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1、第三章 特殊精馏第1页，共59页，编辑于2022年，星期二上两次课内容第2页，共59页，编辑于2022年，星期二本次课内容n普通精馏小结n特殊精馏定义、分类n萃取精馏n恒沸精馏第3页，共59页，编辑于2022年，星期二4普通精馏操作是分离液体混合物的普通精馏操作是分离液体混合物的最常用和有效最常用和有效的方法。的方法。应用范围：应用范围：（1）待分离的两组分的挥发性相差较大，两组分的相对挥发）待分离的两组分的挥发性相差较大，两组分的相对挥发度较大，根据经验度较大，根据经验相对挥发度相对挥发度最少应最少应大于大于1.05。（2）待分离的混合物）待分离的混合物不存在不存在恒沸点恒沸点。（3）组分间
2、）组分间无化学反应无化学反应，组分，组分不发生分解不发生分解。（4）混合物各组分在一般（中低压，温度不很高）条件下能）混合物各组分在一般（中低压，温度不很高）条件下能够汽化和液化。够汽化和液化。普通精馏小结第4页，共59页，编辑于2022年，星期二53.3 特殊精馏特殊精馏当待分离组分之间形成当待分离组分之间形成共沸物共沸物或或相对挥发度接近相对挥发度接近1时，时，用普通精馏是用普通精馏是无法实现分离无法实现分离或是或是经济上不合理经济上不合理的。的。此时，向体系中加入一种适当的新组分，通过与原此时，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同作用，体系中各组分的不同作用，改变组分
3、之间的相对挥改变组分之间的相对挥发度发度，使系统变得易于分离，这类既加入，使系统变得易于分离，这类既加入能量分离剂能量分离剂又又加入加入质量分离剂质量分离剂的精馏称为特殊精馏或增强精馏。的精馏称为特殊精馏或增强精馏。第5页，共59页，编辑于2022年，星期二6特殊精馏的分类特殊精馏的分类（1）萃取精馏（）萃取精馏（Extractive Distillation）*图1 异辛烷-甲苯的萃取精馏异辛烷(沸点为99.3)和甲苯(沸点为110.8)的混合液若添加萃取剂苯酚(沸点为180)，则原混合液中两组分的相对挥发度增大。加入的质量分离剂加入的质量分离剂不不与被分离系统中的任何组分与被分离系统中的任
4、何组分形成共沸物形成共沸物，而其而其沸点沸点又较原有的任一组分又较原有的任一组分高高，从塔釜离开从塔釜离开。加入的质量分离剂称为溶剂加入的质量分离剂称为溶剂(S)。第6页，共59页，编辑于2022年，星期二7特殊精馏的分类特殊精馏的分类（2）共沸精馏（）共沸精馏（Azeotropic Distillation）*加入的质量分离剂与被分离系统中的一个或几个组分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形成共沸物，从塔顶蒸出沸物，从塔顶蒸出。加入的质量分离剂称为共沸剂。加入的质量分离剂称为共沸剂(entrainer)。第7页，共59页，编辑于2022年，星期二8（3）加盐精馏（）加盐精馏
5、（Salt Distillation）：）：利用盐效应使原组分的溶解度变化，从而引起气液平衡利用盐效应使原组分的溶解度变化，从而引起气液平衡变化的精馏过程。变化的精馏过程。可能应用得很少，从中国知网上查到的文献很少第8页，共59页，编辑于2022年，星期二9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在另一侧也汽化，所在另一侧也汽化，所以可称为精馏。好处：无需再生，但目前由于膜材料和以可称为精馏。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。制膜工艺的不成熟尚无工业应用。（4）膜精馏（）膜精馏（Membrane Distillation）：）：第一个渗透
