化工分离过程ppt课件.ppt

分分 离离 过过 程程第第3 3章章 多组分精馏和特殊精馏多组分精馏和特殊精馏主要内容及要求：主要内容及要求：1.深入理解多组分精馏过程，会分析；深入理解多组分精馏过程，会分析；2.掌握多组分精馏的简捷计算方法；掌握多组分精馏的简捷计算方法；3.3.掌握萃取精馏和共沸精馏的原理和过程分析。掌握萃取精馏和共沸精馏的原理和过程分析。1精馏塔中的平衡级就是一简单绝热闪蒸级。精馏塔中的平衡级就是一简单绝热闪蒸级。2第第3 3章章 多组分精馏和特殊精馏多组分精馏和特殊精馏3.1 多组分精馏过程多组分精馏过程 3.2 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏3.3 反应精馏反应精馏3.4 加盐精馏加盐精馏33.1 多组分精馏过程多组分精馏过程3.1.1 3.1.1 多组分精馏过程分析多组分精馏过程分析3.1.2 3.1.2 最小回流比最小回流比3.1.3 3.1.3 最少理论塔板数和组分分配最少理论塔板数和组分分配3.1.4 3.1.4 实际回流比和理论板数实际回流比和理论板数3.1.5 3.1.5 多组分精馏的简捷计算方法多组分精馏的简捷计算方法43.1.1 多组分精馏过程分析多组分精馏过程分析一、一、关键组分（关键组分（Key ComponentsKey Components）多组分精馏过程分析就是分析精馏塔内的温度、多组分精馏过程分析就是分析精馏塔内的温度、流率和浓度分布。流率和浓度分布。FNa=串级数串级数(2)分配器分配器(1)侧线采出侧线采出(0)传热单元传热单元(2)=5已被指定的可调变量：已被指定的可调变量：（1 1）进料位置；（）进料位置；（2 2）回流比；）回流比；（3 3）全凝器饱和液体回流或冷）全凝器饱和液体回流或冷凝器的传热面积或馏出液温度。凝器的传热面积或馏出液温度。余下的余下的2 2个可调个可调设计变量往往用设计变量往往用来指定组分在馏来指定组分在馏出液和釜液中的出液和釜液中的浓度。浓度。5对于两组分精馏，指定馏出液中一个组分的浓度，对于两组分精馏，指定馏出液中一个组分的浓度，就确定了馏出液的全部组成；指定釜液中一个组分就确定了馏出液的全部组成；指定釜液中一个组分的浓度，也就确定了釜液的全部组成。的浓度，也就确定了釜液的全部组成。对于多组分精馏，待定设计变量数仍是对于多组分精馏，待定设计变量数仍是2 2，所以只能，所以只能指定两个组分的浓度，其他组分的浓度则相应确定。指定两个组分的浓度，其他组分的浓度则相应确定。通常，把由设计者指定分离要求的这通常，把由设计者指定分离要求的这2 2个组分称为个组分称为关键组分关键组分。其中相对易挥发的组分称为其中相对易挥发的组分称为轻关键组分（轻关键组分（LKLK），相对不易挥发的组分称为相对不易挥发的组分称为重关键组分（重关键组分（HKHK）。多组分精馏物系组成：多组分精馏物系组成：轻非关键组分（轻非关键组分（LNK），），轻组分轻组分轻关键组分（轻关键组分（LK）中间组分中间组分重关键组分（重关键组分（HK）重非关键组分（重非关键组分（HNK），重组分重组分6根据组分是否在精馏塔的两端都出现，根据组分是否在精馏塔的两端都出现，可分为可分为分配组分分配组分和和非分配组分非分配组分。清晰分割：清晰分割：馏出液中除了重关键组分之外，没有其它馏出液中除了重关键组分之外，没有其它重组分；重组分；釜液中除了轻关键组分之外，没有其它釜液中除了轻关键组分之外，没有其它轻组分。轻组分。7二、多组分精馏过程特性二、多组分精馏过程特性对于二组分精馏，设计变量被确定后，可从任一对于二组分精馏，设计变量被确定后，可从任一端出发，作逐板计算，无需试差。