11化工分离工程-萃取精馏
化工分离工程复习必备(简答题与名词解释)
萃取精馏中，萃取剂在何处加入为何在进料板之上，与塔顶保持有若干块塔板。
溶剂的沸点比被分离组分高，那样可以使塔内维持较高的溶剂浓度，及起回收溶剂的作用。
从热力学角度和工艺角度简述萃取精馏中萃取剂的选择原则热力学角度：溶剂的沸点要足够高，以避免与系统中任何组分形成共沸物；萃取剂应能使的体系的相对挥发度提高，即与塔顶组分形成正偏差，与塔底组分形成负偏差或者理想溶液。
工艺角度：溶剂与被分离物系有较大的相互溶解度；溶剂在操作中是热稳定的；溶剂与混合物种任何组分不反应；溶剂比不得过大；无毒、不腐蚀、价格低廉、易得。
吸收塔中每级汽、液流量为什么不能视为恒摩尔流吸收过程是气相中的某些组分溶到不挥发吸收剂中去的单向传递过程。
吸收剂吸收了气体中的溶质而流量不断增加，气体的流量则相应的减少，塔中气相和液相总流率向下都是增大的。
吸附质被吸附剂吸附—脱附机理①吸附质从流体主体通过分子扩散和对流扩散传递到吸附剂的外表面；②吸附质通过孔扩散从吸附剂的外表面传递到微孔结构的内表面；③吸附质沿孔表面扩散并被吸附在孔表面上；④吸附质从吸附剂的内表面脱附；⑤吸附质沿径向扩散传递到吸附剂的外表面；⑥吸附质从吸附剂的外表面扩散到流体主体。
精馏过程全回流操作特点①不进料也不出料；②无精馏段与提馏段之分；③两板之间任一截面上上升蒸汽组成与下降液相组成相等；④达到指定分离程度所需的理论板数最少。
在萃取精馏中，由相对挥发度表达式分析，为什么加入萃取剂后会提高原溶液的相对挥发度在萃取精馏中，原溶液,112≈α汽相为理想气体，液相为非理想溶液，,1212112≈⨯γγ=αsspp对于特定物系，sspp21不可改变，要使,112>α只有21γγ增加，加S后可使)()(2121γγ>γγs。
所以加入萃取剂后会提高原溶液的相对挥发度。
精馏过程的热力学不可逆性主要由哪些原因引起的精馏操作的热力学不可逆性,是由于进入层级的汽液两相的温度、压力和组成,与它们对应平衡的温度、压力和组成的差距所造成，因此在层级间汽液两相要进行传热和传质，损失了有效能，所以其不可逆性主要由压力差、温度差及浓度差引起的。
精馏-化工分离工程
清晰分割：轻组分全部从塔顶馏出液中采出，重组分全部从塔釜排出 轻组分在塔顶产品的收率为1 重组分在塔釜产品的收率为1 关键组分为分配组分，非关键组分为非分配组分
如存在中间组分必然出现在塔两端，也称分布组分；
当 L LK 或 H HK ，LK 与 HK 的分离要求不是很高，则L、H
F DW
Fzi Wxi,W Dxi,D
FzLK (F D)xLK ,W DxLK ,D D F zLK xLK ,W
xLK ,D xLK ,W
④给定： xLK ,D , φ LK
φ LK
DxLK ,D FzLK
D
F
zLK xLK ,D
φ LK
F DW
Fzi Wxi,W Dxi,D
精馏操作的开发目的
将 A+B 混合物 → 分离成A、B两股物料，要求：
确定适宜的操作条件和参数
P，R，NT ，q… 确定适宜的设备结构和尺寸
工艺参数
D，H，结构…
设备参数
开发内容
1）多座精馏塔分离序列的安排（见第6章） 2） 精馏塔类型的选择（见《化工原理》） 3）单座精馏塔的设计计算
具体包括：
1）确定塔的直径和高度 2）确定适宜的操作条件和参数 3）进行再沸器和冷凝器的设计计算 4）进行塔的结构的设计计算
3.1.2 多组分精馏的简捷计算法（FUG法）
➢ 简捷法(short-cut method)计算只解决分离过程中级数、进料与产品组成
间的关系，而不涉及级间的温度与组成的分布 ➢ 简捷计算属于设计型的算法：
给定：进料量F，分离要求xD、xW；
计算：理论板N、回流比R、进料位置NF 等。
化工分离工程
绪论1、分离：混合物中各组分在物理或化学性质上的差异，通过适当的装置或方法，使各组分分配至不同的空间区域或者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。
特殊精馏1、特殊精馏包括：恒沸精馏、反应精馏、萃取精馏和加盐精馏等。
2、恒沸精馏：在沸点接近或具有恒沸点的溶液中加入新组分，使新组分与混合液中某一个或几个组分形成新的恒（共）沸物，从而使原料液能用普通精馏法进行分离。
3、萃取精馏：将一萃取剂加入到欲分离的混合物中，由于它与各组分的作用不同，而改变了原组分间的相对挥发度，使普通的精馏方法可分离混合液。
加入萃取剂后形成的溶液为非理想溶液，故萃取精馏是多组分非理想溶液的精馏。
4、萃取精馏的工艺流程：由于萃取剂沸点高于原溶液各组分的沸点，故总从塔釜排出。