6、汽化膜“高通量低选择性”用于分离乙醇水溶液的恒沸物；第二个渗透汽化膜“低通量高选择性”用于进一步提高乙醇的纯度。中国知网上查到的唯一一篇膜精馏文献第9页，共59页，编辑于2022年，星期二10反应精馏技术是把化学反应过程和精馏分离过程结合在一个设备中完成的反应分离一体化多功能新技术。（5）反应精馏）反应精馏(reactive distillation)：第10页，共59页，编辑于2022年，星期二113.3.1 萃取精馏萃取精馏一、萃取精馏的流程一、萃取精馏的流程图图3-13 3-13 萃取精馏流程萃取精馏流程1-Extractive Distillation Column1-Extracti
7、ve Distillation Column；2 2Solvent Recovery columnSolvent Recovery columnFeedSolventRaffinateExtract第11页，共59页，编辑于2022年，星期二12二、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Extractive distillation principles and choice of solvent（1）原理）原理-溶剂的作用溶剂的作用增大原有组分的相对挥发度。增大原有组分的相对挥发度。溶剂选择性：在溶剂存在下，组分A对组分B的相对挥发度与原溶液中组分A对组分B的相对挥发度之比
8、。加入苯胺后环己烷对苯的相对加入苯胺后环己烷对苯的相对挥发度明显提高，特别是在原挥发度明显提高，特别是在原共沸点处，随溶剂浓度的增加，共沸点处，随溶剂浓度的增加，相对挥发度显著增大。相对挥发度显著增大。第12页，共59页，编辑于2022年，星期二13溶剂的作用溶剂的作用1：改变改变组分间组分间相互作用相互作用环己烷环己烷-苯共沸体系：苯共沸体系：Cyclohexane b.p.：80.78；benzene b.p.：80.13。a.p.：77.54，xCH0.4499。物系的非理想性不大。Solvent：aniline加入苯胺后环己烷对苯的相对加入苯胺后环己烷对苯的相对挥发度明显提高，特别是在
9、原挥发度明显提高，特别是在原共沸点处，随溶剂浓度的增加，共沸点处，随溶剂浓度的增加，相对挥发度显著增大。相对挥发度显著增大。第13页，共59页，编辑于2022年，星期二14溶剂的作用溶剂的作用2：稀释作用稀释作用THF-H2O共沸体系：共沸体系：THF b.p.：65.97；H2O b.p.：100。a.p.：63.43 xTHF0.8287 物系的非理想性较大。溶剂：溶剂：DMF（二甲基甲酰胺）（二甲基甲酰胺）加入加入DMF后后THF/H2O的的相对挥发度在原共沸点处，相对挥发度在原共沸点处，随溶剂浓度的增加显著增随溶剂浓度的增加显著增大。大。第14页，共59页，编辑于2022年，星期二15
10、（2）溶剂的选择（）溶剂的选择（Choice of Solvent）1）沸点要较组分的高）沸点要较组分的高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）一般溶剂浓度）一般溶剂浓度60%，所以成本要低，所以成本要低4）污染小，环境友好）污染小，环境友好5）易与萃取组分分离）易与萃取组分分离Extractive distillation utilizes a solvent to enhance the separation among chemical species.This solvent must be carefully chosen so that it:has hig
