11化工分离工程-萃取精馏

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；
(a12 ) S 均
将温度和浓度代入求(a 12 ) S 均： 塔顶： (a 12 ) S顶
1 P1S 塔釜： (a 12 ) S釜 ( ) S ( S )T 132.7 2.9 2 P2 (a 12 ) S顶 (a 12 ) S釜 (a 12 ) S 均 2.52
2
1 P1S ( ) S ( S )T 109.4 2.14 2 P2
化工分离工程-特殊精馏
萃取精馏
化工与药学院 祝 阳 2017.03
3.3 特殊精馏
3.3.1 恒沸精馏
3.3.2 萃取精馏
内容：
萃取精馏流程、原理、相关计 算及特点
3.3.1 萃取精馏 一、流程及应用实例
S A B
特点： 1. 二塔串联;
A， B
2. S为难挥发组分， 一般在近于塔顶加入.
3.萃取精馏塔分为三段
R=5
0.5 z1 z 0.5 2 q0 F
0.01 x1 0.99) W ( x2
0.008 例： 求S/F；N x2 D ( x 0.992) 1 解1.求D、W S , D W x1 ,W Fz1 Dx1 x S O.55 D W F P 124.123kPa D 49.898 解出： W 50.102
4.
3. 简化形式 S S xS ； xS （ 1 ）L （ 1 ）L S S xS ； xS （ 0） L L
求取
x 由（3 55）： a x
i iS
（i 1、 2）
i
1）一平衡点由上式计算
2）塔均值 顶x 2 0， （ 1
a1S