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萃取精馏和共沸精馏-分离工程

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1 化工分离工程论文 浅谈萃取精馏和共沸精馏

1 化工分离工程论文 浅谈萃取精馏和共沸精馏

1 化工分离工程论文浅谈萃取精馏和共沸精馏前言在化工生产中常常会遇到欲分离的组分之间的相对挥发度接近于 1 或者形成共沸物的系统。

应用一般的精馏方法分离这种系统或者在经济上是不合理的。

或者在技术上是不可能的如向这种溶液中加入一个新的组分，通过它对原溶液中各组分的不同作用，改变它们之间的相对挥发度，系统变得易于分离，这类既加入能量分离剂又加入质量分离剂的精馏过程称为特殊精馏。

故需要对特殊的精馏，即萃取精馏、共沸精馏的特点进行相应的了解，让这两种特别的精馏方法更好地为人类做贡献。

1 萃取精馏1.1 萃取精馏原理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。

当被分离物系的非理想性较大，且在一定浓度范围 2 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。

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。

加入溶剂后，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。

1.2 萃取精馏过程分析（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升蒸汽，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：1.3 萃取剂萃取剂就是用于萃取的溶剂两种液体互不相溶，需要萃取的物质在两液体中溶解度差别很大的时候可以进行萃取。

分离工程

分离工程

《分离工程》课程综合复习资料一、填空题1、分离过程是将混合物分成 的两种或几种产品的操作。

2、请在下列选项中选择：（写上字母即可）超滤属于 、 过程；沉降属于 ；共沸精馏属于 、 过程。

（A. 平衡分离 B. 传质分离 C. 机械分离 D. 速率分离）3、膜分离的推动力可以是 、 或 。

4、宽沸程混合物闪蒸的热衡算更主要地取决于 ，因此将热衡算放在 循环中。

5、相平衡状态下，从热力学上看，整个物系自由焓处于 ；从动力学来看，相间 。

6、化学工业中最常使用的结晶技术是 和 。

7、MESH 方程分别指 ； ； ； 。

在BP 法中用M 、E 方程求解 。

8、汽相为理想气体，液相为非理想溶液时，活度系数法计算相平衡常数的简化形式是 。

9、液液平衡的分离因子又称为 。

10、相平衡指的是混合物或溶液形成若干相，这些相保持着 而 的状态。

二、单项选择题1、气液平衡的分离因子又称为（ ） A. 相对挥发度 B. 分配系数C. 相对选择性D. 回收率2、根据图中恒浓区（阴影部分）的位置，判断下列说法正确的是（ ）A. HNK 为分配组分，LNK 为非分配组分；B. HNK 为非分配组分，LNK 为分配组分；C. HNK 为分配组分，LNK 为分配组分；D. HNK 为非分配组分，LNK 为非分配组分；3、公式Vi L i i f f K / 适用于下面哪种情况？（ ）A. 汽相为理想溶液，液相为理想溶液；B. 汽相为理想气体，液相为理想溶液；C. 汽相为理想溶液，液相为非理想溶液；D. 汽相为理想气体，液相为非理想溶液。

N表示（）4、在设计变量中，eaA.装置设计变量数B. 单元固定设计变量数C．单元可调设计变量数D. 装置固定设计变量数5、HNK表示（）A.分配组分B.重关键组分C. 重非关键组分D. 轻非关键组分6、液液平衡的分离因子又称为（）A. 相对挥发度B. 分配系数C. 相对选择性D. 回收率7、分离丙酮-甲醇的共沸物，加入下面哪种物质可使的丙酮成为轻组分？（）A. 水B. 乙酸甲酯C. 正己烷D. 乙醚8、图Ⅰ中的汽相浓度变化曲线，描述的是图Ⅱ中的哪个区域？（）A. 属于1区B. 属于3区C. 属于4区D. 属于6区三、判断题1、在共沸精馏中，共沸剂的加入量既不能多也不能少，必须根据物料平衡严格控制。

