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第三章精餾 3 1多組分精餾3 2 恒沸精餾3 3萃取精餾3 4 加鹽萃取精餾 第三章精餾 教學(xué)目的與要求 掌握多組分精餾 恒沸精餾 萃取精餾 加鹽精餾等過程的基本理論 操作特點(diǎn) 流程及其簡捷計(jì)算方法 以及塔內(nèi)的流率 濃度和溫度分布特點(diǎn) 3 1多組分精餾 1 兩組分精餾和多組分精餾多次單級分離的串聯(lián) 簡稱精餾利用混合物中各組分的相對揮發(fā)度不同 采用液體多次部分汽化 蒸汽多次部分冷凝等汽液間的傳質(zhì)過程 使汽液相間濃度發(fā)生變化 并結(jié)合應(yīng)用回流手段 使各組分分離 2 精餾操作流程 精餾系統(tǒng)一般由精餾塔 冷凝器 再沸器及各種泵等設(shè)備組成 精餾裝置舉例 簡單塔 精餾段 提餾段 3 雙組分和多組分精餾的異同 3 1 1多組分精餾過程分析 3 1 1 1關(guān)鍵組分 1 精餾過程的可調(diào)設(shè)計(jì)變量 2 1 2 5 除規(guī)定回流狀態(tài) R和適宜進(jìn)料位置外 可再指定餾出液中某一個(gè)組分的濃度 或回收率 和釜液中某一個(gè)組分的濃度 或回收率 輕 重關(guān)鍵組分 2 關(guān)鍵組分 精餾過程由設(shè)計(jì)者指定濃度或提出分離要求 如指定回收率 的那兩個(gè)組分 輕關(guān)鍵組分 LK 指在塔釜液中該組分的濃度有嚴(yán)格限制 并在進(jìn)料液中比該組分輕的組分及該組分的絕大部分應(yīng)從塔頂采出重關(guān)鍵組分 HK 塔頂重塔釜LK對控制LNK進(jìn)入塔底的數(shù)量起決定作用 HK對控制HNK進(jìn)入塔頂?shù)臄?shù)量起決定作用 LK在塔頂回收率 HK在塔釜回收率 3 非關(guān)鍵組分 關(guān)鍵組分以外的組分稱為非關(guān)鍵組分輕非關(guān)鍵組分LNK 比輕關(guān)鍵組分揮發(fā)度更大或更輕的組分 簡稱輕組分重非關(guān)鍵組分HNK重更小更重重關(guān)鍵組分是從進(jìn)料中按分離要求選取的兩個(gè)組分 4 關(guān)鍵組分選擇的原則 相鄰組分 保證目的產(chǎn)品 由原料分布確定 緊靠分離點(diǎn)一側(cè)的兩組分的差別不大 可選擇含量大的組分為關(guān)鍵組分 如C3 C30 C4 C5的分離 取產(chǎn)品中回收率或濃度確定的組分為關(guān)鍵組分 在揮發(fā)度相鄰的組分之間分割為兩個(gè)產(chǎn)品 較輕的組分為LK 較重的組分為HK 2 分配與非分配組分 D W中同時(shí)出現(xiàn)的組分為分配組分只在塔頂或塔釜出現(xiàn)的組分為非分配組分關(guān)鍵組分必定是分配組分非關(guān)鍵組分不一定是非分配組分 3 清晰與非清晰分割 清晰分割 輕組分LNK在塔頂產(chǎn)品的收率為1 重組分HNK在塔釜產(chǎn)品的收率為1輕組分全部從塔頂餾出液中采出 重組分全部從塔釜排出非關(guān)鍵組分為非分配組分非清晰分割 有非關(guān)鍵組分為分配組分 3 1 1 2多組分精餾過程的復(fù)雜性 1 流程設(shè)計(jì)的復(fù)雜性多樣性 2 求解方法二元精餾 無需試差多元精餾 反復(fù)試差求解 3 摩爾流率二元精餾 在進(jìn)料板處液體組成有突變 各板的摩爾流率基本為常數(shù)多元精餾 液 汽流量有一定的變化 但液汽比接近于常數(shù) 影響L V的幾個(gè)因素 通常精餾塔自下至上物料的M和摩爾汽化潛熱 則沿塔向上的L V應(yīng)有 的趨勢 沿塔向上 溫度 蒸汽上升中 需被冷卻 若冷卻靠液體的汽化 則導(dǎo)致向上流量 液體沿塔向下流動(dòng)時(shí)必須被加熱 若加熱靠蒸汽冷凝 將導(dǎo)致向下流量 流量變化L與V是與同方向變化 故其比值變化很小 所以 對分離影響很小 4 溫度分布 溫度分布從再沸器到冷凝器單調(diào)下降 5 組成分布 濃度 二元 在精餾段和提餾段中段組成變化明顯多組分精餾 在進(jìn)料板處各個(gè)組分都有顯著的數(shù)量 