化工分离过程331萃取精馏
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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
第三章 多组分多级分离过程分析与简捷计算
3.1 设计变量
3.2 多组分精馏过程(普通精馏)
3.3 萃取精馏和共沸精馏(特殊精馏)
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
D
精馏段物料衡算:V S L D (3-43a) S
Vys S Lx s (3-43b)
溶剂与原溶液之间的汽液平衡关系:
F
ys
1 (
xs 1)xs
(3-44)
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W
其中:
ys
xs
1 ys 1 xs
溶剂对非溶剂的相对 9 挥发度 (3-46)
3.3.1.3 萃取精馏过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分析
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
精馏段的汽相流率:
Vn1 Ln D S (3-40) S
提馏段的汽相流率:
Vm1 Lm W S (3-42) F
④汽相流率越往下越大,即越往上越小。
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W
8
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
(2)塔内溶剂含量分布
假定:1)恒摩尔流;2)(xS)D=0
❖②回流比对分离的影响不同于普通精馏,存在一个最佳回 流比。如右图所示。
❖③溶剂进塔量通过溶剂浓度影响分离效果。
❖④溶剂进塔温度应保持稳定,否则会影响塔内溶剂浓度,
从而影响分离效果。
14
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
萃取精馏的注意事项
萃取精馏与一般精馏虽然都是利用液体的部分汽化、蒸 汽的部分冷凝产生的富集作用,从而将物料加以分离的过程, 但是,由于萃取精馏中加入了大量的萃取剂,因此与一般精 馏相比有如下几点需要注意: 此,(塔1内)下由降于液加量入远的远萃大取于剂上的升量蒸大汽(量一,般从要而求造xS成>0汽.6液)接,触因 不佳,故萃取精馏塔的塔板效率低,大约为普通精馏的一半 左右(回收段不包括在内)。在设计时应注意塔板结构及流 体动力情况,以免效率过低。
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 共沸精馏
3.4 吸收和蒸出(解吸)过程
2
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
(1)塔内流量分布
精 总物料衡算:Vn1 S Ln D
馏 组分物料衡算:Vn1 yn1 Ln xn Dx D S
段
或:
y n 1
Ln Vn1
xn
ys 1 ys
ys y1 y2
y1 ys
1 y2
ys
K1x1 Ks xs
1 K2x2
Ks xs
定义溶剂对非溶剂的相对挥发度为:
ys 1 ys
x1 x2
1
x1 x2
xs 1xs
xs
1s
x1 xs
2 s
x2 xs
1s x1 2s x2
10
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
将(3-43a)式和(3-43b)式代入
F m-1 m m+1
若β=0,当进料为饱和蒸汽时,xS ;xS
W
当进料为液相或汽液混合物时,xS 。xS 萃取精馏塔浓度 13
溶剂在塔釜中浓度有明显跃升。
分布见图 (3-17)
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
萃取精馏的特点
❖①溶剂浓度是重要控制参数。通常溶剂浓度越大,关键组 分间的相对挥发度越大。
Vn1 vn1 1 xs n
的液汽比大于脱溶 剂情况下的液汽比
因为S为重组分,(yS)n+1<(xS)n
,所以:
Ln Vn1
: ln vn1
1
5
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
对溶剂作物料衡算:
Vn1 ( ys )n1 S Ln (xs )n D(xs ) D
当(xS)D=0 时:Vn1 ( ys ) n1 S Ln (xs ) n S
4
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
比较(3-31)式和(3-34)式:
yn1 1
ys
n 1
Ln Vn1
xn
1
xs
n
D
Vn1
xD
1
xs
D
(3-31)
yn 1
ln v n 1
xn
D v n 1
xD
(3-34)
①溶剂存在下塔内
可得:
Ln : ln
1
ys
n1 (3-35)
xs
S
(1
)L
W
1 xs
(3-47)
F
当≈0 时:
xs
S
(1 )L
S L
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W 12
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
将 溶剂回收段: xs 0
塔 分
精馏段:
xs
S
(1 )L
S L
为
四
提馏段:
xs
S
(1 )L
S L
部
分
塔 釜:
S
(xs )W
W
D
S
n-1 n n+1
(3-44)式消去V和yS:
xs
1
S
L
D
1 xs
(3-45)
S F
——溶剂含量与溶剂加入量、溶剂对
非溶剂的相对挥发度以及塔板间液相流 率的关系。
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W 11
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
溶剂对非溶剂的相对挥发度一般很小,
当≈0 时:
xs
S
(1 )L
S L
S
类似地,提馏段溶剂浓度:
D Vn1
xD
F
将上式的浓度改为脱溶剂的相对浓度:
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
yn1 1
ys
n1
Ln Vn1
xn
1
xs
n
D Vn1
xD
1
xs
D
(3-29)
W
yn1
1
yn1 ys
n1
xn
1
xn
xs
n
xD
xD
1 xs D
图3-16 3
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
以l 代表液相中原溶液组分之流率,以v 代表汽相中原溶液组分之流率,即:
ln Ln 1 xs n
vn
Vn
1
y
s
n
S
则:
yn1
ln vn1
xn
D vn1
xD
1
xs
D
F
当(xS )D=0 时:
yn 1
ln vn1
xn
D vn1
xD
(3-34)
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W
设Sn=Ln(xS)n,即n板下流液体中溶剂的流率: F
Sn 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。
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
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。
第n板的液相流率为:
S
Ln ln S S C p,s (Tn Ts ) / HV
原有液体流率 溶剂量
溶剂温升冷凝的蒸汽量
F
同理,可以得到提馏段第m板的液相流率为:
Lm lm S SCp,s (Tm Ts ) / HV
