第三章汽液传质分离过程

为共沸剂 Te<T<Ta<Tb， e-b和e-a均不形成共沸物。 e的加入使三角相图分为两个蒸 馏区域。 a、b分别位于不同区域，均为稳 定节点。
纯组分a、b作为不同精馏塔的 釜液采出。
.
选择中间沸点，并且与低沸点组分生成最低共沸物的物质 为共沸剂
Ta<Te<Tb， e-a生成最低共沸物T2<Ta。
xβ
若 xF < xα < xβ ，则应在1塔进料 物料衡算时，二塔塔釜多了一项水蒸气流量S。
假设1塔精馏段气相流量为V1液 相流量为L1。
在1塔精馏段的第n块塔板及2塔 釜出口之间作物料横算：
V1SL1B2
S
V 1y n 1 S L 1 x n B 2 x B 2
所以得1塔精馏段操作线方程：
yn1V L1 1xnV B1 2xB2
S (33)5
V1
.
假设1塔提馏段气相流量为V1’液 相流量为L1’。
在1塔提馏段的第n块塔板及1塔 塔釜出口之间作物料横算：
L'1V1' B1
L '1xnV 1'yn1B 1xB 1
S
所以得1塔提馏段操作线方程：
yn1V L1'1' xnV B11' xB1(332)
定节点。
.
2）a、b形成最高共沸物的情况 选择比原共沸温度更高的沸点且不形成共沸物的物质为共
沸剂
T2<Te， e-b和e-a均不形成共沸物。
e的加入使三角相图分为两个蒸 馏区域。
a、b分别位于不同区域，均为不 稳定节点。
纯组分a、b作为不同精馏塔的塔 顶馏出液采出。
纯组分e作为塔釜液采出。
.
选择中间沸点，并且与高沸点组分生成最高共沸物的物质 为共沸剂
同间接加热提馏段方程。
.
假设2塔气相流量为V2’液相流量 为L2’。
按恒摩尔流假设，V2' S 得2塔操作线方程：
ym1V L'2 2' xm1V B22' xB2(33)7
S
.
直接水蒸气加热：
1塔进料，F，xF，分离要求xB1、xB2。
对两塔进行总的物料横算：
S
F F x S B 1 x B 1 B 2 x B 2 FSB1B2
若保持收率不变，应适当降低2釜排放废水中有机物的含 量。
.
若 xα < xβ <xF ，则应在2塔进料 直接水蒸气加热 2塔提馏段操作线方程：
ym1V L'2 2' xm1V B22' xB2(33)7
2塔精段操作线方程： S 类似 yn1 于 V L 1 1xnV B 1 2xB2(33)3
1塔操作线方程：
yn1V L1'1' xnV B11' xB1(332)
.
若 xα <xF <xβ ，则应在分层器进料 直接水蒸气加热 1塔操作线方程：
yn1V L1'1' xnV B11' xB1(332) S
2塔提留段操作线方程：
ym1V L'2 2' xm1V B22' xB2(33)7
.
例：用双塔共沸精馏体系脱除正丁醇中的水。进料流量F=5000kmol/h,原料
.
两元非均相共沸精馏的应用 是从水溶液中分离和回收某些有机物质的简单有效方法。
有时，仅要求分离出一个纯产品，可采用单塔流程。 如丁二烯中饱和水的脱除。 此时，塔釜中得到的是脱水干燥后的有机物，塔顶出丁 二烯-水混合物，经冷凝分层后，有机相回流。 水相中有机物含量少，所以可不设2塔回收有机物，而 以废水形式排放。 对于形成二元均相最低共沸物的系统， 降低分层器温度， 或者降低操作压力，使冷凝液出现液液分层情况，也可按非 均相共沸精馏处理。
Ta<Te<Tb， e-b生成最高共沸物T1>Tb。 e的加入使三角相图分为两个蒸 馏区域。 边界线是两个共沸点的连接线。 a、b分别位于不同区域，均为不 稳定节点。 纯组分a、b作为不同精馏塔的釜 液采出。
.
选择低沸点，并且与两组分均生成最高共沸物的物质为共 沸剂
Te<Ta<Tb， e-b和e-a均形成最高共沸物。 e的加入使三角相图分为三个蒸 馏区域，产生两条边界线。 a、b分别位于不同区域，均为不 稳定节点。 纯组分a、b作为不同精馏塔的釜 液采出。
e的加入使三角相图分为两个蒸 馏区域。
边界线是两个共沸点的连接线。 a、b分别位于不同区域，均为稳 定节点。 纯组分a、b作为不同精馏塔的釜液 采出。
.
选择高沸点，并且与原两组分均生成最低共沸物的物质为共 沸剂 Ta<Tb<Te， e-b和e-a均形成最低共沸物。 有三个蒸馏区域。 边界线为zc、zd。 a、b分别位于不同区域，均为稳
.
