特殊精馏方式

特殊精馏
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特殊精馏
一般的蒸馏或精馏操作是以液体混合物 中各组分的相对挥发度差异为依据的。组 分间挥发度差别愈大愈容易分离。 但对某些液体混合物，组分间的相对挥发 度接近于1或形成恒沸物，以至于不宜或 不能用一般精馏方法进行分离。则需采用 特殊精馏方法。
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特殊精馏
特殊精馏方法有膜蒸馏、催化精馏、吸附 精馏、恒沸精馏、萃取精馏、盐效应精馏 等。 对恒沸精馏、萃取精馏、盐效应精馏都是 在被分离溶液中加入第三组分以加大原溶 液中各组分间相对挥发度。
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流程收敛
• 介绍概念
✓模块收敛（convergence blocks） ✓撕裂流股（tear streams） ✓流程顺序（flowsheet sequences）
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流程收敛
评估流程的收敛性，需确定
• 计算顺序 • 撕裂流股 • 求解的迭代次数 • 收敛容差 • 收敛的计算方法
关于流程收敛性的所有信息都会写入控制面板（Control Pan nel）
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流程收敛---收敛模块
• 每个设计规定和撕裂流都有一个相关联的收敛模块 • 收敛模块确定撕裂流估算初值或设计规定中控制变
量值在逐次迭代过程中的更新方法。 • Aspen Plus定义的收敛模块的名字以字符“$.”开
头
• 用户定义的收敛模块的名字一定不要用字符“$.”开头 。
• 要确定由Aspen Plus定义的收敛模块，请看Control Panel（控制面板）信息中的“Flowsheet Analysis （流程分析）” 部分。
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特殊精馏—多效精馏
• 例题：
甲醇分离塔，要将60wt%甲醇水溶液提纯。分别用单塔 和双效塔进行分离，并比较当两种产品一致时的能量 利用情况。已知条件： 进料温度为20C，压力为101.325kPa，流率为100kg/h 。单塔的压力为101.325kPa，理论板数为22， 进料板 位置为11， 塔顶产品流率为63kg/h，摩尔回流比为0. 65.

萃取精馏原理
• 3、当原有两组分 A和B的沸点相近，非理 想性不大时，若相对挥发度接近于1，则用 普通精馏也无法分离。入溶剂后，溶剂 与组分A形成具有较强正偏差的非理想溶液， 与组分B 形成负偏差溶液或理想溶液，从而 提高了组分A对组分B的相对挥发度，以实 现原有两组分的分离。溶剂的作用在于 对 不同组分相互作用的强弱有较大差异。
精馏萃取
• 萃取精馏定义： 向精馏塔顶连续加入高沸点添加剂， 改变料液中被分离组分间的相对挥发度， 使普通精馏难以分离的液体混合物变得易 于分离的一种特殊精馏方法。
一、萃取精馏原理
• 1、溶剂在萃取精馏中的 作用是使原有组分的相对 挥发度按所希望的方向改 变，并有尽可能大的相对 挥发度。 • 2、当被分离物系的非理 想性较大，且在一定浓度 范围难以分离时，加入溶 剂后，原有组分的浓度均 下降，而减弱了它们之间 的相互作用，只要溶剂的 浓度足够大，就突出了两 组分蒸汽压的差异对相对 挥发度的贡献，实现了原 物系的分离。在该情况下， 溶剂主要起了稀释作用。
结语
• 萃取精馏主要用于那些加入添加剂后，因相对挥 发度增大所节省的费用，足以补偿添加剂本身及 其回收操作所需费用的场合。 • 萃取精馏最初用于丁烷与丁烯以及丁烯与丁二烯 等混合物的分离。 • 目前，萃取精馏比恒沸精馏更广泛地用于醛、酮、 有机酸及其他烃类氧化物等的分离。
二、萃取精馏过程分析
• 一般规律： • （1）汽液流率： • 由于溶剂的沸点高，流率较大，在下流过程中溶剂温升会冷凝一定 量的上 • 蒸汽，导致塔内汽相流率越往上走越小，液相流率越往下流越大。 • 溶剂存在下，塔内的液汽比大于脱溶剂情况下的液汽比； • 各板下流的溶剂流率均大于加入的溶剂流率； • 汽相流率、液相流率都是越往上越小。 • （2）浓度分布。溶剂在塔内浓度分布分为四段： • 1)溶剂回收段 2)精馏段 3)提馏段 4)塔釜： • 举例：丙酮 / 甲醇 / 水萃取精馏塔内液相浓度分布 ◆ 丙酮；○ 甲醇；▲ 水（溶剂）

