2.2 简单蒸馏和平衡蒸馏
对于组分挥发度相差较大、分离要求不高的场合（如原料液的组分或多组分的初步分离），可采用简单蒸馏和平衡蒸馏。
2.2.1 装置流程
简单蒸馏又称微分蒸馏，是一种间歇、单级蒸馏操作，其装置如图2-3所示。原料液分批加到蒸馏釜1中，通过间接加热使之部分汽化，产生的蒸汽随即进入冷凝器2中冷凝，冷凝液作为馏出液产品排入接收器3中。随着蒸馏过程的进行，釜液中易挥发组分的含量不断降低，与之平衡的气相组成（即馏出物组成）也随之下降，釜中液体的泡点则逐渐升高。当馏出液平均组成或釜液组成降低至某规定值后，即停止蒸馏操作。通常，馏出液按组成分段收集，而釜残液一次排放。
图2-3 简单蒸馏装置
1—蒸馏釜；2—冷凝器；3—接收器
平衡蒸馏又称闪蒸，是一种连续、稳态的单级蒸馏操作。平衡蒸馏的装置如图2-4所示。被分离的混合液先经加热器升温，使之温度高于分离器压力下液料的泡点，然后通过节流阀降低压力至规定值，过热的液体混合物在分离器中部分汽化，平衡的气液两相及时被分离。通常分离器又称闪蒸塔（罐）。
图2-4 平衡蒸馏装置
1—加热器；2—节流阀；3—分离器
2.2.2 简单蒸馏及平衡蒸馏的原理
理想物系的相平衡是相平衡关系中最简单的模型。所谓理想物系是指液相和气相应符合以下条件。
①液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。
②气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。当总压不太高时（一般不高于104kPa）时，气相可视为理想气体。
用相图来表示气液平衡关系比较清晰、直观，而且说明蒸馏原理及分析过程的影响因素也非常方便。
在恒定总压下，溶液的平衡温度随组成而变，温度与液（汽）相的组成关系可用温度组成图或t-x-y图表示。图2-5所示是在总压为101.3kPa下测得的苯-甲苯混合液的平衡温度-组成图。图中的上曲线为t-y线，称饱和蒸汽线（或露点线）。下曲线为t-x线，称饱和液体线（或泡点线）。上述的两条曲线将t-x-y图分为三个区域：饱和液体线以下为液相区，饱和蒸汽线以上为过热蒸气区，两曲线包围的区域为气液共存区。气液共存区内的自由度为1，即是说，若温度指定之后，则两个平衡相的组成也就随之而定。
图2-5 苯-甲苯混合液的t-x-y图
图2-6是101.3kPa的总压下，苯-甲苯混合物系的x-y图，它表示不同温度下互成平衡的气液两相组成y与x的关系。图中对角线x=y的直线供查图时参考用。对于理想物系，气相组成y恒大于液相组成x，故平衡线位于对角线上方。平衡线偏离对角线越远，表示该溶液越易分离。x-y图可通过t-x-y图做出。常见两组分物系常压下的平衡数据，可从物理化学或化工手册中查得。在双组分蒸馏的图解计算中，应用一定总压下的x-y图非常方便快捷。
图2-6 101.3kPa的总压下，苯-甲苯混合物系的x-y图
应用t-x-y图，可以求取任一沸点的气液相平衡组成，或者求取理想平衡时的温度。在恒定总压下，组成为x，温度为t1（图2-5中的点A）的混合液升温至t2（点J）时达到该溶液的泡点，产生的第一个气泡组成为y1（点C）。同样，组成为y、温度为t4（点B）的过热蒸汽冷却至温度t3（点H）时达到混合气的露点，凝结出第一个液滴的组成为x1（点Q）。当某混合物系的总组成与温度位于点K时，则此物系被分成互成平衡的气液两相，其液相和气相组成分别用L、G两点表示。两相的量由杠杆规则确定。
简单蒸馏过程的任何瞬间，气相与釜中液体处于相平衡状态。组成为xF1的混合液在蒸馏釜中被加热至泡点温度tF1而汽化，与之相平衡的蒸汽组成为yF1，且yF1>xF1，将蒸汽全部冷凝，即得到易挥发组分含量高于原始溶液的馏出物。随着过程的进行，蒸汽不断的引出，釜中料液的易挥发组分含量不断减少，相应产生的蒸汽组成也随之降低，而釜内溶液的泡点则逐渐升高。则xF1>xF2>xF3>…，与此相对应，yF1>yF2>yF3>…，而tF1<tF2<tF3<…。这一过程表示在图2-7中。
图2-7 简单蒸馏过程温度与组成关系图示
在平衡蒸馏过程中，闪蒸器内压力及温度均保持恒定，蒸汽与液相处于平衡，即在闪蒸器内通过一次部分汽化使混合液得到一定程度的分离。图2-8中将闪蒸过程表示在t-x-y图中，原料液组成为xF，经过一次部分汽化，得到相互平衡的气相组成yD和液相组成xW，并且xW<xF<yD，将气相组成为yD的蒸汽全部冷凝下来，即得到易挥发组分含量较高的顶部产品，而塔底排出液中易挥发组分较低。
图2-8 闪蒸过程温度与组成关系图示
从以上的讨论可以看出，无论是简单蒸馏还是平衡蒸馏，在一定的汽化率下均不能得到纯度较高的产品，为了对混合物进行较高纯度的分离，应采用精馏操作。