特殊精馏过程与液液萃取7

1特殊精馏过程与液液萃取北京化工大学2009.3（春季学期）2内容1。绪论2。单级平衡过程•相平衡•多组分物系的泡点和露点计算•闪蒸过程的计算•液液平衡过程的计算•多相平衡过程3。多组分精馏和特殊精馏•多组分精馏过程•萃取精馏和共沸精馏•反应精馏•加盐精馏3内容4。液液萃取•萃取过程与萃取剂•液液萃取过程的计算5。分离过程及设备的选择与放大•传质设备的选择•分离过程的选择4第3章多组分精馏和特殊精馏3.2萃取精馏和共沸精馏3.2.2共沸精馏二、精馏曲线和精馏边界例3-7计算并绘制正丙醇（1）-异丙醇（2）-苯（3）三元物系的剩余曲线图。操作压力101.3kPa，起始组成：x1=0.2,x2=0.2,x3=0.6（摩尔分数）。汽液平衡常数按下式计算：式中液相活度系数按正规溶液计算。3个组分的正常沸点分别为97.3℃、82.3℃和80.1℃。组分1，2和2，3均形成二元最低共沸物，共沸温度分别为77.1℃和71.7℃。ppKsiii5第3章多组分精馏和特殊精馏3.4加盐精馏二、溶盐精馏•流程与萃取精馏相同，但溶剂是盐而不是液体•优点：•盐完全不挥发，只存在于液相；•盐效应改变组分相对挥发度显著，盐用量少•缺点：•盐的溶解和回收、循环输送等比较困难6第3章多组分精馏和特殊精馏3.4加盐精馏三、加盐萃取精馏•流程与萃取精馏相同，分离剂是溶剂和盐的混合物•优点：•溶解有盐的分离剂，发挥了盐增强萃取精馏的作用；•克服了固体盐的回收和输送的困难•缺点：•液体溶剂具有挥发性•应用：醇-水；酯-水物系的分离7第4章超临界萃取4.1超临界流体•超临界：流体处在其临界温度和临界压力以上的状态•超临界萃取：利用超临界流体作为萃取剂从液体和固体中提取出高沸点的成分，以达到分离或提纯的新型分离技术。8第4章超临界萃取4.1超临界流体一、超临界流体的性质•超临界流体的性质介于气液两相之间•超临界二氧化碳CO2应用最为广泛。无毒无味、稳定性高、价格低廉•温度和压力的微小变化会引起密度发生很大变化9第4章超临界萃取4.1超临界流体一、超临界流体的性质•改变过程的温度或压力可实现萃取分离的目的。10第4章超临界萃取4.1超临界流体二、超临界萃取热力学和动力学•萃取热力学：压缩气体或膨胀液体模型•压缩气体模型：应用居多（以立方型状态方程以及分子缔合模型为主）•萃取动力学：三、超临界萃取过程的影响因素（1）压力（2）温度（3）流体密度（4）溶剂比（5）颗粒度11第4章超临界萃取4.1超临界流体四、超临界萃取的应用（1）超临界萃取兼有精馏和液液萃取的特点（2）萃取速度高于液体萃取（3）接近常温的条件下操作，适合于热敏性物质（4）传热速率快，温度易于控制（5）萃取剂的分离回收容易不足之处：•相平衡关系复杂；•设备费和安全要求高；•需要大量溶剂循环，连续化生产困难12第4章超临界萃取4.1超临界流体四、超临界萃取的应用•超临界萃取过程的示意图13第4章超临界萃取4.1超临界流体四、超临界萃取的应用•SCF在食品工业中的应用•SCF在三废处理及环境监测上的应用•在兴奋剂检测上的应用•超临界流体色谱、超临界流体化学反应、超临界流体干燥等14第4章超临界萃取4.1超临界流体四、超临界萃取的应用15第4章超临界萃取4.1超临界流体四、超临界萃取的应用16第4章超临界萃取4.1超临界流体四、超临界萃取的应用17第4章超临界萃取4.1超临界流体四、超临界萃取的应用18第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.1气液传质设备处理能力的影响因素•液泛：液泛气速随L/V的减少和板间距的增加而增大；液泛气速愈大，说明处理能力愈大•雾沫夹带：雾沫夹带随板间距的减少而增加，随塔负荷的增加而上升•压力降：压力降大能引起液泛•停留时间：停留时间愈长，板效率愈高，但处理能力低。•最佳塔径的选择：设计负荷等于液泛气速的一个百分数，例如：50-70%19第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.2气液传质设备的效率及其影响因素一、效率的表示方法1。全塔效率：完成给定分离任务所需要的理论塔板数与实际塔板数之比2。默弗里板效率：实际板上的浓度变化与平衡时应达到的浓度变化之比3。点效率：在塔板某点处实际的浓度变化与平衡时应达到的浓度变化之比4。传质单元高度：用于表示填料塔的传质效率。HTU越低，效率越高。aAKVHTUGOG)(20第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.2气液传质设备的效率及其影响因素一、效率的表示方法5。等板高度(HETP)：一块理论板表示由一段填料上升的蒸汽与自该段填料下降的液体互成平衡。等板高度为相当于一块理论板所需的填料高度，NZHETP/填料塔OTactTEHNNHHETP板式塔21第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.3气液传质设备的效率一、板式塔板效率：反映了板式塔的传质性能，与传质速率相联系。