(2-162) ln 12 p1s (1 2 x1 ) ln( s ) Ts A12 p2 (2-161)
讨论溶剂S对 1, 2 的影响:
第三项: x ( A A ) 反映了溶剂S对组分1,2不同作用效果.
s 1S 2S
使 1, 2 / s 1 A1s 0
３）当三元系中有二对二元最低恒沸物，而另一对是二元最 高恒沸物时，压力曲面上就可能出现“谷”；温度曲面 上 就可能出现“脊”； 当三元系中有二对二元最高恒沸物，而另一对是二元最 低恒沸物时，温度曲面上就可能出现“沟”；压力曲面 上 就可能出现“脊”；
2.恒沸点的预测
12
恒沸点时: 12 1 ki ˆV i P
sn x s
结合(2-164)和(2-167) 精:
xs S D sn (1 sn ) L 1 xs
(2-168)
S
RDxs (1 sn )
D sn x s
(1 x s )
1 (1 sn ) x s
(2-169)
提:
xs
其中:
S (1 sn ) L
xs [A 1s A s2 2x1(A s1 A 1s ) xs (A 2s A s2 ) C(x2 x1)]
若 r~X 曲线近似对称,即 Ai,j=Aj,i , C=0
A1, 2 A2,1 A12
A12 A1, 2 A2,1 2
S A1, S AS ,1 A1
V i
0
ˆ P
0
1, 2
V 0 ˆ K1 2 1 f1 V ˆ f0 K2 1 2 2
一般萃取精馏操作压力不高,所以

按萃取剂的萃取原理,通常希望所选的萃取
剂应与塔釜产品形成理想溶液或具有负偏差的非 理想溶液。与塔釜产品形成理想溶液的萃取剂容
易选择,一般可由同系物或性质接近的物料中选
取。对萃取精馏希望萃取剂与塔顶组分1形成具
有正偏差的非理想溶液,且正偏差越大越好。

例如甲醇-丙酮(甲醇沸点64.7℃，丙酮沸点56.4℃)溶液 具有最低共沸点,t恒=55.7℃、x(CH3OH)=0.2的非理想溶 液,如用萃取精馏分离时,萃取剂可有两种类型




（1）挟带剂应能与被分离组分形成新的恒沸液， 其恒沸点要比纯组分的沸点低，一般两者沸点差 不小于10℃； （2）新恒沸液所含挟带剂的量愈少愈好，以便减 少挟带剂用量及气化、回收时所需的能量； （3）新恒沸液最好为非均相混合物，便于用分层 法分离； （4）无毒性、无腐蚀性，热稳定性好； （5）来源容易，价格低廉。

由于加入的萃取剂是大量的（一般要求xs>0.6）, 因此塔内下降液量远大于上升蒸汽量，造成汽液 接触不佳，设计时要考虑塔板及流体动力情况。 由于组分间相对挥发度是借助萃取剂的加入量来 调节，当塔顶产品不合格时，不能采用加大回流 的办法调节，一般调节方法：①加大萃取剂用量； ②减少进料量，同时减少塔顶产品的采出量；
精馏是化工过程中重要的分离单元操作，其 基本原理是根据被分离混合物中各组分相对挥发 度（或沸点）的差异，通过一精馏塔经多次汽化 和多次冷凝将其分离。在精馏塔底获得沸点较高 （挥发度较小）产品，在精馏塔顶获得沸点较低 （挥发度较大）产品。但实际生产中也常会遇到 各组分沸点相差很小或者具有恒沸点的混合物， 用普通精馏的方法难以完全分离。此时需采用其 他精馏方法，如恒沸精馏、萃取精馏、溶盐精馏 或加盐萃取精馏等。