分离工程第3章精馏课件.ppt

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1、第第3章章 精精 馏馏3.1 多组分精馏过程分析多组分精馏过程分析 3.2 恒沸精馏恒沸精馏3.3 萃取精馏萃取精馏3.4 加盐萃取精馏加盐萃取精馏12 多组分精馏多组分精馏1）掌握多组分精馏的清晰分割的物料衡算，）掌握多组分精馏的清晰分割的物料衡算，恩特伍德法最小回流比的计算，最少平衡级数恩特伍德法最小回流比的计算，最少平衡级数及塔顶和塔釜组分分配的计算，实际回流比、及塔顶和塔釜组分分配的计算，实际回流比、平衡（理论）级数、适宜进料位置的确定平衡（理论）级数、适宜进料位置的确定2）理解多组分精馏塔内流量、液相浓度和温）理解多组分精馏塔内流量、液相浓度和温度分布特点，最小回流比下不同情况时恒浓

2、区度分布特点，最小回流比下不同情况时恒浓区的部位，芬斯克公式求最少平衡级数的几种形的部位，芬斯克公式求最少平衡级数的几种形式。式。3）关键组分）关键组分，清晰分割和非清晰分割，分配，清晰分割和非清晰分割，分配组分和非分配组分的含义，全回流，最少平衡组分和非分配组分的含义，全回流，最少平衡级数的含义。级数的含义。本章要求本章要求：3 恒沸精馏恒沸精馏掌握掌握二元非均相恒沸精馏用图解法计算平衡级二元非均相恒沸精馏用图解法计算平衡级数。数。理解理解恒沸组成和恒沸精馏过程的计算方法，恒恒沸组成和恒沸精馏过程的计算方法，恒沸剂的选择原则及加入量的分析。沸剂的选择原则及加入量的分析。识记识记恒沸精馏和萃取

3、精馏含义，均相恒沸物和恒沸精馏和萃取精馏含义，均相恒沸物和非均相恒沸物的特征。非均相恒沸物的特征。萃取精馏萃取精馏 掌握掌握萃取精馏过程特点，萃取精馏的原理。萃取精馏过程特点，萃取精馏的原理。理解理解萃取精馏过程溶剂作用原理，溶剂选择原萃取精馏过程溶剂作用原理，溶剂选择原则，萃取精馏的流程特点。则，萃取精馏的流程特点。识记识记恒沸精馏的与萃取精馏的区别及各自适用恒沸精馏的与萃取精馏的区别及各自适用情况，加盐萃取精馏的原理、特点、工业应用情况，加盐萃取精馏的原理、特点、工业应用及流程。及流程。43-1 3-1 多组分精馏多组分精馏 Multicomponent distillation 一、一、

4、多组分精馏过程分析多组分精馏过程分析 Analysis of multicomponent distillation process二、二、多级分离过程的简捷法（群法）计算多级分离过程的简捷法（群法）计算 Short-cut Method of Multicomponent distillation 53-1 3-1 多组分精馏多组分精馏 Multicomponent distillation 63-1 3-1 多组分精馏多组分精馏 Multicomponent distillation 多次多次单级分离的串联，简称单级分离的串联，简称精馏精馏 利用利用混合物中各组分的相对挥发度不同，混合物中

5、各组分的相对挥发度不同，采用液体多次部分汽化，蒸汽多次部分冷采用液体多次部分汽化，蒸汽多次部分冷凝等汽液间的传质过程，使汽液相间浓度凝等汽液间的传质过程，使汽液相间浓度发生变化，并结合应用回流手段，使各发生变化，并结合应用回流手段，使各组组分分离分分离.一一、多组分精馏过程分析、多组分精馏过程分析 多组分精馏过程分析就是分析精馏塔内的多组分精馏过程分析就是分析精馏塔内的温度、流率和浓度分布温度、流率和浓度分布。78精馏操作流程精馏操作流程分析：分析：平衡蒸馏平衡蒸馏以及简单蒸馏只能使混合液得到部分以及简单蒸馏只能使混合液得到部分分离分离 简单简单蒸馏操作是对液体的连续部分汽化，釜液蒸馏操作是对

6、液体的连续部分汽化，釜液组成沿组成沿tx（y）相图的泡点线变化，其结果可）相图的泡点线变化，其结果可得难挥发组分含量很高的釜液得难挥发组分含量很高的釜液 在在一定一定压力下压力下,将将混合蒸汽进行连续混合蒸汽进行连续部分冷凝部分冷凝,蒸汽蒸汽相的组成沿相的组成沿tx（y）相图的露点）相图的露点线变化线变化,结果结果可得到易挥发组分摩尔分数可得到易挥发组分摩尔分数y很高的蒸汽很高的蒸汽精馏过程正是这二者的有机结合。精馏过程正是这二者的有机结合。9精馏操作流程精馏操作流程10精馏操作流程精馏操作流程11精馏操作流程精馏操作流程简单塔简单塔精精馏馏段段提提馏馏段段塔顶产品塔顶产品塔釜产品塔釜产品原料