为了在塔的绝大部分上均能维持较高的萃取剂浓度，萃取剂加入口一定要在原料进口以上，但一般又不能从塔顶引入，因为萃取剂入口以上须有若干塔板，组成萃取剂回收段，以便馏出物从塔顶引出前能将其中萃取剂的浓度降至可忽略程度。
5、恒沸精馏与萃取精馏的比较共同点：加入第三组分形成非理想溶液，改变被分离组分的活度系数，从而增大他们之间的相对挥发度，使得用精馏的方法达到分离的目的。
不同点：（1）恒沸剂的选择，一定要符合能生成恒沸物的条件，其用量也要受所形成的恒沸物组成所控制，因此可供选择作为恒沸剂的溶剂不如萃取精馏中的萃取剂多，且萃取精馏中的萃取剂的用量不像恒沸剂的用量受到条件的控制。
（2）萃取精馏中的萃取剂的沸点比原溶液中各组分的沸点都高，为系统中的最重组分，它将从塔釜流出；而恒沸精馏中的恒沸剂不受此限制，它也可能是系统中最轻的组分。
在恒沸精馏中，很多情况下恒沸剂是从塔顶以恒沸物形式馏出。
（3）由于一般恒沸剂是从塔顶引出，故而能耗比较大；只有当恒沸物中含恒沸组分比较少，使恒沸剂用量少时，恒沸精馏的能耗才可能比萃取精馏小。
（4）恒沸精馏可连续也可间歇操作；而萃取精馏只能用于连续操作，不宜间歇操作；（5）在热敏性组分存在时，因恒沸精馏可在比萃取精馏低的温度下进行，故恒沸精馏比萃取精馏有利。
萃取精馏 (2)
萃取精馏简介萃取精馏是一种常用的分离和纯化技术，主要用于提取和分离混合物中的化学物质。
该技术结合了萃取和精馏两种方法，通过不同挥发性的化学物质在不同温度下的蒸发和液相之间的分配系数差异，实现分离和纯化的目的。
本文将介绍萃取精馏的原理、操作步骤和应用领域。
原理萃取精馏主要依靠不同化学物质在不同温度下的蒸发性质和溶解性差异来实现分离。
在一个封闭的系统中，将混合物加热并加入适当的萃取剂。
随着温度升高，不同挥发性的成分会发生蒸发。
这些蒸发的分子被萃取剂吸附并形成气液平衡，然后从系统中离开。
萃取剂可以选择具有高选择性的化学物质，以实现对目标化合物的高效提取。
通过调整温度和压力等操作条件，可以控制不同组分的蒸发和液相分配，使得目标化合物可以从混合物中得到纯化。
操作步骤萃取精馏通常包括以下几个步骤：1.准备混合物：将需要分离和纯化的混合物准备好，并确定目标化合物。
2.选择适当的萃取剂：根据混合物特性和目标化合物的性质，选择适当的萃取剂。
萃取剂应具有高选择性和溶解度，以确保对目标化合物的高效提取。
3.加热和混合：将混合物和萃取剂加入一个封闭的系统中。
适当控制温度和搅拌速度，使混合物充分混合。
4.蒸发和萃取：随着温度升高，不同挥发性的成分会发生蒸发，并被萃取剂吸附。
蒸发的分子和萃取剂形成气液平衡，并从系统中离开。
这样，目标化合物就被从混合物中提取出来。
5.分离和收集：通过冷却和凝固，将萃取剂中的目标化合物得到纯化。
分离和收集可以通过降温、过滤或其他适当的方法实现。
应用领域萃取精馏在化学、制药、食品、石油和环保等领域都有广泛的应用。
在化学合成中，萃取精馏可用于纯化有机合成产物。
通过合适的选择萃取剂和操作条件，可以实现有机产物的分离和纯化，提高化学合成的产率和效率。
在制药工业中，萃取精馏常用于从天然草药中提取活性成分。
通过萃取精馏的方法，可以实现天然营养素、药物成分和有益化合物的纯化和分离。
在食品加工中，萃取精馏可用于提取和分离食品中的香料、色素和营养成分。
《化工分离工程》PPT课件-第8讲萃取精馏
因为在一般情况下馏出液中不含溶剂,故上式可以简化为:
y
, n 1
ln , D , xn xD vn 1 vn 1
Ln ln 1 ys n1 : Vn1 vn1 1 xs n
将上式与相对浓度表示的物料恒算方程比较有:
萃取精馏过程分析
因为溶剂的挥发度小于原溶液组分的相对挥发到,并且在同一塔段的塔板, 特别是相邻的板上,溶剂在液相中的浓度基本恒定,故
加入的溶剂 是挥发度最 低的组分
萃取精馏工业应用
进料中的关键组分
丙酮—甲醇 苯—环己烷 丁二烯—丁烷 丁二烯—1-丁烯 丁烯—异戊烯 环己烷—庚烷 乙醇—水
溶剂
苯胺，水，乙二醇 苯胺，糠醛 丙酮 糠醛 二甲基甲酰胺 苯胺，苯酚 甘油，乙二醇
进料中的关键组分
丙烷—丙烯 异丁烷—1-丁烯 甲苯—庚烷 异戊烷—异戊烯 正丁烷—顺2-丁烯 四氢呋喃—水 吡啶—水
溶剂
乙腈 糠醛 苯胺，苯酚 丙酮 糠醛 丙二醇 双酚
萃取精榴原理
由相平衡常数定义可以得到：
V i OL
ˆ yi p i xi f i
i fi Ki V ˆi p
0
料液中两个(关键)组分1和2的相对挥发度为
12
V ˆ2 Ki 1 f10 V ˆ1 2 f 20 Kj
萃取精榴原理
一般萃取精馏的压力不高，所以
ˆ ˆ 1
V 1 V 2
于是
s s f10 p1 f 20 p2
1 p1s 12 s 2 p2
p1s 1 ps 2 TS 2 s