11、her boiling point than the other components is miscible with the components in the mixtures is cost effective to use in a commercial operation is environmental benign compound is easily separable from the extracted components第15页，共59页，编辑于2022年，星期二16溶剂的选择溶剂的选择-（1）极性因素极性因素选择在极性上更类似于重关键组分的化选择在极性上更类似于重关
12、键组分的化合物作溶剂，可有效减小重关键组分的合物作溶剂，可有效减小重关键组分的挥发度。挥发度。常见的有机化合物按极性增加的顺序排列为：常见的有机化合物按极性增加的顺序排列为：烃烃醚醚醛醛酮酮酯酯醇醇二醇二醇（水）（水）仅在C原子数相同的情况下有效第16页，共59页，编辑于2022年，星期二第17页，共59页，编辑于2022年，星期二18 塔顶-丙酮 甲醇同系物（乙二醇197.2 ）塔底-甲醇同系物 塔顶-甲醇 丙酮同系物（甲基异丁基酮 115.9 )塔底-丙醇同系物 两种方案比较知，选择甲醇同系物有利。两种方案比较知，选择甲醇同系物有利。因为如用丙酮的同系物作萃取剂时，该萃取剂要克服原溶液中沸
13、因为如用丙酮的同系物作萃取剂时，该萃取剂要克服原溶液中沸点差异，使点差异，使低沸点物质低沸点物质与萃取剂一起由与萃取剂一起由塔釜塔釜排出。排出。例例:甲醇甲醇-丙酮丙酮(甲醇沸点甲醇沸点64.7，丙酮沸点，丙酮沸点56.4)溶液溶液具有最低共沸点（具有最低共沸点（55.7、x(CH3OH)=0.2）第18页，共59页，编辑于2022年，星期二19溶剂的选择溶剂的选择-（2）氢键因素氢键因素考虑组分间能否生成氢键。考虑组分间能否生成氢键。根据液体中是否具有活性氢原子和供电子原子，液体可分成五类：根据液体中是否具有活性氢原子和供电子原子，液体可分成五类：-生成三维氢键网络的液体生成三维氢键网络的液
14、体 水、乙二醇、甘油、氨基醇、含氧酸、多酚和胺基化合物等。水、乙二醇、甘油、氨基醇、含氧酸、多酚和胺基化合物等。-含有活性氢原子和其它供电子原子的其余液体含有活性氢原子和其它供电子原子的其余液体 酸、酚、醇、伯酸、酚、醇、伯/仲胺、氨、联氨、氟化氢、氢氰酸等。仲胺、氨、联氨、氟化氢、氢氰酸等。-分子中仅含供电子原子（分子中仅含供电子原子（O，N，F），而不含活性氢原子的液体），而不含活性氢原子的液体 醚、酮、酚、酯、叔胺。醚、酮、酚、酯、叔胺。-由仅含有活性氢原子，不含有供电子原子的分子组成的液体由仅含有活性氢原子，不含有供电子原子的分子组成的液体 CHC13，CH2C12，CH2ClCHCl
15、2等。等。-其它液体，即不能生成氢键的化合物其它液体，即不能生成氢键的化合物 烃类、二硫化碳、硫醇、非金属元素等。烃类、二硫化碳、硫醇、非金属元素等。第19页，共59页，编辑于2022年，星期二20溶剂的选择溶剂的选择-（2）氢键因素氢键因素若若溶剂溶剂能与能与重重组分组分2生成生成氢氢键键，从而降低，从而降低组分组分2的挥发的挥发度，度，使组分使组分1对组分对组分2的相的相对挥发度有较大提高，则该溶剂对挥发度有较大提高，则该溶剂往往是适宜的。往往是适宜的。第20页，共59页，编辑于2022年，星期二21溶剂的选择方法溶剂的选择方法试验法：试验法：汽液平衡数据的测定和气相色谱法快速测定关键组分