7、原料12相对挥相对挥发性差发性差异异多次部多次部分汽化、分汽化、多次部多次部分冷凝分冷凝塔顶冷塔顶冷凝液部凝液部分分回流回流塔塔釜溶釜溶液部分液部分汽化汽化再沸器再沸器精馏段精馏段提馏段提馏段冷凝器冷凝器精馏操作流程精馏操作流程13精馏操作流程精馏操作流程14精馏操作流程精馏操作流程15精馏操作流程精馏操作流程16多组分精馏过程分析就是多组分精馏过程分析就是分析精馏塔内的分析精馏塔内的温度、流率和浓度分布温度、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）进料位置；（）进料位置；（2）回

8、流比；）回流比；（3）全凝器饱和液体回流或）全凝器饱和液体回流或冷凝器的传热面积或馏出液温冷凝器的传热面积或馏出液温度。度。余下的余下的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。17对于两组分精馏，指定馏出液中一个组分的浓对于两组分精馏，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；指定釜液中度，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。一个组分的浓度，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，所，所以只能指定两个组分的浓度，其

9、他组分的浓度以只能指定两个组分的浓度，其他组分的浓度则相应确定。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个组分称为个组分称为关键组分关键组分。相对易挥发的组分称为相对易挥发的组分称为轻关键组分（轻关键组分（LK），），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（HK）。18名词解释名词解释 关键组分关键组分 在设计或在设计或操作控制中操作控制中,有有一定一定分离要求分离要求,且且在塔在塔顶、塔釜都有一定数量的组分称为关键组分顶、塔釜都有一定数量的组分称为关键组分 轻关键组分轻关键组分（LK):指指在在塔釜塔釜液中该组分的浓度液中该组

10、分的浓度有严格限制，并在进料液中比该组分有严格限制，并在进料液中比该组分轻轻的组的组分及该组分的绝大部分应从分及该组分的绝大部分应从塔顶塔顶采出采出 重关键组分重关键组分(HK):塔顶塔顶 重重 塔釜塔釜 LK和和HK形成分离界线，且形成分离界线，且 越小，越小，分离越难分离越难19精馏塔的任务：精馏塔的任务：LK尽量多的进入塔顶馏出液尽量多的进入塔顶馏出液HK尽量多的进入塔釜馏出液尽量多的进入塔釜馏出液关键组分关键组分 塔顶回收率：塔顶回收率：塔釜回收率：塔釜回收率：20关键组分关键组分关键组分的指定方法和原则关键组分的指定方法和原则由工艺分离要求决定由工艺分离要求决定1）指定）指定回收率回

11、收率：注意：注意：同一组分，规定了一端的回收率同一组分，规定了一端的回收率 （控制量），另一端的量已确定（控制量），另一端的量已确定 21非关键组分非关键组分 分配与非分配组分分配与非分配组分塔顶、塔釜同时出现的组分为塔顶、塔釜同时出现的组分为分配组分分配组分只在塔顶或塔釜出现的组分为只在塔顶或塔釜出现的组分为非分配组分非分配组分 关键组分必定是分配组分关键组分必定是分配组分非关键组分不一定是非分配组分非关键组分不一定是非分配组分关键组分以外的组分称为关键组分以外的组分称为非关键组分非关键组分 轻轻非关键组分非关键组分:比比轻轻关键组分挥发度关键组分挥发度更大更大或或更轻更轻的组分，简称的组分

12、，简称轻轻组分组分 重重非关键组分非关键组分:重重 更小更小 更重更重 重重 22清晰与非清晰分割清晰与非清晰分割规定分离要求后，塔顶、塔釜浓度未确定规定分离要求后，塔顶、塔釜浓度未确定物料衡算确定塔顶、塔釜浓度物料衡算确定塔顶、塔釜浓度清晰清晰分割分割：轻组分在塔顶产品的收率为轻组分在塔顶产品的收率为1 重组重组分在塔釜产品的收率为分在塔釜产品的收率为1 轻轻组分全部从塔顶馏出液中采出组分全部从塔顶馏出液中采出 重组重组分全部从塔釜排出分全部从塔釜排出 非非关键组分为非分配组分关键组分为非分配组分特点：可以用物料衡算求得塔顶、塔釜物流的量特点：可以用物料衡算求得塔顶、塔釜物流的量和组成和组成

13、非清晰分割非清晰分割：非关键组分为分配组分非关键组分为分配组分特点：不能只用物料衡算求得塔顶、塔釜物流的特点：不能只用物料衡算求得塔顶、塔釜物流的量和组成，需要估算。量和组成，需要估算。23多组分精馏过程的复杂性多组分精馏过程的复杂性 求解方法求解方法 二组分精馏二组分精馏：无需试差无需试差 多组分精馏：多组分精馏：反复试差求解反复试差求解 摩尔流率摩尔流率 二元精馏二元精馏：在进料级处液体组成有突变，：在进料级处液体组成有突变，各级的摩尔流率基本各级的摩尔流率基本为常数为常数 可视为可视为恒摩尔流恒摩尔流 多组分精馏多组分精馏：液、汽流量有一定的变化，：液、汽流量有一定的变化，但液汽比接近于