萃取精馏的基本操作步骤
萃取精馏的基本操作步骤一、什么是萃取精馏萃取精馏呢，就是一种很神奇的化学操作哦。
它是在普通精馏的基础上加入了一种特殊的溶剂，这个溶剂可不得了呢。
它能够改变原溶液中各组分的相对挥发度，让那些本来很难分开的组分可以比较容易地分开啦。
就好像是给那些分不开的小伙伴们找了一个特别的“中间人”，这个“中间人”一来，大家就可以乖乖地按照我们想要的方式分开啦。
二、萃取精馏的前期准备在进行萃取精馏之前呀，我们得先把要用的东西都准备好。
首先得有一个合适的精馏塔，这个精馏塔就像是一个大舞台，各种物质要在这个舞台上表演分离的戏码。
这个塔得是干净的，没有杂质的哦，不然会影响后面的操作呢。
然后就是我们的原料啦，原料得是经过初步处理的，不能有太多的杂质。
还有那个很重要的萃取剂，这个萃取剂的选择可是很有讲究的呢。
要根据我们要分离的物质的特性来选择，就像是给不同的锁找不同的钥匙一样。
比如说，如果要分离的物质是比较容易和极性溶剂相互作用的，那我们可能就会选择一种极性的萃取剂。
三、萃取精馏的操作过程1. 进料把我们准备好的原料和萃取剂按照一定的比例放进精馏塔里面。
这个比例可不能随便定哦，是要经过计算和实验验证的。
就像做饭的时候，盐和食材的比例得合适，不然饭就不好吃啦。
原料和萃取剂进入精馏塔的时候呢，要慢慢地、平稳地进去，不能一下子就倒进去，那样会让塔里面的状态变得很混乱的。
2. 加热接下来就是加热啦。
通过加热，塔里面的物质就会开始沸腾，然后不同的组分就会有不同的挥发情况。
这个加热的温度也是要控制好的哦，不能太高也不能太低。
如果温度太高了，可能会导致一些我们不想看到的反应发生，或者是让一些物质挥发得太快，还没来得及好好分离就跑出去了。
如果温度太低呢，那可能很多物质都不怎么挥发，分离也就没办法很好地进行啦。
3. 精馏过程在加热的过程中，物质就开始在精馏塔里面进行分离啦。
比较容易挥发的物质会往塔顶跑，而不太容易挥发的物质就会留在塔底附近。
化工分离过程(第10讲)(3.3.1萃取精馏)
ln 1 2 S A21 x2 x1 x2 x2 2 x1 A12 A21
xS A1S AS 2 2 x1 AS1 A1S xS A2 S AS 2 C x2 x1
A12 , A21 A1S , AS 1 A2 S , AS 2
24
3.3.1.2 萃取精馏的原理和溶剂的选择
一. 溶剂的作用
（1）对原溶液1、2组分产生不同的作用，提高α12
体现：原溶液沸点差不大（ A12’ ≈0）非理想性不很强时， 若：A1S’>0; A2S’>0，有： A1S’- A2S’>0，加S后， α12/s/α12>1 （2）稀释原溶液 体现：原溶液沸点差大，非理想性很强时，α12 →1 加S后，浓度下降，而xS增加，由(3-23)： A12’(1-xS)(1-2x1’)值小，突出了PiS作用。
化工分离过程
Chemical Separation Processes
第三章 多组分多级分离过程 分析与简捷计算
特殊精馏
当待分离组分之间形成共沸物或相对挥发度接 近 1 时，用普通精馏是无法实现分离或是经济上不 合理的。 此时，向体系中加入一种适当的新组分，通过 与原体系中各组分的不同作用，改变组分之间的相 对挥发度，使系统变得易于分离。 这类既加入能量分离剂又加入质量分离剂的精 馏称为特殊精馏或称增强精馏。
3.3.1 萃取精馏 3.3.1.1 萃取精馏的流程 3.3.1.2 萃取精馏原理和溶剂的选择 3.3.1.3 萃取精馏过程分析 3.3.1.4 萃取精馏的计算 3.3.2 吸）过程
6
3.3.1 萃取精馏
萃取精馏是向原料液中加入第三组分(称为
萃取剂或溶剂),以改变原有组分间的相对挥发度而 达到分离要求的特殊精馏方法。 要求萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点高 得多,且不与组分形成共沸液,容易回收。萃取精馏 常用于分离各组分挥发度差别很小（ ＜1.05）的 溶液。
萃取精馏
xs＝0
s P 1
ln ln(
P2
s
)T2 A12 (1 2 x1 )
9
'
'
则当温度对压强比影响 不大，x1 x 时
s ' ' ' ' ln xs A1s A2 s A12 (1 2 x1 )
溶剂的选择性
' 1
10
s ' ' ' ' ln xs A1s A2 s A12 (1 2 x1 )
0 A12
S的稀释作用相当大，
有时仅靠这一稀释作用就可以选到合适的S。
12
溶剂的选择
• 溶剂的选择要综合考虑的各种参数：
①选择性 12,s / 12
②溶剂易于再生，S与原溶液中的组分要有一定的沸点差；
③不形成共沸物；不发生化学反应。 ④价格、来源、粘度、毒性、腐蚀性。 ⑤与原溶液中组分的溶解度。