16、在溶剂中的汽液平衡数据的测定和气相色谱法快速测定关键组分在溶剂中的无限稀释无限稀释活度系数活度系数和和选择性选择性等。等。计算机辅助分子设计方法计算机辅助分子设计方法(CAMD)(CAMD)：根据设计任务，设定分子筛选评价指标，即指定设计分子的根据设计任务，设定分子筛选评价指标，即指定设计分子的关键物理性质；关键物理性质；预选一定结构的基团，按某种规律组合成溶剂分子；预选一定结构的基团，按某种规律组合成溶剂分子；用用UNIFACUNIFAC法估算溶剂分子的关键物理性质，并进行初步筛选；法估算溶剂分子的关键物理性质，并进行初步筛选；修正初选合格溶剂的关键物理性质的数值，结合工艺过程的修正初选合格
17、溶剂的关键物理性质的数值，结合工艺过程的特点确定较优溶剂。特点确定较优溶剂。常用无限稀释活度系数第21页，共59页，编辑于2022年，星期二22Summary for solvent choicen基本要求：基本要求：（1）选择极性类似于某一关键组分的物质作溶剂）选择极性类似于某一关键组分的物质作溶剂（2）溶剂与某一组分形成氢键）溶剂与某一组分形成氢键如分离甲醇丙酮物系如分离甲醇丙酮物系p其它要求：其它要求：沸点足够高，不形成共沸物；沸点足够高，不形成共沸物；与原液互溶性好，不发生化学反应；与原液互溶性好，不发生化学反应；加入量不宜过大，热稳定性好；加入量不宜过大，热稳定性好；无毒，无腐蚀，价
18、廉，易得。无毒，无腐蚀，价廉，易得。第22页，共59页，编辑于2022年，星期二23三、萃取精馏过程分析三、萃取精馏过程分析 Process Analysis一般规律：一般规律：由于溶剂的沸点高，流率大，在下由于溶剂的沸点高，流率大，在下降过程中溶剂温升会冷凝一定量的上升蒸汽，降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，液相流率越导致塔内汽相流率越往上走越小，液相流率越往下走越大。往下走越大。第23页，共59页，编辑于2022年，星期二24丙酮丙酮/甲醇萃取精馏塔内液相浓度分布图甲醇萃取精馏塔内液相浓度分布图溶剂：水溶剂：水AcetoneMethanolH2OSolv
19、ent inFeed intopbottomStage numberLiquid mole fraction第24页，共59页，编辑于2022年，星期二25萃取精馏过程特点：萃取精馏过程特点：（1）溶剂存在下，塔内的液汽比大）溶剂存在下，塔内的液汽比大于脱溶剂情况下的液汽比；于脱溶剂情况下的液汽比；（2）各板下降的溶剂）各板下降的溶剂流率流率均均大于大于加入加入的溶剂流率；的溶剂流率；（3）汽相流率、液相流率都是）汽相流率、液相流率都是越往上越往上越小越小。（4）在萃取精馏塔内，由于溶剂挥发度）在萃取精馏塔内，由于溶剂挥发度比原溶液中各组分的挥发度低得多且用量比原溶液中各组分的挥发度低得多且用
20、量较大，故较大，故溶剂在塔内基本维持一固定溶剂在塔内基本维持一固定的浓度值的浓度值。FSDWnn+1n-1m-1m+1m第25页，共59页，编辑于2022年，星期二26FSDWnn+1n-1m-1m+1m萃取精馏简捷计算的出发点：萃取精馏简捷计算的出发点：(1)精馏塔内溶剂浓度保持恒定。精馏塔内溶剂浓度保持恒定。(2)各组分浓度为脱溶剂浓度（在考虑各组分浓度为脱溶剂浓度（在考虑溶剂对组分相对挥发度影响的基础上），溶剂对组分相对挥发度影响的基础上），从从而将三元精馏而将三元精馏拟二元精馏过程拟二元精馏过程，按二，按二元精馏计算方法（解析法或图解法）处元精馏计算方法（解析法或图解法）处理，简化计算
