萃取精馏和共沸精馏-分离工程

3.2萃取精馏和共沸精馏3.2.1萃取精馏3.2.2共沸精馏3.2.1萃取精馏一、流程二、萃取精馏的原理和溶剂的选择（1）溶剂的作用设组分1和组分2组成的混合物，加入溶剂S进行分离。常压下的相对挥发度：液相活度系数可由三组分Margules方程求算：组分1的脱溶剂浓度x1’=x1/(x1+x2)代入代入相对挥发度的表达式，可得有溶剂存在下组分1和2间的相对挥发度：三组分物系的泡点温度无溶剂S时，xS＝0，则二组分体系的相对挥发度：二组分物系的泡点温度若（p1S/p2S）与温度关系不大，x1=x1’，则：（3-24）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。提高溶剂的选择性可以：1）提高xS，即加大溶剂用量——稀释作用；2）选择适宜溶剂，改变组分相互作用，如使A1S’变大（正偏差），A2S’变小（负偏差），从而提高相对挥发度。（2）溶剂的选择1）沸点要较组分的高；2）与被分离物系有较大的溶解度；3）一般溶剂浓度60%，所以成本要低；4）污染小，环境友好。三、萃取精馏过程分析（1）塔内流量分布精馏段：总物料衡算：组分物料衡算：或：FSDWnn+1n-1m-1m+1m将上式的浓度改为脱溶剂的相对浓度：（3-29）以l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：则：当(xS)D=0时：（3-32）FSDWnn+1n-1m-1m+1m比较（3-29)式和（3-32）式：（3-29）（3-32）可得：（3-33）因为S为重组分，(yS)n+1(xS)n，所以：①溶剂存在下塔内的液汽比大于脱溶剂情况下的液汽比。对溶剂作物料衡算：当（xS)D=0时：设Sn=Ln(xS)n，即n板下流液体中溶剂的流率：②各板下流之溶剂流率均大于加入的溶剂流率，且溶剂挥发度越大，差值也越大。可见：SnS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汽，使塔内流率发生明显变化。③A液相流率越往下越大。第n板的液相流率为：原有液体流率溶剂量溶剂温升冷凝的蒸汽量同理，可以得到提馏段第m板的液相流率为：精馏段的汽相流率：③B汽相流率越往下越大，即越往上越小。提馏段的汽相流率：FSDWnn+1n-1m-1m+1m（2）塔内溶剂含量分布精馏段物料衡算：假定：1）恒摩尔流；2）（xS)D=0（3-26）（3-41）FSDWnn+1n-1m-1m+1m溶剂与原溶液之间的汽液平衡关系：（3-42）溶剂对非溶剂的相对挥发度将（3-26）式和（3-41）式代入（3-42）消去V和yS：（3-43）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相流率的关系。溶剂对非溶剂的相对挥发度一般很小，当≈0时：类似地，提馏段溶剂浓度：（3-45）当≈0时：分析：将塔分为四部分精馏段：提馏段：塔釜：溶剂回收段：FSDWnn+1n-1m-1m+1m当进料为饱和蒸汽时，；当进料为液相或汽液混合物时，。SSxxSSxx溶剂在塔釜中浓度有明显跃升。四、萃取精馏过程的计算萃取精馏过程特点：（1）物系非理想性强；（2）塔内汽液相流率变化大；（3）相平衡和热量衡算关系复杂。适于用严格计算法（见第6章）。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，用图解法或解析法处理，使计算得以简化。五、萃取精馏实例环乙烷对苯的相对挥发度环己烷－苯的萃取精馏分离萃取剂：糠醛OCHO2.72.351.380.98环乙烷／苯0.70.60.20糠醛组成，x3.2.2共沸精馏共沸精馏又称恒沸精馏。分离原理：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二、共沸剂的选择三、共沸精馏流程四、共沸精馏的计算五、共沸精馏与萃取精馏比较一、共沸物的特性与其组成的计算对于共沸物，混合物的蒸汽压－组成曲线上之极值点相当于汽、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下T—x图上的极值点或恒温下P—x图上的极值点。