萃取精馏精选PPT.ppt

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1、关于萃取精馏第1页，讲稿共95张，创作于星期三第2页，讲稿共95张，创作于星期三第四章第四章 主要内容主要内容4.1 4.1 共沸精馏共沸精馏4.2 4.2 萃取精馏萃取精馏 本章要求本章要求本章小结本章小结参考文献参考文献思考题思考题4.3 4.3 加盐加盐萃取精馏萃取精馏 第3页，讲稿共95张，创作于星期三v4.1 共沸精馏共沸精馏v1）理解共沸组成和共沸精馏过程的计算方法）理解共沸组成和共沸精馏过程的计算方法,共沸剂的选择原则及加入量的分析。共沸剂的选择原则及加入量的分析。v2）理解共沸精馏和萃取精馏含义）理解共沸精馏和萃取精馏含义,均相共沸物均相共沸物 和非均相共沸物的特征。和非均相共

2、沸物的特征。v4.2 4.2 萃取精馏萃取精馏 v1）掌握萃取精馏过程特点）掌握萃取精馏过程特点,萃取精馏的原理。萃取精馏的原理。v2）理解萃取精馏过程溶剂作用原理）理解萃取精馏过程溶剂作用原理,溶剂选择溶剂选择 原则原则,萃取精馏的流程特点。萃取精馏的流程特点。v3）了解共沸精馏的与萃取精馏的区别及各自）了解共沸精馏的与萃取精馏的区别及各自 适用情况适用情况,加盐萃取精馏的原理、特点、工加盐萃取精馏的原理、特点、工 业应用及流程。业应用及流程。本章要求：本章要求：第4页，讲稿共95张，创作于星期三4.2 4.2 萃取精馏萃取精馏一、一、萃取精馏过程萃取精馏过程二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的

3、原理 三、三、萃取剂的选择萃取剂的选择四、四、萃取萃取精馏精馏过程分析过程分析 五、五、萃取精馏过程理论级数的简捷计算萃取精馏过程理论级数的简捷计算 第5页，讲稿共95张，创作于星期三4.2 4.2 萃取精馏萃取精馏一、萃取精馏过程一、萃取精馏过程萃取精馏的定义萃取精馏的定义 加入的新组分不和原物系中的组分形成加入的新组分不和原物系中的组分形成恒沸物，只恒沸物，只改变改变组分间的组分间的相对挥发度相对挥发度，而其沸点比物系中其它组分的而其沸点比物系中其它组分的沸点高沸点高，从精馏塔的塔釜引出从精馏塔的塔釜引出 所加入的新组分称为所加入的新组分称为萃取剂萃取剂 第6页，讲稿共95张，创作于星期三

4、 萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程 回收段回收段精馏段精馏段提馏段提馏段第7页，讲稿共95张，创作于星期三主要设备：萃取精馏塔主要设备：萃取精馏塔塔结构：由三段组成塔结构：由三段组成底段底段(即提馏段即提馏段):提馏出易挥发组分；提馏出易挥发组分；中段中段(即精馏段即精馏段):易挥发组分在该段被提易挥发组分在该段被提浓浓,难挥发组分进入溶剂中难挥发组分进入溶剂中,故也称为故也称为吸收区；吸收区；顶段顶段(溶剂回收段溶剂回收段):分离易挥发组分和溶分离易挥发组分和溶剂剂,减少溶剂的损失减少溶剂的损失,即使塔顶即使塔顶xS=0。萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程 第8页，讲稿共95张，创作于星期三特

5、点：特点：1.二塔串联二塔串联;2.S为难挥发组分为难挥发组分,一般在近于塔顶加一般在近于塔顶加入入;3.一般采用汽相加料。一般采用汽相加料。思考题：思考题：为什么萃取精馏塔一般采用的是汽为什么萃取精馏塔一般采用的是汽相进料而不是液相进料？相进料而不是液相进料？萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程 第9页，讲稿共95张，创作于星期三加料：加料：溶剂溶剂:加料口位于进料口之上加料口位于进料口之上(保证溶剂浓保证溶剂浓 度均匀度均匀);溶剂损失少溶剂损失少,故只故只 需补充少量溶剂需补充少量溶剂;溶剂从塔底排出溶剂从塔底排出,进入回收塔进入回收塔,再循环使用。再循环使用。原料液原料液:汽相进料汽相进料

6、萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程 第10页，讲稿共95张，创作于星期三 液相进料液相进料 此时若只在塔的上部溶剂加入板加入溶此时若只在塔的上部溶剂加入板加入溶剂则提馏段各板上的溶剂浓度小于精馏段剂则提馏段各板上的溶剂浓度小于精馏段各板上的溶剂浓度各板上的溶剂浓度,因此因此,若采用液相进料时若采用液相进料时,则除在塔上部溶剂加入板加入溶剂外则除在塔上部溶剂加入板加入溶剂外,还需还需从进料口补充部分溶剂。从进料口补充部分溶剂。萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程 第11页，讲稿共95张，创作于星期三萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程气相进料的萃取精馏流程气相进料的萃取精馏流程 液相进料的萃取精馏流程液相

