【正文】 ， 氣相的組成為 y=x1， 相應(yīng)液相的組成為 x3。如果溫度連續(xù)升高到 t3 C點(diǎn)（如圖），則進(jìn)入 兩相共存區(qū) 。 以某一組成苯 — 甲苯為例來(lái)說(shuō)明 txy相圖表示的意義。 0 A J H B 120 70 溫度t，℃ X (y) X1(y1) 90 100 t1 t2 t3 t4 ? 下方的曲線為 tx線 ， 表示混合物的泡點(diǎn)和平衡液相組成 x之間的關(guān)系 。 00BApp??(113） xxy)1(1 ?????(114） 雙組分的汽液平衡相圖 （ Phase diagram） A、 tx(y)相圖 （ 沸點(diǎn)組成圖 ） 對(duì)于兩組分體系 ， 根據(jù)拉烏爾定律： 上式表示：已知純組分的飽和蒸汽壓 ， 給定 x、就可求出平衡對(duì)應(yīng)的 y值 。 ? 對(duì)于理想溶液 ， 符合拉烏爾定律： ? 溶液的揮發(fā)度隨溫度而變 ， 用起來(lái)不方便 ， 故引出相對(duì)揮發(fā)度的慨念 。 )1(00 ABBBB xpxpp ??? AAA xpp 0?(12) (12a) pi — 溶液上方組分的平衡分壓 Pa p0 — 同溫度下純組分的飽和蒸汽壓 Pa x— 組分的摩爾分率 P=pA+pB (13) ? 聯(lián)立（ 12a），（ 13）上二式可得 ? 根據(jù)道爾頓分壓定律： 000 BABA pppPx????PxpPpy AAAA /0?? )1(000ABAAAABAAA xpxpxppppy?????(15) (14) 再作一下變換 ? 可得 ? 安托因（ Antoine)方程 ? 純組分的飽和蒸汽壓和溫度之間的關(guān)系 0000BAAAA pppPPpy???PpKxPpy AAAAA000 ?? 令 0AAA xKy ?(16) lg Ct BAp A ???(17) 汽液平衡方程 （ Vaporliquid equilibrium equation) A、 揮發(fā)度 (volatility) ? 蒸餾利用其中各組分揮發(fā)度不同的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的目的 。 對(duì)于兩組分的汽液平衡物系： 其中組分?jǐn)?shù)為 2，相數(shù)為 2 F=22+2=2 ? 由此可知，兩組分平衡的物系中只有 兩個(gè)自由度 ，既 t、 p、 x、 y四個(gè)變量中任意確定其中的兩個(gè)變量，此平衡狀態(tài)就確定了。 ? 理想溶液是指：兩種組分Ａ與Ｂ均勻混合形成溶液時(shí)，在混合前每種組分各自分子間的作用力Ａ－Ａ，Ｂ－Ｂ與混合后不同組分的作用力Ａ－Ｂ相等時(shí)，這種溶液稱為理想溶液。我們這里主要講相平衡在化工過(guò)程中的應(yīng)用。組分在兩相中的濃度（組成）偏離平衡的程度來(lái)衡量傳質(zhì)的推動(dòng)力的大小。 ? 多組分精餾與雙組分精餾的基本原理、設(shè)計(jì)方法的本質(zhì)都是一樣的。若在常壓下達(dá)不到分離要求的，如氣體混合物，則可采用加壓蒸餾，若沸點(diǎn)較高、又是熱敏性混合物，則可采用減壓蒸餾。 按蒸餾的方式 可分為 簡(jiǎn)單蒸餾、精餾和特殊蒸餾 ? 一般較易分離的物系或?qū)Ψ蛛x要求不高時(shí)，可采用簡(jiǎn)單蒸餾（一次）；較難分離的體系可采用精餾（多次蒸餾）。沸點(diǎn)高的組分稱 為難揮發(fā)組分 ，以 B表示。 ? 由于乙醇的沸點(diǎn)比水低，即乙醇的揮發(fā)度比水大，故乙醇比水更容易從液相中汽化出來(lái)而進(jìn)入汽相。 ? 蒸餾 是分離液體混合物的典型單元操作。 (非均相物系組分間是如何分離的 ?) ? 為什么均相物系造成兩相后能實(shí)現(xiàn)混合物中的組分間分離呢？ ? 不同的物質(zhì)，物性是不同（密度，溶解度，揮發(fā)度等）。 1 慨述 ? 在化工生產(chǎn)中，所處理的化工原料、中間產(chǎn)物、粗產(chǎn)品等幾乎都是由若干組分組成的混合物，而且大部分是均相體系。固相、氣相、液相，如石油是由多種碳?xì)浠衔锼M成的液體均相體系。在構(gòu)造成兩相時(shí)，由于這種物性的差異，組分在兩個(gè)相間必然存在分配差異，這種分配差異使其中某個(gè)或某些組分從一相向另一相轉(zhuǎn)移，就可達(dá)到實(shí)現(xiàn)分離組分的目的。 ? 一、分離原理： ? 通過(guò)給體系輸入熱量，將液體混合物 (均相 )部分汽化，利用其中各組分揮發(fā)度不同的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的目的。若將汽化的蒸汽全部冷凝既可得到乙醇組成高于原料的產(chǎn)品，從而使乙醇與水分離。 ? 可直接獲得所需組分（產(chǎn)品） ? 技術(shù)成熟，分離范圍應(yīng)用廣泛 ? 能耗較高。 ? 很難分離的體系（沸點(diǎn)很接近）或用普通蒸餾不能分離的可用特殊精餾（共沸精餾、萃取精餾、反應(yīng)精餾）。 被分離混合物中組分的數(shù)目， 雙組分和多組分蒸餾。也是其他類型的精餾的過(guò)程分析及有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算都是以 雙組分體系的連續(xù)精餾過(guò)程為基礎(chǔ)的。傳質(zhì)過(guò)程是以兩相達(dá)到平衡為極限的。只討論兩組分的理想溶液的汽液相平衡關(guān)系。 ? 一些特征？ （它的宏觀表現(xiàn)） 嚴(yán)格的說(shuō)， 理想溶液是不存在的，但對(duì)那些性質(zhì)極相似、分子結(jié)構(gòu)相似的組分所組成的溶液，如苯 — 甲苯，甲酸 — 乙酸，烴類同系物等都可以近似的看成理想溶液、對(duì)于非理想溶液的汽液平衡可以用修正公式或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)來(lái)表示 。又若固定某個(gè)變量（如壓強(qiáng)），則只有一個(gè)獨(dú)立的變量，而其它的變量都是它的函數(shù)。 什么是揮發(fā)度 ？ ? 純液體的揮發(fā)度是指液體在一定的溫度下的飽和蒸氣壓 。 B、 相對(duì)揮發(fā)度 （ relative volatility） AAA xp??BBBxp??(18) (19) A?B?0AA p? 0BB p?? )( 0 AAA xpp ?(110） (111） BBAABAxpxp//?????(112） 溶液中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比，稱為 相對(duì)揮發(fā)度 。 AAA xpp 0? )1(00 ABBBB xpxpp ??? )1(00 ABAABA xpxpppP ????? )1(000ABAAAABAAA xpxpxppppy????? 如何做圖，恒壓條件，先確定溫度 t，查出或算出飽和蒸汽壓，給定 x，算出 y，作圖。 此曲線稱為 飽和液體線（ 泡點(diǎn)線 ） 。 假設(shè)將溫度為 t1, 組成為 x1 （ A點(diǎn)）的混合液加熱， 當(dāng)溫度升至 t2時(shí)（ J點(diǎn)）， 溶液開(kāi)始沸騰。 A J H B 溫度t，℃ x(y) t1 t2 t3 t5 x1 t4 y1 y2 x2 C x3 其液相組成為 x2與之平衡氣相的相應(yīng)組成為 y2。 從上可以看出 ， txy相圖能很好的在 P一定下說(shuō)明兩組分溶液的行為 。 B、 xy相圖 ? 在蒸餾操作中一般都是在恒定的壓強(qiáng)下操作的。如常壓下，苯、甲苯混合液 x=，則達(dá)到汽液平衡的溫度是 92℃ 左右、汽相為。 在工程上，為方便起見(jiàn)，常以簡(jiǎn)單的 xy圖代替 txy圖。 xy圖中還常作出 x=y的對(duì)角線作查圖時(shí)參考 。 x y 1 0 1 D y1 x1 N ?在 txy圖中明確存在相應(yīng)的相區(qū)。 在 xy圖中相交于 D, y1=。 ? 要注意的一點(diǎn) ， txy圖和 xy圖都是在恒定壓強(qiáng)下測(cè)定的 。故在蒸餾中使用 xy圖比使用 txy圖更方便 。 實(shí)際溶液中以正偏差溶液為多。 ? 對(duì)于非理想溶液的平衡分壓 ， 可用修正的拉烏爾定律表示 。這種操作既可以間歇又可以連續(xù)方式進(jìn)行。 由于氣相中組分 y大于液相組成 x，因此隨著過(guò)程的進(jìn)行，釜相液相組成不斷下降，使之與之平衡的氣相組成（餾出液組成）不斷降低，而釜內(nèi)液體的沸點(diǎn)不斷升高。 ? 簡(jiǎn)單蒸餾從操作可看出其特點(diǎn)。 簡(jiǎn)單蒸餾不能將混合物作徹底的分離，因而主要用在不精密的分離操作。 ? 當(dāng)溶液接近理想溶液為，根據(jù) y=?x/[1+(?1)x] ? 直接積分，得 ? ln(F/W)=[1/ (?1)]ln[x1(1x2)/ x2(1 x1)]+ln[(1 x2)/(1 x1)] ? ?? 12lnxx xydxWF 167。 此時(shí) yFxF (組分得到了部分分離 )。 因?yàn)榉蛛x后得到的氣相量和液相量很少 ， 沒(méi)有意義 。 設(shè)計(jì)的操作為 ： 如果要使組分間更好 或完全分離，應(yīng)如何做呢？ 我們還從 txy相圖入手分析 。將組成為 y2的氣相產(chǎn)品 全部冷凝下來(lái)，再將其部分 汽化（二次） ,就得到組成為 y3的氣相產(chǎn)品， y3y2 。 x3 x2（二次）只要部分汽化 做的次數(shù)足夠多， 則可得到難揮發(fā)組分純度 很高的產(chǎn)品，從而使兩個(gè) 組分得到很完全的分離。 ? 這樣的流程設(shè)計(jì)在實(shí)際的工業(yè)上是否能行呢？ 我們分析一下就可以看出存在下面兩個(gè)方面的問(wèn)題。 （ 2）、設(shè)備龐雜、能量消耗大 。 而 x1x2y1，可見(jiàn) x2與 xF 是較接近的；因此， 從組成來(lái)講，可將 x2返回 與 xF混合。而 y1的溫度為 t1， t1t3。因此，使上級(jí)的液相回流（如 x3）與下級(jí)的氣相直接接觸，就變成如圖的分離流程。 ? 同樣，每一級(jí)都需要上升的蒸汽，除最上一級(jí)的上升的蒸汽外，其他級(jí)上升的蒸汽也不能全部冷凝。 在第 n層板上氣液兩相進(jìn)行 密切接觸， tn－ 1， xn1 tn， xn tn＋ 1 , yn+1 1 2 n yn m 設(shè)進(jìn)入 n層板上的氣相濃度和溫度為 yn+1和 tn+1，而液相的濃度和溫度分別為 xn1和 tn1，二者相互不平衡。 ? 因此、當(dāng)組成為 xn1的液相與組成為 yn+1的氣相在第 n層板上接觸時(shí)， x（ y） yn+1 n n+1 n1 tn tn+1 tn－ 1 yn xn1 xn yn1 xn1 由于濃度差和溫度差，氣相就要進(jìn)行部分冷凝，使其中部分難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相中。如果汽液兩相在板上的接觸時(shí)間夠長(zhǎng)，那么離開(kāi)該板的汽液兩相可達(dá)到平衡，即 xn與 yn符合平衡 。再沸器的作用是提供一定量的 上升蒸汽；冷凝器的作用是獲得液相產(chǎn)品，及保 證適宜的液相回流。 操作時(shí) ， 連續(xù)的從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品 （ 餾殘液 ） ， 部分液體汽化 ， 產(chǎn)生上升蒸汽 ， 依次通過(guò)各層塔板 。 四 、 回流比 （ reflux ratio) ? 前已指出 ， 提供回流是精餾的必要條件 。 V=L+D。 （ 3） 、 確定塔高和塔徑 ， 流體阻力 。 但兩者卻不一定相等 。 = Vn′= V′ 一般 V≠V′ V 精餾段中上升蒸汽摩爾流量， kmol/h V′提餾段中上升蒸汽摩爾流量， kmol/h 2）精餾塔中，精餾段內(nèi)，每層板下降的液體摩爾流量都相等，提餾段每層板下降的液體摩爾流量都相等，即： L1=L2=L3 一般 L≠L′ L 精餾段中下降的液體摩爾流量， kmol/h L′提餾段中下降的液體摩爾流量， kmol/h ? 為了保證塔中汽 、 液兩相為恒摩爾流 ， 要滿足的條件是： A、 各組分的摩爾汽化熱相等 。 二、物料衡算和操作線方程 全塔物料衡算 ? 通過(guò)對(duì)全塔物料衡算的分析 ， 可以求出產(chǎn)品的流量 ， 組成和 進(jìn)料流量 、 組成之間的關(guān)系 。 Dnn xDLxDLDLy1/11//1 ????? Dnn xRxRRy1111 ?????（ 119） DxRxRR111 ????（ 119a） 注意與汽相平衡方程（關(guān)系）的區(qū)別。39。故上述方程在 xy相圖上也是一條直線，并與對(duì)角線交于 x=xw點(diǎn)。 下圖可定性地描述不同的進(jìn)料狀況下，由進(jìn)料板上升的蒸汽與由此板下降的液體間的摩爾流量關(guān)系。 V,IV L,IL L’ ,IL’ V’ ,IV’