ln Ln 1 xs n
vn Vn 1 y s n
ln D 1 yn xn x 1 x s D D vn1 vn1
当(xS )D=0 时：
ln D 1 yn xn x D vn1 vn1
20
1 1 y s n1 yn
第五章 萃取精馏
普通精馏的基础是：
相对挥发度的差异
相对挥发度接近1
共沸
分 离
2
第三种组分 难分离物系
相对挥发度改变
易分离物系
3
例：丁烯（-6.5 ℃) -丁二烯（-4.5 ℃)
相对挥发度1.029 x=0.5时， 达到 0.99 Nmin=318 Rmin=65.3
萃取精馏
恒沸精馏与萃取精馏
具有恒沸点或 接近1的物系，受相平衡的限制或经济合理 性的制约，不能或不宜采用普通精馏方法进行分离。 解决方法一：采用萃取、吸附以及膜分离等其它分离方法。 解决方法二：采用特殊精馏。向精馏系统添加第三组分，通 过它对原溶液中各组分间的不同作用，提高原溶液各组分间 的 ，使原来难以用精馏分离的物系变得易于分离。 山 东 轻 工 业 学 院 第三组分使物系组分数增加，操作流程更复杂，一般不再是 单塔操作。 为了达到原溶液两组分的完全分离并回收加入的第三组分， 通常采用特殊精馏与普通精馏或液-液萃取联合流程。
恒沸精馏
第三组分(恒沸剂或挟带剂)与原溶液中一或两个组分形成恒 沸物，使原有组分间的 增大，再用一般精馏方法分离。 最低恒沸物的体系：恒沸物为塔顶产品，塔底得纯组分； 最高恒沸物的体系：恒沸物为塔底产品，塔顶得纯组分。 恒沸精馏流程取决于挟带剂与原组分形成的恒沸液的性质。 山 挟带剂的选用 东 轻 (1) 与原溶液的组分形成恒沸物的恒沸点要与该溶液中纯组 工 分的沸点有相当的差值，一般不小于10℃； 业 学 (2) 形成的恒沸物易于分离，以便回收挟带剂，且挟带剂的 院 含量越少越好，这样可节省操作费用； (3) 热稳定性、腐蚀性、毒性、价格等因素。
萃取精馏举例
苯-环己烷溶液的萃取分离
常压下苯的沸点为 80.1℃，环己烷的沸点为 80.73℃， 为 0.98，难于用普通精馏方法分离。 若在该溶液中加入沸点较高的糠醛（沸点161.7℃），则溶 液的相对挥发度发生显著的变化。 x糠醛 0.0
0.98
循环糠醛 苯
萃取剂回收段
环己烷 冷凝器
山 东 轻 工 业 学 院
塔顶产品, xD Overhead product 液相回流 Liquid reflux 精馏段 Rectifying section
分离工程 第三章 精馏3
（Extractive distillation）
一、萃取精馏过程
Extractive distillation process
3.3 二、萃取精馏的原理
Principle of extractive distillation
萃 三、萃取剂的选择
取
Selection of extractant
溶剂效果的一个重要标志。
当二元组分所构成的溶液为理想溶液时，由
于 ln
ln
P10 P0
2
,所以从式（3－112）不难看出
其中 A12 '(1 2x1) 的项，表达了该二元组分所
构成的溶液与理想溶液的偏离程度。
它既与组分1、2的物性有关（用A12’ 表 示），也与组分的浓度有关（用x1表示）。
分析（3—113）：
溶剂的浓度 xS 越大，原溶液的非理想
性降低的越多。
因此可认为此时溶剂起稀释作用，使原 有的两组分相互作用减弱。
3、对原组分沸点相差较大，而所形成的二 元溶液非理想性很强（如恒沸物）的物系，
如果使溶剂的浓度 xS 足够大，即使(A1S 'A2S ')
不大于0，也有可能使 S 增大。此时溶剂
所起的有效作用主要是稀释作用。
⑶影响萃取剂选择性的因素
①萃取剂本身性质的影响
选择的萃取剂应与组分1形成正偏差
3.3
非理想溶液，与组分2形成负偏差非理
想溶液或理想溶液
萃
②物系本身性质的影响
取
精
A12 0 x1 0.5 A12 0 x1 0.5
馏 不满足此条件时，可采用萃取剂中间采出的流程
③萃取剂浓度的影响
lg S12 xs
化工萃取精馏技术在石油化工中的应用与工艺优化
化工萃取精馏技术在石油化工中的应用与工艺优化石油化工行业是现代社会中不可或缺的重要部分，各种石油化工产品的生产对于社会经济的发展和人们的生活起着至关重要的作用。
化工工艺中的萃取和精馏技术在石油化工中扮演着重要的角色。
本文将对化工萃取精馏技术在石油化工中的应用进行探讨，并着重讨论了如何进行工艺优化。
一、化工萃取精馏技术的概述1. 萃取技术：萃取是指通过溶剂将混合物中需要分离的组分分离出来的方法。
在石油化工中，萃取技术主要用于分离和提纯石油混合物中的各种组分，如提取石油中的苯、甲苯等有机溶剂。