假设1塔提馏段气相流量为V1’液 相流量为L1’。
在1塔提馏段的第n块塔板及1塔 塔釜出口之间作物料横算：
L'1V1' B1 L '1xmV 1 'ym 1B 1xB 1
所以得1塔提馏段操作线方程：
ym1V L1'1' xmV B11' xB1(33)2
.
2塔，塔顶进料，所以只有提馏段。 假设2塔气相流量为V2’液相流量 为L2’。 得2塔操作线方程： ym1V L'22' xmV B22' xB2(33)4
含水28%（mol），气液进料，气相分率为30%。操作压力101.3kpa。饱和
液体回流。规定丁醇塔中，L1/V1=1.23(L/V)1,min,水塔中V2’/B2=0.132。要求 丁醇产品中含水量不大于0.04摩尔分数，废水中含正丁醇不大于0.005摩尔
分数。计算：①产品流率；②两个塔的平衡级数和适宜进料位置。
第三章 特殊精馏之共沸精馏-7
.
上节内容回顾
.
剩余曲线
用于描述间歇蒸馏釜中剩余液体组成随时间的变化的曲 线称之为剩余曲线。
剩余曲线是指无回流简单蒸馏过程中塔釜浓度随时间变 化的轨迹。
曲线指向时间增长的方向，从较低沸点状态到较高沸点 状态。
.
简单蒸馏边界 因为该剩余曲线将三角相图分成两个蒸馏区域，故称它为
解： (1)两塔均采用再沸器加热的方案。
①进料位置的判断
由气液平衡数据，x 0 .5,x 3 0 7 .9,故 7x 5 F x ， x 应1塔进料。
②物料横算 已知间接加热：
B1
F xF xB2 xB1 xB2
B2
F xF xB1 xB2 xB1
解得： B 137.5 4k3m/h o,B l212.55k6m/h ol
.
3）共沸剂选取原则概括 只有当某一剩余曲线连接所希望得到的产品时，一个均
相共沸物才能被分离成接近纯的组分。 若满足上述条件： 对于二元最低共沸物系，共沸剂应该是一个低沸点组分或 能形成新的二元或三元最低共沸物的组分；
对于二元最高共沸物系，共沸剂应该是一个高沸点组分或 能形成新的二元或三元最高共沸物的组分。
.
理想共沸剂应具备特征 1）显著影响关键组分气液平衡关系； 2）容易分离回收； 3）用量少，汽化潜热低； 4）与进料组分互溶，不与进料组分发生化学反应； 5）无腐蚀、无毒，廉价易得。
.
4. 共沸剂精馏的计算
.
二元非均相共沸精馏
1、分离流程
若两组分形成非均相共沸物，则采 用双塔流程，并设置分层器， 在不加入 任何共沸剂的情况下可实现组分间的完
.
2、两元非均相共沸精馏的图解法
两元非均相共沸精馏的图解法，对于恒摩尔流情况，计 算结果是准确的；对于非恒摩尔流情况，计算结果欠佳，可作 为ASPEN PLUS软件严格计算的初值。
1)单相回流图解法
图解法过程
已知，1塔进料，F，xF，分离要 求xB1、xB2。 对两塔进行总的物料衡算：
FB1B2 FF x B 1x B 1 B 2x B 2
分层器中的β相送入2塔回流 。
.
xα
xβ
进料位置
xβ
β
xα α
xα
xβ
1)若xF <xα<xβ ，则应在1塔进料；
2)若 xα < xβ <xF ，则应在2塔进料； 3)若 xα <xF <xβ ，则应在分层器进料。
.
两液相回流的通用流程 在一些情况下，由于工艺或者设备的要求，需要采用
两液相回流。
全分离。经典流程如图。
设原料中两组分A、B，以A的摩尔分 数表示物料组成，初始A为易挥发组分。
两塔塔顶接近共沸组成的上升蒸汽经 冷凝后在分层器分成两个液相α、β。 xβ
假设xAα<xAβ α相返回1塔作回流 此时
β
B是易挥发组分，所以组分A是塔釜产品。 在1塔，由于A是易挥发组分，高纯度 xα
α
的B会从塔釜引出。
.
根据相平衡曲线，1塔精馏段、提馏段操作线，2塔操作线 方程作图。
x B1
2塔
xβ
β
1塔
xα α
xα
xβ
x B2
x
x
1塔和2塔图解理论板数的起点分别是操作线上横坐标为
xα 、xβ的点。分别作阶梯至xB1、xB2得各段理论板数。
.
A组分为水的两元非均相共沸精馏的图解法过程
设原料中两组分A、B，以A的摩尔 分数表示物料组成，初始A为易挥发组 分，且A为水。
.
最小气液比 若1塔夹点在塔顶
L xB 2yJ20.99 -0.5 75 0.58 V1,mi nxB 2x回 0.99 -0.5 573
若1塔夹点在进料板
L xB2yJ10.99-05 .5 30.564 V1,minxB2xJ1 0.99-05 .17