平衡蒸馏

    平衡蒸馏是指使混合液体部分汽化、并使汽液两相处于平衡状态，然后将汽液两相分开的过程，简单流程如图1所示。组成为x_F、进料流量为F的混合液体溶液被送入到平衡蒸馏器前的预热器1进行预热，预热后的物流经过减压阀2进入到平衡蒸馏器3中，在蒸馏器中部分液体由于减压而汽化并形成汽液两相平衡，流量为D、组成为y的汽相从蒸馏器顶部引出，而流量为W、组成为x的液相从蒸馏器底部引出，从而完成混合液的一次分离。在平衡蒸馏过程中，液体混合物在预热器中吸热，而经减压阀后则为绝热过程（忽略热量损失），液体部分汽化通过物流自身降温实现。如在相图中表示，其仅为一个平衡级，如简单蒸馏中的a线、或b线、或c线。

图1 平衡蒸馏基本流程

平衡蒸馏过程的计算包括三个部分，即物料衡算、热量衡算和相平衡计算，具体计算过程如下所述（各参数意义如图1中所示）。

（1）物料衡算

对总物料：

    F = D + W

对易挥发组分：

    Fx_F = Dy + Wx

结合上两式可得：

    Fx_F = Dy + (F-D)x

即：

                                  （a）

进一步假设：

    W/F = q

则：

    D/F = 1-q

将上两式带入式（a）可得：

    该方程描述了汽液相平衡组成达到平衡时的关系，该方程被称为进料方程，在精馏操作的计算中至关重要。在x-y图上 ，该方程表示通过点（x_F ,x_F）且斜率为q/(q-1)的直线。

（2）热量衡算

对加热器做热量衡算，并忽略加热器的热损失，则得：

    Q = FC_p(T-T_f) 

式中Q为加热器提供的热量，T为加热后的温度，而t_f为进料温度。

原料液节流减压后进入蒸馏器，由于物料是通过自身的降温来使部分液体汽化，即物料放出的显热等于部分气化所需的潜热，所以有如下等式：

    FC_p(T-T_e) = (1-q)Fr

式中r为液体在平衡温度t_e时的汽化焓。从此式可获得原料液离开加热器的温度：

（3）汽液平衡关系

    要求得汽液平衡时的分离效果，即平衡分离后的汽液相组成，必须结合相平衡关系，汽液相平衡公式如下：

平衡温度与液相组成关系为：

        t_e = f(x)

结合以上三个方面即可完成平衡蒸馏的计算，求得分离后的汽液相组成、热负荷等等。

以上对平衡蒸馏的计算过程也可以通过相图表示，如下图（图2）所示。该图为x-y相图，首先画出平衡方程线，如果知识液化率或汽化率，可在图中画出进料方程线，它们的交点即为平衡汽液相组成，通过该点引x轴的垂线，与沸点线（）相交，即可得到平衡温度，再结合相关公式可完成热负荷的计算。

图 2 平衡蒸馏相图表示计算过程