恒沸精馏

F ⋅ x FB = M ⋅ x MB
x MB
F ⋅ x FB = S+F
①恒沸剂用量的确定
3.3 特 殊 精 馏
合理的恒沸剂加入量应该是使塔釜组成W 合理的恒沸剂加入量应该是使塔釜组成 恰好落在三角相图的一个顶点，即组分B 恰好落在三角相图的一个顶点，即组分 上，根据杠杆原理进行物料衡算 利用相图， 连线SA及 连线 连线， 利用相图，作F与S连线 及B连线，两线 与 连线 交点M便是总物料点 便是总物料点， 交点 便是总物料点，再由杠杆规则确定 恒沸剂S的用量 恒沸剂 的用量
3.3 特 殊 精 馏
剂 的 非 均 相 恒 沸 物
补充共沸剂
3.3
回流液
特 殊 精 馏
共 沸 烷 精 回 馏 塔 塔 收 烃
新鲜进料
烷 塔
烷烃
甲苯
图2-42 用硝基甲烷分离甲苯—烷烃的流程
③分离均相恒沸物
3.3 特 殊 精 馏
3.3 特 殊 精 馏
分离对象？ 分离对象？ 苯—环己烷 环己烷 分离手段？ 分离手段？ 恒沸精馏 恒沸剂？ 恒沸剂？ 丙酮 恒沸物的类型？ 恒沸物的类型？ 均相 辅助分离手段？ 辅助分离手段？ 液液萃取 萃取剂回收？ 萃取剂回收？ 普通精馏
a 求T、P下的恒沸组成 、 下的恒沸组成
Pi S ，代入 γ i = f ( x i ) 已知T， 已知 ，求出 及关联式， 及关联式，求解 x i
x i 有物理意义，则有恒沸物产生 物理意义，
⑶恒沸组成的计算
b 恒压下求恒沸温度与组成
3.3 特 殊 精 馏
P
S = γ 1 x1 P1
+γ
S 2 x 2 P2
第三章 多组分多级平衡分离过程分 析与简捷计算 第三节
特殊精馏
二、恒沸精馏
3.3 特 殊 精 馏
恒沸精馏是在原溶液中添加恒沸剂S使其与 恒沸精馏是在原溶液中添加恒沸剂 使其与 溶液中至少一个组分形成最低 最高） 最低（ 溶液中至少一个组分形成最低（最高）恒 沸物， 沸物，以增大原组分间相对挥发度差的非 理想溶液的多元精馏 形成的恒沸物从塔顶（塔釜）采出， 形成的恒沸物从塔顶（塔釜）采出，塔釜 塔顶）引出较纯产品， （塔顶）引出较纯产品，最后将恒沸剂与 组分分离
V′ m+1 = L′xm − w xw,1 y 1
L′ w ym+1 = xm − 1 xw,1 V′ V′ V′ = L′ + w 1
5、塔2操作线方程
Hale Waihona Puke Baidu
L2 xm W2 xw, 2 ym +1 = − V2 V2
3.3 6、最小理论板数 在相图中，平衡线和对角线间画梯级求解。 特 殊 精 馏
② 分 离 有 恒 沸
3.3 特 殊 精 馏
①恒沸剂用量的确定
M = F +S
3.3 特 殊 精 馏
S组分物料衡算： 组分物料衡算： 组分物料衡算
S S S = M ⋅ x MS x MS = = M S+F A B组分物料衡算： 组分物料衡算： 组分物料衡算 F ⋅ x FA x MA = F ⋅ x FA = M ⋅ x MA S+F
∞ ∴γ1 <
PS 2 PS 1
<
1
∞ γ2
1
∞ γ2
P2s
P1S
最低沸点恒沸物 不形成恒沸物
0.287 0.515
2.807 6.897
⑶恒沸组成的计算
恒沸点时： 恒沸点时： α = 1 12
3.3 特 殊 精 馏
Q Pi S = f (T ), γ i = f ( x i )
γ 1 P2S ∴ = S γ 2 P1
3.3 特 殊 精 馏
按最外圈作物料衡算得出： 按最外圈作物料衡算得出： FXf=W 1xw1+W2xw2 F=W1+W2
3.3
由给定的F， 由给定的 ，x1，x2及xw2便 可求出W 之值。 可求出 1，W2之值。
特 殊 再按中间一圈进行物料衡算 精 V1=L1+W2 馏
对易挥发组分为： 对易挥发组分为： V1yn+1=L1xn+W2xw2
④塔顶产品为三元恒沸物的分离
乙醇、 苯-乙醇、水形成三元恒沸物， 乙醇 水形成三元恒沸物， t共=64.86℃，x苯=53.9%，x乙醇=22.8%， ℃ ， ， x水=23.3%。 。
3.3 特 殊 精 馏
3.3 特 殊 精 馏
乙醇、 乙醇、水
⑤分离恒沸物的双压精馏过程
