特殊精馏方法介绍

若 r~X 曲线近似对称,即 Ai,j=Aj,i , C=0
A1, 2 A2,1 A12
A12 A1, 2 A2,1 2
S A1, S AS ,1 A1
S A1 A1, S AS ,1 2
S A2, S AS , 2 A2
S A2 A2, S AS , 2 2
S xs L
当饱和蒸汽进料时 L L , x s x s
计算步骤: 塔顶 1s , 2 s ( sn ) D
sn
加料 1s ,2s ( sn ) F
(2-162) (2-171)
S(xs)
(2-169)
(2)理论板简捷计算(N) 假定: 溶剂只改变原料中各组分的 相对挥发度,所以计算方法同 普通精馏. 计算 N: 12 / s , xi S: sn , xi Nm S Rm N
ˆ 2 ˆ
1 1 2
i fi 0
f 10 f 20
0 s ˆ 当气相作为理想气体时: i 1, f i pi
1p 12 1 2p
s 1 s 2
(2-172) (2-173)
s s P P x P 总压 1 1 1 2 2 x2
3.恒沸精馏流程
sn B
(1 x s )
(2-170)
精: 塔顶,进料
sn ( sn ) D ( sn )W
提: 进料,塔底
x1 x 2 ( sn ) 1s x1 2 s x 2
(2-171)
一般: 1s , 2 s 相当大,所以 sn 0 .
xs S L
(