7、进料的萃取精馏流程 为维持塔内萃取剂浓度恒定，为维持塔内萃取剂浓度恒定，需在进料处加入适量的萃取剂需在进料处加入适量的萃取剂 第12页，讲稿共95张，创作于星期三 萃取精馏的基本原理是基于加入萃取剂萃取精馏的基本原理是基于加入萃取剂后后,改变了原溶液中关键组分间的相对挥发改变了原溶液中关键组分间的相对挥发度度,即改变了原溶液组分间的即改变了原溶液组分间的相互作用力相互作用力,构构成一个成一个新新的非理想溶液。的非理想溶液。一般工业生产中一般工业生产中,萃取精馏塔多在常压萃取精馏塔多在常压或压力不高的条件下操作或压力不高的条件下操作,因此汽相可以因此汽相可以近似看作理想气体近似看作理想气体,但液

8、相为非理想溶液但液相为非理想溶液二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第13页，讲稿共95张，创作于星期三对于理想气体、非理想溶液对于理想气体、非理想溶液 由上式可知由上式可知:a a12的变化的变化,不但与各组分不但与各组分的饱和蒸气压有关的饱和蒸气压有关,而且与各组分的活度而且与各组分的活度系数也有关。系数也有关。1 1 萃取剂的作用萃取剂的作用二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第14页，讲稿共95张，创作于星期三15 例如例如,在常压下醋酸甲酯在常压下醋酸甲酯(1)的沸点为的沸点为57,甲甲醇醇(2)的沸点为的沸点为64.5,沸点差为沸点差为7.5,其活度其活度系数为系数为g g1=1.

9、12,g g2=1.53,当当t=54时时,其其a a12为为 由此看出由此看出,相对挥发度不仅与物系的操作相对挥发度不仅与物系的操作条件有关条件有关,而且与该物系性质也有关而且与该物系性质也有关,即活度即活度系数有关。系数有关。1 1 萃取剂的作用萃取剂的作用二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第15页，讲稿共95张，创作于星期三问题：问题：如何增加如何增加 a a12？1 1 萃取剂的作用萃取剂的作用二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第16页，讲稿共95张，创作于星期三 由上式得溶剂存在下组分由上式得溶剂存在下组分1和组分和组分2的活度的活度系数之比为：系数之比为：（2）若三个双组分溶液

10、均属于非对称性不大的若三个双组分溶液均属于非对称性不大的系统系统,各组分之间的相互作用可忽略各组分之间的相互作用可忽略,C=01 1 萃取剂的作用萃取剂的作用二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第17页，讲稿共95张，创作于星期三代入上式并整理得柯干公式：代入上式并整理得柯干公式：（3）式中：式中：称为组分称为组分1 1的脱溶剂的脱溶剂基浓度，或称为相对浓度。基浓度，或称为相对浓度。以端值常数的平均值以端值常数的平均值 1 1 萃取剂的作用萃取剂的作用二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第18页，讲稿共95张，创作于星期三三组分物系三组分物系的泡点温度的泡点温度 如果如果xS0,即对无溶剂即对

11、无溶剂S时的二组分系统时的二组分系统,x/1=x1,可得可得(4)将式将式（3）代入（）代入（1）得）得：溶剂存在下溶剂存在下,组分组分1对组对组分分2的相对挥发度的相对挥发度(5)1 1 萃取剂的作用萃取剂的作用二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第19页，讲稿共95张，创作于星期三二组分物系的泡点温度二组分物系的泡点温度(6)若若(p10/p20)与温度关系不大与温度关系不大,在在 x1=x1时时,(7)1 1 萃取剂的作用萃取剂的作用二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第20页，讲稿共95张，创作于星期三定义：定义：S12为溶剂的选择性为溶剂的选择性,它是衡量溶剂效果的一个它是衡量溶剂效

12、果的一个重要指标。重要指标。上式表明上式表明,萃取精馏之所以能提高萃取精馏之所以能提高(a a)12,关键是溶剂的存在造成了待分离的两组分关键是溶剂的存在造成了待分离的两组分间活度系数的变化。间活度系数的变化。2 2 萃取剂的选择性萃取剂的选择性二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第21页，讲稿共95张，创作于星期三(4)(6)(7)二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第22页，讲稿共95张，创作于星期三溶剂是如何改变组分溶剂是如何改变组分1、2间的相对挥发度？间的相对挥发度？比较式比较式(4)和和(6)不难发现不难发现原因有二原因有二(1)由于溶剂的加入由于溶剂的加入,使式使式(4)右方比式

13、右方比式 (6)多了第三项多了第三项 ,这一项反映了这一项反映了溶剂溶剂 S 对原料液组分对原料液组分1、2的不同作用；的不同作用；(2)式式(4)比比(6)的第二项多乘了一个的第二项多乘了一个小于小于1的数的数 ,它反映了溶剂它反映了溶剂 S 对原料液对原料液组分组分1、2的稀释作用。的稀释作用。二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第23页，讲稿共95张，创作于星期三 溶剂溶剂 S 对原料液中组分对原料液中组分1、2的不同作用的不同作用分析式（分析式（7）3 3 影响萃取剂选择性的因素影响萃取剂选择性的因素二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第24页，讲稿共95张，创作于星期三1）选择性与选