这种方法是通过溶剂与混合物之间的物理和化学相互作用来实现分离的。
2. 精馏技术：精馏是指通过升温使混合物中的各种组分在不同温度下蒸发和冷凝的方法。
在石油化工中，精馏技术主要用于提炼原油，分离得到汽油、柴油、航空煤油等产品。
精馏利用各种不同的沸点来实现组分的分离，其原理是通过在不同温度下沸腾的物质来将混合物中的组分分离开。
二、萃取精馏技术在石油化工中的应用1. 萃取技术在石油提炼中的应用：石油中含有许多有害和无害的杂质，为了获得高纯度的产品，石油提炼过程中常常采用萃取技术进行杂质的分离和提纯。
比如，利用苯对石油中的硫化氢进行萃取和脱除，从而使得石油产品的含硫量大大降低。
2. 萃取技术在有机合成中的应用：在石油化工合成反应中，常常会产生许多副产物和不纯物，这些杂质会影响到产品的质量和产率。
利用萃取技术可以有效地去除这些杂质，提高产品的纯度和产率。
3. 精馏技术在石油炼化中的应用：炼油过程中，采用精馏技术可以将原油分离成不同沸点范围内的组分，得到各种不同的产品。
精馏技术在石油化工中的应用非常广泛，涵盖了从炼油到石化工艺的各个环节。
三、化工萃取精馏技术的工艺优化1. 设计合理的工艺方案：在进行石油化工生产时，应根据原料的特性和要求的产品质量，设计合理的萃取和精馏工艺方案。
通过合理选择溶剂和操作参数，使得整个工艺达到最佳的效果。
分离工程填空问答题
1. 汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。
相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。
2. 常用的气液相平衡关系为（）。
完全理想体系的相平衡关系式为（）。
汽液两相为理想溶液时的相平衡关系式为（）。
3. 相对挥发度的定义为两组分的（汽液组成）之比.4. 一定压力下加热液体混合物，当液体混合物开始汽化，产生的第一个汽泡时的温度叫（泡点）。
5. 一定温度下压缩汽体混合物，开始冷凝时产生的第一个液滴时的压力叫（露点压力）。
6. 在分离流程中常遇到的部分汽化和冷凝过程属（等温闪蒸）过程。
7. 单级分离是指两相经过（接触后达到相平衡）后随即分离的过程。
8. 在进行闪蒸计算时，需判断混合物在指定温度和压力下是否处于（两相区）。
9. 当混合物在一定的温度和压力下，满足（）条件，混合物处于两相区，可通过物料平衡和相平衡计算求出其平衡汽液相组成。
10. 根据泡、露点的概念，精馏塔塔顶温度即为对应塔顶气相组成的（露点），塔釜温度即为对应塔釜液相组成的（泡点）。
11. 泡点压力是指一定（温度）下减低系统压力，液体混合物开始汽化产生的第一个汽泡时的压力。
12. 一定压力下冷却汽体混合物，当汽体混合物开始冷凝时产生的第一滴液滴时的温度叫（露点温度）。
13. 系统温度大于露点时，体系处于（过热蒸汽）区。
14. 系统温度小于泡点时，体系处于（过冷液相）区。
15. 当体系处于泡点和露点温度之间时，体系处于（汽液两相）区。
16. 计算泡点压力时，如果∑K i x i >1，压力应（调高）。
17. 计算泡点压力时，如果∑K i x i <1，压力应（调低）。
18. 计算泡点温度时，如果∑K i x i >1，温度应（调低）。
19. 计算泡点温度时，如果∑K i x i <1，温度应（调高）。
20. 计算露点压力时，如果∑y i /K i >1，压力应（调低）。
21. 计算露点压力时，如果∑y i /K i <1，压力应（调高）。
1 化工分离工程论文 浅谈萃取精馏和共沸精馏
1 化工分离工程论文浅谈萃取精馏和共沸精馏前言在化工生产中常常会遇到欲分离的组分之间的相对挥发度接近于 1 或者形成共沸物的系统。
应用一般的精馏方法分离这种系统或者在经济上是不合理的。
或者在技术上是不可能的如向这种溶液中加入一个新的组分，通过它对原溶液中各组分的不同作用，改变它们之间的相对挥发度，系统变得易于分离，这类既加入能量分离剂又加入质量分离剂的精馏过程称为特殊精馏。
故需要对特殊的精馏，即萃取精馏、共沸精馏的特点进行相应的了解，让这两种特别的精馏方法更好地为人类做贡献。
1 萃取精馏1.1 萃取精馏原理溶剂在萃取精馏中的作用是使原有组分的相对挥发度按所希望的方向改变，并有尽可能大的相对挥发度。
当被分离物系的非理想性较大，且在一定浓度范围 2 难以分离时，加入溶剂后，原有组分的浓度均下降，而减弱了它们之间的相互作用，只要溶剂的浓度足够大，就突出了两组分蒸汽压的差异对相对挥发度的贡献，实现了原物系的分离。
在该情况下，溶剂主要起了稀释作用。
当原有两组分 A 和B 的沸点相近，非理想性不大时，若相对挥发度接近于1，则用普通精馏也无法分离。