新型分离技术--第3部分-特殊精馏技术

新型分离技术--第3部分-特殊精馏技术


产物外观（纯度）
分子蒸馏装置
刮膜式分子蒸馏器 利用刮膜器将料液在蒸发面上 刮成厚度均匀且连续更新的涡 流液膜，大大增强了传质和传 热效率，能有效控制液膜的厚 度、均匀性及物料的停留时间。 目前应用最广。
分子蒸馏的应用
如鱼油中 EPA（二十 碳五烯酸） 和DHA（二 十二碳六烯 酸的分离精 制）； 鱼肝油、小 麦胚芽油、 维生素、辣 椒红色素、 玫瑰油等的 提取分离
二异丙苯
丙烯
异丙苯
异丙苯、丙烯
1-催化精馏塔 2-异丙苯塔 3-多烷基苯塔 4-反烃化反应器
二异丙苯等
异丙苯、二异丙苯等
4 分子蒸馏
分子蒸馏又称短程蒸馏，是在高真空下进行，根据分子运动平 均自由程的差别，使液体在远低于沸点的温度下蒸馏分离，受 热时间短，特别适于处理高沸点及热敏性物系。 基本原理：不同分子的有效直径不同，平均 自由程也有差异，即混合液的分子受热后从 液面逸出，不与其它分子发生碰撞所运行的 距离是不相同的。一般来讲，轻分子的平均 自由程比重分子大，若在离蒸发面小于轻分 子平均自由程而大于重分子平均自由程处设 置一个冷凝面，轻分子可到达冷凝面，破坏 平衡，使其继续逸出。而重分子则不能到达 冷凝面，很快会与液相重分子处于动态平衡， 表观上不再从液面逸出，从而使混合物得以 分离。
苯
苯烷基化制异丙苯
苯(A)与丙烯(B)催化反应合成异丙苯(C)，苯 的沸点远大于丙烯，故苯从反应段上部进料，可 只设反应段和提馏段。 烷基转移反应过程中同时伴有烷基转移反应： 烷基化反应：A+B→C（主）；B+C→D（副） 烷基转移反应：A+D=2C（副）D为二异丙苯； 催化填料为酸性沸石或酸性阳离子树脂
废水处理
天津大学化工分离工程教案第3章多组分精馏和特殊精馏精品文档

天津大学化工分离工程教案第3章多组分精馏和特殊精馏精品文档

(xiD)m —最小回流比下馏出液中组分i的摩尔分数； xiF —进料中组分i的摩尔分数； q —进料热状态参数（进料液相分率）；
—方程的根。 取LK>>HK的根
19
3.1.3 最少理论板数（Nm）和组分分配
全回流对应最少理论板数，但全回流下无产品采出， 因此正常生产中不会采用全回流。 什么时候采用全回流呢？
Fenske
Underwood Gilliland
Nm
Rm
R、N
34
开始
指定进料条件
指定两个关键组分的分离程度
估计非关键组分的分离情况
决定精馏塔操作压力和冷凝器类型 （泡、露点计算）
在塔压下作闪蒸计算
（绝热闪蒸计算）
计算最少理论板数和非关键组分的分离程度
（Fenske eq.）
no 计算值与估计值是否接近
图3-6 四组分精馏液相组成分布
11
多组分精馏与二组分精馏在含量分布上的区别：
（1）关键组分含量存在极大值； （2）非关键组分通常是非分配的，
即重组分通常仅出现在釜液中， 轻组分仅出现在馏出液中； （3）重、轻非关键组分分别在进料板下、上 形成几乎恒浓的区域； （4）全部组分均存在于进料板上，但进料板 含量不等于进料含量。
2
xA xB
2
由物料衡算：

yA yB
3

xA xB
2
可得： x xB AD12x xB A212y yB A3
依此类推到塔釜：
xxB AD12N1NxxB AW （3-5）
（1）萃取精馏（Extractive Distillation）： 加入的质量分离剂不与被分离系统中的任何组分 形成共沸物，而其沸点又较原有的任一组分高， 从塔釜离开。加入的质量分离剂称为溶剂。
化工分离工程第3章 多组分精馏2

化工分离工程第3章 多组分精馏2


FLGC
3.3.6 共沸与萃取精馏比较
共同点: 加入溶剂S， 萃取精馏的优点：
12 / s
(1) 因萃取精馏溶剂沸点高，溶剂可从塔顶或附近加入，使
全塔的相对挥发度都得到提高。
(2) 萃取精馏溶剂在塔内基本上不挥发，能量消耗少。而共
沸精馏中共沸剂与原料组分同时气化，消耗能量。
(3) 共沸精馏由于必须形成共沸物，因而可供选择的共沸剂
FLGC
特殊精馏
• 普通精馏不适合于以下状况的物料： 1、相对挥发度接近1的组分； 2、待分离组分间形成共沸物； 3、待分离组分是热敏物质； 4、待分离组分是难挥发组分，且含量低。
特殊精馏——利用加入热能和质量分离剂以增加原有组 分间的相对挥发度值的精馏方法。
FLGC
常用的特殊精馏方法
• 共沸精馏——如果加入的第三组分能和被分离物系中一个 或几个组分形成共沸物时，第三组分以共沸物的形式从精 馏塔塔顶蒸出。所加入的新组分称为共沸剂。
方案2：选择丙酮的同系物，则塔顶产物为甲醇，塔釜为丙酮及同
系物
哪个更好？
FLGC
（2）从分子结构相似（或极性相似）的概念选择溶剂 常见有机化合物按极性增加的顺序排列为： 烃→醚→醛→酮→醇→二醇→水 应选择在极性上更类似于重关键组分的化合物为溶剂， 可以有效的减小重关键组分的挥发度！
同样如甲醇（沸点64.7）—丙酮（沸点56.5）体系 选烃为溶剂，烃与丙酮极性相似，塔顶产物为甲醇，塔
FLGC
萃取精馏的注意事项：
（1）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，故萃取精馏塔 的塔板效率低，大约为普通精馏的一半左右(回收段不包括在 内)。设计时要考虑塔板及流体动力情况。
《化工分离工程》PPT课件-第8讲萃取精馏