端出发，作逐板计算，无需试差。对于多组分精馏，由于不能指定全部组成，所以对于多组分精馏，由于不能指定全部组成，所以需先假设一端的组成，再通过反复试差求解。需先假设一端的组成，再通过反复试差求解。下面通过实例分别对二组分精馏和多组分精馏下面通过实例分别对二组分精馏和多组分精馏过程分析进行比较。过程分析进行比较。8二组分精馏实例：苯甲苯二组分精馏实例：苯甲苯图图3-1 3-1 二组分精馏流率、温度、浓度分布二组分精馏流率、温度、浓度分布9三组分精馏实例：苯三组分精馏实例：苯(LK)LK)甲苯甲苯(HK)HK)异丙苯异丙苯图图3-2 3-2 三组分精馏流量分布三组分精馏流量分布图图3-3 3-3 三组分精馏温度分布三组分精馏温度分布10四组分精馏实例：苯四组分精馏实例：苯甲苯甲苯(LK)LK)二甲苯二甲苯(HK)-HK)-异丙苯异丙苯图图3-6 3-6 四组分精馏液相组成分布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：多组分精馏与二组分精馏在含量分布上的区别：（1 1）关键组分含量存在极大值；关键组分含量存在极大值；（2）非关键组分通常是非分配的，）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，即重组分通常仅出现在釜液中，轻组分仅出现在馏出液中；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）重、轻非关键组分分别在进料板下、上 形成几乎恒浓的区域；形成几乎恒浓的区域；（4 4）全部组分均存在于进料板上，但进料板）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。含量不等于进料含量。12精馏过程的内在规律：精馏过程的内在规律：在精馏塔中，温度分布主要反映物在精馏塔中，温度分布主要反映物流的组成，而总的级间流量分布则流的组成，而总的级间流量分布则主要反映了热衡算的限制。主要反映了热衡算的限制。133.1.2 最小回流比（最小回流比（Rm）多组分精馏：多组分精馏：最小回流比下，也有恒浓区，但由于非关键最小回流比下，也有恒浓区，但由于非关键组分的存在，恒浓区出现的部位要较二组分精馏组分的存在，恒浓区出现的部位要较二组分精馏复杂。复杂。二组分精馏：二组分精馏：最小回流比下，进料板上下出现恒浓区或称夹点。最小回流比下，进料板上下出现恒浓区或称夹点。恒浓区恒浓区14多组分精馏中的恒浓区多组分精馏中的恒浓区（1）轻、重组分均为非分配组分：）轻、重组分均为非分配组分：重组分恒浓区重组分恒浓区轻组分恒浓区轻组分恒浓区进料板以上必须紧接着有若干塔板使重组分的进料板以上必须紧接着有若干塔板使重组分的浓度降到零，这一段不可能是恒浓区，恒浓区浓度降到零，这一段不可能是恒浓区，恒浓区向上推移而出现在精馏塔段的中部。同理，轻向上推移而出现在精馏塔段的中部。同理，轻组分恒浓区出现在提馏段中部。组分恒浓区出现在提馏段中部。15（2）重组分为非分配组分，轻组分为分配组分：重组分为非分配组分，轻组分为分配组分：重组分恒浓区重组分恒浓区轻组分恒浓区轻组分恒浓区（3）重组分为分配组分，轻组分为非分配组分：重组分为分配组分，轻组分为非分配组分：重组分恒浓区重组分恒浓区轻组分恒浓区轻组分恒浓区16（4）轻、）轻、重组分均为分配组分：重组分均为分配组分：重组分恒浓区重组分恒浓区轻组分恒浓区轻组分恒浓区最小回流比条件下会出最小回流比条件下会出现恒浓区，区内无分离现恒浓区，区内无分离效果，需无穷多理论板。