第七章
第一节概述
在化工生产过程中，常常需要将原料、中间产物或粗产物进行分离，以获得符合工艺要求的化工产品或中间产品。化工上常见的分离过程包括蒸馏、吸收、萃取、干燥及结晶等，其中蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作，应用最为广泛。例如将原油蒸馏可得到汽油、煤油、柴油及重油等；将混合芳烃蒸馏可得到苯、甲苯及二甲苯等；将液态空气蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。
蒸馏是分离均相液体混合物的一种方法。蒸馏分离的依据是，根据溶液中各组分挥发度（或沸点）的差异，使各组分得以分离。其中较易挥发的称为易挥发组分（或轻组分），以A表示；较难挥发的称为难挥发组分（或重组分），以B表示。例如在容器中将苯和甲苯的溶液加热使之部分汽化，形成汽液两相。当汽液两相趋于平衡时，由于苯的挥发性能比甲苯强（即苯的沸点较甲苯低），汽相中苯的含量必然较原来溶液高，将蒸汽引出并冷凝后，即可得到含苯较高的液体。而残留在容器中的液体，苯的含量比原来溶液的低，也即甲苯的含量比原来溶液的高。这样，溶液就得到了初步的分离。若多次进行上述分离过程，即可获得较纯的苯和甲苯，此过程称为精馏。 二、蒸馏分离的特点
蒸馏是目前应用最广的一类液体混合物分离方法，其具有如下特点：
1、通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品，而吸收、萃取等分离方法，由于有外加的溶剂，需进一步使所提取的组分与外加组分再行分离，因而蒸馏操作流程通常较为简单。
2、蒸馏分离的适用范围广，它不仅可以分离液体混合物，而且可用于气态或固态混合物的分离。例如，可将空气加压液化，再用精馏方法获得氧、氮等产品；再如，脂肪酸的混合物，可用加热使其熔化，并在减压下建立汽液两相系统，用蒸馏方法进行分离。
3、蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离，而吸收、萃取等操作，只有当被提取组分浓度较低时才比较经济。
4、蒸馏操作是通过对混合液加热建立汽液两相体系的，所得到的汽相还需要再冷凝液化。因此，蒸馏操作耗能较大。蒸馏过程中的节能是个值得重视的问题。
三、蒸馏操作的分类
工业上，蒸馏操作可按以下方法分类：
1、按物系中组分的数目
可分为两组分精馏和多组分精馏。工业生产中，绝大多数为多组分精馏，但两组分精馏的原理及计算原则同样适用于多组分精馏，只是在处理多组分精馏过程时更为复杂些，因此常以两组分精馏为基础。
2、蒸馏操作方式
机械运动复习可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸），精馏和特殊精馏等。简单蒸馏和平衡蒸馏为单级蒸馏过程，常用于混合物中各组分的挥发度相差较大，对分离要求又不高的场合；精馏为多级蒸馏过程，适用于难分离物系或对分离要求较高的场合；特殊精馏适用于某些普通精馏难以分离或无法分离的物系，如能形成恒沸物的物系。工业生产中以精馏的应用最为广泛。
3、蒸馏操作方式
可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。间歇蒸馏具有操作灵活、适应性强等优点，主要应用于小规模、多品种或某些有特殊要求的场合；连续蒸馏具有生产能力大、产品质量稳定、操作方便等优点，主要应用于生产规模大、产品质量要求高等场合。间歇蒸馏为非稳态操作，连续蒸馏为稳态操作。
4、操作压强
可分为加压、常压和减压蒸馏。常压下，泡点为室温至150℃左右的混合液，一般采用常压蒸馏；
加压操作通常用于以下场合：
a、常压下为气态（如空气、石油气），通过加压与冷冻将其液化后再进行蒸馏；
b、常压下虽是混合液体，但其沸点较低(一般低于30℃)，其蒸气用一般冷却水难以充分冷凝，需用冷冻盐水或其它较昂贵的制冷剂，费用奖大大提高。
减压蒸馏常用于以下场合：
a、蒸馏热敏性物料，组分在操作温度下容易发生氧化、分解和聚合等现象时，必须采用减压蒸馏以降低其沸点，以免使用高温载热体。钛钢复合板
b、对于常压下物料沸点(一般高于150℃)，加热温度超出一般水蒸汽加热的范围，减压蒸馏可使沸点降低，以避免使用高温载热体。
第二节、双组分溶液的气-液相平衡