14、择性与 以及以及 (组分组分 S、1、2的物性的物性)有关；有关；二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理a)萃取剂浓度的影响萃取剂浓度的影响第25页，讲稿共95张，创作于星期三 b)萃取剂本身性质萃取剂本身性质(A1S、A2S)的影响的影响上述不等式成立的必要条件：上述不等式成立的必要条件：即：加入溶剂后，希望即：加入溶剂后，希望 值越大越好，值越大越好，值越小越好值越小越好二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第26页，讲稿共95张，创作于星期三 使使 ,从而提高了组分从而提高了组分1对对组分组分2的相对挥发度的相对挥发度,以实现原有两组分以实现原有两组分的分离。的分离。二、萃取精馏的原理二、萃

15、取精馏的原理b)萃取剂本身性质萃取剂本身性质(A1S、A2S)的影响的影响第27页，讲稿共95张，创作于星期三 加入溶剂后加入溶剂后,(12)S 的变化不仅与溶的变化不仅与溶剂的性质剂的性质 和浓度和浓度 xS 有关有关,还与组还与组分分1、2的性质的性质 和浓度和浓度 有关有关 但但 仅是满足不等式仅是满足不等式 成立的必要条件，成立的必要条件，却并非充分条件。却并非充分条件。c)物系本身性质物系本身性质()的影响的影响 二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理 b)萃取剂本身性质萃取剂本身性质(A1S、A2S)的影响的影响第28页，讲稿共95张，创作于星期三说明说明：此时加入溶剂后，在这一浓度

16、（：此时加入溶剂后，在这一浓度（值值较较 小或小或 值较大）区域，值较大）区域，反而反而变小，变小，即将使分离变得比无溶剂时更加困难。即将使分离变得比无溶剂时更加困难。第29页，讲稿共95张，创作于星期三低浓度区低浓度区:结论：正偏差溶液高浓度区有利结论：正偏差溶液高浓度区有利高浓度区：高浓度区：即组分即组分1和组分和组分2形成形成 正偏差溶液时正偏差溶液时二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理c)物系本身性质物系本身性质()的影响的影响 第30页，讲稿共95张，创作于星期三高浓度区：高浓度区：低浓度区：低浓度区：结论：负偏差溶液低浓度区有利结论：负偏差溶液低浓度区有利即组分即组分1和组分和组分

17、2形成形成 负偏差溶液时负偏差溶液时二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理c)物系本身性质物系本身性质()的影响的影响 第31页，讲稿共95张，创作于星期三当原溶液为正偏差时，当原溶液为正偏差时，当原溶液为负偏差时，当原溶液为负偏差时，（8）要使溶剂在任何要使溶剂在任何 值时均能增大原溶液组值时均能增大原溶液组分间的相对挥发度，就必须使分间的相对挥发度，就必须使二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理c)物系本身性质物系本身性质()的影响的影响 第32页，讲稿共95张，创作于星期三 溶剂的稀释作用溶剂的稀释作用表示原溶液非理想性的程度表示原溶液非理想性的程度二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第33

18、页，讲稿共95张，创作于星期三 说明说明 与原溶液中两组分的相对量与原溶液中两组分的相对量 无关。因此，当无关。因此，当xS1时，溶剂时，溶剂 S 的作用似乎的作用似乎是使二元系的非理想性有所下降。从分子相是使二元系的非理想性有所下降。从分子相互作用的观点，溶剂的这一作用可解释为：互作用的观点，溶剂的这一作用可解释为：原有的两组分的浓度均因加入溶剂而下降，原有的两组分的浓度均因加入溶剂而下降，所以它们之间的相互作用减弱了，溶剂的这所以它们之间的相互作用减弱了，溶剂的这一作用称为一作用称为稀释作用稀释作用。二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理第34页，讲稿共95张，创作于星期三(4)(4)萃取精

19、馏的实质萃取精馏的实质 原分离物系中两组分沸点相近，非理想性原分离物系中两组分沸点相近，非理想性不大的物系，加入萃取剂的作用是不大的物系，加入萃取剂的作用是萃取剂与其中一个组分或两个组分萃取剂与其中一个组分或两个组分形成非理想形成非理想溶液溶液，从而改变了原组分间的相对挥发度。从而改变了原组分间的相对挥发度。当原溶液为非理想物系，以至形成恒当原溶液为非理想物系，以至形成恒沸物而难以分离，则萃取剂起沸物而难以分离，则萃取剂起稀释稀释作用，作用，从而减弱了原分子间的相互作用，使相从而减弱了原分子间的相互作用，使相对挥发度改变。对挥发度改变。溶剂的浓度越大溶剂的浓度越大,一般溶剂的效果越显著一般溶剂

20、的效果越显著 第35页，讲稿共95张，创作于星期三 萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则为尽量使萃取剂的选择原则为尽量使则萃取剂必须满足：则萃取剂必须满足：尽量选择尽量选择 这时溶剂能使原有两组分的这时溶剂能使原有两组分的12 在任何在任何 值值时都有所提高。时都有所提高。（6）三、萃取剂的选择三、萃取剂的选择第36页，讲稿共95张，创作于星期三 若原溶液沸点相近，非理想性不很强时若原溶液沸点相近，非理想性不很强时,选择溶剂主要考虑它对各组分的不同作选择溶剂主要考虑它对各组分的不同作 用，此时稀释作用的因素很小；用，此时稀释作用的因素很小；若原溶液沸点差很大若原溶液沸点差很大,非理