效果，需无穷多理论板。如何计算最小回流比？如何计算最小回流比？17计算最小回流比的计算最小回流比的Underwood（恩德伍德）恩德伍德）公式：公式：假设：假设：1、各组分相对挥发度是常数；、各组分相对挥发度是常数；2、塔内汽液相流率为恒摩尔流。、塔内汽液相流率为恒摩尔流。Underwood（恩德伍德）恩德伍德）公式：公式：（3-1）18Underwood（恩德伍德）恩德伍德）公式中参数的含义：公式中参数的含义：（3-1）i 组分组分i 的相对挥发度；的相对挥发度；(xiD)m 最小回流比下馏出液中组分最小回流比下馏出液中组分i的摩尔分数；的摩尔分数；xiF 进料中组分进料中组分i的摩尔分数；的摩尔分数；q 进料热状态参数（进料液相分率）；进料热状态参数（进料液相分率）；方程的根。方程的根。以全回流下的以全回流下的x xiDiD代替代替 取取 LK HK的的根根193.1.3 最少理论板数（最少理论板数（N Nm m）和组分分配和组分分配1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。全回流对应最少理论板数，但全回流下无产品采出，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。因此正常生产中不会采用全回流。什么时候采用全回流呢？什么时候采用全回流呢？2、在实验室设备中，研究传质影响因素。、在实验室设备中，研究传质影响因素。3、工程设计中，必须知道最少板数。、工程设计中，必须知道最少板数。20计算最少理论板数的计算最少理论板数的Fenske（芬斯克）芬斯克）方程：方程：推导前提：推导前提：1、塔顶采用全凝器；、塔顶采用全凝器；（若采用分凝器，则分凝器为第（若采用分凝器，则分凝器为第1块塔板）；块塔板）；2、所有板都是理论板。、所有板都是理论板。从塔顶向下排序，由相对挥发度的定义有：从塔顶向下排序，由相对挥发度的定义有：对第对第2 2块板作物料衡算：块板作物料衡算：全回流下，全回流下，D=0（3-2）21因此：因此：同理：同理：两式相除，可得：两式相除，可得：代入（代入（3-2）式：）式：（3-2）可得：可得：22再由相平衡关系可得：再由相平衡关系可得：由物料衡算：由物料衡算：可得：可得：依此类推到塔釜：依此类推到塔釜：（3-3-5 5）23定义定义 ABAB为相对挥发度的几何平均值：为相对挥发度的几何平均值：代入（代入（3-73-7）式，可解出最少理论板数）式，可解出最少理论板数N Nm m：（3-83-8）Fenske方程方程24几点说明几点说明：2 2、相对挥发度、相对挥发度（1 1）方程的精度取决于相对挥发度数据的可靠性。）方程的精度取决于相对挥发度数据的可靠性。（2 2）ABAB 的近似处理：的近似处理：1 1）两点平均：）两点平均：2 2）三点平均：）三点平均：3 3）单点值）单点值1 1、推导中未作任何假设，因而是严格的。、推导中未作任何假设，因而是严格的。253 3、方程的变形形式、方程的变形形式：摩尔分率可用摩尔数，体积或重量比来代替，因为换算摩尔分率可用摩尔数，体积或重量比来代替，因为换算因子可以相互抵消，得到另一种常用的一般形式：因子可以相互抵消，得到另一种常用的一般形式：d/w d/w 称为分配比。称为分配比。（3-93-9）264 4、FenskeFenske方程既可用于二组分精馏，也可用于多组分方程既可用于二组分精馏，也可用于多组分 精馏。精馏。5 5、最少理论板数只与分离要求有关，与进料组成无关。、最少理论板数只与分离要求有关，与进料组成无关。