(2-157)
溶剂的存在使得活度系数发生了变化.
以三元马古斯方程为例:
1 ln A21 ( x2 x1 ) x2 ( x2 2 x1 )( A12 A21 ) 2
xs [A 1s A s2 2x1(A s1 A 1s ) xs (A 2s A s2 ) C(x2 x1)]
水蒸汽精馏 加水 , P 油 盐精馏 加盐 , AB
T
2.4.1萃取精馏
问题: 1.原理
○
S
A+B A
2.溶剂选择 3.计算
○
B+S
1.原理
Ki
i fi
V i
0
ˆ P
0
1, 2
V 0 ˆ K1 2 1 f1 V ˆ f0 K2 1 2 2
一般萃取精馏操作压力不高,所以
类型Ⅴ:
其它液体，它们没有形成氢键的能力。
2）从同系物中选择使溶剂S与塔底组分形成理想溶液 s 0或 A1 即: A2 s 0 3）从分子结构相似（或极性相似）的概念选择溶剂
常见有机化合物按极性增加的顺序排列为： 烃→醚→醛→酮→醇→二醇→水
4）对于多元系
一般将多元系的问题简化为两个关键组分和溶剂
xi
0.9
yi
) 0 (1 2 x1
所以: 12 / s
（起不利作用）
而： (1 x s ) 称为溶剂的稀释作用，削弱不利因素。
溶剂的作用:
(1)利用 S 与组分 1,2 的不同作用使
s 0 A1s A2
(2)溶剂的稀释作用,xs 越高效果越好 但生产能力降低,一般 xs=0.6~0.8
３）当三元系中有二对二元最低恒沸物，而另一对是二元最 高恒沸物时，压力曲面上就可能出现“谷”；温度曲面 上 就可能出现“脊”； 当三元系中有二对二元最高恒沸物，而另一对是二元最 低恒沸物时，温度曲面上就可能出现“沟”；压力曲面 上 就可能出现“脊”；
2.恒沸点的预测
12
恒沸点时: 12 1 ki ˆV i P
ˆV i 1
, f i Pi
s 1 s 2
s
1, 2
1p 2p
(2-155)
加入溶剂后:
1, 2 / s
p 1 ( ) Ts ( ) s 2 p
s 1 s 2
(2-156)
)s 1, 2 / s 2 溶剂选择性= 1 , 2 ( 1 ) 2
1
组分 1,2 用脱溶剂浓度表示:
x1 x1 x1 x 2
代入(2-156)
ln12/ s
s 1 s Ts 2
x2 x2 x1 x 2
p (1 2x1 )(1 xs ) xs ( A1 s A2 s ) ln( ) A12 p
(2-162) ln 12 p1s (1 2 x1 ) ln( s ) Ts A12 p2 (2-161)
S
1, 2
对这类系统一般 A1, 2 0,必须依靠第三项 但由于分子结构相似很难找到合适溶剂。
2. 1, 2 1 (恒沸点)
例:乙醇-水
, 2 0 A1
(正偏差)
0.9
0.9 0.5 (恒沸组成) x1
(1 2 x1 )(1 xS ) A12 因为: , 2 0 A1
适宜热敏物质.
sn x s
结合(2-164)和(2-167) 精:
xs S D sn (1 sn ) L 1 xs
(2-168)
S
RDxs (1 sn )
D sn x s
(1 x s )
1 (1 sn ) x s
(2-169)
提:
xs
其中:
S (1 sn ) L
1. 萃取精馏的操作特点 溶剂浓度 xs , 12 / s 回流比 R , xs 所以回流比萃取精馏的影响与普通精馏不同,有一最佳值.
1.00 乙醇(1)~水(2)~乙二醇(S)
xD,10.99
R
图(2-25) 回流比对馏出物纯度的影响
2.4.2 恒沸精馏
恒沸精馏: 加 S
12
溶剂和原料中某些组分形成恒沸物
2.4 特殊精馏
对有些需采用特殊精馏的物系通过 改变操作条件和工艺仍可采用普通 精馏.
1.相对挥发度随压力变化比较大. 2.恒沸组成随压力变化. 3.恒沸物是非均相.
特殊精馏
既加入热能又加质量分离 剂的精馏 加 S , 使 AB 加 S , AS 1, AB
s
分类:
萃取精馏 恒沸精馏
力有关,还与恒沸剂用量及进料组成 有关.
精馏产物与全部进料总组成（原料组成、溶剂用量） 有关:
对于二元精馏T-X图上的差异：
对于具有三元最低恒沸物的情况：
1. 当F一定，不同夹带剂的用量将有不同的塔底产品组成； （服从杠杆规则） 2. 塔内温度不会出现极值； 3. 当总组成变化，也会影响塔顶、塔底的产品组成。
组成的三元系，在选择溶剂时，同样能得到满意 的结果。
3.萃取精馏计算(简捷计算法)
解决:溶剂用量S和理论板计算.
(1)溶剂用量计算(S)
○
D,XDS S
V ,ys L,xs
假定 : 1. x s , x s 恒定 2. x DS 0 3. S 是纯溶剂 4.塔内恒摩尔 流.
F
V , ys
L , xs
恒沸精馏流程包括恒沸精馏和恒沸
剂回收系统组成.
A+B+S
根据恒沸物性质不 A+S 同,有各种流程: 1.恒沸物 均相(萃取) 非均相(液液分离) 2.形成几对二元或 三元恒沸物
○
B
1） 系统有一对两元恒沸物
２）系统有两对两元恒沸物
３）塔顶馏出液为三元非均相恒沸物
4.恒沸精馏塔两端产品
恒沸精馏塔产物不仅与塔的分离能
讨论溶剂S对 1, 2 的影响:
第三项: x ( A A ) 反映了溶剂S对组分1,2不同作用效果.
s 1S 2S
使 1, 2 / s 1 A1s 0
(正偏差)
s 0 A2
(负偏差或 理想溶液)
xs
1, 2 / s
第二项: (1 x ) 1.对 1 (全浓度范围)
5.恒沸剂选择
(1) 与料液中一个或二个组分形成最 低恒 沸物,最好形成非均相恒沸物.而 且与其它组成沸点差ΔT>10℃. (2) 恒沸物中S含量低(节省能耗). (3) 溶剂S回收容易. (4) 汽化潜热小. (5) 价格,毒性,腐蚀性,热稳定性等.
6.计算
由于恒沸精馏非理想性强用 MESH 方程联例求解,或逐板计算法.
2.溶剂的选择
要求:
(1) 溶剂选择性高.
(2)易再生,稳定性好. (3)价格低,毒性小,无腐蚀性
溶剂选择方法(定性)
1）（Ewell）的液体分类法
类型Ⅰ：能形成三维强氢键网络的液体； 类型Ⅱ：同时含有活性氢原子和施主原子（氧、氮 和氟）的分子组成的液体；
类型Ⅲ：分子中仅含施主原子的液体；
类型Ⅳ：分子中仅含活性氢原子的液体，这些分子 中一个碳原子上连接2或3个氯原子，或在 一个碳原子上连接一个氯原子，但在相邻 总物料衡算 V+S=L+D 对溶剂(S) Vys+S=Lxs 联例求解:
Lx s S ys LDS
(2-164)
相平衡
ys=ksxs yn=knxn
(溶剂) (非溶剂)
kn
相对挥发度 联例求解:
sn
ys
ks
(2-166)
( sn 1) x s 1 (2-167)
2.4.3 恒沸与萃取精馏比较
共同点: 加 S , 12 / s 不同点:

(1)恒沸精馏选用的溶剂S必须与待 分离组成形成恒沸物. (2) 恒沸精馏溶剂一般从塔顶蒸出 故能耗比萃取精馏大.