（1）二元均相共沸物系统压力不高时，汽相视为理想气体：共沸点处：1、二元系即：或——计算方程？已知总压P，如何求共沸组成x和共沸温度T4）代入：——校核方程1）假定T；2）计算P1S和P2S；3）由1＝f(x1,T,P)、2＝f(x1,T,P)和1/2=P1S/P1S计算x1；5）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。（2）非均相二元共沸物除考虑汽液平衡外，还要考虑液液平衡。联立求解上述三式，可得到共沸温度（共沸压力）和液相组成。计算方程：校核方程：2、三元系计算方程：校核方程：二、共沸剂的选择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；（2）共沸剂容易分离和回收；（3）用量少，汽化潜热低；（4）与进料组分互溶，不生成两相，不与进料中组分起化学反应；（5）无腐蚀、无毒；（6）价廉易得。三、共沸精馏流程（一）双压精馏如果压力变化明显影响共沸组成，则采用两不同压力操作的双塔流程，可实现二元共沸物完全分离。图3-31双压精馏流程（二）二元非均相共沸物的精馏如果二组分能够形成非均相共沸物，那么不必另加共沸剂便可实现二组分的完全分离。图3-33分离非均相共沸物的流程（三）其他均相共沸物需要用萃取等方法来分离。为了得到高纯的塔底产品，采用稍过量的共沸剂，再增加一个溶剂回收塔，往往是一个行之有效的方法。四、共沸精馏的计算共沸物精馏体系非理想性强、组分多、变量多，不宜使用简捷法，而严格计算也变得非常复杂。五、共沸精馏实例乙醇－水共沸精馏乙醇－水溶液共沸点：78.3℃；共沸组成：乙醇0.894；水0.006。乙醇－水－苯共沸点：64.6℃；共沸组成：乙醇0.23；水0.226；苯0.544。六、共沸精馏与萃取精馏比较共同点：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。（1）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；（3）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；（4）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。1.朱宪;刘群;周忠华;理论塔板数的简捷算法，化学工程，1992，（1）：702.简捷法求算多组分精馏过程的理论板，化工设计，1993，3（5）：273.一种新的理论板数简捷算法，化学世界，1991，（6）：2724.曾平，估算精馏理论塔板数的新方法，大学化学，1997，（2）：55参考文献5.彭小平,颜清，迭代法求算精馏塔的理论塔板数，上饶师范学院学报，2001年06期6.李宝增，介绍计算二元体系精馏理论板数新方法，新疆师范大学学报(自然科学版)，2000年01期7.黄光斗，二元理想溶液常规精馏塔Rmin解析计算，湖北化工，1998年02期8.高维平，杨莹，精馏塔最小回流比通用求解方法，吉林化工学院学报，1995年01参考文献9.杨莹，高维平，精馏塔最小回流比求解方法，计算机与应用化学，1995年02期10.陆小荣，谈精馏操作最小回流比的确定，兰州石化职业技术学院学报，2001年02期11.龙军，精馏塔适宜回流比的确定，石油炼制与化工，1996年01期12.刘志伟，回流比对操作费和设备费的影响，现代化工，1997年03期参考文献13.李宝增，李萍，王娟，用虚拟混合法计算二元精馏最小回流比，化学工程，1996年03期14.简丽，精馏塔中适宜回流比的优化选择，内蒙古工业大学学报(自然科学版)，1996年03期15.宁英男，多元精馏中组分在塔顶塔底预分配关系的计算机计算，化工设计通讯，1995，21（1）：53-56参考文献16.