14、常数但液汽比接近于常数 24二组分二组分精馏流量精馏流量、温度、温度、浓、浓度分布度分布 二元精馏除了在二元精馏除了在进料板处液体组成进料板处液体组成有突变外，各板的有突变外，各板的摩尔流率基本为常摩尔流率基本为常数。数。多组分精馏，液、多组分精馏，液、汽流量有一定的变汽流量有一定的变化，但液汽比却接化，但液汽比却接近于常数。原因是近于常数。原因是各组分的摩尔汽化各组分的摩尔汽化潜热相差较大。潜热相差较大。25苯、甲苯、异丙苯精馏苯、甲苯、异丙苯精馏塔内汽液流量分布塔内汽液流量分布苯、甲苯、异丙苯苯、甲苯、异丙苯精馏塔内温度分布精馏塔内温度分布26苯、甲苯、异丙苯精馏苯、甲苯、异丙苯精馏塔内液

15、相浓度分布塔内液相浓度分布苯、甲苯、异丙苯精馏苯、甲苯、异丙苯精馏塔内液相浓度分布塔内液相浓度分布27温度分布温度分布 温度分布从再沸器到冷凝器单调下降温度分布从再沸器到冷凝器单调下降 组成分布（浓度）组成分布（浓度）二二组元：组元：在精馏段和提馏段中段组成变化明显在精馏段和提馏段中段组成变化明显 多多组分精馏：组分精馏：在进料级各个组分都有显著的数量在进料级各个组分都有显著的数量 28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）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

16、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）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。29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流在精馏塔中，温度分布主要反映物流的组成，而总的级间流量分布则主要的组成，而总的级间流量分布则主要反映了热衡算的限制。反映了热衡算的限制。30二、多级分离过程的简捷法（群法）计算二、多级分离过程的

17、简捷法（群法）计算 FUG(Fenske-Underwood-Gilliland)简捷设计法简捷设计法给定：进料量给定：进料量F，分离要求，分离要求xHD、xLW；计算平衡级计算平衡级N、回流比、回流比R、进料位置、进料位置NF 等等 将将多组分溶液简化为一对关键组分的分离多组分溶液简化为一对关键组分的分离 物料衡算物料衡算按清晰分割按清晰分割计算，求得塔顶和塔釜的计算，求得塔顶和塔釜的流量和组成；流量和组成；用用芬斯克公式计算最少理论级数；芬斯克公式计算最少理论级数；用用恩德伍德公式计算最小回流比；恩德伍德公式计算最小回流比；用用吉利兰关联图求得理论级数吉利兰关联图求得理论级数N 31清晰分

18、割的物料衡算清晰分割的物料衡算 按工艺要求选好一对关键组分，建立全塔物料衡按工艺要求选好一对关键组分，建立全塔物料衡算式算式 轻组分在塔釜不出现，重组分在馏出物中不出现轻组分在塔釜不出现，重组分在馏出物中不出现 已知分离要求已知分离要求：32 馏出物中轻关键及非轻关键组分的摩尔馏出物中轻关键及非轻关键组分的摩尔分数分别为分数分别为 33假定为恒摩尔流，则操作线方程假定为恒摩尔流，则操作线方程 精馏段：精馏段：例例3-1,3-2,3-3提馏段提馏段：q-每千摩尔进料汽化成饱每千摩尔进料汽化成饱和蒸气时需要的热量与进料和蒸气时需要的热量与进料的千摩尔汽化潜热之比的千摩尔汽化潜热之比34芬斯克芬斯克

19、(Fenske)法计算最少理论级数法计算最少理论级数 全回流时，全回流时，R为无穷大，此时所需塔级为无穷大，此时所需塔级数少，且数少，且 由操作线方程由操作线方程35求出的求出的Nm数，包括塔釜、分凝器二级数，包括塔釜、分凝器二级 可用于二元和多可用于二元和多组分精馏组分精馏 与与进料组成无关，也与组成的表示方法无关进料组成无关，也与组成的表示方法无关 平均相对挥发度平均相对挥发度实际计算中采用简化求法实际计算中采用简化求法36全回流下的全回流下的物料分布（物料分布（非清晰分割法）非清晰分割法）假定在假定在一定回流比一定回流比操作时，各组分在塔内的操作时，各组分在塔内的分布与在分布与在全回流全