6 6、FenskeFenske方程可以用来计算进料板位置、各段理论板数方程可以用来计算进料板位置、各段理论板数 和组分分配。和组分分配。（1 1）进料板位置：把进料当作塔顶（或塔釜）。）进料板位置：把进料当作塔顶（或塔釜）。（2 2）各段理论板数：）各段理论板数：（3 3）组分分配：将）组分分配：将FenskeFenske方程变形可得各组分流量分配。方程变形可得各组分流量分配。27分离要求的给出形式：分离要求的给出形式：（1 1）规定关键组分在塔顶和塔釜的百分含量。）规定关键组分在塔顶和塔釜的百分含量。代入以含量表示的代入以含量表示的FenskeFenske方程：方程：（2 2）规定关键组分在塔顶和塔釜的回收率。）规定关键组分在塔顶和塔釜的回收率。代入以回收率表示的代入以回收率表示的FenskeFenske方程：方程：（3-93-9）（3-3-1313）28p103p103例例3-23-2和例和例3-33-3对于无中间组分的体系：对于无中间组分的体系：如如A(LNK)、B(LK)、C(HK)、D(HNK)组成的组成的体系，体系，先假定清晰分割，计算理论板数，再校验是否清晰先假定清晰分割，计算理论板数，再校验是否清晰分割。分割。清晰分割假定比较适用的情况：清晰分割假定比较适用的情况：轻重关键组分的分离程度较高，轻组分的挥发度比轻重关键组分的分离程度较高，轻组分的挥发度比LK的挥发度大得多，而重组分的挥发度比的挥发度大得多，而重组分的挥发度比HK的挥的挥发度小得多。发度小得多。几点注意：几点注意：对于有中间组分的体系：对于有中间组分的体系：如如A(LNK)、B(LK)、C(C(中间组分中间组分)、D(HK)D(HK)、E(HNK)E(HNK)组成的组成的体系，则根据体系，则根据C的相对挥发度是靠近的相对挥发度是靠近B还是靠还是靠近近D来假定来假定C在塔顶和塔釜的分配。在塔顶和塔釜的分配。29作业：作业：p163 p163 第第7 7题题303.1.4 实际回流比和理论板数实际回流比和理论板数有了实际回流比和最少理论板数，求实际理论板数有了实际回流比和最少理论板数，求实际理论板数常用的经验方法有：常用的经验方法有：GillilandGilliland图、图、ErbarErbar-Maddox-Maddox图。图。用用Underwood方程方程求出求出R Rm m 后后，实际回流比，实际回流比R R一般一般取作取作1.301.30R Rm m。适用于相对挥发度适用于相对挥发度变化不大的情况变化不大的情况适用于非理想性适用于非理想性较大的情况较大的情况31图图3-9 Gilliland图图 图图3-10 Erbar-Mddox32适宜进料板位置的确定原则：适宜进料板位置的确定原则：在操作回流比下精馏段与提馏段理论板数在操作回流比下精馏段与提馏段理论板数之比等与在全回流下用之比等与在全回流下用Fenske方程分别计方程分别计算得到的精馏段与提馏段理论板数之比。算得到的精馏段与提馏段理论板数之比。p109 p109 例例3-43-4333.1.5 多组分精馏的简捷计算方法多组分精馏的简捷计算方法精馏简捷计算精馏简捷计算FUG法法FenskeNmUnderwoodRmGillilandR、N34开始开始指定进料条件指定进料条件指定两个关键组分的分离程度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决定精馏塔操作压力和冷凝器类型在塔压下作闪蒸计算在塔压下作闪蒸计算计算最少理论板数和非关键组分的分离程度计算最少理论板数和非关键组分的分离程度计算值与估计值是否接近计算值与估计值是否接近对于指定的实际回流比（对于指定的实际回流比（RRm）计算实际理论板数计算实际理论板数N计算最小回流比计算最小回流比Rmyes计算进料级位置计算进料级位置计算热负荷计算热负荷结束结束no（泡、露点计算）（泡、露点计算）（绝热闪蒸计算）（绝热闪蒸计算）（Underwood eq.）