洪文国，精馏加料板位置精确确定研究，齐齐哈尔大学学报，1995年03期17.马玉龙，周新花，郑洁修，计算精馏塔理论塔板数和加料板位置的新方法（Ⅱ），武汉大学学报(自然科学版)，1994年01期18.雷志刚,王洪有,许峥,萃取精馏的研究进展，化工进展，2001年09期参考文献19.崔现宝,杨志才,冯天扬，萃取精馏及进展，化学工业与工程，2001年04期20.肖斌;肖文;罗建军;间歇萃取精馏技术和进展，广州化工，2002年01期21.胡兴兰;周荣琪;萃取精馏萃取剂的一种实验筛选方法.化学工程师，2003年03期22.宋海华;孙伟;王秀丽;萃取精馏溶剂选择的研究进展，化学工业与工程，2002年01期参考文献23.吴涛;罗春雨;范文平;萃取精馏的溶剂再生，化学工程师，2001年02期24.二元非均相恒沸精馏的图解法，化工设计，1993年02期25.二元非均相共沸物分离过程模拟计算，化学工程，1994年05期26.几何法设计共沸精馏塔，天津化工，2001年01期27.分离共沸混合物，化工设备与管道，2001年03期参考文献28.R.W.Rousseau,J.S.Staton,张近.化学吸收塔和解吸塔的分析.化学工程,1991,(01)29.周传光,王纯,丁惠华.新松弛法与流量加和法结合模拟吸收过程.化学工程,1989,(06)30.周亚夫.多组分吸收计算—SR法[J].化学工程,1984,(6).31.安亮,全琼,吴重光.面向对象的吸收过程动态仿真建模分析.河南化工,1999,(08)参考文献32.王扶明,王晓红,唐继国.单塔物理吸收操作线图解与分析.青岛化工学院学报,1996,(03)33.王丛瑄.新的吸收解吸系统工艺流程探讨.石油和化工设备,2005,(04)34.王晓红,郑世清,周传光,韩方煜.多θ法用于模拟复杂吸收过程.高校化学工程学报,1997,(01)35.苗容生,陈静德.吸收过程多θ模型求解的改进[J].化学工程,1992,(5).参考文献36.马友光,高瑞昶,冯惠生,余国琮.吸收过程的界面传质机理.化学工程,2003,(01)37.丁锁根.气液反应双膜论吸收速率及计算应用.化学工业与工程技术,2000,(03)38.乔世璋，齐润红.伴有复杂反应气液吸收过程的模拟计算.化学工程,1995,(04)39.李忠玉,徐松.吸收塔填料层高度的解析计算.化工设计,1998,(05)参考文献关键组分一定是分配组分。非关键组分是否一定是非分配组分？清晰分割有下面的三种描述：轻(重)组分在塔顶(釜)产品的回收率为1。轻组分全部从塔顶馏出液中采出，重组分全部从塔釜排出。非关键组分为非分配组分。是否等于问答题对萃取精馏塔当塔顶产品不合格时,能否采用加大回流比的方法使塔顶产品合格?什么时候采用萃取剂中间采出的流程?问答题恒沸物组成与压力有关吗？恒沸精馏过程最好形成最低沸点恒沸物还是最高沸点恒沸物?通过改变压力能使恒沸点消失吗?问答题为什么吸收是单向传质，精馏是双向传质？精馏和吸收过程分别采用什么方法来确定每块板的温度分布，为什么？由吸收因子图来说明当吸收效果不好时能否用增加平衡级的手段提高分离效果？问答题1.试确定分配器、全凝器、分凝器的设计变量。2.什么是关键组分？非关键组分？分配组分与非分配组分？非关键组分是否就一定是非分配组分？3.什么是清晰分割法和不清晰分割法？叙述其原理。4.怎样用简捷法计算精馏过程的理论板板数。思考题5.萃取精馏的实质是什么？如何提高其选择性。6.萃取精馏的原理是什么？画出液相进料的萃取精馏流程。7.当时，画出其萃取工艺流程。8.甲醇（1），沸点337.7k，丙酮（2）沸点329.4k，溶液具有最低恒沸点，的非理想溶液，如用萃取精馏分离时，萃取剂应从酮类选还是从醇类选？请说明原因。思考题9.什么叫恒沸精馏，画出一个二元非均相恒沸精馏流程。10.怎样用三角相图来求解恒沸剂的用量。11.恒沸精馏的基本原理，说明沸点相近和相对挥发度相近是否为同一概念。12.当原溶液为二组分时，恒沸精馏和萃取精馏都可以用图