21、想性很强非理想性很强,在用在用 普通精馏方法不易分离或不能分离的浓度普通精馏方法不易分离或不能分离的浓度 区域里，选择溶剂主要考虑它的稀释作用区域里，选择溶剂主要考虑它的稀释作用.萃取剂的选择原则萃取剂的选择原则三、萃取剂的选择三、萃取剂的选择第37页，讲稿共95张，创作于星期三 萃取剂的选择要求（工艺角度）萃取剂的选择要求（工艺角度）选择性强，即能使原组分的相对挥发度选择性强，即能使原组分的相对挥发度 按所希望的方向改变，且越大越好；按所希望的方向改变，且越大越好；溶解度大，即与任何浓度的原溶液完全溶解度大，即与任何浓度的原溶液完全 互溶，不致在塔板上产生分层现象；互溶，不致在塔板上产生分层

22、现象；沸点高，挥发度小，使产品中不致混有沸点高，挥发度小，使产品中不致混有 萃取剂，且易于和另一组分分离；萃取剂，且易于和另一组分分离；三、萃取剂的选择三、萃取剂的选择第38页，讲稿共95张，创作于星期三 使用要安全、无毒使用要安全、无毒,对设备不腐蚀对设备不腐蚀,污污 染小染小,环境友好环境友好,价格低廉价格低廉,来源丰富。来源丰富。热稳定性和化学稳定性好热稳定性和化学稳定性好,不与原组分不与原组分 起化学反应起化学反应,不形成共沸物不形成共沸物,易再生和回收易再生和回收;适宜的物性；适宜的物性；在上述要求中在上述要求中,(2)(6)各项均属一般的工各项均属一般的工艺要求艺要求,而首要的是应

23、符合要求而首要的是应符合要求(1)。为此。为此,应应对原系统的性质加以研究对原系统的性质加以研究,然后再对可能的溶然后再对可能的溶剂进行筛选。剂进行筛选。萃取剂的选择要求（工艺角度）萃取剂的选择要求（工艺角度）三、萃取剂的选择三、萃取剂的选择第39页，讲稿共95张，创作于星期三例：例：从从C4馏分（丁烯馏分（丁烯-1、丁二烯、反式丁二烯、丁二烯、反式丁二烯-2、顺式丁二烯、顺式丁二烯-2）中制取纯丁二烯。）中制取纯丁二烯。溶剂溶剂：丙酮、糠醛、乙腈及二甲基甲酰胺等；：丙酮、糠醛、乙腈及二甲基甲酰胺等；从选择性看从选择性看：二甲基甲酰胺最佳，乙腈次之；：二甲基甲酰胺最佳，乙腈次之；从物性看从物性

24、看：首先沸点是最重要的因素，沸点：首先沸点是最重要的因素，沸点低，一则影响产品的纯度，二则溶剂损耗大；低，一则影响产品的纯度，二则溶剂损耗大；沸点高，操作温度高，易引起烃类的聚合；其沸点高，操作温度高，易引起烃类的聚合；其次是粘度，会影响板效率；次是粘度，会影响板效率；比较上述几种溶剂的物性知：二甲基甲酰比较上述几种溶剂的物性知：二甲基甲酰胺和乙腈较适宜，但二者比较后选择乙腈为溶胺和乙腈较适宜，但二者比较后选择乙腈为溶剂较合适。剂较合适。第40页，讲稿共95张，创作于星期三三、萃取剂的选择三、萃取剂的选择定性定性 根据有机物的极性根据有机物的极性 选择在极性上更类似于重关键组分的化选择在极性上

25、更类似于重关键组分的化合物作萃取剂，能有效地减小重关键组分的合物作萃取剂，能有效地减小重关键组分的相对挥发度相对挥发度 从同系物中选择从同系物中选择 希望所选的萃取剂与塔釜产品形成理想溶希望所选的萃取剂与塔釜产品形成理想溶液或具有负偏差的非理想溶液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与塔釜产品形成理想溶液的萃取剂容易选择 同系物同系物 萃取剂的选择方法萃取剂的选择方法第41页，讲稿共95张，创作于星期三42 例如：丙酮（例如：丙酮（1）甲醇（甲醇（2）形成具有最）形成具有最低恒沸点的非理想溶液，丙酮的沸点低恒沸点的非理想溶液，丙酮的沸点56.4，甲醇的沸点甲醇的沸

26、点64.7，t恒恒=55.7、x 1=0.8，如用萃取精馏分离时，萃取剂可有两种类型如用萃取精馏分离时，萃取剂可有两种类型丙酮同系物丙酮同系物沸点沸点甲醇同系物甲醇同系物 沸点沸点甲基乙基酮甲基乙基酮甲基正丙基酮甲基正丙基酮甲基异丁基酮甲基异丁基酮甲基正戊基酮甲基正戊基酮79.6102.0115.9150.6乙醇乙醇丙醇丙醇水水丁醇丁醇戊醇戊醇乙二醇乙二醇78.391.2100117.8137.8197.2第42页，讲稿共95张，创作于星期三试试看甲醇甲醇(64.7)-丙丙酮酮(56.4)溶液溶液最低共沸点最低共沸点(55.7)x(CH3OH)=0.2萃取精馏分离时，萃取精馏分离时，萃取剂可有