影响因素主要有：流体的物理性质，操作条件，塔板的结构等板效率的估计和预测，通常采用三类方法：（1）从工业塔数据归纳出的经验关联式；（2）依赖传质速率的半理论模型；（3）从实验装置或中间工厂直接得到的数据22第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.3气液传质设备的效率一、板式塔1。经验关联：用于估计板式塔的全塔效率（1）O’connell方法245.0)(49.0LOE23第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.3气液传质设备的效率一、板式塔1。经验关联：用于估计板式塔的全塔效率（1）O’connell方法当板上的液流长度超过1m时，实际可达的全塔效率需乘以系数C124第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.3气液传质设备的效率一、板式塔2。半理论模型（1）AIChE法•塔板效率的影响因素综合为四个关系：气相传质速率、液相传质速率、塔板上液相返混和雾沫夹带。•在一定程度上反映了塔径放大后对效率的影响，可供预测放大后的板效率之用。25第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.3气液传质设备的效率26第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.3气液传质设备的效率3。由实验装置数据确定板效率•用称为Oldershaw塔的玻璃或金属筛板塔，塔径0.25–50mm，筛板孔径约1mm，开孔面积约10%，塔板数任意。（1）测定泛点；（2）在约60%泛点下操作；（3）实验中通过调整塔板数和流率，达到预期的分离程度；（4）假设工业塔与Oldershaw塔在相同的液汽摩尔流率比条件下操作，需要相同的塔板数。27第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.3气液传质设备的效率二、填料塔•传质单元高度(HTU)体现了填料塔的传质效率；影响因素：填料特性、操作条件、系统性质•等板高度或当量理论板高度(HETP)是表示填料塔效率和计算填料层高度的另一方法。1)/()/ln()(LmVLmVHTUHETPOG28第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.3气液传质设备的效率二、填料塔例10-2图10-16给出苯/甲苯精馏塔的汽液平衡曲线和图解的理论板数。已知精馏段和提馏段的气相传质单元高度、液相传质单元高度和液汽比数据如下：29第5章分离过程及设备的选择与放大5.1气液传质设备的处理能力与效率5.1.3气液传质设备的效率二、填料塔例10-2图10-16给出苯/甲苯精馏塔的汽液平衡曲线和图解的理论板数。已知精馏段和提馏段的气相传质单元高度、液相传质单元高度和液汽比数据如下：30第5章分离过程及设备的选择与放大二、填料塔•对多组分系统，如果有c个组分，则每块板的分离情况必须用c-1个默弗里板效率来描述；•以关键组分的板效率作为多组分精馏的板效率，因此可按两组分的情况计算相应的数值。31第5章分离过程及设备的选择与放大10。3传质设备的选择10。3。1气液传质设备的选择一、板式塔和填料塔型的选择32第5章分离过程及设备的选择与放大10。3传质设备的选择10。3。1气液传质设备的选择一、板式塔和填料塔型的选择•物系的性质•塔的操作条件•塔的操作方式33第5章分离过程及设备的选择与放大∆高粘度等物料在塔板上流动时，液面梯度比较大•容易形成液泛•气液在塔板上的分布不均匀传统塔板上的液面梯度34第5章分离过程及设备的选择与放大本技术的塔板上液面梯度∆“零梯度”35第5章分离过程及设备的选择与放大10。3传质设备的选择10。3。1气液传质设备的选择一、板式塔和填料塔型的选择36第5章分离过程及设备的选择与放大10。3传质设备的选择10。3。1气液传质设备的选择二、填料的选择1。填料材质的选择2。填料种类的选择3。填料尺寸的选择尺寸减少，分离效率增大，但塔的阻力增加，通量减少。37第5章分离过程及设备的选择与放大10。3传质设备的选择10。3。1气液传质设备的选择二、填料的选择4。填料的单位分离能力根据效率、通量和压降三个重要的性能来选用FNTSMS)(SWWSaa38第5章分离过程及设备的选择与放大10。3传质设备的选择10。3。1气液传质设备的选择39第5章分离过程及设备的选择与放大10。4分离过程的选择10。4。1可行性•对大多数分离过程，分离因子反映了被分离物质可测的宏观性质的差异•精馏过程中，分离因子反映为蒸汽压，最终反映了分子间力的强弱•结晶过程中，分离因子主要反映了各种分子会聚在一起的能力40第5章分离过程及设备的选择与放大10。4分离过程的选择10。4。1可行性10。4。2分离过程的类型•能量分离剂和质量分离剂•分离因子：精馏萃取精馏萃取•共沸精馏、萃取精馏、萃取和变压吸附的应用有明显的增长，结晶和离子交换有一定程度的增加41第5章分离过程及设备的选择与放大10。4分离过程的选择10。4。3生产规模•分离过程的生产规模与分离方法的选择密切相关