若压力变化明显影响恒沸组成， 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， 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。 混合物的完全分离。塔Ⅰ通常在常压下操 塔顶为恒沸物进入塔Ⅱ为高（ 作，塔顶为恒沸物进入塔Ⅱ为高（低）压 力下操作
②恒沸剂引入位置
⑴恒沸剂挥发度小，可在靠近塔顶部分引 恒沸剂挥发度小， 入，从而保证塔内有足够的恒沸剂浓度 恒沸剂为最低恒沸物， ⑵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在提馏段 恒沸剂与两个组分都形成恒沸物， ⑶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
3.3 特 殊 精 馏
3.3 特 殊 精 馏
⑵相图
3.3 特 殊 精 馏
⑵相图
3.3 特 殊 精 馏
⑵相图
3.3 特 殊 精 馏
⑵相图
3.3 特 殊 精 馏
⑵相图
3.3 特 殊 精 馏
③恒沸组成与压力的关系
恒沸物组成是指在一定压力下的。 恒沸物组成是指在一定压力下的。不同的 压力下恒沸物的组成、温度均会有所改变， 压力下恒沸物的组成、温度均会有所改变， 压力变化到一定程度可以使恒沸点消失 定性规律： 沸点恒沸物，压力升高 升高时 定性规律：最低沸点恒沸物，压力升高时， 恒沸物组成中分子（摩尔）汽化潜热大 恒沸物组成中分子（摩尔）汽化潜热大的 组分增大 组分增大 反之亦然
讨论： 塔 馏 操 线 点 (1)xn = xw,2; yn+1 = xw,2则 Ι精 段 作 过 (xw,2， w,2 ) x
(2)斜 L 是 值 率 定 V L w2 （） 回和 顶 关 y顶 = x回 + xw,2即 (x回 y顶)是 作 上 3 x y 的 系 点 ， 操 线 V V 3.3 的 点 一 。 特 （ ） 顶和 n的 系 回 < y顶 < yn且 n →∞时 顶 = yn 4 y y 关 x 当 y 殊 精 提 段 馏 ： 馏
简捷计算
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E l , E h C 按Fensken公式确定N m 公式确定 D 按Fensken确定各组分在塔顶、塔釜的分 确定各组分在塔顶、 确定各组分在塔顶 布及浓度 x Di , xWi 并选R E 按Underwood公式确定 Rm 并选 公式确定 F按Gilliland图计算实际回流比下的理论板数 按 图计算实际回流比下的理论板数
L1 W2 yn + 1 = xn + xw1 V1 V1
塔Ⅰ精馏段的操作线
若按最内圈物料衡算， 若按最内圈物料衡算， 可得： 可得：
3.3
V1y顶=L1x回+W2xw2
比较上两式可看出， 特 比较上两式可看出，精馏段操作 线最上一点的坐标为（ 线最上一点的坐标为（y顶，x 殊 ），即应从此处开始画阶梯塔 精 回），即应从此处开始画阶梯塔 板数。 板数。 馏
3.3 特 殊 精 馏
恒沸精馏与萃取精馏的比较
应用加入适当的溶剂， 应用加入适当的溶剂，增大被分离的两组 分间的挥发度的差异，促使精馏容易实现， 分间的挥发度的差异，促使精馏容易实现， 这是两者的共同点 共同点。 这是两者的共同点。 两者的差别 1）恒沸精馏所用的恒沸剂必须与待分离组 ） 分的一个或几个形成恒沸物， 分的一个或几个形成恒沸物，因此可供选 择的恒沸剂很有限， 择的恒沸剂很有限，而萃取精馏所用溶剂 却没有这种限制。 却没有这种限制。
3.3 特 殊 精 馏
③恒沸组成与压力的关系
乙醇-水物系为正偏差且有极值点的非理 乙醇 水物系为正偏差且有极值点的非理 想溶液， 想溶液，在760mmHg下 ， 下 t共=78.1℃，x乙醇=0.9 ℃
∆H 水 = 9920 Kcal Kg > ∆H 乙醇 = 9320 Kcal Kg
3.3 特 殊 精 馏
1、恒沸物 、
恒沸物指在一定压力下 恒沸物指在一定压力下，汽液相组成与沸 压力 腾温度始终不变的一类溶液。 腾温度始终不变的一类溶液。 ①二元均相恒沸物 ⑴相图 二元恒沸物的性质： 二元恒沸物的性质： 混合物的蒸汽压组成曲线上的极值点所对 应的汽、液平衡相的组成相等。 应的汽、液平衡相的组成相等。且温度的 极大（或极小） 极大（或极小）值总是相当于压力的极小 值
P < P1S < P2S
⑵判断