20、回流操作时的分布相同操作时的分布相同非关键组分在产品中的分配情况与关键组分非关键组分在产品中的分配情况与关键组分的也相同的也相同,采用采用Fenske公式去反算非关键组分公式去反算非关键组分在塔顶塔釜的浓度在塔顶塔釜的浓度 37 已知条件已知条件 比较比较 例题例题3-4 P7138重组分重组分（图解法）（图解法）轻组分轻组分图图3-6 组分在塔顶和塔釜的分布组分在塔顶和塔釜的分布39为一直线关系，其斜率为为一直线关系，其斜率为只要找出代表关键组分的两个点，只要找出代表关键组分的两个点，a与与b便可以绘制直线，延长直线便可以绘制直线，延长直线ab，可在直线，可在直线上找到其他组分的代表点，轻组

21、分在上找到其他组分的代表点，轻组分在a点上点上方，重组在方，重组在b点下方，根据点下方，根据查图得查图得，再由，再由求求40重组分重组分轻组分轻组分图图3-6 组分在塔顶和塔釜的分布组分在塔顶和塔釜的分布41当当LK与与HK的分离要求比较高，同时的分离要求比较高，同时 则清晰分割法比较适合；则清晰分割法比较适合；当当LK与与HK的分离要求又不是很高时，的分离要求又不是很高时，L、H出现分配组分，则分配组分采出现分配组分，则分配组分采用非清晰分割法，其余用非清晰分割法，其余非分配组分非分配组分采采用清晰分割法较好用清晰分割法较好42恩德伍德法恩德伍德法计算最小回流比计算最小回流比用来估计达到规定

22、分离要求所需用来估计达到规定分离要求所需的最小回流比的最小回流比 恒浓区恒浓区 精馏塔中全部浓度不变的区域精馏塔中全部浓度不变的区域二元精馏：二元精馏：恒浓区一个，出现在进料级恒浓区一个，出现在进料级多元精馏：多元精馏：各组分相互影响，存在上、下恒浓区各组分相互影响，存在上、下恒浓区所有进料组分中有非分配组分的影响所有进料组分中有非分配组分的影响恒浓区位置不一定在进料级处恒浓区位置不一定在进料级处43多组分精馏塔内的恒浓区多组分精馏塔内的恒浓区所有组分所有组分为分配组分为分配组分 44讨论：讨论：上式推导假定为恒摩尔流率上式推导假定为恒摩尔流率，依据，依据恒浓区的概念，恒浓区的概念，为常数为常

23、数是方程的根，有是方程的根，有c个，只取个，只取 适宜回流比由操作费和设备费确定适宜回流比由操作费和设备费确定 例例3-54546进料级位置进料级位置(Location of feed-stage)精馏段最少理论级数：精馏段最少理论级数：提馏段最少理论级数：提馏段最少理论级数：柯克布兰德（柯克布兰德（Kirkbride）47确定最小回流比和最少塔板数不仅有利于确定回确定最小回流比和最少塔板数不仅有利于确定回流比和理论板数的容许范围，而且对于挑选设计流比和理论板数的容许范围，而且对于挑选设计计算中的特定操作条件也是很有用的指标，由于计算中的特定操作条件也是很有用的指标，由于确定回流比与理论板数之

24、间的确切关系需要很复确定回流比与理论板数之间的确切关系需要很复杂的推导，杂的推导，Gilliland根据根据61个二组分和多组分精个二组分和多组分精馏塔的逐板计算结果整理而得馏塔的逐板计算结果整理而得 四者四者的关联图，见的关联图，见P74图图3-7。Erbar（耳波）（耳波）Maddox（马多克斯）关联式对此进行了改进。（马多克斯）关联式对此进行了改进。P75图图3-8，适用于非理想溶液，但，适用于非理想溶液，但 （泡点（泡点进料）。进料）。吉利兰（吉利兰（Gilliland）关联图）关联图求求理论级数理论级数 48图图3-7 吉利吉利兰图兰图49吉利兰图吉利兰图耳波和马多克恩图耳波和马多克

25、恩图50 数学解析式数学解析式李德公式李德公式 例题例题3-651简捷法简捷法(FUG)计算理论级数步骤计算理论级数步骤 根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分 由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成 根据塔顶塔釜组成计算相应的温度、求出平均根据塔顶塔釜组成计算相应的温度、求出平均 相对挥发度相对挥发度 用用Fenske公式公式计算计算Nm确定适宜的进料位置确定适宜的进料位置根据根据Rm,R,Nm，用，用Gilliland图求理论级数图求理论级数N 用用Underwood法法计算计算Rm，并选适宜的操作，并选适宜的

26、操作 回流比回流比R例例3-7523.2恒沸精馏恒沸精馏Azetropic distillation 一、一、恒沸物和恒沸组成的计算恒沸物和恒沸组成的计算 Azeotropic mixtures and calculation of azetropic composition二、二、恒沸剂的选择与恒沸精馏流程恒沸剂的选择与恒沸精馏流程 Selection of azetropic reagent and azetropic distillation process三、三、恒沸精馏的计算恒沸精馏的计算 Azetropic distillation calculation533.2恒沸精馏恒沸精馏