《化工分离工程》PPT课件-第8讲萃取精馏



因为在一般情况下馏出液中不含溶剂,故上式可以简化为:
y

, n 1
ln , D , xn xD vn 1 vn 1
Ln ln 1 ys n1 : Vn1 vn1 1 xs n
将上式与相对浓度表示的物料恒算方程比较有:
萃取精馏过程分析

因为溶剂的挥发度小于原溶液组分的相对挥发到,并且在同一塔段的塔板, 特别是相邻的板上,溶剂在液相中的浓度基本恒定,故

加入的溶剂 是挥发度最 低的组分
萃取精馏工业应用
进料中的关键组分
丙酮—甲醇 苯—环己烷 丁二烯—丁烷 丁二烯—1-丁烯 丁烯—异戊烯 环己烷—庚烷 乙醇—水
溶剂
苯胺，水，乙二醇 苯胺，糠醛 丙酮 糠醛 二甲基甲酰胺 苯胺，苯酚 甘油，乙二醇
进料中的关键组分
丙烷—丙烯 异丁烷—1-丁烯 甲苯—庚烷 异戊烷—异戊烯 正丁烷—顺2-丁烯 四氢呋喃—水 吡啶—水
溶剂
乙腈 糠醛 苯胺，苯酚 丙酮 糠醛 丙二醇 双酚
萃取精榴原理

由相平衡常数定义可以得到：
V i OL
ˆ yi p i xi f i

i fi Ki V ˆi p
0
料液中两个(关键)组分1和2的相对挥发度为
12
V ˆ2 Ki 1 f10 V ˆ1 2 f 20 Kj
萃取精榴原理

一般萃取精馏的压力不高，所以


ˆ ˆ 1
V 1 V 2
于是
s s f10 p1 f 20 p2
1 p1s 12 s 2 p2
p1s 1 ps 2 TS 2 s
分离工程 第3章 精馏1

分离工程 第3章 精馏1

流量和组成； ※ 用芬斯克公式计算最少理论级数； ※ 用恩德伍德公式计算最小回流比； ※ 用吉利兰关联图求得理论级数N
31
⑴清晰分割的物料衡算
按工艺要求选好一对关键组分，建立全塔物料衡
算式
FDW
FizWiW xDiD x
轻组分在塔釜不出现，重组分在馏出物中不出现
已知分离要求： xLKW, xHKD nLK DF zi (FD )xLK WDHxKD
43
所有组分 只有LNK为 只有HNK为 LNK和HNK都 为分配组分 非分配组分 非分配组分 为非分配组分
多组分精馏塔内的恒浓区
44
ixiF 1q i
Rm
ixiD i
1
讨论：
①上式推导假定为恒摩尔流率，依据
恒浓区的概念， i为常数
②θ是方程的根，有c个，只取
HH 1LH
③适宜回流比由操作费和设备费确定
通常，把由设计者指定分离要求的这2个组分称为 关键组分。 相对易挥发的组分称为轻关键组分（LK）， 相对不易挥发的组分称为重关键组分（HK）。
18
⑵名词解释
①关键组分 在设计或操作控制中,有一定分离要求,且在塔 顶、塔釜都有一定数量的组分称为关键组分 轻关键组分（LK):指在塔釜液中该组分的浓 度有严格限制，并在进料液中比该组分轻的 组分及该组分的绝大部分应从塔顶采出 重关键组分(HK): 塔顶 重 塔釜
二、多级分离过程的简捷法（群法）计算
Short-cut Method of Multicomponent distillation
5
§3-1 多组分精馏
Multicomponent distillation
6
§3-1 多组分精馏
Multicomponent distillation
11化工分离工程-萃取精馏