（R=1.11.5Rm，Gilland图）图）（Kirkbride eq.）（能量衡算（能量衡算 eq.）（Fenske eq.）多多组组分分精精馏馏的的FUG法法计计算算框框图图35特殊精馏特殊精馏当待分离组分之间形成共沸物或相对挥发度当待分离组分之间形成共沸物或相对挥发度接近接近1时，用普通精馏是无法实现分离或是时，用普通精馏是无法实现分离或是经济上不合理的。此时，向体系中加入一种经济上不合理的。此时，向体系中加入一种适当的新组分，通过与原体系中各组分的不适当的新组分，通过与原体系中各组分的不同作用，改变组分之间的相对挥发度，使系同作用，改变组分之间的相对挥发度，使系统变得易于分离，这类统变得易于分离，这类既加入能量分离剂又既加入能量分离剂又加入质量分离剂的精馏称为加入质量分离剂的精馏称为特殊精馏特殊精馏或称或称增增强精馏强精馏。36特殊精馏的分类特殊精馏的分类（1 1）萃取精馏（）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，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。从塔釜离开。加入的质量分离剂称为溶剂。（2 2）共沸）共沸精馏（精馏（Peotropic Distillation）：）：加入的质量分离剂与被分离系统中的一个或几个加入的质量分离剂与被分离系统中的一个或几个组分形成共沸物，从塔顶蒸出。加入的质量分离组分形成共沸物，从塔顶蒸出。加入的质量分离剂称为共沸剂。剂称为共沸剂。（3 3）反应精馏：）反应精馏：加入加入C C，使之与原体系中的使之与原体系中的A A发生反应，从而减弱发生反应，从而减弱A A与与B B的结合力。例如：催化精馏。的结合力。例如：催化精馏。37（4 4）加盐精馏：）加盐精馏：加盐，利用盐溶和盐析效应使两组分溶解行为发加盐，利用盐溶和盐析效应使两组分溶解行为发生变化。生变化。（5 5）吸附精馏：）吸附精馏：加入吸附剂。加入吸附剂。（6 6）膜精馏：）膜精馏：利用多孔膜。因为过程需加热，且利用多孔膜。因为过程需加热，且B B在另一侧也汽在另一侧也汽化，所以可称为精馏。好处：无需再生，但目前化，所以可称为精馏。好处：无需再生，但目前由于膜材料和制膜工艺的不成熟尚无工业应用。由于膜材料和制膜工艺的不成熟尚无工业应用。383.2 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏3.2.1 3.2.1 萃取精馏萃取精馏3.2.2 3.2.2 共沸精馏共沸精馏393.2.1 萃取精馏萃取精馏一、流程一、流程40二、萃取精馏的原理和溶剂的选择二、萃取精馏的原理和溶剂的选择（1 1）溶剂的作用）溶剂的作用设设组分组分1 1和和组分组分2 2组成的混合物，加入组成的混合物，加入溶剂溶剂S S进行分离。进行分离。常压下的相对挥发度：常压下的相对挥发度：液相活度系数可由三组分液相活度系数可由三组分Margules方程求算：方程求算：组分组分1 1的脱溶剂浓度的脱溶剂浓度x x1 1=x=x1 1/(x/(x1 1+x+x2 2)代代入入41代入相对挥发度的表达式，可得有溶剂存在代入相对挥发度的表达式，可得有溶剂存在下组分下组分1和和2间的相对挥发度：间的相对挥发度：三组分物系的泡点温度三组分物系的泡点温度无溶剂无溶剂S S时，时，x xS S0 0，则二组分体系的相对挥发度：则二组分体系的相对挥发度：二组分物系的泡点温度二组分物系的泡点温度42若（若（p1S/p2S）与温度关系不大，与温度关系不大，x1=x1，则：则：（3-24）溶剂的选择性溶剂的选择性溶剂的作用：改变组分间的相互作用；稀释作用。