27、Azetropic distillation 如分离如分离2-丁烯丁烯丁烷丁烷沸点：丁烯，沸点：丁烯，273.9K，丁烷，丁烷，272.5K121；若；若xF0.5；xD0.95，则需理论级数则需理论级数300，生产上难采用，生产上难采用 再如分离乙醇再如分离乙醇水混合物，由于形成恒水混合物，由于形成恒沸物，普通精馏得不到高含量的乙醇沸物，普通精馏得不到高含量的乙醇 问题：问题：如何分离如何分离121；121的混合物的混合物54 特殊精馏特殊精馏 在关键组分间相对挥发度等于在关键组分间相对挥发度等于1或接近于或接近于1的溶的溶液中加入一个液中加入一个新新组分，使它对原溶液中各组分产组分，使它对

28、原溶液中各组分产生不同作用，从而改变原溶液组分之间相对挥发生不同作用，从而改变原溶液组分之间相对挥发度，使原溶液采用精馏进行分离度，使原溶液采用精馏进行分离 既加能量又加质量分离剂的精馏既加能量又加质量分离剂的精馏 恒恒沸精馏沸精馏是在原溶液中添加是在原溶液中添加恒沸剂恒沸剂S使其与溶液使其与溶液中至少一个组分形成最低（最高）恒沸物，以增中至少一个组分形成最低（最高）恒沸物，以增大原组分间相对挥发度差的非理想溶液的多元精大原组分间相对挥发度差的非理想溶液的多元精馏馏 形成的恒沸物从塔顶（塔釜）采出，塔釜（塔顶）形成的恒沸物从塔顶（塔釜）采出，塔釜（塔顶）引出较纯产品，最后将恒沸剂与组分分离引出

29、较纯产品，最后将恒沸剂与组分分离55恒沸现象与恒沸物恒沸现象与恒沸物 恒沸物是指在一定恒沸物是指在一定压力压力下，汽液相组下，汽液相组成与沸腾温度始终不变的这一类溶液成与沸腾温度始终不变的这一类溶液 二二元均相恒元均相恒沸物沸物 1）相图）相图 科诺瓦洛夫定律科诺瓦洛夫定律(适用于适用于二元和多元二元和多元)混合物混合物的蒸汽压组成曲线的蒸汽压组成曲线上的极值点上的极值点相相当于汽、液平衡相的组成当于汽、液平衡相的组成相等。相等。且且温度的极大（或极小）总是相当于温度的极大（或极小）总是相当于压力的极小值压力的极小值 一、恒沸物和恒沸组成的计算一、恒沸物和恒沸组成的计算561）相图）相图572

30、）判断判断 均相恒沸物的特征：均相恒沸物的特征：恒沸点恒沸点 A 根据体系的压力根据体系的压力 不形成恒沸物不形成恒沸物形成最低沸点恒沸形成最低沸点恒沸物物形成最高沸点恒沸形成最高沸点恒沸物物P-两液相共存区的溶液蒸汽压两液相共存区的溶液蒸汽压58B 根据无限稀释活度系数根据无限稀释活度系数恒沸点：恒沸点：59最低沸点体系：最低沸点体系：最高沸点体系：最高沸点体系：甲苯甲苯-乙腈乙腈 3.93 0.287 2.807 最低沸点恒沸物最低沸点恒沸物 甲苯甲苯-丙酮丙酮 1.96 0.515 6.897 不形成恒沸物不形成恒沸物 603）恒沸组成的计算恒沸组成的计算 恒沸点时：恒沸点时：A、求、求

31、T、p下的恒沸组成下的恒沸组成 已知已知T，求出，求出，代入，代入 及关联式，求解及关联式，求解 有有物理意义物理意义，则有恒沸物产生，则有恒沸物产生 61B、恒、恒压下求恒沸温度与组成压下求恒沸温度与组成 设设T，求出相应的，求出相应的，代入关联式求解，代入关联式求解 判断已知的判断已知的p是否等于是否等于 不相等，则调整不相等，则调整T 例例3-8 62二元非均相恒沸物二元非均相恒沸物 系统正偏差较大时：系统正偏差较大时：形成二个液相，一个汽相恒沸物形成二个液相，一个汽相恒沸物63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

32、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（共共沸沸压力）和液相组成。压力）和液相组成。计算方程：计算方程：校核方程：校核方程：64三三元恒沸物元恒沸物 1）三元物系组成表）三元物系组成表示方法示方法 用正三角形或直角用正三角形或直角三角形来表示三元三角形来表示三元组成，正三角形的组成，正三角形的每个顶点每个顶点1、2、3均代表纯组分，顶均代表纯组分，顶点对面的底线之间点对面的底线之间划等浓度线表示各划等浓度线表示各顶点组分的浓度顶点组分的浓度 652 2）相图）相图 用用正三棱柱正三棱柱表示表示 底面的正三角形表示组成，立轴表示压底面的正三角形表示组成，立轴表示压力（恒温系统）