11化工分离工程-萃取精馏


1. 很小， 可忽略。 1 xS
分析（3—53）、（3—54）：
1.饱和气体进料（q 0）。若 0 S S xS ； xS 。 xS xS S RD S RD qF 有液体存在时（q 0)： x S x S
2.由于S挥发性小，基本上从釜采出 S S S （x S） ；x S W W wS S RD qF （RD qF） w, （x S） W xS 溶剂S在再沸器中发生跃升
（a 12） S 加S后， 1
a 12
★ 稀释原溶液：
体现：当原溶液沸点差大，非理想性很强时，a 12 1
S P i
加S后，浓度下降，而 x S 增加，
（ ) 小。 A12 1 x S） (1 2 x1
补充作业：
在萃取精馏中，已知60℃时：
0.444 A1 S 1.05 A12 试计算： 1. x1 0.6，x2 0.（ 4 mol分数）时a12 2. 条件不变，加水为萃取剂，使xS 0.8 （mol分数), 求此时（a12） s S 0.29 A2
a12
分析上式：
（a 12） S 希望（a 12） （ a ）； 1 S 12 xS大 有： [ A A A（1 2 x ） 1S 2S 12 1 ] 0
a 12
溶剂的作用：
★ 对原溶液1、2组分产生不同的作用，提高 a 12
0）非理想性不很 体现：原溶液沸点差不大（ A12 S 0; A2 S 0， 强时， 若：A1 S A2 S 0， 有： A1
对S物料衡算：VN yS S LN xS LN xS S LN xS S yS VN LN D S S的相平衡关系： xS xS yS 2 （ 1 ）xS 1 i xi 1 溶剂； 2 非溶剂
分离工程 第三章 精馏3

分离工程 第三章 精馏3

§3-3 萃取精馏
（Extractive distillation）
一、萃取精馏过程
Extractive distillation process
3.3 二、萃取精馏的原理
Principle of extractive distillation
萃 三、萃取剂的选择
取
Selection of extractant
溶剂效果的一个重要标志。
当二元组分所构成的溶液为理想溶液时，由
于 ln
ln
P10 P0
2
,所以从式（3－112）不难看出
其中 A12 '(1 2x1) 的项，表达了该二元组分所
构成的溶液与理想溶液的偏离程度。
它既与组分1、2的物性有关（用A12’ 表 示），也与组分的浓度有关（用x1表示）。
分析（3—113）：
溶剂的浓度 xS 越大，原溶液的非理想
性降低的越多。
因此可认为此时溶剂起稀释作用，使原 有的两组分相互作用减弱。
3、对原组分沸点相差较大，而所形成的二 元溶液非理想性很强（如恒沸物）的物系，
如果使溶剂的浓度 xS 足够大，即使(A1S 'A2S ')
不大于0，也有可能使 S 增大。此时溶剂
所起的有效作用主要是稀释作用。
⑶影响萃取剂选择性的因素
①萃取剂本身性质的影响
选择的萃取剂应与组分1形成正偏差
3.3
非理想溶液，与组分2形成负偏差非理
想溶液或理想溶液
萃
②物系本身性质的影响
取
精
A12 0 x1 0.5 A12 0 x1 0.5
馏 不满足此条件时，可采用萃取剂中间采出的流程
③萃取剂浓度的影响
lg S12 xs
共沸精馏和萃取精馏

共沸精馏和萃取精馏

共沸精馏、萃取精馏介绍一、什么是恒沸精馏（共沸精馏）在被分离的物系中加入共沸剂（或者称共沸组分），该共沸剂必须能和物系中一个或几个组分形成具有最低沸点的恒沸物，以至于使需要分离的集中物质间的沸点差（或相对挥发度）增大。

在精馏时，共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸出，工业上把这种操作称为恒沸精馏。

下面以制取无水酒精为例，说明恒沸精馏的过程，水和酒精能形成具有恒沸点的混合物，所以用普通的精馏方法不能获得纯度超过96%（体积）的乙醇，若在酒精和水的溶液中加入共沸组分-苯，则可构成各种恒沸混合物，但以酒精、苯和水所组成的三组分恒沸混合物的沸点为最低（64.84℃）。

当精馏温度在64.85℃时，酒精、苯和水的三元混合物首先被蒸出；温度升至68.25℃时，蒸出的是酒精与苯的二元恒沸混合物；随着温度继续上升，苯与水的二元恒沸混合物和酒精与水的二元恒沸混合物也先后蒸出，这些恒沸物把水从塔顶带出，在塔釜可以获得无水酒精。

工业上广泛地用于生产无水酒精的方法，就是根据此原理。

恒沸精馏的过程中，所加入的共沸组分必须从塔顶蒸出，而后冷凝分离，循环使用。

因而恒沸精馏消耗的能量（包括汽化共沸剂的热量和输送物料的电能）较多。

二、什么是萃取精馏？在被分离的混合物中加入萃取剂，萃取剂的存在能使被分离混合物的组分间的相对挥发度增大。

精馏时，其在各板上基本保持恒定的浓度，而且从精馏塔的塔釜排出，这样的操作称为萃取精馏。

例如，从烃类裂解气的碳四馏分费力丁二烯时，由于碳四馏分的各组分间沸点相近及相对挥发度相近的特点，而且丁二烯与正丁烷还能形成共沸物，采用普通的精馏方法是难以将丁二烯与其它组分加以分离的。