③ 液相流率越往下越大。
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W 7
Chemical Separation Processes
第三章 多组分多级分离过程 分析与简捷计算
第三章 多组分多级分离过程分析与简捷计算
3.1 设计变量
3.2 多组分精馏过程(普通精馏)
3.3 萃取精馏和共沸精馏(特殊精馏)
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
D
精馏段物料衡算:V S L D (3-43a) S
Vys S Lx s (3-43b)
溶剂与原溶液之间的汽液平衡关系:
F
ys
1 (
xs 1)xs
(3-44)
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W
其中:
ys
xs
1 ys 1 xs
溶剂对非溶剂的相对 9 挥发度 (3-46)
3.3.1.3 萃取精馏过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分析
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
精馏段的汽相流率:
Vn1 Ln D S (3-40) S
提馏段的汽相流率:
Vm1 Lm W S (3-42) F
④汽相流率越往下越大,即越往上越小。
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W
8
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
(2)塔内溶剂含量分布
假定:1)恒摩尔流;2)(xS)D=0
❖②回流比对分离的影响不同于普通精馏,存在一个最佳回 流比。如右图所示。
❖③溶剂进塔量通过溶剂浓度影响分离效果。
❖④溶剂进塔温度应保持稳定,否则会影响塔内溶剂浓度,
从而影响分离效果。
14
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
萃取精馏的注意事项
萃取精馏与一般精馏虽然都是利用液体的部分汽化、蒸 汽的部分冷凝产生的富集作用,从而将物料加以分离的过程, 但是,由于萃取精馏中加入了大量的萃取剂,因此与一般精 馏相比有如下几点需要注意: 此,(塔1内)下由降于液加量入远的远萃大取于剂上的升量蒸大汽(量一,般从要而求造xS成>0汽.6液)接,触因 不佳,故萃取精馏塔的塔板效率低,大约为普通精馏的一半 左右(回收段不包括在内)。在设计时应注意塔板结构及流 体动力情况,以免效率过低。
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 共沸精馏
3.4 吸收和蒸出(解吸)过程
2
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
(1)塔内流量分布
精 总物料衡算:Vn1 S Ln D
馏 组分物料衡算:Vn1 yn1 Ln xn Dx D S
段
或:
y n 1
Ln Vn1
xn
ys 1 ys
ys y1 y2
y1 ys
1 y2
ys
K1x1 Ks xs
1 K2x2
Ks xs
定义溶剂对非溶剂的相对挥发度为:
ys 1 ys
x1 x2
1
x1 x2
xs 1xs
xs
1s
x1 xs
2 s
x2 xs
1s x1 2s x2
10
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
将(3-43a)式和(3-43b)式代入
F m-1 m m+1
若β=0,当进料为饱和蒸汽时,xS ;xS
W
当进料为液相或汽液混合物时,xS 。xS 萃取精馏塔浓度 13
溶剂在塔釜中浓度有明显跃升。
分布见图 (3-17)
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
萃取精馏的特点
❖①溶剂浓度是重要控制参数。通常溶剂浓度越大,关键组 分间的相对挥发度越大。
Vn1 vn1 1 xs n
的液汽比大于脱溶 剂情况下的液汽比
因为S为重组分,(yS)n+1<(xS)n
,所以:
Ln Vn1
: ln vn1
1
5
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
对溶剂作物料衡算:
Vn1 ( ys )n1 S Ln (xs )n D(xs ) D
当(xS)D=0 时:Vn1 ( ys ) n1 S Ln (xs ) n S
4
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
比较(3-31)式和(3-34)式:
yn1 1
ys
n 1
Ln Vn1
xn
1
xs
n
D
Vn1
xD
1
xs
D
(3-31)
yn 1
ln v n 1
xn
D v n 1
xD
(3-34)
①溶剂存在下塔内
可得:
Ln : ln
1
ys
n1 (3-35)
xs
S
(1
)L
W
1 xs
(3-47)
F
当≈0 时:
xs
S
(1 )L
S L
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W 12
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
将 溶剂回收段: xs 0
塔 分
精馏段:
xs
S
(1 )L
S L
为
四
提馏段:
xs
S
(1 )L
S L
部
分
塔 釜:
S
(xs )W
W
D
S
n-1 n n+1
(3-44)式消去V和yS:
xs
1
S
L
D
1 xs
(3-45)
S F
——溶剂含量与溶剂加入量、溶剂对
非溶剂的相对挥发度以及塔板间液相流 率的关系。
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W 11
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
溶剂对非溶剂的相对挥发度一般很小,
当≈0 时:
xs
S
(1 )L
S L
S
类似地,提馏段溶剂浓度:
D Vn1
xD
F
将上式的浓度改为脱溶剂的相对浓度:
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
yn1 1
ys
n1
Ln Vn1
xn
1
xs
n
D Vn1
xD
1
xs
D
(3-29)
W
yn1
1
yn1 ys
n1
xn
1
xn
xs
n
xD
xD
1 xs D
图3-16 3
3.3.1.3 萃取精馏过程分析
以l 代表液相中原溶液组分之流率,以v 代表汽相中原溶液组分之流率,即:
ln Ln 1 xs n
vn
Vn
1
y
s
n
S
则:
yn1
ln vn1
xn
D vn1
xD
1
xs
D
F
当(xS )D=0 时:
yn 1
ln vn1
xn
D vn1
xD
(3-34)
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W
设Sn=Ln(xS)n,即n板下流液体中溶剂的流率: F
Sn 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。
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
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。
第n板的液相流率为:
S
Ln ln S S C p,s (Tn Ts ) / HV
原有液体流率 溶剂量
溶剂温升冷凝的蒸汽量
F
同理,可以得到提馏段第m板的液相流率为:
Lm lm S SCp,s (Tm Ts ) / HV
③ 液相流率越往下越大。
D
n-1 n n+1
m-1 m m+1
W 7