第1章 特殊精馏

1.1.5 恒沸剂的选择
理想的恒沸剂应具备以下性质： （1）能与被分离组分形成最低或最高恒沸物； （2）恒沸剂容易分离和回收； （3）用量少，汽化潜热低； （4）热稳定性好，不与其他组分起化学反应； （5）无毒，无腐蚀性；
（6）价廉易得。
1.2 萃取精馏
1.2.1 特点
（1）通过加入某种溶剂S (萃取剂)，使αS >α； 图1-17(a) （2）所加溶剂不与被分离组分形成恒沸物； （3）所加溶剂的沸点比所有组分的沸点高。
1.3 加盐精馏
1.3.1 盐效应对气液平衡的影响
盐效应：改变溶液的熔点沸点、溶解度、 蒸汽压、气液相平衡等。 图1-26、图1-27：加盐对气液平衡线的影响
ห้องสมุดไป่ตู้
盐浓度越高，盐效应越明显
1.3.2 加盐精馏流程
（1）溶盐精馏 图1-28 溶盐精馏的特点
特点 （2）加盐萃取精馏 图1-30
1.4 水蒸气精馏
2.5.3 双水相萃取原理
在成相条件下，溶质在两水相间存在分 配差异。体系总组成足够大时，体系可分出 上相与下相。
2.5.4 双水相萃取的特点
1.适用于生物大分子的分离
2.可在非均相直接分离
3.设备结构简单，操作方便
第 3章 吸
3.1 概述 3.2 吸附平衡 3.3 吸附速率
附
3.4 固定床吸附 3.5 移动床吸附 3.6 模拟移动床
2.2.3 超临界萃取的特点
1.超临界流体密度与液体相近，同时又具有近 似于气体的扩散能力，比一般溶剂传质速率 高，溶解能力强，萃取平衡快。
2.超临界萃取的控制参数主要是压力和温度， 萃取过程操作容易控制。 3.在接近临界点处，温度、压力的微小变动都 会使流体的溶解能力发生明显改变，因此萃 取后溶质与溶剂易于分离。
3.1 概述
3.1.1 吸附过程
吸附：固体多孔物质表面对流体物质的作用 吸附剂(固相) 吸附质(气或液相) 解吸(脱附、再生)：吸附的逆过程 作用力：主要是范德华力 物理吸附 可形成多分子层吸附 可逆 作用力：离子键、 形成单 化学吸附 氢键、配位键 分子层 不可逆 作用力:共价键 吸附
吸附
｛
｛
｝
1.1.4 恒沸精馏参数计算
1. 恒沸剂用量的确定
图解法——三角相图
原料F组成：
F
A
Q Q’
D
x = FB/AB x = AF/AB
A
B
P R
B
恒沸物D组成： S/A = AD/DS
R’
S
单位进料F中恒沸剂S的适宜用量： S = (PF/PS) F
2. 恒沸剂的加入位置
由恒沸剂的挥发性大小（沸点高低）决定。
3.1.3 吸附分离操作方式
1. 间歇式操作：固定床吸附 搅拌槽吸附 2. 连续式操作：移动床吸附 模拟移动床吸附
3.1.4 吸附分离技术特点
（1）对吸附质选择性高，专一性强。
（2）吸附平衡快。
（3）操作条件温和，能耗小。
局限性：
（1）吸附容量小。
（2）固体吸附剂不利于装填、输送。
3.1.5 吸附分离技术的工业应用
3.2.2 气相两组份吸附平衡
图3-4：氧氮混合气吸附的三角形相图 在R点(流动相)与E点(固定相)上氧、氮 的比例有差异，即相对吸附度α≠1 。
3.4 固定床吸附
3.4.1 固定床吸附器的操作特性
1.穿透曲线：
y0 流出物组成 yb
θ
2.吸附负荷曲线
θb——穿透点
θb
θb 床层长度L
w
3.吸附等温线对吸附波的影响
2.3.2 液膜分离传质机理
图2-17：
（1）选择性渗透；
（2）滴内反应； （3）液相反应； （4）萃取和吸附。
2.3.3 液膜分离工艺流程
1.间歇式 内相液 原料液
制乳
混合
膜液 沉降 破乳
残液（外相） 内相液 2.连续式：图2-23
以转盘塔取代混合槽和沉降槽，进行 连续逆流接触传质分离。
2.3.4 液膜分离影响因素
从啤酒花、胡椒、肉豆蔻中提取有效成分
3.环境保护：三废处理
2.3 液膜分离技术
2.3.1 基本原理和液膜形式
三相体系：原料液→膜液→接受液
具有平衡分离（萃取）特征，非典型的
速率分离。
1.乳状液膜：由内包相、膜相、连续相（外
相）组成乳状液滴。图2-16（a）
2.支撑液膜：由固体多孔支撑材料浸润膜液
而成。图2-16（b）
2.2.3 超临界萃取的特点