21、。理，简化计算。第26页，共59页，编辑于2022年，星期二27萃取精馏过程的简化计算萃取精馏过程的简化计算FSDWnn+1n-1m-1m+1m假设：假设：恒摩尔流；恒摩尔流；塔顶无溶剂馏出；塔顶无溶剂馏出；除溶剂外仅有两个待分离组分，除溶剂外仅有两个待分离组分，脱溶剂物系按二元物系处理；脱溶剂物系按二元物系处理；进塔溶剂中不含待分离组分。进塔溶剂中不含待分离组分。第27页，共59页，编辑于2022年，星期二28 由由于于萃萃取取精精馏馏中中加加入入了了大大量量的的萃萃取取剂剂，因因此有与一般精馏不同的特点。此有与一般精馏不同的特点。(1)塔塔板板效效率率较较低低：由由于于加加入入的的萃萃取取
22、剂剂量量很很大大(一一般般xS0.6)，因因此此塔塔内内下下降降的的液液量量远远远远大大于于上上升升的的蒸蒸汽汽量量，从从而而造造成成汽汽液液接接触触效效果果不不佳佳，大大约约为为普普通通精精馏馏塔塔的的一一半半左左右右(回回收收段段不不包包括括在在内内)。在在设设计计时时应应注注意意塔塔板板结结构及流体动力情况，避免效率过低。构及流体动力情况，避免效率过低。五、萃取精馏的几点注意事项五、萃取精馏的几点注意事项第28页，共59页，编辑于2022年，星期二29(2)(2)当塔顶产品不合格时，不能采用加大回流比的方当塔顶产品不合格时，不能采用加大回流比的方法来调节：法来调节：组分间相对挥发度是借助
23、萃取剂的加入量组分间相对挥发度是借助萃取剂的加入量来调节的，随萃取剂在液相中浓度的增加，组分的相来调节的，随萃取剂在液相中浓度的增加，组分的相对挥发度增大。对挥发度增大。加大回流比会使萃取剂在塔内的浓度降低，反而加大回流比会使萃取剂在塔内的浓度降低，反而易使情况更加恶化。易使情况更加恶化。一般的调节方法包括：一般的调节方法包括：加大萃取剂用量；加大萃取剂用量；减少进料量，同时减少塔顶产品的采出量。减少进料量，同时减少塔顶产品的采出量。五、萃取精馏的几点注意事项五、萃取精馏的几点注意事项第29页，共59页，编辑于2022年，星期二30(3)(3)应应将将萃萃取取剂剂恒恒定定浓浓度度和和萃萃取取剂
24、剂温温度度作作为为主主要要的的被被调调参参数数：以以保保持持塔塔的的稳稳定定，当当操操作作条条件件接接近近液液相相分分层层区区时时，更更要要特特别注意。别注意。原原因因：萃萃取取剂剂用用量量较较大大，塔塔内内液液体体的的显显热热在在全全塔塔的的热热负负荷荷中中占占较较大大比比例例，所所以以，在在萃萃取取剂剂加加入入时时，温温度度微微小小的的变变化都直接影响上升的蒸汽量，从而波及全塔的操作状况。化都直接影响上升的蒸汽量，从而波及全塔的操作状况。五、萃取精馏的几点注意事项五、萃取精馏的几点注意事项第30页，共59页，编辑于2022年，星期二31(4)(4)在决定在决定塔径塔径及设计及设计塔板结构塔
25、板结构时，除按照蒸时，除按照蒸汽量汽量(包括萃取蒸气在内包括萃取蒸气在内)计算外计算外，还应注意液，还应注意液流中有较大量的萃取剂。流中有较大量的萃取剂。五、萃取精馏的几点注意事项五、萃取精馏的几点注意事项第31页，共59页，编辑于2022年，星期二32(5)中段温度变化小，两端变化大。中段温度变化小，两端变化大。在萃取精馏塔内，液相中萃取剂的浓度一般在萃取精馏塔内，液相中萃取剂的浓度一般0.6，此时，此时，塔中两个待分离组分的浓度变化范围塔中两个待分离组分的浓度变化范围0.4，因此，因此，由塔由塔顶向下温度会升高顶向下温度会升高,但变化不显著但变化不显著。在在回收段内回收段内，由于萃取剂含量
26、迅速下降由于萃取剂含量迅速下降,仅几块板即可仅几块板即可使使xS由由0.60.8变为变为0，这样会引起，这样会引起温度的陡降温度的陡降。塔釜处，塔釜处，由于基本上是萃取剂，因此塔釜温度也可能会急剧上由于基本上是萃取剂，因此塔釜温度也可能会急剧上升。升。五、萃取精馏的几点注意事项五、萃取精馏的几点注意事项第32页，共59页，编辑于2022年，星期二3.3.2 共沸精馏共沸精馏Azeotropic Distillation33一、共沸物一、共沸物二、共沸精馏流程二、共沸精馏流程三、共沸剂的选择三、共沸剂的选择四、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第