溶剂的作用：改变组分间的相互作用；稀释作用。提高溶剂的选择性可以提高溶剂的选择性可以：1）提高）提高xS，即加大溶剂用量即加大溶剂用量稀释作用；稀释作用；2）选择适宜溶剂，）选择适宜溶剂，改变组分相互作用，如使改变组分相互作用，如使A A1S1S变大变大 （正偏差），（正偏差），A A2S2S变小（负偏差），从而提高相对变小（负偏差），从而提高相对挥挥 发度。发度。43（2）溶剂的选择）溶剂的选择1 1）沸点要较组分的高；）沸点要较组分的高；2 2）与被分离物系有较大的溶解度；）与被分离物系有较大的溶解度；3 3）一般溶剂浓度）一般溶剂浓度60%60%，所以成本要低；，所以成本要低；4 4）污染小，环境友好。）污染小，环境友好。44三、萃取精馏过程分析三、萃取精馏过程分析（1 1）塔内流量分布）塔内流量分布精馏段：精馏段：总物料衡算：总物料衡算：组分物料衡算：组分物料衡算：或：或：将上式的浓度改为脱溶剂的相对浓度：将上式的浓度改为脱溶剂的相对浓度：（3-293-29）FSDWnn+1n-1m-1m+1m45以以l 代表液相中原溶液组分之流率，以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：代表汽相中原溶液组分之流率，即：则：则：当当(x xS S )D D=0=0 时：时：（3-323-32）FSDWnn+1n-1m-1m+1m46比较（比较（3-29)3-29)式和（式和（3-323-32）式：）式：（3-293-29）（3-323-32）可得：可得：（3-3-3333）因为因为S S为重组分，为重组分，(y yS S)n+1n+1(SS48萃取精馏中，溶剂沸点高，溶剂量大，下萃取精馏中，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。汽，使塔内流率发生明显变化。A A 液相流率越往下越大。液相流率越往下越大。FSDWnn+1n-1m-1m+1m第第n n板的液相流率为：板的液相流率为：原有液体流率原有液体流率溶剂量溶剂量溶剂温升冷凝的蒸汽量溶剂温升冷凝的蒸汽量同理，可以得到同理，可以得到提馏段提馏段第第m m板的液相流率为：板的液相流率为：49精馏段精馏段的汽相流率：的汽相流率：B B 汽相流率越往下越大，即越往上越小汽相流率越往下越大，即越往上越小。FSDWnn+1n-1m-1m+1m提馏段提馏段的汽相流率：的汽相流率：50（2）塔内溶剂含量分布）塔内溶剂含量分布精馏段精馏段物料衡算：物料衡算：假定：假定：1 1）恒摩尔流；）恒摩尔流；2 2）（x xS S)D D=0=0 FSDWnn+1n-1m-1m+1m（3-3-2626）（3-3-4141）溶剂与原溶液之间的汽液平衡关系：溶剂与原溶液之间的汽液平衡关系：（3-3-4242）溶剂对非溶剂的溶剂对非溶剂的相对挥发度相对挥发度 将（将（3-263-26）式和（）式和（3-413-41）式代入（）式代入（3-423-42）消去）消去V V和和y yS S：51表示了溶剂含量与溶剂加入量、溶剂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对非溶剂的相对挥发度以及塔板间液相流率的关系。相流率的关系。