4.超临界萃取过程要求在高压下进行，设备投 资费用较高。 5.超临界状态下物质的非理想性较强，物性参 数较缺乏，相平衡关系复杂，工艺设计难度 较大。
2.2.4 超临界萃取在工业上的应用
1.石油化工：渣油脱沥青 2.食品医药：咖啡豆脱除咖啡因
可可豆中提取可可脂
木浆废液中提取香草醛
2.4 膜萃取
2.4.1 膜萃取的优点
1.不需要两相分散接触 2.对萃取剂的物性要求不高 3.没有返混和液泛影响 4.可实现同级萃取反萃过程（图2-36）
2.5 双水相萃取
2.5.1 双水相现象 2.5.2 双水相系统的类型
1. 非离子型聚合物/非离子型聚合物/水 2. 聚电解质/非离子型聚合物/水 3. 聚电解质/聚电解质/水 4. 高聚物/无机盐/水 5. 高聚物/低分子量有机物/水
2. 流程
（1）以加
热方式解
吸的气体
移动床吸
附分离装
置
2. 流程
（2）用解吸剂
来解吸的液体
移动床吸附分
离过程（图3-
34）
3.移动床吸附基本原理
3.6 模拟移动床吸附
1. 特点：同时兼有固定床和移动床的优点。 2. 应用举例：分离混合二甲苯 石油C8馏分
催化重整
混合C8芳烃：
吸附分离
乙基苯（136.19℃） 邻二甲苯（144.41℃） 间二甲苯（139.10℃） 对二甲苯（138.35℃）
（1）当物料的α12≈1 时，选择加入一种恒沸剂，
使α12增大；
（2）该恒沸剂能与物料中的一个或多个组分 形成恒沸物； （3）该恒沸物应为物系的最低恒沸物或最高 恒沸物。
1.1.3 恒沸精馏流程
（1）变压精馏：图1-5，图1-6。
（2）二元非均相恒沸精馏：图1-7。
（3）三元非均相恒沸精馏：图1-8。 （4）二元均相恒沸精馏：图1-9。
3.4.5 变温吸附特点
优点： 1. 利用再生气体加热床层，升温速度快； 2. 通过温度调节吸附和再生，操控简单； 缺点： 3. 再生过程较长； 4. 热量消耗较大。
3.5 移动床吸附
1. 特点
优点：能克服固定床的缺点，可连续操 作，生产效率高，产品质量稳定，吸附剂 用量少。 缺点：动力消耗大，吸附剂磨损严重， 产品纯度低。
1.2.2 基本流程
图1-18 图1-19
A,B
A S
B
图1-20
S
1.2.3 溶剂的选择
（1）能明显改变原组分的相对挥发度；
（2）溶剂沸点足够高，不与原组分形成共沸 物，溶剂易于回收。 （3）溶剂与原组分有较大互溶性，溶剂流动 性好。 （4）良好的热稳定性和化学稳定性。
（5）安全无毒，无腐蚀性。
3.1.2 吸附剂
固相吸附剂的性能要求：
1. 比表面积大；
2. 孔径范围窄； 3. 化学稳定性和热稳定性好； 4. 机械强度高，耐磨损。
常用吸附剂：
1. 硅胶：比表面积800m2/g，孔径10 ~ 400Å 2. 活性氧化铝：比表面积300m2/g，孔径20~50Å 3. 活性炭：比表面积300 ~ 1200m2/g，孔径 10 ~ 1000Å 4. 天然粘土：硅藻土、漂白土等。比表面积 ~ 250m2/g 5.合成树脂：聚苯乙烯,聚丙烯胺,聚丙烯酸酯等。 6.分子筛：比表面积600~1000m2/g，孔径3 ~10Å
(a) 优惠吸附等温线（吸附床利用率较高） (b) 线性吸附等温线 (c) 非优惠吸附等温线 c ——流动相中
吸附质浓度
q ——吸附量 z ——床层长度
3.4.2 固定床吸附的特点
1. 设备结构简单，操作方便；
2. 床层装填细密，吸附剂分布均匀；
3. 操作不连续，产品质量不稳定； 4.处理能力小，生产效率低，吸附剂用量大。
对二甲苯
3. 操作原理
（图3-35）
旋转阀（定子）
24 3
B+D
A+B
6 18
A+D
9
D
12
旋转阀（转子）
23 3
6
15
第4章 离子交换
4.1 离子交换树脂 4.3 工艺过程与设 备 4.2 基本原理 4.4 工业应用
4.1 离子交换树脂
4.1.1 种类
（1）强酸型阳离子交换树脂
（2）弱酸型阳离子交换树脂
第1章 特殊精馏
1.1 恒沸精馏 1.2 萃取精馏 1.3 加盐精馏 1.4 水蒸气精馏 1.5 反应精馏 1.6 分子精馏
1.1 恒沸精馏（共沸精馏）
1.1.1 恒沸现象