b根据无限稀释活度系数 根据无限稀释活度系数
3.3 特 殊 精 馏
α 12 =
γ 1 P1S γ
P2S 2
恒沸点： 恒沸点： α 12 = 1
P1S P2S
∞ ∞ x1 → 0, γ 2 = 1, γ 1 = γ 1 , (α 12 ) x1 ≈0 = γ 1
∞ x 2 → 0, γ 1 = 1, γ 2 = γ 2 , (α 12 ) x2 ≈0 =
3.3 特 殊 精 馏
3 、恒沸精馏流程 油相
①二元非均相恒 沸物的精馏 不加恒沸剂 利用温度降低后 恒沸物出现相分 离现象
水相
3.3 特 殊 精 馏
蒸汽
计算二元非均相共沸系统的精馏时， 计算二元非均相共沸系统的精馏时，物料衡算的特 点是常需要把两个塔作为一个整体加以考虑。 点是常需要把两个塔作为一个整体加以考虑。
3.3 特 殊 精 馏
3.3 特 殊 精 馏 双塔流程可用于分离甲乙酮－ 四氢呋喃－ 甲醇－ 双塔流程可用于分离甲乙酮－水、四氢呋喃－水、甲醇－甲 乙酮和甲醇－丙酮等体系。 乙酮和甲醇－丙酮等体系。
4.恒沸精馏的计算 恒沸精馏的计算
①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 沸物时的需要
S
= ∑ Pi = ∑ γ i x i Pi
S
设T，求出相应的 Pi ，代入关联式求解 x i ， S 判断已知的P是否等于 判断已知的 是否等于 ∑ γ i x i Pi 不相等，则调整 不相等，则调整T
②二元非均相恒沸物
3.3 特 殊 精 馏
当溶液与理想溶液的偏 差很大时，互溶度降低 可形成二元非均相恒沸 物 。 部 分 互 溶 溶 液 的 tx,y-x 图如图所示。
压力降低， 压力降低，使恒沸组成中乙醇量增加 当P=70mmHg，x乙醇=1.0，恒沸点消失 ， ，
2、恒沸剂的选择 、
①必须与原溶液中至少一组分形成最低恒 沸物， 沸物，且其沸点较低 ∆T > 10 ℃ 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， 且汽化潜热应小， 且汽化潜热应小，使恒沸剂的用量少 ③恒沸剂易分离和回收，即形成非均相恒沸物 恒沸剂易分离和回收， ④无毒、无腐蚀、热稳定性好，价廉易得 无毒、无腐蚀、热稳定性好，
3.3 特 殊 精 馏
⑴相图
3.3 特 殊 精 馏
⑵判断
均相恒沸物的特征： 均相恒沸物的特征：恒沸点 α = 1, y = x 12 1 1
3.3 特 殊 精 馏
a根据体系的压力 根据体系的压力
P1 S > P > P2 S
P > P1S > P2S
不形成恒沸物 形成最低沸点恒沸物 形成最高沸点恒沸物
1 P1S
γ
∞ 2
S P2
⑵判断
最低沸点体系： 最低沸点体系： (α 12 ) x1 =0 > 1 > (α 12 ) x1 =1
3.3 特 殊 精 馏
∞ ∴γ 1
P1S P2S
>1>
S 1 P1 ∞ γ 2 P2S
∞ γ1 >
P2S P1S
>
1
∞ γ2
最高沸点体系： 最高沸点体系：
∞ γ1
甲苯-乙腈 甲苯 乙腈 甲苯-丙酮 甲苯 丙酮 3.93 1.96
②三元恒沸物
⑴三元物系组成表示方 法 用正三角形或直角三角 形来表示三元组成， 形来表示三元组成，正 三角形的每个顶点1、 、 三角形的每个顶点 、2、 3均代表纯组分，顶点对 均代表纯组分， 均代表纯组分 面的底线之间划等浓度 线表示各顶点组分的浓 度
3.3 特 殊 精 馏
M
⑵相图
用正三棱柱表示 正三棱柱表示 底面的正三角形表示组成， 底面的正三角形表示组成，立轴表示压 恒温系统）或温度（恒压系统） 力（恒温系统）或温度（恒压系统） 分别用压力面或温度面表示物系的汽液 平衡关系。 平衡关系。 由于恒沸物的产生，使图上的压力（ 由于恒沸物的产生，使图上的压力（温 面上出现上突或下陷， 度）面上出现上突或下陷，且使压力面 上出现脊或谷
①恒沸剂用量的确定
S FM = F SM
3.3 特 殊 精 馏
FM S =F⋅ SM
xM − xB MB SA = M =M x SA − x B SA B 塔釜产品W量 塔釜产品 量：
B SA M = M SA B
SA MB 塔顶产品SA量 塔顶产品 量： = M SAB
x SA − x B SA M B=M =M x SA − x M SA B