27、两种萃取剂可有两种类型类型 第43页，讲稿共95张，创作于星期三定量定量无限稀释活度系数无限稀释活度系数例：环己烷例：环己烷-苯体系以苯胺或糠醛为萃取苯体系以苯胺或糠醛为萃取 剂的选择性剂的选择性苯胺：苯胺：糠醛：糠醛：所以糠醛的选择性稍优于苯胺所以糠醛的选择性稍优于苯胺 当当xS1时时第44页，讲稿共95张，创作于星期三实验方法实验方法v以等摩尔的被分离组分混合液中加入等以等摩尔的被分离组分混合液中加入等重量的萃取剂相混合后，通过实验方法重量的萃取剂相混合后，通过实验方法测定汽液两相的平衡组成，并计算其相测定汽液两相的平衡组成，并计算其相对挥发度对挥发度 值越大，则说明选择性就强值越大，则说

28、明选择性就强特点：准确，但工作量大特点：准确，但工作量大第45页，讲稿共95张，创作于星期三用活度系数方程式计算用活度系数方程式计算 计算计算并计算并计算值越大，则说明选择性就强值越大，则说明选择性就强 第46页，讲稿共95张，创作于星期三 萃取精馏塔内由于存在大量萃取剂，因而萃取精馏塔内由于存在大量萃取剂，因而会影响塔内汽、液两相的流率，其分布情况会影响塔内汽、液两相的流率，其分布情况与一般精馏塔有所不同。与一般精馏塔有所不同。使塔内汽液两相流率发生变化的使塔内汽液两相流率发生变化的原因有二原因有二:1）由于萃取剂的加入使塔内汽、液两相流率）由于萃取剂的加入使塔内汽、液两相流率 发生变化；发

29、生变化；2）进料状态的不同，也会使进料级上汽、液）进料状态的不同，也会使进料级上汽、液 两相的流率发生变化。两相的流率发生变化。1 1 塔内流量分布塔内流量分布四、萃取精馏过程分析四、萃取精馏过程分析 第47页，讲稿共95张，创作于星期三四、萃取精馏过程分析四、萃取精馏过程分析 精馏段精馏段:组组 分分i（若若S中中不不含含 i）：1 1 塔内流量分布塔内流量分布第48页，讲稿共95张，创作于星期三式中：式中：若以若以l 代表液相中原溶液组分之流率，代表液相中原溶液组分之流率，以以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：（10）四、萃取精馏过程分析四、萃取精馏过程分

30、析 1 1 塔内流量分布塔内流量分布（9）以脱溶剂的相对浓度代替上式中的浓度以脱溶剂的相对浓度代替上式中的浓度:则则 第49页，讲稿共95张，创作于星期三一般情况下，当一般情况下，当(xS)D0 时：时：（12）则：则：（11）（9）式减去（）式减去（12）式，得：）式，得：四、萃取精馏过程分析四、萃取精馏过程分析 1 1 塔内流量分布塔内流量分布第50页，讲稿共95张，创作于星期三四、萃取精馏过程分析四、萃取精馏过程分析 1 1 塔内流量分布塔内流量分布整理得整理得:(13)因为因为S为重组分为重组分,溶剂存在下塔内的液气比大于脱溶剂溶剂存在下塔内的液气比大于脱溶剂 情况下的液气比；情况下的

31、液气比；所以所以:(xS)n (xS)n+1,故故(yS)n+1 SFSDm-1mm+1n-1nn+1W（3-124）1 1 塔内流量分布塔内流量分布第52页，讲稿共95张，创作于星期三 萃取精馏中，因溶剂沸点高，溶剂量较大，萃取精馏中，因溶剂沸点高，溶剂量较大，在向下流动过程中溶剂温升会冷凝一定量的上升在向下流动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。蒸汽，使塔内流率发生明显变化。A 液相流率越往下越大液相流率越往下越大;精馏段精馏段第第n级的级的液相流率液相流率为：为：原有液体流率原有液体流率溶剂量溶剂量溶剂升温冷凝的蒸气量溶剂升温冷凝的蒸气量同理同理,可以得到可以得

32、到提馏段提馏段第第m板的板的液相流率液相流率为为:（14）（15）1 1 塔内流量分布塔内流量分布第53页，讲稿共95张，创作于星期三54精馏段精馏段第第n板的板的汽相流率汽相流率：B 汽相流率越往下越大汽相流率越往下越大,即越往上越小即越往上越小提馏段提馏段第第m板的板的汽相流率汽相流率：FSDm-1mm+1n-1nn+1W结论结论:(1)从上到下汽、液相流率都随温度的从上到下汽、液相流率都随温度的 不断升高而增加；不断升高而增加；(2)液相流率大于汽相流率。液相流率大于汽相流率。1 1 塔内流量分布塔内流量分布第54页，讲稿共95张，创作于星期三塔内萃取剂浓度分布塔内萃取剂浓度分布 萃取剂