加入溶剂后，溶剂与组分 A 形成具有较强正偏差的非理想溶液，与组分 B 形成负偏差溶液或理想溶液，从而提高了组分A 对组分B 的相对挥发度，以实现原有两组分的分离。
溶剂的作用在于对不同组分相互作用的强弱有较大差异。
1.2 萃取精馏过程分析（1）汽液流率：由于溶剂的沸点高，流率较大，在下流过程中溶剂温升会冷凝一定量的上升蒸汽，导致塔内汽相流率越往上走越小，液相流率越往下流越大。
溶剂存在下，塔内的液汽比大于脱溶剂情况下的液汽比；各板下流的溶剂流率均大于加入的溶剂流率；汽相流率、液相流率都是越往上越小。
（2）浓度分布。
溶剂在塔内浓度分布分为四段： 1)溶剂回收段： 2)精馏段： 3)提馏段： 4)塔釜：1.3 萃取剂萃取剂就是用于萃取的溶剂两种液体互不相溶，需要萃取的物质在两液体中溶解度差别很大的时候可以进行萃取。
中南大学_邱运仁_化工分离工程_复习笔记
第一章.绪论和吸收1.几种物质混合在一起是自发过程，熵增加的过程。
分离是混合的逆过程，熵减过程，需要在分离设备中添加分离剂，（分为能量分离剂和质量分离剂）。
2.分离因子（根据实际产品组成）是表示任一分离过程所达到的分离程度，a s ij =(x i1/x j1)/(x i2/x j2),若其=1表示组分i 和j 之间不能被分离；若>1表示i 富集于1相，j 富集于2相；若<1表示i 富集于2相，j 富集于1相。
固有分离因子（根据气液相平衡组成），a ij =(x i /x j )/(x i /x j )。
气液相物系的最大分离程度又称为理想分离因子。
将实际分离设备所能达到的分离因子和理想分离因子之间的差别用板效率来表示，板效率= a s ij / a ij 。
处于气液相平衡状态的分离程度是固有分离因子。
3.分离过程的分类，按照分离过程中有无物质传递现象发生，分为机械分离过程（非均相混合物）和传质分离过程。
传质分离过程按所依据的物理化学原理不同又分为平衡分离和速率分离；平衡分离利用两相平衡组成不等的原理，包括气液、汽液、液液、液固、气固传质分离，并把其它影响归纳于效率中。
速率分离（同相）利用溶液中不同组分在某种推动力作用下经过某种介质时的传质速率差异而实现分离，包括膜分离、场分离。
平稳分离的过程是（吸收，萃取）。
4.分离工程研究内容：研究和处理传质分离过程的开发和设计中遇到的工程问题，包括适宜的分离方法的选择，分离流程和操作条件的确定和优化。
5.绿色分离工程是指分离过程绿色化的工程实现，通过对传统分离过程进行改进、优化，使过程对环境的影响最小甚至没有等途径，也要利用开发及使用新型的分离技术，如超临界技术、膜分离技术等。
6.分离过程的开发方法有逐级经验放大法、数学模型法等。
7.在计算吸收设备时，需要对吸收组分作气、液两相的物料衡算，所得出在气、液相浓度的关系式称为操作线方程。
另外还须求得两相的相平衡方程式。
化工分离过程(第11讲)(3.3.1萃取精馏)
设Sn=Ln(xS)n，即n板下流液体中溶剂的流率：
S n S Vn1 ( ys ) n1
②各板下流的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。
W 6
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
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。
将上式的浓度改为脱溶剂的相对浓度：
yn1 1 ys n1 Ln D xn 1 xs n x 1 xs D （3-29） D Vn1 Vn1
W 3
y n1
y n1 1 y s n1
xn
xn 1 x s n
16
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
萃取精馏的注意事项
（3）通常萃取剂用量较大，塔内液体的显热在全塔的热 负荷中占较大比例，所以，在萃取剂加入时，温度微小的变 化，都直接影响上升蒸汽量，从而波及全塔。应该以萃取剂 恒定浓度与萃取剂温度作主要被调参数，以保持塔的稳定， 当操作条件接近液相分层区时，更要特别注意。
xD xq Rm yq xq
④作操作线方程 ⑤画阶梯求N及进料级位置
21
3.3.1.4 萃取精馏过程的计算
简捷法计算步骤
xi yi , yi ①选定关键组分： xi xi yi
②由分离要求，进行物料衡算，求得塔顶、塔釜组成。 ③计算加料级、塔顶和塔釜的泡点温度，式(3-45)计算 萃取剂用量。 1P S 12 / s 1 S ④求各组分的相对挥发度： 2 P2 由活度系 22 数模型求
W
③ 液相流率越往下越大。
7
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1. 很小， 可忽略。 1 xS