蒸馏本质上是仍然是气-液两相之间的传质过程(伴随有热量传递)，因此，掌握
系统的相平衡关系是对分析精馏原理、解决精馏计算的基础。
一、 两组分理想物系的气-液相平衡
所谓理想物系是指液相和汽相应符合以下条件：
(1) 液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。
(2) 汽相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。当总压不太高（一般不高于104kPa ）时汽相可视为理想气体。
理想物系的相平衡是相平衡关系中最简单的模型。严格地讲，理想溶液并不存在，但对于化学结构相似、性质极相近的组分组成的物系，如苯—甲苯、甲醇—乙醇、常压及150℃以下的各种轻烃的混合物，可近似按理想物系处理。
（一）拉乌尔定律
实验表明，当理想溶液的汽液两相呈平衡时，溶液上方组分的分压与溶液中该组
分的摩尔分率成正比，即
A A A x P P 0=
)1(00A B B B B x P x P P -==
式中：A P ，B P ---溶液上方A 、B 组分的平衡分压，Pa
A
P ，0B P ---同温度下纯组分A 、B 的饱和蒸气压，Pa
A x ，
兰台世界B x ----溶液中组分A 、B 的摩尔分数。
拉乌尔定律表示了理想溶液在达到相平衡时气相分压与液相组成之间的关系。因
为纯组分的饱和蒸气压仅为温度的函数，所以当温度固定时，饱和蒸汽0A P ，0
B P 数值固定，气相中组分的分压与该组分在液相中的组成成正比；当液相组分成固定时，气相中组分的分压与饱和蒸气压成正比。
(二) 双组分理想物系的气液平衡相图
用相图来表达汽液平衡关系较为直观，尤其对两组分蒸馏的汽液平衡关系的表达更为方便，影响蒸馏的因素可在相图上直接反映出来。蒸馏中常用的相图为恒压下的压强-组成图、温度—组成图及汽相—液相组成图。
1、压强-组成图(x p -图)
液相为理想溶液，服从拉乌尔定律，而气相为理想气体，服从理想气体定律，该物系称为理想物系。
根据道尔顿分压定律，系统的总压等于各组分分压之和，对双组分物系，即
B A p p p +=，用拉乌尔定律可写为：
)1(00A B A A x p x p p -+=，省略下标，以x 表示易挥发组分(A 组分)的摩尔分数，于
是上式可写作
)1(00x p x p p B A -+=
王安石百科2、温度—组成()y x t --图
在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而变，将平衡温度与液（汽）相的组成关系标绘成曲线图，该曲线图即为温度一组成图或()y x t --图
000
B
A B
p
p p p x --=
，即平衡物系的液相组成仅与总压和温度有关。当总压一定时，液
相组成x 与温度t 存在一一对应的关系。
当一定组成的液体混合物在恒定的压力下，加热到一定温度，液体出现第一个气
眼睛渴了微电影
汽泡，即刚开始沸腾并生成第二个相时，此时液相组成可认为未变，而此温度称为该组成液体在指定总压下的泡点温度，简称泡点。
000B
A B A
A p p p p p p x p p y --⨯== 即平衡气相组成也仅与总压和温度有关。当总压一定时，气相组成y 与温度t 存在一一对应关系。如何提高孩子学习成绩
在一定总压下冷却气体混合物，当冷却至某一温度，产生第一个液滴，即生成第二相时，此时气相组成可认为未变则此温度称为该组成的气相混合物在指定总压下的露点温度(即两相区的平衡温度)，简称露点。
以x （或y ）为横坐标，以t 为纵坐标。图中有两条曲线，上方的曲线为t –y 线，表示混合物的平衡温度t 与汽相组成y 之间的关系，称为饱和蒸汽线或露点线；下方的曲线为t –x 线，表示混合物的平衡温度t 与液相组成x 之间的关系，称为饱和液体线或泡点线。上述的两条曲线将t –x –y 图分成三个区域。饱和液体线以下的区域代表未沸腾的液体，称为液相区；饱和蒸汽线上方的区域代表过热蒸汽，称为过热蒸汽区；两曲线包围的区域表示汽液两相同时存在，称为汽液共存区。
3、气—液相平衡图(x y -图)
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