33、或温度（恒压系统）力（恒温系统）或温度（恒压系统）分别分别用压力面或温度面表示物系的汽液用压力面或温度面表示物系的汽液平衡关系平衡关系 由于由于恒沸物的产生，使图上的压力（温恒沸物的产生，使图上的压力（温度）面上出现上突或下陷，且使压力面上度）面上出现上突或下陷，且使压力面上出现脊或谷出现脊或谷 662 2）相图）相图三个二元最低恒沸物（三个二元最低恒沸物（m1,m2,m3）及一个三元最低恒）及一个三元最低恒沸物（沸物（m）的相图（）的相图（pmpm3pm2pm1）二元系的二元系的p-x相图相图恒温下的等压三角相图恒温下的等压三角相图672 2）相图）相图T-x相图相图682 2）相图）相图6

34、92 2）相图）相图具有两个二元正偏差共沸物的三元系相图，具有两个二元正偏差共沸物的三元系相图，p-x立体图，立体图，p3p2p1,pm1pm2,沿沿m1-m2有脊有脊 702 2）相图）相图形成鞍形共沸物的三元系相图形成鞍形共沸物的三元系相图二元系的二元系的p-x相图相图恒压下的等温线三角相图恒压下的等温线三角相图712 2）相图）相图脊、谷、鞍点形成规律脊、谷、鞍点形成规律用用m表示最低恒沸物（正偏差恒沸物）表示最低恒沸物（正偏差恒沸物）M表示最高恒沸物（负偏差恒沸物）表示最高恒沸物（负偏差恒沸物）三个二元三个二元m（或（或M），有三元恒沸物存在），有三元恒沸物存在 二个二个m，或一个，或

35、一个m与一个低沸点组分，使压与一个低沸点组分，使压力面产生脊；力面产生脊；二个二个M，或一个，或一个M与一个高沸点组分，使压与一个高沸点组分，使压力面产生谷；力面产生谷；有脊又有谷，会出现鞍点，为鞍点恒沸物有脊又有谷，会出现鞍点，为鞍点恒沸物723 3）三元均相恒沸组成的计算）三元均相恒沸组成的计算未知数：未知数：T、p、x1、x2四个四个已知任一个未知数，解已知任一个未知数，解3个方程，求出个方程，求出所有未知数所有未知数73（2）恒）恒沸组成与压力的关系沸组成与压力的关系 恒沸物组成是指在某一定压力下的，恒沸物组成是指在某一定压力下的，不同的压力下恒沸物的组成、温度均不同的压力下恒沸物的组

36、成、温度均会有所改变，压力变化到一定程度可会有所改变，压力变化到一定程度可以使恒沸点消失以使恒沸点消失 定性规律：定性规律：最最低低沸点恒沸物，压力沸点恒沸物，压力升高升高时，恒沸时，恒沸物组成中摩尔汽化潜热物组成中摩尔汽化潜热大大的组分的组分增大增大 74（2）恒）恒沸组成与压力的关系沸组成与压力的关系乙醇乙醇-水物系为正偏差且有极值点的水物系为正偏差且有极值点的非理想溶液，在非理想溶液，在760mmHg（0.1MPa)下下 t恒恒=78.1，x乙醇乙醇=0.9 压力降低，使恒沸组成中乙醇量增加压力降低，使恒沸组成中乙醇量增加 当当p=70mmHg，x乙醇乙醇=1.0，恒沸点消失，恒沸点消失

37、 75二、二、恒沸剂的选择与恒沸精馏流程恒沸剂的选择与恒沸精馏流程（1）恒沸剂的选择恒沸剂的选择2恒沸剂在恒沸物中的比例越小越好，恒沸剂在恒沸物中的比例越小越好，汽化潜热小，使恒沸剂的用量少汽化潜热小，使恒沸剂的用量少4无毒、无腐蚀、热稳定性好，价廉无毒、无腐蚀、热稳定性好，价廉易得易得 3恒沸剂易分离和回收，即形成非均相恒沸剂易分离和回收，即形成非均相恒沸物恒沸物 1必须与原溶液中至少一组分形成最低必须与原溶液中至少一组分形成最低恒沸物，显著影响恒沸物，显著影响1、2组分平衡关系，组分平衡关系，且其沸点较低且其沸点较低76（2）选择原则）选择原则分离负偏差恒沸物或沸点相近的混合物分离负偏差恒