33、的挥发度比所处理物料的挥发萃取剂的挥发度比所处理物料的挥发度低得多度低得多,用量较大用量较大,故在塔板上基本维持故在塔板上基本维持一固定的浓度值一固定的浓度值,“恒定浓度恒定浓度”即即 假定假定：a 恒摩尔流恒摩尔流；b 萃取剂物料衡算萃取剂物料衡算=0精馏段精馏段总物料衡算：总物料衡算：A第55页，讲稿共95张，创作于星期三塔内萃取剂浓度分布塔内萃取剂浓度分布 设萃取剂设萃取剂S 对被分离组分的相对挥发度为对被分离组分的相对挥发度为二元二元多元多元第56页，讲稿共95张，创作于星期三塔内萃取剂浓度分布塔内萃取剂浓度分布BA=B 包括溶剂包括溶剂S在内在内式式(3-133)表示了表示了xS、S

34、、L的关系的关系 第57页，讲稿共95张，创作于星期三当当 0 时：时：类似地，类似地，提馏段提馏段溶剂浓度：溶剂浓度：溶剂对被分离组分的相对挥发度一般很小溶剂对被分离组分的相对挥发度一般很小,当当 0 0 时时,式式(3-133)可简化为可简化为:不包括不包括S的塔底产品流率的塔底产品流率塔内萃取剂浓度分布塔内萃取剂浓度分布第58页，讲稿共95张，创作于星期三分析上式分析上式塔内萃取剂浓度分布塔内萃取剂浓度分布第59页，讲稿共95张，创作于星期三思考题：思考题：萃取精馏中是否回流比越大所萃取精馏中是否回流比越大所需理论板数越少？为什么？需理论板数越少？为什么？塔内萃取剂浓度分布塔内萃取剂浓度

35、分布第60页，讲稿共95张，创作于星期三分析下式：分析下式：FSDm-1mm+1n-1nn+1WRDL塔内萃取剂浓度分布塔内萃取剂浓度分布第61页，讲稿共95张，创作于星期三塔内萃取剂浓度分布塔内萃取剂浓度分布第62页，讲稿共95张，创作于星期三塔内萃取剂浓度分布塔内萃取剂浓度分布第63页，讲稿共95张，创作于星期三6 浓度分布图浓度分布图 S(苯酚苯酚)变化图变化图.塔板序号塔板序号:上上下下;溶剂回收段溶剂回收段:16板板;精馏段精馏段:612板板;进料板进料板:第第13板板;再沸器再沸器:第第21板板.第64页，讲稿共95张，创作于星期三总结：将塔分为四部分总结：将塔分为四部分 精馏段：

36、精馏段：提馏段：提馏段：塔塔 釜：釜：溶剂回收段：溶剂回收段：当进料为饱和蒸气时，当进料为饱和蒸气时，；当进料为液相或气液混合物时，当进料为液相或气液混合物时，。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。FSDm-1mm+1n-1nn+1W第65页，讲稿共95张，创作于星期三萃取精馏过程特点：萃取精馏过程特点：（1）物系非理想性强；）物系非理想性强；（2）塔内汽液相流率变化大；）塔内汽液相流率变化大；（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。有些情况下有些情况下,特别是当原溶液组分特别是当原溶液组分性质相近时性质相近时,可按二元

37、精馏方法可按二元精馏方法,用图用图解法或解析法处理解法或解析法处理,使计算得以简化。使计算得以简化。FSDm-1mm+1n-1nn+1W五、萃取精馏过程理论级数的简捷计算五、萃取精馏过程理论级数的简捷计算 第66页，讲稿共95张，创作于星期三简化条件：简化条件：1、按二元体系求解、按二元体系求解,忽略忽略S(认为溶剂的认为溶剂的 加入只影响原组分相对挥发度的大小加入只影响原组分相对挥发度的大小,故不考虑溶剂的存在故不考虑溶剂的存在,只选择合适的只选择合适的 相对发挥度即可相对发挥度即可)2、相对挥发度取平均值、相对挥发度取平均值(xS很大且不变很大且不变,溶剂的存在使原溶液非理想性降低溶剂的存

38、在使原溶液非理想性降低,相对挥发度为定值相对挥发度为定值,只与溶剂浓度只与溶剂浓度xS 有有 关关,而与原溶液浓度无关）。而与原溶液浓度无关）。五、萃取精馏过程理论级数的简捷计算五、萃取精馏过程理论级数的简捷计算 第67页，讲稿共95张，创作于星期三简化计算的主要依据简化计算的主要依据 所选择的溶剂应是沸点高、挥发度小的所选择的溶剂应是沸点高、挥发度小的 溶剂；溶剂；溶剂由塔顶加入后几乎全部流入塔釜；溶剂由塔顶加入后几乎全部流入塔釜；溶剂在塔内各板上的浓度恒定不变；溶剂在塔内各板上的浓度恒定不变；萃取精馏过程可作为双组份物系来处理萃取精馏过程可作为双组份物系来处理 （以脱溶剂为基准），用图解法