溶剂对非溶剂的相对挥发度一般很小，溶剂对非溶剂的相对挥发度一般很小，当当 0 0 时：时：FSDWnn+1n-1m-1m+1m（3-433-43）类似地，类似地，提馏段提馏段溶剂浓度：溶剂浓度：（3-453-45）当当 0 0 时：时：52分析：将塔分为四部分分析：将塔分为四部分 精馏段：精馏段：FSDWnn+1n-1m-1m+1m提馏段：提馏段：塔塔 釜：釜：溶剂回收段：溶剂回收段：当进料为饱和蒸汽时，当进料为饱和蒸汽时，；当进料为液相或汽液混合物时，当进料为液相或汽液混合物时，。溶剂在塔釜中浓度有明显跃升。溶剂在塔釜中浓度有明显跃升。53四、萃取精馏过程的计算四、萃取精馏过程的计算萃取精馏过程特点：萃取精馏过程特点：FSDWnn+1n-1m-1m+1m（1 1）物系非理想性强；）物系非理想性强；（2 2）塔内汽液相流率变化大；）塔内汽液相流率变化大；（3 3）相平衡和热量衡算关系复杂。）相平衡和热量衡算关系复杂。适于用严格计算法适于用严格计算法（见第（见第6章）。章）。有些情况下，特别是当原溶液组分性质有些情况下，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。或解析法处理，使计算得以简化。作业：作业：p164 p164 第第9 9题题 54五、萃取精馏实例五、萃取精馏实例环乙烷对苯的相对挥发度环乙烷对苯的相对挥发度环己烷苯的萃取精馏分离环己烷苯的萃取精馏分离 萃取剂：糠醛萃取剂：糠醛糠醛组成，糠醛组成，x00.20.60.7 环乙烷苯环乙烷苯0.981.382.352.7553.2.2 共沸精馏共沸精馏共沸精馏又称恒沸精馏。共沸精馏又称恒沸精馏。分离原理：分离原理：与萃取精馏基本相同，不同之处是共沸剂（夹带剂，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。与原溶液中一个或多个组分形成共沸物。一、共沸物的特性与其组成的计算一、共沸物的特性与其组成的计算 二、共沸剂的选择二、共沸剂的选择三、共沸精馏流程三、共沸精馏流程四、共沸精馏的计算四、共沸精馏的计算五、共沸精馏与萃取精馏比较五、共沸精馏与萃取精馏比较56一、共沸物的特性与其组成的计算一、共沸物的特性与其组成的计算对对于于共共沸沸物物，混混合合物物的的蒸蒸汽汽压压组组成成曲曲线线上上之之极极值值点相当于汽、液平衡相的组成相等。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多元共沸物汽液相组成相等点并不一定对应于恒压下下Tx Tx 图上的极值点或恒温下图上的极值点或恒温下Px Px 图上的极值点。图上的极值点。1 1、二元系、二元系（1 1）二元均相共沸物）二元均相共沸物系统压力不高时，汽相视为理想气体：系统压力不高时，汽相视为理想气体：共沸点处：共沸点处：57即：即：或或 计算方程计算方程？已知总压已知总压P，如何求共沸组成如何求共沸组成x和共沸温度和共沸温度T4 4）代入：）代入：校核方程校核方程1）假定）假定T；2）计算）计算P1S和和P2S；3）由由 1f(x1,T,P)、2f(x1,T,P)和和 1/2=P1S/P1S计计算算x1；5）如上式成立，则结束计算，如不成立，则假定新的）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。继续试差计算。58（2 2）非均相二元共沸物）非均相二元共沸物除考虑汽液平衡外，还要考虑液液平衡。除考虑汽液平衡外，还要考虑液液平衡。联联立立求求解解上上述述三三式式，可可得得到到共共沸沸温温度度（共共沸沸压压力力）和液相组成。和液相组成。