如果采用萃取精馏的方法，在碳四馏分中加入乙腈做萃取剂，则可增大组分间的相对挥发度，使得用精馏的方法能将沸点相近的丁二烯、丁烷和丁烯分离。

碳四馏分经过脱碳三、和碳五馏分后，进入丁二烯萃取剂精馏塔，在萃取剂乙腈的存在下，使丁二烯（包括少量的炔烯）、乙腈与其它组分分开，从塔釜采出并进入解析塔，在此塔中，丁二烯、炔烯从乙腈中解析出来，萃取剂循环使用。

3.2.1萃取精馏2008-10-6

3.2.1萃取精馏2008-10-6


3.2.1 萃取精馏
１．溶剂的选择性
1 , 2
ˆ K1 V 1 f10 L 2 V ˆ K 2 1 2 f 20 L
一般萃取精馏的压力不高，所以可假设气相为理想气体， 则：
ˆ 1
V 1
ˆ 1
V 2
f
0L 1
P
s 1
f
0L 2
P
s 2
1 P1s 12 2 P2s
1) 各组分在常压时沸点虽十分接近，但它们的蒸汽压随温
度变化的程度有明显差异时，一般可以通过选择适当的
操作压力实现经济的分离。 2) 恒沸物的组成随压力有比较显著的改变，可以采用操作 压力不同的双塔系统实现分离； 3) 恒沸物是非均相的，也可以采用双塔系统实现分离。
3.2 萃取精馏和共沸精馏

4）更普通的处理方法是向精馏系统添加第三种组分，通
ln 12 ln( P s / P2s )T2 A12 (1 2 x1 ) 1
( P s / P2s )T3 ( P s / P2s )T2 1 1
式（3） ln
12, s 12
xs ( A1s A2 s ) A12 (1 2 x1 )
or
12,s 1
ln 12, s ln( P s / P2s )Ts A12 (1 xs )(1 2 x1 ) xs ( A1s A2 s ) 1
二、萃取精馏原理及溶剂的选择
3.2.1 萃取精馏
② α12 ≈1
对于料液是最低恒沸点混合液。
A12 0
当x s 0时
ln(1 / 2 ) A12 (1 2 x1 ) A12 (1 2 x1 )

《分离工程》第3章 特殊精馏

第三章特殊精馏3.2 混合物组分相图3.3 萃取精馏3.4 恒沸精馏3.1 概述普通精馏不适用于以下物系的分离：╳α=1；╳α≈1；╳热敏性物系；╳含量低的难挥发组分；3.1概述实现分离、降低能耗为什么用特殊精馏？x, yTP 1P 2相对挥发度随压力变化大改变操作工艺或条件仍可采用普通精馏？3.1概述恒沸组成随压力变化76.5℃69.3%109.0℃60.1%2000kPa101.3kPa改变操作工艺或条件仍可采用普通精馏？H 2OCH 3CN3.1概述WaterAcetonitrile50%60.1%109.0 ºC69.3%76.5 ºC101.3kPa2000kPa塔1塔2恒沸物是非均相x,yT改变操作工艺或条件仍可采用普通精馏？3.1概述水相有机相水有机溶剂有机相水相进料塔1塔2分类:❒萃取精馏: 加溶剂S , 使a AB ❒恒沸精馏: 加溶剂S , a AS = 1 , a AB ❒加盐精馏: 加盐，a AB❒反应精馏: 通过分离促进反应，或者通过反应促进分离特殊精馏？分类？特殊精馏——既加入能量分离剂又加入质量分离剂的精馏3.1概述无盐5%盐盐饱和x1y1醋酸钾浓度对乙醇-水相平衡的影响Furter经验方程：加盐，a AB()ss kx =ααln 乙醇-水加盐精馏体系示例：甲醇和甲醛缩合生产甲缩醛，甲醛转化率低利用精馏促进反应，或者利用反应促进精馏通过精馏分离促进反应，提高转化率。

OH O H C O CH OH CH 263232+↔+第三章特殊精馏3.1 概述3.2 混合物组分相图3.3 萃取精馏3.4 恒沸精馏3.2 混合物组分相图ABCM三组分相图的几种形态等腰直角三角形坐标系等边三角形坐标系X-Y 直角坐标系00.20.40.60.8100.20.40.60.81YXMABCM简单蒸馏剩余曲线图三元混合物间歇蒸馏釜中液体完全混合，泡点3.2混合物组分相图(2)(3)(4)(5)WdtdWx y dt dx i i i )(-=WdtdW dt d -=ζ2,1,=-=i y x d dx i i iζ(1)3,2,1,==i x K y i i i 1,13131==∑∑==i iii ixK x),,,,,,(321321y y y x x x T f =ζ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=)(ln )(0t W W t ζiy ix W ,剩余曲线图3.2 混合物组分相图剩余曲线：蒸馏过程中剩余液相组成随时间变化关系的曲线。