39、或解析（以脱溶剂为基准），用图解法或解析 法进行计算。法进行计算。五、萃取精馏过程理论级数的简捷计算五、萃取精馏过程理论级数的简捷计算 第68页，讲稿共95张，创作于星期三图解法图解法 适用范围：适用范围：原溶液为二元原溶液为二元 加入恒浓度萃取剂，只改变相对挥发度加入恒浓度萃取剂，只改变相对挥发度 作恒浓度萃取剂下的汽液平衡相图，作恒浓度萃取剂下的汽液平衡相图，物料衡算。根据工艺要求，求得物料衡算。根据工艺要求，求得 绘汽液平衡曲线，绘汽液平衡曲线，第69页，讲稿共95张，创作于星期三 图解法图解法（Graphic solution）为了方便，可将计算结果绘制成图为了方便，可将计算结果绘制成

40、图在图上求在图上求 并选并选R 作操作线方程作操作线方程 作阶梯求作阶梯求N及进料级及进料级 位置位置 第70页，讲稿共95张，创作于星期三 吉利兰法吉利兰法 选定关键组分选定关键组分，由分离要求由分离要求,进行进行物料衡算物料衡算,求得塔顶、求得塔顶、塔釜的组成塔釜的组成 计算萃取剂用量计算萃取剂用量,并决定加料级并决定加料级,塔顶、塔顶、塔釜的泡点温度塔釜的泡点温度 求各组分求各组分的相对挥发度的相对挥发度 由活度系数模型求由活度系数模型求g gi。第71页，讲稿共95张，创作于星期三简化计算：简化计算：塔顶：塔顶：塔釜：塔釜：吉利兰法吉利兰法 第72页，讲稿共95张，创作于星期三 由芬斯

41、克公式求由芬斯克公式求Nmin注：注：必须是汽相进料，即必须是汽相进料，即xS=xS,如果如果xS xS,则则(a a12)S (a a12)S,应用上式分别计算精、提应用上式分别计算精、提馏段的馏段的Nmin。吉利兰法吉利兰法 第73页，讲稿共95张，创作于星期三 吉利兰法吉利兰法 计算计算最小回流比最小回流比 1)用用Underwood计算计算 2)用半经验式用半经验式（二元物系）求（二元物系）求Rm当饱和液体（泡点）加料时，当饱和液体（泡点）加料时，q=1第74页，讲稿共95张，创作于星期三当饱和蒸汽（露点）加料时，当饱和蒸汽（露点）加料时，q=0实际回流比实际回流比 R=（1.22.0

42、）Rm 由由Rmin,R,Nmin用吉利兰图求用吉利兰图求 N 吉利兰法吉利兰法第75页，讲稿共95张，创作于星期三 计算溶剂用量计算溶剂用量求求（3-131）求求S（3-133）吉利兰法吉利兰法第76页，讲稿共95张，创作于星期三 萃取剂回收段平衡级数的确定萃取剂回收段平衡级数的确定式中：式中：xS,n回收段的最下面级上的液相中萃取回收段的最下面级上的液相中萃取剂的组成，在简化计算中可近似取剂的组成，在简化计算中可近似取xS,n=yS 吉利兰法吉利兰法第77页，讲稿共95张，创作于星期三 在实际生产中在实际生产中,xS,D不可能是零不可能是零,按分离要按分离要求允许有一定的浓度求允许有一定的

43、浓度,所以所以,塔顶产品中要带塔顶产品中要带有少量萃取剂有少量萃取剂,因此存在萃取剂的损失。因此存在萃取剂的损失。塔顶带出萃取剂之损耗量塔顶带出萃取剂之损耗量D DS 从而可以修正物料平衡从而可以修正物料平衡,加入塔内的萃加入塔内的萃取剂量应该是取剂量应该是S+D DS。吉利兰法吉利兰法第78页，讲稿共95张，创作于星期三 例：用萃取精馏法分离正庚烷例：用萃取精馏法分离正庚烷(1)-甲苯甲苯(2)二二元混合物。原料组成元混合物。原料组成z1=0.5;z2=0.5(mol分数分数)。采用苯酚为溶剂采用苯酚为溶剂,要求塔板上溶剂浓度要求塔板上溶剂浓度xS=0.55(mol分数分数);操作回流比为操

44、作回流比为5;饱和蒸汽饱和蒸汽进料进料;平均操作压力为平均操作压力为124.123kPa。要求馏出。要求馏出液中含甲苯不超过液中含甲苯不超过0.8%(mol),塔釜液含正庚塔釜液含正庚烷不超过烷不超过1%(mol)(以脱溶剂计以脱溶剂计),试求溶剂与进试求溶剂与进料比和理论级数。料比和理论级数。第79页，讲稿共95张，创作于星期三【例例】求求S/F；N假设：假设：塔内为恒摩尔流；塔内为恒摩尔流；除溶剂外仅有两个待分离组分，故脱溶剂除溶剂外仅有两个待分离组分，故脱溶剂物系按二元物系处理；物系按二元物系处理；进塔溶剂中不含待分进塔溶剂中不含待分离组分离组分图解法或解析法图解法或解析法Sx 设设 在