分析（3—53）、（3—54）：
1.饱和气体进料（q 0）。若 0 S S xS ； xS 。 xS xS S RD S RD qF 有液体存在时（q 0)： x S x S
2.由于S挥发性小，基本上从釜采出 S S S （x S） ；x S W W wS S RD qF （RD qF） w, （x S） W xS 溶剂S在再沸器中发生跃升
（a 12） S 加S后， 1
a 12
★ 稀释原溶液：
体现：当原溶液沸点差大，非理想性很强时，a 12 1
S P i
加S后，浓度下降，而 x S 增加，
（ ) 小。 A12 1 x S） (1 2 x1
补充作业：
在萃取精馏中，已知60℃时：
0.444 A1 S 1.05 A12 试计算： 1. x1 0.6，x2 0.（ 4 mol分数）时a12 2. 条件不变，加水为萃取剂，使xS 0.8 （mol分数), 求此时（a12） s S 0.29 A2
a12
分析上式：
（a 12） S 希望（a 12） （ a ）； 1 S 12 xS大 有： [ A A A（1 2 x ） 1S 2S 12 1 ] 0
a 12
溶剂的作用：
★ 对原溶液1、2组分产生不同的作用，提高 a 12
0）非理想性不很 体现：原溶液沸点差不大（ A12 S 0; A2 S 0， 强时， 若：A1 S A2 S 0， 有： A1
对S物料衡算：VN yS S LN xS LN xS S LN xS S yS VN LN D S S的相平衡关系： xS xS yS 2 （ 1 ）xS 1 i xi 1 溶剂； 2 非溶剂
i 1
比较上面两式，有 LN xS S xS LN D S （ 1 ）xS 1
0 0 P 112 . 3 kPa P 1 2 84.58kPa
三、 萃取剂的选择 • 考虑分子极性 选择在极性上更类似于HK的化合物作 溶剂，降低HK的挥发度。 例：分离甲醇（沸点64.7℃），丙酮（沸 点65.5℃） 极性顺序：[由小到大] 烃 醚 醛 酮 酯 醇 二醇 水
四、萃取剂用量确定
1.塔内流量分布 设S为纯组分，在塔顶采出为0。
S F D
n-1 n n+1 m-1 m m+1
1) n、n 1 — 塔顶物料衡算 Vn 1 S Ln D 对i（不包括S）物料衡算： Vn 1 yn 1 Ln xn Dx D Ln D 有：yn 1 xn xD Vn 1 Vn 1
塔釜：釜上一板浓度 x1 0.01 x1 （ ） （1 x1 x S） （1 x1 0.55） W x2 0.99 解出x1 0.0045 x 2 1 x1 x S 0.4455; x S 0.55 o 泡点试差：T 132.7 C
W
2) 对 S 物料衡算 Vn（ 1 y S） n1 S L（ n x S） n D（x S） D 若（x S） D 0；且S n L（ n x S） n代入上式： 则：S n S Vn（ 1 y S） n1 说明：S n S
3) 因溶液沸点高，量大，在下流中会冷凝 一定量蒸汽，使流量发生变化 Ln l n S S Cp S （ Tn TS） / HV 因此： V L D S n n lm S S Cp S （ Tm TS） / HV Lm V L m 1 m （ w S） L从上向下 说明： 不能视为恒摩尔流。 V从下向上
P (1 xS )(1 2 x1 ) ln （a12） ) A12 S ln( P S） xS ( A1S A2 T3 — 三组分物系泡点温度
1 (1 2 x1 ) 若xS 0： ln( ) x 0 A12 2 s
P (1 2 x1 ) ln a12 ln( ) A21 P T2 — 二组分物系泡点温度
整理：xS
分析：
S (1 ) LN
D
D
1 xS
(3 53)
2. 要使x S ，主要手段是增加S量。 3. S、L一定时， ，x S ，S损失大，回收量高。
4. S、一定时，L ，x S 。 回流比 ，不能提高分离程度。 同理： S ' 提馏段：xs （3 54) w (1 ) Lm ' 1 xS w —不包括S的釜产量
） （ 顶；釜x1 0， 1
1
均 顶 釜 （
a1S
） （ 顶
1
a 2S
） 釜
a 2S
） 釜
（a 12） S 5. 若R ，L ，x S、x S ， ，N
a 12
五、萃取精馏过程计算
图解法或解析法（简化计算）
设 x S 在全塔恒定，将1、2、S三元看成1、2元处理。
补充作业： 采用溶剂S来萃取精馏组分1、2的混合物，溶 剂看成不挥发的纯组分，回流比R=2.25，塔内看成 恒摩尔流，露点进料（q=0）. 求：（1）板上溶剂 浓度；（2）最少理论板数.