化工分离工程课件-第9讲 共沸精馏 精品推荐


不需要试差
二元共沸物组成计算举例

还有另外一种情况是：
★ 已知t时形成共沸物，求：P、x S 1 解出 计算 P2 由t （ ） x i S 2 P1
i P
压力对恒沸物组成的影响


压力的变化会改变恒沸物的组成，压力对恒沸物 组成变化的关系在某些情况下对恒沸物的分离具 有特别的意义，因为通过仅仅通过压力的变化就 可以达到分离恒沸物的目的。 关于压力对很沸物组成的影响关系比较复杂，有 人提出了压力对恒沸物组成改变的一般规律为： 对二元正偏差体系，共沸物组成向蒸汽压急剧增 加的组分移动，根据Clausius方程，压力增加， 最低恒沸物的组成向摩尔潜热大的组分移动，最 高恒沸物的组成向摩尔潜热小的组分移动。
工业酒精恒沸精馏（用苯作恒沸剂）制取无水酒精 。乙醇-水二元恒沸物（恒沸点78.15℃，乙醇摩尔 分率为0.894）
三元非均相 恒沸物 冷凝器 分层器 二元恒沸物 三元非均相 恒沸物 冷凝器
乙醇水恒沸物
恒 沸 精 馏 塔 无水酒精
苯 回 收 塔
稀乙醇 水溶液
乙 醇 回 收 塔 水
二元恒沸物
共沸物

x 1则： 1，
11 2 1 1 S 1 1 2 S 11 2 2
11 2Βιβλιοθήκη 1P x E 1 P x

利用该式可以定性分析： 若 E＜1 形成非均相恒沸物 相对挥发度相差小，且互溶度小，形成共沸物的可能 性大
二元非均相共沸物组成计算
对于液液平衡：
1 1 11 11 i xi i xi 1 1 11 11 1 x1 1 x1 1 1 11 11 2 (1 x1 ) 2 (1 x1 )
二元共沸物组成计算举例

化工分离过程(第13讲)(3.3.2共沸精馏)

L1 W2 yn 1 xn xw 2 V1 V1
（3-70）
式（3-70）即为塔Ⅰ精馏段的操作线，它与对角线的 交点是：x=xw2，斜率是L1/V1。
讨论：
(3-70)式是一条直线； (3-70)式代表塔Ⅰ内各板相遇物流之间关系； (3-70)式代表塔顶层板气相与回流液之间关系。
17
3.3.2.4 二元非均相共沸物的精馏
0.0138V最小 0.01L最小 0.9999W2 0.01(V最小 W2 ) 0.9999W2 0.01V最小 0.9899W2
故
V最小
0.9899W2 260W2 260 0.0038
24
（注：0.0138是与进料组成xF=0.01成平衡的汽相组成）
3.3.2.4 二元非均相共沸物的精馏
汽化潜热：乙醇为39020KJ/kmol，水为41532KJ/kmol
3
3.3.2.3 分离共沸物的双压精馏过程
乙醇水溶液共沸物与压力的关系表
系统压力，MPa 共沸组成，乙醇% 0.0093 100 0.0200 0.0533 96.2 91.4 共沸温度，℃ 27.79 42.00 62.80
0.1013 0.1933
Fzi W1 xW1,i W2 xW2 ,i
1.00 0.00001W1 0.9999W2
W1 W2 100
解得： W1 = 99.0, W2 = 1.0
22
3.3.2.4 二元非均相共沸物的精馏
确定Ⅰ塔的操作线： a 、精馏段操作线 由第n板与n+1板之间到Ⅱ塔一起作物 料衡算，得：
Vn Ln 1 W2
Vyn Lxn 1 0.9999W2
b 、提馏段操作线为： (A)

化工分离工程复习必备(简答题与名词解释)

萃取精馏中，萃取剂在何处加入？为何？在进料板之上，与塔顶保持有若干块塔板。

溶剂的沸点比被分离组分高，那样可以使塔内维持较高的溶剂浓度，及起回收溶剂的作用。

从热力学角度和工艺角度简述萃取精馏中萃取剂的选择原则？热力学角度： 溶剂的沸点要足够高，以避免与系统中任何组分形成共沸物；萃取剂应能使的体系的相对挥发度提高，即与塔顶组分形成正偏差，与塔底组分形成负偏差或者理想溶液。