45、全塔恒定，将在全塔恒定，将1、2、S三元看成三元看成 1、2两组分处理。两组分处理。第80页，讲稿共95张，创作于星期三R=5FSDW第81页，讲稿共95张，创作于星期三 要确定温度和浓度要确定温度和浓度2.作作 y/x/图图第82页，讲稿共95张，创作于星期三83浓度和温度的确定浓度和温度的确定:第83页，讲稿共95张，创作于星期三第84页，讲稿共95张，创作于星期三块。块。求求在图中作操作线方程在图中作操作线方程，14=N第85页，讲稿共95张，创作于星期三7.2100270=FS第86页，讲稿共95张，创作于星期三萃取精馏过程萃取精馏过程,因塔内液体流率往往远远大因塔内液体流率往往远远大

46、 于汽体流率于汽体流率,因而造成汽液接触较差因而造成汽液接触较差,使得使得 萃取精馏的全塔效率小于普通精馏塔萃取精馏的全塔效率小于普通精馏塔,一般一般 为普通精馏塔的为普通精馏塔的50%左右。左右。要严格控制回流比要严格控制回流比,不能盲目用调节回流比不能盲目用调节回流比 的办法调节萃取精馏塔的操作的办法调节萃取精馏塔的操作,因为回流比因为回流比 增大增大,液相流率增加液相流率增加,将使液相中溶剂浓度将使液相中溶剂浓度 xS下降下降,而使被分离组分间的相对挥发度而使被分离组分间的相对挥发度 (a a12)S减小减小,分离效果变差分离效果变差,常用的调节方法常用的调节方法:六、萃取精馏操作设计的

47、特点六、萃取精馏操作设计的特点第87页，讲稿共95张，创作于星期三a.调节溶剂用量调节溶剂用量,增加溶剂增加溶剂S入塔量入塔量,液相中溶液相中溶 剂浓度提高剂浓度提高,(a a12)S增大增大,分离所需分离所需N下降。下降。b.减少进料量减少进料量,进料量进料量F减少减少,馏出液馏出液D下降下降,相当于在维持原来相当于在维持原来xS条件下增加了条件下增加了R,分离分离 效果变好。效果变好。c.溶剂溶剂S的进料温度应维持恒定的进料温度应维持恒定,因为液相多因为液相多 为为S,S温度变化将使塔内温度变化将使塔内L和和V发生很大波发生很大波 动动,S很小的很小的D DT对全塔影响很大对全塔影响很大,

48、所以应严所以应严 格控制格控制S的进料温度。的进料温度。六、萃取精馏操作设计的特点六、萃取精馏操作设计的特点第88页，讲稿共95张，创作于星期三共同点：共同点：不同点：不同点：基本原理相同基本原理相同,都是通过加入适量的都是通过加入适量的MAS,改改变组分之间的相互作用变组分之间的相互作用,增大组分的挥发增大组分的挥发度差异度差异,实现精馏分离。实现精馏分离。恒沸剂的选择一定要符合能生成恒沸物恒沸剂的选择一定要符合能生成恒沸物 的条件的条件,其用量也是受所形成的恒沸物其用量也是受所形成的恒沸物 组成所控制的组成所控制的,而萃取精馏所用溶剂无而萃取精馏所用溶剂无 此限制此限制,因此对特定体系可供

49、选择作为因此对特定体系可供选择作为 恒沸剂的数目远不如萃取剂多；恒沸剂的数目远不如萃取剂多；七、恒沸精馏与萃取精馏比较七、恒沸精馏与萃取精馏比较第89页，讲稿共95张，创作于星期三 恒沸精馏中恒沸剂以汽态离塔恒沸精馏中恒沸剂以汽态离塔,消耗的潜热消耗的潜热 较多较多,萃取精馏中萃取剂基本不变化萃取精馏中萃取剂基本不变化,因此因此 恒沸精馏的消耗的能量一般比萃取精馏大恒沸精馏的消耗的能量一般比萃取精馏大;在同样压力下在同样压力下,恒沸精馏的操作温度通常比恒沸精馏的操作温度通常比 萃取精馏低萃取精馏低,故恒沸精馏更适用于分离热敏故恒沸精馏更适用于分离热敏 性物料；性物料；恒沸精馏可连续操作恒沸精馏

50、可连续操作,也可间歇操作也可间歇操作,萃取萃取 精馏一般只能连续操作。精馏一般只能连续操作。七、恒沸精馏与萃取精馏比较七、恒沸精馏与萃取精馏比较第90页，讲稿共95张，创作于星期三 恒沸精馏因受恒沸组成的限制恒沸精馏因受恒沸组成的限制,操作条件操作条件 比较苛刻比较苛刻(如塔内的恒沸剂浓度等参数不如塔内的恒沸剂浓度等参数不 能任意变动能任意变动)。而萃取精馏的操作参数则。而萃取精馏的操作参数则 可以在较大的范围变动可以在较大的范围变动,比较灵活；比较灵活；萃取精馏的流程及溶剂回收系统较恒沸萃取精馏的流程及溶剂回收系统较恒沸 精馏简单；精馏简单；恒沸精馏常用于脱出相对含量较少的组恒沸精馏常用于脱