0.15 A1S 0.5 A2 S 0.1 A12 lg( a12 ) S lg(
溶剂回收段、精馏段、 提馏段
二、萃取精馏原理
溶剂的作用
对于理想气体、非理想溶液：
1 p a12 ( )( ) 2 p
0 1 0 2
p ： 组分一定、温度一定不可改变。 p
0 1 0 2
1 只有 增加，a12才会增加。 2
问题：如何增加a 12 ？
由三元物系Margules方程可得： 1 ln( ) S A21 ( x2 x1 ) x2 ( x2 2 x1 )( A12 A21 ) 2 xS [( A1S AS 2 2 x1 ( AS1 A1S ) xS ( A2 S AS 2 ) C ( x2 x1 )]
将其假设为对称物系： 1.C 0 1 2. Ai j ( Ai j A j i ) 2
1 (1 xS )(1 2 x1 ) xS ( A1S A2 S） ln( ) S A21 2
x1 式中：x1 x1 x2 — 组分1的脱溶剂浓度或相对浓度
由xS
S (1 ) L
D
(3 43)
1 xS RDx S (1 ) [ Dx S （ 1 xS） ] 整理： S 270 1 （ 1 ）xS
270 2.7 F 100
S
六、萃取精馏的特点
七、萃取精馏与共沸精馏的比较
• （课后自己总结，下次课提问）
2. 塔内溶剂浓度分布
由于S量大，挥发性小，可视为S浓度恒定 作为简化计算。
假设：塔内恒摩尔流；x S , D 0 精馏段： 相平衡： 设 — 溶剂对非溶剂的相对挥发度 KS yS xS y S （1 y S） K N （1 y S） （1 x S） x S （1 x S） x1 x 2 1 x1 x 2 xS x1 x 2 a 1 S x1 a 2 S x 2 a1S a 2S xS xS
a.选烃作溶剂，丙酮为难挥发组分2； b.选水作溶剂，甲醇为难挥发组分2。
• 考虑能否形成氢键 S加入后形成的溶液： 仅有氢键生成，则呈现负偏差； 仅有氢键断裂，则呈现正偏差。
考虑其它因数
1. 沸点高、不与1、2组分共沸，不起化学反应。 2. 溶解度大。 3. 溶剂比（溶剂/进料）不得过大。 4. 无毒、不腐蚀、低廉、易得。
S P1 （ S） — P2 (a12 ) S 顶 (a12 ) S 釜
由安托尼方程计算。
1 P1S (a 12 ) S ( ) S S 2 P2
要确定温度和浓度。
浓度和温度的确定: 塔顶 : S板浓度和温度 x1 0.997 x1 （ ） （1 x1 x S） （1 x1 0.55） D x2 0.008 解出x1 0.4464 x 2 1 x1 x S 0.0036; x S 0.55 泡点试差：T 109.4 o C
Hale Waihona Puke (a 12 ) S 均 x1 由y1 1 [1 (a 12 ) S 均 ] x1
作y x 图
3. 核实Rm x D yq Rm 2.24 有Rm R( 5) xq yq 在图中作操作线方程， 求N 14块。 4. 求 S F x1 x 2 S : 设 均 顶， a 1 S x1 a 2 S x 2 S 1 P1 a 1 S ( ) 2 ( S )T 109.4 22.64 S PS S 2 P2 a 2 S ( )1 ( S )T 109.4 10.56 S PS 0.0444
0 1 0 T2 2
0 1 0 T3 2
P 由于 随T变化不大，有： ln( P
0 1 0 2
P P )T2 ln( )T3 P P
0 1 0 2
0 1 0 2
（a12） S S A2 S A12 1 2 x1 ） ln xS [ A1 （ ]
a12
（a12） S 定义： 为溶剂S的选择性。
2. 作y — x 图 二元： (a 12 ) S 均 x1 y1 1 [1 (a 12 ) S 均 ] x1 y1 x1 y1 ; x1 y1 y2 x1 x 2
1 （ ） — 2
求(a 12 ) S ： 由Wilson 方程计算；