萃取精馏例题

用萃取精馏法分离丙酮（1）—甲醇（2）的二元混合物。原料组成 z 1 =0.75; z 2 =0.25 （摩尔分数），采用水为溶剂，常压操作。已知进料流率 40mol/s ，泡点进料。溶剂进料流率 60mol/s ，进料温度为 50 ℃。操作回流比为4。若要求馏出液中丙酮含量的摩尔分数 >95% ，丙酮回收率 >99% ，问该塔需要多少理论板数。

解：

设萃取精馏塔有足够的溶剂回收段，馏出液中溶剂含量0≈，

①脱溶剂的物料衡算：

F W D ='+' α=''Fx x D D 把数值代入求得s mol D /263.31='； s mol W /737.8='

②计算平均相对挥发度(α12)S ：

由文献中查得本物系有关二元Wilson 方程参数（J/mol ）

3383.1881112=-λλ 6820.3862212=-λλ 4153.462111=-λλs 1566.14641=-ss s λλ

9483.243222=-λλs 1416

.4352=-ss s λλ 各组分的安托尼方程常数：

C t B

A p s +-=log , t :℃ ; p s : kPa

各组分的摩尔体积（cm3 / mol ）: 2161=v , 1182=v , 8.56=s v

先假设塔板上溶剂浓度0.41（摩尔分数），然后用用溶剂量验证假设是否正确。

假设在溶剂进料板上正庚烷和甲苯的液相相对含量等于馏出液含量，则x 1=0.5605，x 2=0.0295，x S =0.41。经泡点温度的试差得：泡点温度为57.37 ℃。

粗略按溶剂进料板估计溶剂对非溶剂的相对挥发度：

α

1S ＝s S S s p r p r 11 ＝324.17023.16.1059879.0⨯⨯= 5.883 S 2α＝s S S s p r p r 2

2 ＝3823.4324.17023.1875.750236.1=⨯⨯

172.03823.40295.0883.55605.00295.05605.0=⨯+⨯+=β

塔釡估算的β值肯定大于进料板处的估算值，因而计算时取172.0=β较为稳妥。

L = S + RD’ = S + 125.052

由式（3-27）经试差可以解得S ：

)41.01236.31172.0()052.125)(172.01(41.0-⨯-+-=

S S 解得S 60≈mol/s,故假设得溶剂浓度合理。

分别计算在溶剂存在下丙酮对甲醇的相对挥发度

进料板处：(α12)S ＝ s s

s p r p r ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛2211＝875.750236.16.1059879.0⨯⨯= 1.343

同理，假设塔釡上一板液相中正庚烷和甲苯的液相相对含量为釡液脱溶剂含量，且溶剂含量不变，则x 1=0203，x 2=0.5697，x S =0.41。经泡点温度的试差得：

(α12)S ＝564.124984.0964

.158059.1⨯⨯= 1.373

泡点温度为69.887℃。

计算平均挥发度 ：358.12373.1343.1)(12＝＝平均+α 根据该数据，按1121121

)1(1x x y '--'='αα公式作x y '-'图 0.00.20.40.60.8 1.0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

y

x

最后得出需塔板数32块。