简单蒸馏

       简单蒸馏是指将需要处理的溶液一次性的加入或投入到某一容器中，通过加热介质如蒸气、加热油等进行加入使其逐渐蒸发，蒸发出的汽相物质进入冷凝器冷却，最终获得需要的产品，使原溶液得到简单的分离。在简单蒸馏的过程中，投入容器的溶液浓度逐步发生变化，重组分浓度越来越高，而轻组分浓度越来越少；而且在蒸馏过程中，汽相组分也不断发生变化。简单蒸馏的基本流程如图1所示。

图1. 简单蒸馏基本流程 

      在简单蒸馏过程中，料液是一次性投入到一容器中，而且蒸馏过程汽液浓度都不断的变化，因此简单蒸馏过程属于微分操作过程，过程状态随时间而不断变化。此外，由于是一次性投料，其也是间歇性操作。该过程在相图中的表示如图2所示。假设某组成为0.6的混合溶液一次性加入到蒸馏釜中，逐渐升温进入汽液两相区直至b线，此时溶液分为汽液两相，汽相被收集冷凝，液相则继续被加热；加热慢慢达到a平衡线，此时汽相组成中轻组份减少，而液相中重组份进一步增加；再加热，可达到c平衡线，假设此时液相组成已经到达蒸馏要求, 则停止加热；最终将获得的液相和汽相分别收集起来。在加热过程中，汽相中轻组份组成在露点上逐渐降低，而液相中的重组份组成逐渐增加，此过程为非稳态的微分过程，因此简单蒸馏也称为微分蒸馏。

图2 相图表示简单蒸馏的微分操作过程

简单（微分）蒸馏过程的计算。假设该过程的各参量如下：

F、W ——一次性加入釜内的料液量和微分蒸馏结束后的残液量，kmol；

x₁、x₂——原料液和蒸馏后残留液中易挥发组分组成，mol/mol；

L——某一瞬间釜内的液相量，kmol；

x、y——某一瞬间的液汽组成，mol/mol。

假设经过微分时间dt后，液相量减少dL，液相组成变化了dx。以蒸馏釜为衡算范围，则对易挥发组分，蒸馏dt前后的微分物料衡算为：

上式整理后得：

在微分蒸馏中，由于dL和dx均为较小值，因此合理假设dLdx约等于0，从而得如下方程：

所以:

对上式进行积分，dL的变化为F变到W，与此同时dx的变化范围为x1到x2，因此有：

对其进行定积分计算，则得：

观察上式，y为与x相平衡时的汽相中易挥发组份，必须借助相平衡性质才能获得完整的解，也即离开相平衡性质，不可能完成蒸馏的计算。下面假设了汽液平衡的三种不同情况进行求解。

（1）对于理想溶液 ，平衡关系可表达为：

将该式代入进行积分可获得：

该式为简单蒸馏的基本方程，将溶液浓度和组份及相平衡性质进行了关联，其中α是相对挥发度。

    （2）假设在简单蒸馏的操作条件范围内平衡线可近似地用直线表示：

      y = mx + b

将该式带入进行积分可获得：

其中m是相平衡参数。

    （3）假设平衡线为过原点的直线，即第（2）种情况中b=0，则积分后可得：

    从以上计算过程可知，简单蒸馏过程的计算实质就是物料衡算结合相平衡方程，当然这里并未涉及到冷/热负荷的计算。