38、沸物或沸点相近的混合物1）恒沸剂仅与一个组分形成二元正偏差恒沸物；）恒沸剂仅与一个组分形成二元正偏差恒沸物；2）分别与两组分形成二元正偏差恒沸物，且恒）分别与两组分形成二元正偏差恒沸物，且恒沸点有明显差别。沸点有明显差别。3）与两组分形成三元正偏差恒沸物，恒沸点温）与两组分形成三元正偏差恒沸物，恒沸点温度显著低。度显著低。分离二元正偏差恒沸物分离二元正偏差恒沸物1）恒沸剂与一个组分形成二元正偏差恒沸物，）恒沸剂与一个组分形成二元正偏差恒沸物，恒沸温度明显低；恒沸温度明显低；2）形成三元正偏差恒沸物）形成三元正偏差恒沸物,恒沸点温度显著低。恒沸点温度显著低。77（2）选择原则）选择原则例如：分离

39、环己烷例如：分离环己烷(1)-苯苯(2)恒沸剂的选取恒沸剂的选取沸点：沸点：t1=80.8，t2=80.2恒沸点：恒沸点：t=77.4，x1=0.46 (正偏差或最低沸点恒沸物正偏差或最低沸点恒沸物)选取方法：选取方法：1 1）找出与）找出与1 1、2 2形成恒沸物的物质形成恒沸物的物质2 2）筛选）筛选 在所有能形成恒沸物的物质中选出恒沸点在所有能形成恒沸物的物质中选出恒沸点低于低于77.4的物质，如丙酮和甲醇的物质，如丙酮和甲醇78（2）选择原则）选择原则分离情况分离情况丙酮作恒沸剂，塔顶分出环己烷与丙酮；丙酮作恒沸剂，塔顶分出环己烷与丙酮；甲醇作恒沸剂，塔顶分出三元恒沸物甲醇作恒沸剂，塔

40、顶分出三元恒沸物结论：选丙酮为恒沸剂结论：选丙酮为恒沸剂79（2）选择原则）选择原则例如：例如：分离氯仿（沸点分离氯仿（沸点61.2），丙酮），丙酮（沸点（沸点56.4）恒沸点恒沸点64.5 负偏差或最高沸点恒沸物负偏差或最高沸点恒沸物选二硫化碳为恒沸剂：选二硫化碳为恒沸剂：塔顶：二硫化碳塔顶：二硫化碳丙酮，丙酮，恒沸点，恒沸点，39.3；塔釜：较纯的氯仿塔釜：较纯的氯仿80恒沸恒沸精馏流程精馏流程二元非均相恒二元非均相恒沸物的精馏沸物的精馏 不不加恒沸剂加恒沸剂利用温度降低后利用温度降低后恒沸物出现相分恒沸物出现相分离现象离现象 丁醇、水丁醇、水恒沸物恒沸物81二元非均相恒沸物的精馏二元非均

41、相恒沸物的精馏非均相非均相：当某级：当某级ynx，冷凝后分层：，冷凝后分层：x、xxx恒恒x，所以可越过恒沸点，所以可越过恒沸点均相：均相：即便即便N，也不能越过恒沸点，也不能越过恒沸点因此采用普通精馏能分离非均相恒沸物因此采用普通精馏能分离非均相恒沸物82分离有恒沸剂的非均相恒沸物分离有恒沸剂的非均相恒沸物83分离有恒沸剂的非均相恒沸物分离有恒沸剂的非均相恒沸物84分离均相恒沸物分离均相恒沸物 85分离均相恒沸物分离均相恒沸物 86分离对象？分离对象？恒沸物的类型？恒沸物的类型？恒沸剂？恒沸剂？苯苯环己烷环己烷丙酮丙酮均相均相辅助分离手段？辅助分离手段？液液萃取液液萃取萃取剂回收？萃取剂回收

42、？普通精馏普通精馏分离手段？分离手段？恒沸精馏恒沸精馏87 若压力变化明显影响恒沸组成，则采用两个不同压力若压力变化明显影响恒沸组成，则采用两个不同压力操作的双塔流程，可实现二元混合物的完全分离。塔操作的双塔流程，可实现二元混合物的完全分离。塔通常在常压下操作，塔顶为恒沸物进入塔通常在常压下操作，塔顶为恒沸物进入塔为高（低）为高（低）压力下操作压力下操作 流程流程见见P87，图图3-25，26 塔顶产品为三元恒沸物的分离塔顶产品为三元恒沸物的分离 苯苯-乙醇、水形成三元恒乙醇、水形成三元恒沸物沸物，三个二元恒沸物，三个二元恒沸物 t恒恒=64.86，x苯苯=53.9%，x乙醇乙醇=22.8%，

43、x水水=23.3%选苯为恒沸剂选苯为恒沸剂塔顶为苯、醇、水三元恒沸物塔顶为苯、醇、水三元恒沸物 8889塔顶产品为三元恒沸物的分离塔顶产品为三元恒沸物的分离 无水酒精无水酒精水水恒恒沸沸精精馏馏塔塔分层器分层器乙乙醇醇回回收收塔塔苯苯回回收收塔塔冷凝器冷凝器冷凝器冷凝器三元非均相三元非均相恒沸物恒沸物三元非均相三元非均相恒沸物恒沸物稀乙醇稀乙醇水溶液水溶液二元恒沸物二元恒沸物二元恒沸物二元恒沸物乙醇水恒沸物乙醇水恒沸物90恒沸精馏的计算恒沸精馏的计算 恒沸剂用量的确定恒沸剂用量的确定 恒沸剂用量应保证与被分离组分形成恒沸剂用量应保证与被分离组分形成恒沸物时的需要恒沸物时的需要 91恒沸剂用量的