对于非理想溶液，在汽化时出现气液相 组成相同的现象（在相图中平衡线与对角线 相交，此时 y = x ）。 y x
1.1.2 恒沸精馏基本原理
表3-1 吸附分离的工业应用实例
3.2 吸附平衡
相平衡：吸附相(固定相)与流体相(流动相) 吸附等温线 图3-1：吸附量w ~ 吸附质浓度c(或分压p) 优惠型吸附等温线 w 线性吸附等温线 非优惠型吸附等温线
c
3.2.1 气相单组份吸附平衡
图3-2：温度T一定时，组分的气相分压p p↗，则吸附量w↗ ； p一定时， T↗则w↘。
3.4.3 吸附剂的再生
1.高温解吸：图3-18 2.惰性介质解吸：图3-19 3.置换解吸：图3-20 4.低压解吸：图3-21
3.4.4 固定床吸附流程：变温吸附循环
特点：低温吸附，高温再生。 1. 双器流程：图3-26
2. 串联流程：图3-27
可消除单个吸附器的未饱和区，提高床层利用率
3. 并联流程：图3-28
1.5.2 精馏-反应
——以精馏促进化学反应 实例：乙酸乙酯的合成 图1-35
1.6 分子蒸馏
1.6.1 基本原理
利用不同分子的运动 平均自由程的差异来分离 不同组分。 平均自由程：一段时 间内的分子在两次碰撞间 的路程。 图1-36 分子蒸馏的特点： 1.操作温度低于物料沸点 2.压强小 3.受热时间短
（3）强碱型阴离子交换树脂
（4）弱碱型阴离子交换树脂
4.1.2 物理化学性质
（1）交联度
（2）粒度
（3）亲水性
（4）密度
（5）溶胀性
（6）稳定性
（7）交换容量
（8）选择性
4.2 基本原理
离子交换平衡
｛ 相平衡
化学平衡
4.3 离子交换工艺过程与设备
4.3.1 离子交换过程的化学基础
发生在交换基团上的各种化学反应，其 本质都属于带同性电荷的离子间的置换过程。 （1）分解盐的反应
（2）中和反应
（3）离子交换反应
4.3.2 离子交换过程的基本步骤
（1）交换：RB + A → RA + B （2）再生：RA + B → RB + A （3）清洗：洗去流动相中的A和B
传质速率高，
溶解能力强，萃取
平衡快。 p
T1>T2>Tc>T3 T1
① ③
等温线
T3 T c T2
②
气液共存区
CO2的p ~ ρ图
ρ
2.2.2 超临界萃取的基本原理和原则流程
补充 溶剂 压缩升温 T2→T1 压缩器 溶剂
③
超临界 ① 流体 萃取器 原料 冷却T1→T2 恒压萃取 萃余物
②
分离器 恒温减压 溶剂分离 萃取产物
1. 膜液的性质：
稳定性：与内外相不互溶；维持液膜不破裂 （加表面活性剂）。 对溶质的选择性（溶解性）：添加传递载体。
传质速率：膜液的粘度（图2-19）、扩散系
数；添加表面活性剂的影响（表2-5）。
2.3.4 液膜分离影响因素
2. 搅拌速度
（1）制乳 （2）混合槽：最佳转速（图2-21）。
3. 接触时间 4. 料液浓度 5. 操作温度
（6）价廉，易得。
1.2.4 萃取精馏与恒沸精馏的区别
（1）物质媒介的作用原理不同：恒沸剂与被分 离组分形成恒沸物，而萃取剂不形成恒沸物； （2）物质媒介的加入量不同：恒沸剂的加入量 受恒沸组成限制，而萃取剂的用量范围较宽 （xS = 0.5 ~ 0.9）； （3）能耗不同：萃取精馏一般能耗较小； （4）物质媒介进塔位置不同： 萃取剂要求在靠 近塔顶部位加入，而恒沸剂则依据其挥发性大 小（沸点高低）决定其加入位置。
1.4.1 塔釜蒸汽蒸馏
图1-31 优点
1.4.2 塔釜内水-有机溶液蒸馏
适用于与水不互溶的高沸点混合物的分 离，可降低体系的沸点。
图1-32 水蒸气精馏的应用
1.5 反应精馏
1.5.1 反应-精馏
——以化学反应促进精馏 实例：利用活性金属与芳香烃异构体的 选择性反应来精馏分离间二甲苯和对二甲苯
图1-33
第2章 特殊萃取
2.1 化学萃取 2.3液膜分离 2.4 双水相萃取 2.6 反胶团萃取
2.2 超临界萃取 2.5 凝胶萃取
2.2 超临界流体萃取
2.2.1 超临界流体
1. 定义 2. 性质（表2-2）
密度接近液体，
粘度接近气体，扩散
升华线 沸点线
p
熔点线 临界点
超临界流体
系数介于二者之间。
T
3. 特点