工艺角度： 溶剂与被分离物系有较大的相互溶解度；溶剂在操作中是热稳定的；溶剂与混合物种任何组分不反应；溶剂比不得过大； 无毒、不腐蚀、价格低廉、易得。

吸收塔中每级汽、液流量为什么不能视为恒摩尔流？吸收过程是气相中的某些组分溶到不挥发吸收剂中去的单向传递过程。

吸收剂吸收了气体中的溶质而流量不断增加，气体的流量则相应的减少，塔中气相和液相总流率向下都是增大的。

吸附质被吸附剂吸附—脱附机理？①吸附质从流体主体通过分子扩散和对流扩散传递到吸附剂的外表面；②吸附质通过孔扩散从吸附剂的外表面传递到微孔结构的内表面；③吸附质沿孔表面扩散并被吸附在孔表面上；④吸附质从吸附剂的内表面脱附；⑤吸附质沿径向扩散传递到吸附剂的外表面；⑥吸附质从吸附剂的外表面扩散到流体主体。

精馏过程全回流操作特点？①不进料也不出料； ②无精馏段与提馏段之分； ③两板之间任一截面上上升蒸汽组成与下降液相组成相等； ④达到指定分离程度所需的理论板数最少。

在萃取精馏中，由相对挥发度表达式分析，为什么加入萃取剂后会提高原溶液的相对挥发度？1 ps11,121,12p 2s在萃取精馏中， 原溶液汽相为理想气体， 液相为非理想溶液，2对ps( 1)s (1)1121,只有1于特定物系，p2s不可改变， 要使2增加，加 S 后可使22。

所以加入萃取剂后会提高原溶液的相对挥发度。

精馏过程的热力学不可逆性主要由哪些原因引起的？精馏操作的热力学不可逆性,是由于进入层级的汽液两相的温度、 压力和组成 ,与它们对应平衡的温度、 压力和组成的差距所造成，因此在层级间汽液两相要进行传热和传质，损失了有效能，所以其不可逆性主要由压力差、温度差及浓度差引起的。