44、确定恒沸剂用量的确定S组分物料衡算：组分物料衡算：1、2组分组分物料衡算：物料衡算：92恒沸剂用量的确定恒沸剂用量的确定 合理的恒沸剂加入量应该是使塔釜组成合理的恒沸剂加入量应该是使塔釜组成W恰恰好落在三角相图的一个顶点，即好落在三角相图的一个顶点，即组分组分2上上，根据杠杆原理进行物料衡算根据杠杆原理进行物料衡算 利用相图，作利用相图，作F与与S连连线及线及S12连连线，两线交点线，两线交点M便是总物料点，再由杠杆规则确定恒沸剂便是总物料点，再由杠杆规则确定恒沸剂S的用量的用量 93恒沸剂用量的确定恒沸剂用量的确定塔顶塔顶产品产品S1量量：塔釜产品塔釜产品W量：量：94恒沸剂引入位置恒沸剂引

45、入位置1)恒沸剂挥发度小，可在靠近塔顶恒沸剂挥发度小，可在靠近塔顶部分引入，从而保证塔内有足够部分引入，从而保证塔内有足够的恒沸剂浓度的恒沸剂浓度2)恒沸剂为最低恒沸物，则恒沸剂恒沸剂为最低恒沸物，则恒沸剂分段引入，一部分随进料另一部分段引入，一部分随进料另一部分在提馏段分在提馏段3)恒沸剂与两个组分都形成恒沸物，恒沸剂与两个组分都形成恒沸物，则在塔任何地方均可引入则在塔任何地方均可引入95恒沸精馏理论级数的计算（简捷法）恒沸精馏理论级数的计算（简捷法）1）图解法）图解法 把把恒沸物恒沸物看成为一个单一看成为一个单一组分组分S1 在恒沸塔内当作恒沸在恒沸塔内当作恒沸物物S1与组分与组分2的的双

46、双组分精馏过程组分精馏过程 各物料量均各物料量均以以S1为为基准基准 关键是如何作恒沸关键是如何作恒沸物物S1与组分与组分2的的相图相图 相平衡相平衡关系按相对挥发度计算求得关系按相对挥发度计算求得 962 2）吉利兰法）吉利兰法 计算原理同精馏方法，但可用回收度计算原理同精馏方法，但可用回收度来计算来计算 972 2）吉利兰法）吉利兰法同理：同理：982 2）吉利兰法）吉利兰法计算步骤：计算步骤：A 选定合适的恒沸剂并计算用量。选定合适的恒沸剂并计算用量。B 按分离要求规定关键组分的回收度按分离要求规定关键组分的回收度 C 按按Fensken公式确定公式确定 D 按按Fensken确定各组分

47、在塔顶、塔釜的分确定各组分在塔顶、塔釜的分布及浓度布及浓度 E 按按Underwood公式确定公式确定 并选并选R F 按按Gilliland图计算实际回流比下的理论图计算实际回流比下的理论 级数级数 993-3 3-3 萃取精馏萃取精馏（Extractive distillation）一、一、萃取精馏过程萃取精馏过程 Extractive distillation process二、二、萃取精馏的原理萃取精馏的原理 Principle of extractive distillation三、三、萃取剂的选择萃取剂的选择 Selection of extractant四、四、萃取萃取精馏精馏过

48、程分析过程分析 Analysis of Extractive distillation process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 Short-cut method to calculate number of extractive distillation equilibrium stages 100一、一、萃取精馏过程萃取精馏过程(Extractive distillation process)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

49、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萃取剂所加入的新组分称为萃取剂 101萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程 102萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程 103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104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进料的萃取精馏流程 105萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程 106二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理Principle of extractive distillation

50、 加入萃取剂后，原溶液的组分及组成均发加入萃取剂后，原溶液的组分及组成均发生了变化，分子间相互作用改变，形成了生了变化，分子间相互作用改变，形成了一个一个新新的非理想溶液，因而使的非理想溶液，因而使活度系数活度系数之之比值发生比值发生变化变化，即改变了相对挥发度即改变了相对挥发度 对于汽相为理想气体，液相为非理想溶液对于汽相为理想气体，液相为非理想溶液107萃取剂的选择性萃取剂的选择性由三元系由三元系Margules方程，并用于非对称性不大方程，并用于非对称性不大的系统，可推导出：的系统，可推导出：108影响萃取剂选择性的因素影响萃取剂选择性的因素 萃取剂本身性质的影响萃取剂本身性质的影响 选