平衡蒸餾是指使混合液體部分汽化、并使汽液兩相處于平衡狀態，然后將汽液兩相分開的過程，簡單流程如圖1所示。組成為x_F、進料流量為F的混合液體溶液被送入到平衡蒸餾器前的預熱器1進行預熱，預熱后的物流經過減壓閥2進入到平衡蒸餾器3中，在蒸餾器中部分液體由于減壓而汽化并形成汽液兩相平衡，流量為D、組成為y的汽相從蒸餾器頂部引出，而流量為W、組成為x的液相從蒸餾器底部引出，從而完成混合液的一次分離。在平衡蒸餾過程中，液體混合物在預熱器中吸熱，而經減壓閥后則為絕熱過程（忽略熱量損失），液體部分汽化通過物流自身降溫實現。如在相圖中表示，其僅為一個平衡級，如簡單蒸餾中的a線、或b線、或c線。

圖1 平衡蒸餾基本流程

平衡蒸餾過程的計算包括三個部分，即物料衡算、熱量衡算和相平衡計算，具體計算過程如下所述（各參數意義如圖1中所示）。

（1）物料衡算

對總物料：

    F = D + W

對易揮發組分：

    Fx_F = Dy + Wx

結合上兩式可得：

    Fx_F = Dy + (F-D)x

即：

                                  （a）

進一步假設：

    W/F = q

則：

    D/F = 1-q

將上兩式帶入式（a）可得：

    該方程描述了汽液相平衡組成達到平衡時的關系，該方程被稱為進料方程，在精餾操作的計算中至關重要。在x-y圖上 ，該方程表示通過點（x_F ,x_F）且斜率為q/(q-1)的直線。

（2）熱量衡算

對加熱器做熱量衡算，并忽略加熱器的熱損失，則得：

    Q = FC_p(T-T_f) 

式中Q為加熱器提供的熱量，T為加熱后的溫度，而t_f為進料溫度。

原料液節流減壓后進入蒸餾器，由于物料是通過自身的降溫來使部分液體汽化，即物料放出的顯熱等于部分氣化所需的潛熱，所以有如下等式：

    FC_p(T-T_e) = (1-q)Fr

式中r為液體在平衡溫度t_e時的汽化焓。從此式可獲得原料液離開加熱器的溫度：

（3）汽液平衡關系

    要求得汽液平衡時的分離效果，即平衡分離后的汽液相組成，必須結合相平衡關系，汽液相平衡公式如下：

平衡溫度與液相組成關系為：

        t_e = f(x)

結合以上三個方面即可完成平衡蒸餾的計算，求得分離后的汽液相組成、熱負荷等等。

以上對平衡蒸餾的計算過程也可以通過相圖表示，如下圖（圖2）所示。該圖為x-y相圖，首先畫出平衡方程線，如果知識液化率或汽化率，可在圖中畫出進料方程線，它們的交點即為平衡汽液相組成，通過該點引x軸的垂線，與沸點線（）相交，即可得到平衡溫度，再結合相關公式可完成熱負荷的計算。

圖 2 平衡蒸餾相圖表示計算過程