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① 溶剂存在下塔内的液汽比大于脱溶剂情况下的液汽比。 对溶剂作物料衡算： 当（xS)D=0 时：
设Sn=Ln(xS)n，即n板下流液体中溶剂的流率：
可见：Sn>S ②各板下流之溶剂流率均大于加入的溶剂流率，且溶剂挥 发度越大，差值也越大。
萃取精馏中，溶剂沸点高，溶剂量大，下流 过程中溶剂温升会冷凝一定量的上升蒸汽， 使塔内流率发生明显变化。
萃取剂：糠醛
O CHO
环乙烷对苯的相对挥发度
糠醛组成，x 0 0.2 0.6 0.7
环乙烷／苯
0.98 1.38 2.35 2.7
3.2.2 共沸精馏
共沸精馏又称恒沸精馏。
分离原理： 与萃取精馏基本相同，不同之处是共沸剂（夹带剂，携
带剂）在影响原溶液组分的相对挥发度的同时，还要与原溶 液中一个或多个组分形成共沸物。
四、萃取精馏过程的计算
萃取精馏过程特点： （1）物系非理想性强； （2）塔内汽液相流率变化大； （3）相平衡和热量衡算关系复杂。
适于用严格计算法（见第6章）。 有些情况下，特别是当原溶液组分性质相近时，可按二元 精馏方法，用图解法或解析法处理，使计算得以简化。
五、萃取精馏实例
环己烷－苯的萃取精馏分离
溶剂对非溶剂的相对挥发度一般很小，当≈0 时：
类似地，提馏段溶剂浓度：
（3-45）
当≈0 时：
分析：将塔分为四部分
溶剂回收段：
D
精馏段： 提馏段：
S
n-1 n n+1
F
m m-1 m+1
塔 釜：
W
x x 当进料为饱和蒸汽时，
；
当进料为液相或汽液混合物时， S S 。
xS xS
溶剂在塔釜中浓度有明显跃升。
1、二元系 （1）二元均相共沸物
系统压力不高时，汽相视为理想气体：
共沸点处：
即：
或
——计算方程
？已知总压P，如何求共沸组成x和共沸温度T
1）假定T； 2）计算P1S和P2S； 3）由1＝f(x1,T,P)、2＝f(x1,T,P)和1/2 =P1S/P1S计算x1；
4）代入：
——校核方程
5）如上式成立，则结束计算，如不成立，则假定新的T，继 续试差计算。
图3-33 分离非均相共沸物的流程
（三）其他
均相共沸物需要用萃取等方法来分离。 为了得到高纯的塔底产品，采用稍过量的共沸剂，再增加一 个溶剂回收塔，往往是一个行之有效的方法。
四、共沸精馏的计算
共沸物精馏体系非理想性强、组分多、变量多，不宜使 用简捷法，而严格计算也变得非常复杂。
五、共沸精馏实例
（2）非均相二元共沸物
除考虑汽液平衡外，还要考虑液液平衡。 计算方程：
校核方程：
联立求解上述三式，可得到共沸温度（共沸压力）和液相组 成。
2、三元系
计算方程：
校核方程：
二、共沸剂的选择
理想的共沸剂应具备以下特性：
（1）显著影响关键组分的汽液平衡关系； （2）共沸剂容易分离和回收； （3）用量少，汽化潜热低； （4）与进料组分互溶，不生成两相，不与进
S
精馏段物料衡算：
F
（3-26）
（3-41）
D
n-1 n n+1
m m-1 m+1
W
溶剂与原溶液之间的汽液平衡关系： （3-42）
溶剂对非溶剂的 相对挥发度
将（3-26）式和（3-41）式代入（3-42）消去V 和yS：
（3-43）
表示了溶剂含量与溶剂加入量、溶剂对非溶 剂的相对挥发度以及塔板间液相流率的关系。
料中组分起化学反应； （5）无腐蚀、无毒； （6）价廉易得。
三、共沸精馏流程
（一）双压精馏 如果压力变化明显影响共沸组成，则采用两不同压力操作的 双塔流程，可实现二元共沸物完全分离。
图3-31 双压精馏流程
（二）二元非均相共沸物的精馏
如果二组分能够形成非均相共沸物，那么不必另加共沸剂便 可实现二组分的完全分离。
乙醇－水共沸精馏
乙醇－水溶液共沸点：78.3℃；共沸组成：乙醇 0.894； 水 0.006。乙醇－水－苯共沸点：64.6℃；共沸组成：乙 醇 0.23；水 0.226；苯 0.544。
一、共沸物的特性与其组成的计算 二、共沸剂的选择 三、共沸精馏流程 四、共沸精馏的计算 五、共沸精馏与萃取精馏比较
一、共沸物的特性与其组成的计算
对于共沸物，混合物的蒸汽压－组成曲线上之极值点相当 于汽、液平衡相的组成相等。
多元共沸物汽液相组成相等点并不一定对应于恒压下T—x 图上的极值点或恒温下P—x 图上的极值点。
溶剂的作用：改变组分间的相互作用；稀释作用。
（2）溶剂的选择
1）沸点要较组分的高； 2）与被分离物系有较大的溶解度； 3）一般溶剂浓度>60%，所以成本要低； 4）污染小，环境友好。
三、萃取精馏过程分析
（1）塔内流量分布 精馏段： 总物料衡算：
S
组分物料衡算：
F
或：
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
代入相对挥发度的表达式，可得有溶剂存在 下组分1和2间的相对挥发度：
三组分物系的泡点温度 无溶剂S时，xS＝0，则二组分体系的相对挥发度：
二组分物系的泡点温度
若（p1S/p2S）与温度关系不大，x1=x1’，则：
（3-24）
溶剂的选择性
提高溶剂的选择性可以： 1）提高xS，即加大溶剂用量——稀释作用； 2）选择适宜溶剂，改变组分相互作用，如使A1S’变大（正 偏差），A2S’变小（负偏差），从而提高相对挥发度。
3.2 萃取精馏和共沸精馏
3.2.1 萃取精馏 3.2.2 共沸精馏
3.2.1 萃取精馏
一、流程

二、萃取精馏的原理和溶剂的选择
（1）溶剂的作用 设组分1和组分2组成的混合物，加入溶剂S进行分离。 常压下的相对挥发度：
代
液相活度系数可由三组分Margules方程求算：
入
组分1的脱溶剂浓度x1’=x1/(x1+x2)
W
将上式的浓度改为脱溶剂的相对浓度：
（3-29）
以l代表液相中原溶液组分之流率，以v 代 表汽相中原溶液组分之流率，即：
则： 当(xS)D=0 时：
S F
（3-32）
D
n-1 n n+1
m m-1 m+1
W
比较（3-29)式和（3-32）式：
（3-29）
可得：
（3-32）
（3-33）
因为S为重组分，(yS)n+1<(xS)n ，所以：
第n板的液相流率为：
原有液体流率 溶剂量 溶剂温升冷凝的蒸汽量
同理，可以得到提馏段第m板的液相流率为：
③A 液相流率越往下越大。
精馏段的汽相流率：
提馏段的汽相流率：
S
③B汽相流率越往下越大，即越往上 F 越小。
D
n-1 n n+1
m m-1 m+1
W
（2）塔内溶剂含量分布
假定：1）恒摩尔流； 2）（xS)D=0