组分理想物系的气液平衡函数关系式。对任意的两组分理想溶液利用一定温度下纯组分的饱和蒸气压数据，即可求得平衡的气液相组成；反之，若已知一相组成，也可求得与之平衡的另一相组成和温度，一般需用试差法。 例1：习题1。 1-1-2两组分气液平衡图 一、温度—组成(t-x-y)图 蒸馏多在一定外压下进行，且在操作过程中溶液温度随其组成而变，故恒压下的温度组成图对蒸馏过程的分析具有实际意义。苯—甲苯溶液在1atm下t—x—y图如图2所示，以t为纵坐标，以液相组成x或气相组成y为横坐标(x、yt—x—y图分成三个区域，液相线以下代表尚未沸腾的液体，称为液相区；气相线以上代表过热的蒸气，称为过热蒸气区；被二曲线包围的部分代表气液同时存在，称为气、液共存区。 若将温度为t1，组成为x（图中A点）的溶液加热，当温度达到t2(J点)时，溶液开始沸腾，产生第一个气泡，相应的温度称为泡点。故液相线又称泡点曲线。同样，若将温度为t4,组成为y（B点）的过热蒸气冷却，当温度达到t3（H点）时，混合气体开始冷凝产生第一个液滴，相应的温度称为露点，故气相线又称露点曲线。 t—x—y关系数据通常由实验测得，对理想溶液可用纯组分的饱和蒸气压数据按拉乌尔定律和道尔顿分压定律计算。 例2：习题2。 二、x—y图 蒸馏计算中，经常要用液相组成x与气相组成y的相互关系绘成曲线，简称x—y图，如图3所示。图中D点表示组成为x1的液相与组成为y1的气相互成平衡，图中对角线为参考线，方程为x=y。对于多数溶液，达到平衡时，气相中易挥发组分的浓度总大于液相的，故其平衡线位于对角线上方，平衡线离对角线越远，表示该溶液越易分离。 x—y图可以通过t-x-y图作出，例3。 应指出，总压对t-x-y关系的影响较大，但对x—y关系的影响就没有那么大，可以忽略不计。 1-1-3相对挥发度 蒸馏是利用混合液中各组分的挥发度差异达到分离的目的的。什么是挥发度呢？这也是物理化学中的内v就用它在蒸气中的分压p和它在与气相平衡的液相中摩尔分率x之比表示，即 vA=pA/xA vB=pB/xB 对理想溶液: vA=pAo vB=pBo 溶液中两组分挥发度之比，称为相对挥发度，以(表示。通常以易挥发组分的挥发度为分子，即：(=vA/vB=[pA/xA]/[pB/xB] 当压力不大时，蒸气服从道尔顿分压定律， (=[PyA/xA]/[PyB/xB]=[yA/xA]/[yB/xB] 或 yA/yB=(xA/xB 对于理想溶液：(=pAo/pBo 在理想溶液中，相对挥发度等于同温度下纯组分A和纯组分B的饱和蒸气压之比。虽然纯组分饱和蒸气压pAo及pBo都随温度而变，但两者比值的变化通常不大，因此当温度变化不大时，可以认为(为常数或取其平均值。 对于双组分溶液，xB=1-xA，yB=1-yA， 故，yA/[1-yA]=(xA/[1-xA]，略去下标解得：y=(x/[1+((-1)x] 上式称为气--液平衡方程。 若(=1，则y=x，因而不能用普通蒸馏方法分离；若(1，则yx，(愈大，y比x大得愈多，故根据溶液挥发度的大小，可以评定它用蒸馏方法分离的难易。 例4。 1-1-4 两组分非理想溶液的平衡相图 正偏差溶液与负偏差溶液。t—x—y 图上液相线与气相线重合，x—y图上平衡线与对角线相交，恒沸组成，恒沸点，恒沸液，最低恒沸点溶液，最高恒沸点溶液。 第二节 平衡蒸馏与简单蒸馏 平衡蒸馏（闪蒸）------ 单级操作，可连续亦可间歇操作 简单蒸馏（微分蒸馏）------单级、间歇操作 非