27、33页，共59页，编辑于2022年，星期二34共沸物特征：共沸物特征：共沸物类型：共沸物类型：n均相共沸物和非均相共沸物均相共沸物和非均相共沸物二元共沸物、三元共沸物二元共沸物、三元共沸物一、共沸物一、共沸物第34页，共59页，编辑于2022年，星期二35正偏差正偏差yx负偏差负偏差yx系统偏离拉乌尔定律系统偏离拉乌尔定律第35页，共59页，编辑于2022年，星期二例 氯仿乙醇正偏差-形成最低共沸物第36页，共59页，编辑于2022年，星期二37对对于于二二元元共共沸沸物物，混混合合物物的的psx曲曲线线上上之之极极值值点点对对应于汽、液平衡相的组成相等。应于汽、液平衡相的组成相等。具有较大正
28、偏差的共沸物系具有较大正偏差的共沸物系第37页，共59页，编辑于2022年，星期二38共沸物的特点：共沸物的特点：1）当当P不不变变时时，共共沸沸组组成成（共共沸沸点点）一一定定，Tb=Td，汽化过程中温度，汽化过程中温度T不变；不变；2）在在泡泡点点线线和和露露点点线线交交点点，汽汽化化时时组组成成不不变变，1；3）共共沸沸物物体体系系特特殊殊在在共共沸沸点点，用用普普通通精精馏馏的的方方法法不不能能通过共沸点，但在通过共沸点，但在共沸点两侧仍有分离作用共沸点两侧仍有分离作用。第38页，共59页，编辑于2022年，星期二39共沸精馏，按是否加入共沸剂可分为：共沸精馏，按是否加入共沸剂可分为：
29、不加共沸剂不加共沸剂变压共沸精馏变压共沸精馏设有分层器的二元非均相共沸精馏设有分层器的二元非均相共沸精馏加入共沸剂加入共沸剂均相共沸精馏均相共沸精馏非均相共沸精馏非均相共沸精馏二、共沸精馏流程二、共沸精馏流程第39页，共59页，编辑于2022年，星期二40Case 1：不加溶剂（共沸剂）：不加溶剂（共沸剂）1-1 设有分层器的二元非均相共沸精馏设有分层器的二元非均相共沸精馏原理原理 若形成非均相共沸物，塔顶得到共沸物经冷凝分层若形成非均相共沸物，塔顶得到共沸物经冷凝分层变成两个组成不同的液相，两液相组成偏离共沸组成，变成两个组成不同的液相，两液相组成偏离共沸组成，则可以不加共沸剂采用两个塔联合
30、操作便可获得两个纯则可以不加共沸剂采用两个塔联合操作便可获得两个纯产品，完成混合物的分离。产品，完成混合物的分离。第40页，共59页，编辑于2022年，星期二41进料位置：进料位置：（1）xFxx，在，在2塔进料；塔进料；（3）xxFx，分层器进料。，分层器进料。第41页，共59页，编辑于2022年，星期二42Case 2 变压（双压）共沸精馏变压（双压）共沸精馏原理原理 压力压力变化明显影响共沸组成变化明显影响共沸组成，即同一物系的共沸温度和组成随压力的不，即同一物系的共沸温度和组成随压力的不同而异，压力上升时，共沸组成向摩尔汽化潜热大的组分移动。同而异，压力上升时，共沸组成向摩尔汽化潜热大
31、的组分移动。第42页，共59页，编辑于2022年，星期二43 实例：甲乙酮水共沸体系的变压精馏分离实例：甲乙酮水共沸体系的变压精馏分离 变变压压精精馏馏越越过过共共沸沸点点，实实现现共共沸沸物物的的完完全分离。全分离。50 650.1MPa0.7MPa甲乙酮甲乙酮 01.0 xFxF1.0（1）进进料料中中甲甲乙乙酮酮含量含量xF65%第43页，共59页，编辑于2022年，星期二（1）进料中甲乙酮含量）进料中甲乙酮含量xF65%低低 压压 塔塔高高 压压 塔塔50%65%6550甲乙酮甲乙酮水水（2）进料中甲乙酮含量）进料中甲乙酮含量xF65%先高压后低压先高压后低压50 650.1MPa0.