计算方程：计算方程：校核方程：校核方程：592 2、三元系、三元系计算方程：计算方程：校核方程：校核方程：60二、共沸剂的选择二、共沸剂的选择理想的共沸剂应具备以下特性：理想的共沸剂应具备以下特性：（1 1）显著影响关键组分的汽液平衡关系；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；）共沸剂容易分离和回收；（3）用量少，汽化潜热低；）用量少，汽化潜热低；（4）与进料组分互溶，不生成两相，不与进料）与进料组分互溶，不生成两相，不与进料 中组分起化学反应；中组分起化学反应；（5）无腐蚀、无毒；无腐蚀、无毒；（6）价廉易得。价廉易得。61三、共沸精馏流程三、共沸精馏流程（一）双压精馏（一）双压精馏如如果果压压力力变变化化明明显显影影响响共共沸沸组组成成，则则采采用用两两不不同同压压力操作的双塔流程，可实现二元共沸物完全分离。力操作的双塔流程，可实现二元共沸物完全分离。图图3-31 双压精馏流程双压精馏流程62（二）二元非均相共沸物的精馏（二）二元非均相共沸物的精馏如如果果二二组组分分能能够够形形成成非非均均相相共共沸沸物物，那那么么不不必必另另加加共沸剂便可实现二组分的完全分离。共沸剂便可实现二组分的完全分离。图图3-33 分离非均相共沸物的流程分离非均相共沸物的流程63（三）其他（三）其他均相共沸物需要用萃取等方法来分离。均相共沸物需要用萃取等方法来分离。为为了了得得到到高高纯纯的的塔塔底底产产品品，采采用用稍稍过过量量的的共共沸沸剂剂，再再增增加加一一个个溶溶剂剂回回收收塔塔，往往往往是是一一个个行行之之有有效效的的方方法。法。64四、共沸精馏的计算四、共沸精馏的计算共共沸沸物物精精馏馏体体系系非非理理想想性性强强、组组分分多多、变变量量多多，不不宜使用简捷法，而严格计算也变得非常复杂。宜使用简捷法，而严格计算也变得非常复杂。65五、共沸精馏实例五、共沸精馏实例乙醇水共沸精馏乙醇水共沸精馏乙醇水溶液共沸点：乙醇水溶液共沸点：78.378.3；共沸组成：乙醇；共沸组成：乙醇 0.894 0.894；水；水 0.006 0.006。乙醇水苯共沸点：乙醇水苯共沸点：64.664.6；共沸组成：乙醇；共沸组成：乙醇 0.23 0.23；水；水 0.226 0.226；苯；苯 0.544 0.544。66六、共沸精馏与萃取精馏比较六、共沸精馏与萃取精馏比较共同点：共同点：不同点：不同点：基本原理相同，都是通过加入适量的质量分离剂，改变基本原理相同，都是通过加入适量的质量分离剂，改变组分之间的相互作用，增大组分的挥发度差异，实现精组分之间的相互作用，增大组分的挥发度差异，实现精馏分离。馏分离。（1 1）共沸精馏中加入的共沸剂必须与原溶液中的一个或）共沸精馏中加入的共沸剂必须与原溶液中的一个或 几个组分形成共沸物，而萃取精馏中的溶剂无此限几个组分形成共沸物，而萃取精馏中的溶剂无此限 制，共沸剂的选择范围相对较窄；制，共沸剂的选择范围相对较窄；（2 2）共沸精馏中共沸剂以汽态离塔，消耗的潜热较多，）共沸精馏中共沸剂以汽态离塔，消耗的潜热较多，萃取精馏中萃取剂基本不变化，因此共沸精馏的能萃取精馏中萃取剂基本不变化，因此共沸精馏的能 耗一般比萃取精馏大；耗一般比萃取精馏大；（3 3）在同样压力下，共沸精馏的操作温度通常比萃取精）在同样压力下，共沸精馏的操作温度通常比萃取精 馏低，故共沸精馏更适用于分离热敏性物料；馏低，故共沸精馏更适用于分离热敏性物料；（4 4）共沸精馏可连续操作，也可间歇操作，萃取精馏一）共沸精馏可连续操作，也可间歇操作，萃取精馏一 般只能连续操作。般只能连续操作。67第第3章章 完完谢谢！谢谢！68