32、7MPa甲乙酮甲乙酮 01.0 xFxF1.0第45页，共59页，编辑于2022年，星期二46Case 2：加入共沸剂：加入共沸剂（一）原理（一）原理 在待分离溶液中加入共沸剂（或称夹带剂），在待分离溶液中加入共沸剂（或称夹带剂），使其与溶液中的一个或两个组分形成共沸物，以使其与溶液中的一个或两个组分形成共沸物，以增大待分离组分间的相对挥发度而使分离易于进增大待分离组分间的相对挥发度而使分离易于进行。行。与萃取精馏原理基本相同，不同之处是共沸剂与萃取精馏原理基本相同，不同之处是共沸剂在影响原溶液组分的相对挥发度的同时，还要与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
33、沸物。原溶液中一个或多个组分形成共沸物。第46页，共59页，编辑于2022年，星期二47n共沸剂可能与原溶液的组分形成一个或两共沸剂可能与原溶液的组分形成一个或两个共沸物，也可能形成三元共沸物，且又个共沸物，也可能形成三元共沸物，且又可有均相和非均相共沸物之分。可有均相和非均相共沸物之分。n通常，加入的质量分离剂与被分离系统中通常，加入的质量分离剂与被分离系统中的一个或几个组分的一个或几个组分形成最低共沸物形成最低共沸物，从塔，从塔顶蒸出。顶蒸出。n这种共沸精馏又称恒沸精馏。这种共沸精馏又称恒沸精馏。第47页，共59页，编辑于2022年，星期二48环己烷苯形成最低共沸物环己烷苯形成最低共沸物（
34、二）实例（二）实例 苯：苯：80.13 C；环己烷：；环己烷：80.64 C；共沸温度：共沸温度：77.4 C；共沸组成：；共沸组成：54.2%以丙酮作共沸剂，丙酮环己烷形成均相最低共沸物。以丙酮作共沸剂，丙酮环己烷形成均相最低共沸物。丙酮环己烷共沸物丙酮环己烷共沸物共沸温度：共沸温度：53.4 C；共沸组成：；共沸组成：74.6%(丙酮）丙酮）第48页，共59页，编辑于2022年，星期二49水补充水萃取塔丙酮精馏塔恒沸精馏塔环己烷丙酮水溶液补充丙酮丙酮新鲜料液纯苯以丙酮为共沸剂以丙酮为共沸剂 分离环己烷和苯分离环己烷和苯苯：苯：80.13 C；环己烷：；环己烷：80.64 C；共沸温度：；共
35、沸温度：77.4 C；共沸组成：；共沸组成：54.2%丙酮环己烷共沸物，温度：丙酮环己烷共沸物，温度：53.4 C；组成：；组成：74.6%(丙酮）丙酮）第49页，共59页，编辑于2022年，星期二三、共沸剂的选择三、共沸剂的选择50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）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）容易分离和回收；）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
36、；（6）价廉易得。）价廉易得。第50页，共59页，编辑于2022年，星期二511、选择原则、选择原则（1）共沸剂至少应与原溶液的组分之一形成共沸物且）共沸剂至少应与原溶液的组分之一形成共沸物且该共沸物的该共沸物的Tb与原溶液组分的与原溶液组分的Tb或原溶液共沸物的或原溶液共沸物的 Tb相差越大越好。一般希望相差越大越好。一般希望10K。（2）新共沸物所含共沸剂的量要小，以减少共沸剂）新共沸物所含共沸剂的量要小，以减少共沸剂用量、节省能耗和降低设备投资。用量、节省能耗和降低设备投资。（3）新共沸物最好为非均相共沸物，便于用分层方）新共沸物最好为非均相共沸物，便于用分层方 法分离，使共沸剂易于回收
37、。法分离，使共沸剂易于回收。（4）有较好的物理、化学性能。）有较好的物理、化学性能。第51页，共59页，编辑于2022年，星期二52二元共沸体系选择共沸剂的必要条件：二元共沸体系选择共沸剂的必要条件：（1）对于二元最低共沸物系，共沸剂应该是一个低沸）对于二元最低共沸物系，共沸剂应该是一个低沸点组分或形成新的二元或三元最低共沸物的组分；点组分或形成新的二元或三元最低共沸物的组分；（2）对于二元最高共沸物系，共沸剂应该是一个高）对于二元最高共沸物系，共沸剂应该是一个高沸点组分或形成新的二元或三元最高共沸物的组分。沸点组分或形成新的二元或三元最高共沸物的组分。第52页，共59页，编辑于2022年，星
38、期二532、共沸剂的回收、共沸剂的回收 冷凝后分层冷凝后分层 过冷后分层过冷后分层变压精馏变压精馏萃取萃取 盐析盐析 第53页，共59页，编辑于2022年，星期二四、共沸精馏的计算四、共沸精馏的计算54 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，不不宜宜使使用用简简捷捷法法，而而严严格格计算也变得非常复杂。计算也变得非常复杂。往往需要借助一些计算软件，如往往需要借助一些计算软件，如ASPEN PLUS软件，来进行设计。软件，来进行设计。第54页，共59页，编辑于2022年，星期二55五、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共沸物共沸物 共
39、沸点（共沸点（）共沸物组成（摩尔分数）共沸物组成（摩尔分数）乙醇乙醇 水水 苯苯 乙醇乙醇-水水-苯苯64.85 0.228 0.233 0.539 乙醇乙醇-苯苯 68.24 0.451 0 0.549 苯苯-水水 69.25 0 0.296 0.704 乙醇乙醇-水水 78.15 0.956 0.044 0 乙醇乙醇 78.3 1.0 0 0 水水 100 0 1.0 0 苯苯 80.2 0 0 1.0 第55页，共59页，编辑于2022年，星期二56乙醇水共沸精馏乙醇水共沸精馏五、共沸精馏实例五、共沸精馏实例乙醇乙醇-水水-苯苯乙醇乙醇-水水-苯苯乙醇乙醇-苯苯第56页，共59页，编辑于
40、2022年，星期二六、共沸精馏与萃取精馏比较六、共沸精馏与萃取精馏比较57共同点：共同点：基本原理相同，都是通过加入适量基本原理相同，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，互作用，增大组分的挥发度差异，实现精馏分离。实现精馏分离。第57页，共59页，编辑于2022年，星期二六、共沸精馏与萃取精馏比较六、共沸精馏与萃取精馏比较58不同点：不同点：（1）共沸精馏中加入的共沸剂必须与原溶液中的一个）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或几个组分形成共沸物，而萃取精馏中的溶剂无此限制
41、，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）共沸精馏中共沸剂以汽态离塔，消耗的潜热较多，萃）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，因此共沸精馏的能耗一般比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；萃取精馏大；（3）在同样压力下，共沸精馏的操作温度通常比萃取精馏）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；低，故共沸精馏更适用于分离热敏性物料；（4）共沸精馏可连续操作，也可间歇操作，萃取精馏一般）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。只能连续操作。第58页，共59页，编辑于2022年，星期二总结n特殊精馏：相对挥发度太小(1.05)或形成共沸物n萃取精馏：n加入高沸点萃取剂，从塔釜离开n能耗低于共沸精馏n共沸精馏：n变压操作；或加入共沸剂，形成新的共沸物，从塔顶离开n釜温低于萃取精馏，可分离热敏物质第59页，共59页，编辑于2022年，星期二