重要結(jié)論 精餾塔中 溫度分布主要反映物流的組成 而總的級間流量分布則主要反映熱量衡算的限制 3 1 2多級分離過程的簡捷法 群法 計(jì)算 給定 進(jìn)料量F 分離要求XDH XWL 計(jì)算 平衡級N 回流比R 進(jìn)料位置NF等將多組分的分離簡化為一對關(guān)鍵組分的分離 物料衡算按清晰分割計(jì)算 求得塔頂和塔釜的流量和組成 用芬斯克公式計(jì)算最少理論板數(shù) 用恩德特伍德公式計(jì)算最小回流比 用吉利蘭關(guān)聯(lián)圖求得理論板數(shù)N FUG法 3 1 2 1清晰分割的物料衡算 普通精餾塔 設(shè)組分?jǐn)?shù)為c 可列出方程式數(shù) 設(shè)計(jì)變量 已知和頂 底各一個(gè)組分的濃度 即已知個(gè)變量 則于清晰分割可用一般的物料平衡式求解 歸一方程 物料平衡式 清晰分割 對HNK 對LNK D流率 W流率 則有 精餾段 假定為恒摩爾流 則操作線方程 提餾段 清晰分割的物料衡算四種情況 給定和 3 給定和 2 給定和 4 給定和 書錯(cuò)改之 例3 1某精餾塔進(jìn)料中含 1 0 33 2 0 33 3 0 34 要求餾出液中的含量不大于0 015 釜液中的含量不大于0 011 以上均為摩爾分率 若進(jìn)料流率為100kmoJ h 試按清晰分割求餾出液和釜液的流率及組成 解 根據(jù)分離要求 情況 2 組分衡算 D和W中各組分流率及組成見表3 2 例3 2某乙烯精餾塔的進(jìn)料組成如表3 3所示 已知原料流率為190 58kmol h 要求餾出液中乙烯摩爾分率不小于0 9990 釜液中乙烯摩爾分率不大于0 0298 試用清晰分割計(jì)算餾出液和塔釜液流率及組成 解 設(shè)乙烯為輕關(guān)鍵組分 乙烷為重關(guān)鍵組分 作物枓衡算 已知 情況 3 或 組分物料衡算 物料衡算結(jié)果見P66表3 4 略 例3 3已知脫丙烷塔的原料組成如下表所示 要求餾出液中正丁烷的濃度 0 005 釜液中丙烷的濃度 0 010 求餾出液及釜液的組成 解 取100kmol h進(jìn)料為基準(zhǔn) 根據(jù)題意C3和C4分別為輕 重關(guān)鍵組分 知 給定和屬情況 2 D和W中各組分流率及組成見表3 5 略 3 1 2 2芬斯克法計(jì)算最少理論板數(shù)Nm 全回流時(shí) R為無窮大 此時(shí)所需塔板數(shù)少 且 操作線方程 Na 全回流的意義 F 0 D 0 W 0 L V 1 VN LN 1 yi N xi N 1 最小理論板數(shù)的精確表達(dá)式容易得到 1 開車及塔的調(diào)節(jié)過程 2 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定理論板數(shù)及研究傳質(zhì)過程 3 全回流下Nm在設(shè)計(jì)計(jì)算中很重要 塔頂為全凝器時(shí) 芬斯克公式 推導(dǎo)略 平均值的求取 注意是LK和HK在塔不同位置相對揮發(fā)度平均值 而非各組分相對揮發(fā)度的平均值 或 平均值簡化求法 對芬斯克公式的幾點(diǎn)討論 1 上式既能用于雙組分 也能用于多組分精餾 2 Nm值與進(jìn)料組成 相態(tài)均無關(guān) 與組成的表示方法無關(guān) 只取決于分離要求和兩個(gè)關(guān)鍵組分間的 公式對全塔任一塔段均適用 須代入相應(yīng)部位的兩個(gè)組分的濃度比和 隨分離要求 及 Nm 4 全回流需N最小 常作為精餾塔開車 調(diào)節(jié)的手段 常用于傳質(zhì)效率的研究和測定 5 公式對任一組分都適用 可用于求取非清晰分割法的物料分布假定在一定回流比操作時(shí) 各組分在塔內(nèi)的分布與在全回流操作時(shí)的分布相同采用Fenske公式去反算非關(guān)鍵組分在塔頂塔釜的濃度Na 3 何條件確定即可定分配情況 聯(lián)立求解可得di和wi的值 比較 直至濃度合乎精度要求為止 已知條件 圖解法求非清晰分割法的物料分布 輕組分 重組分 當(dāng)LK與HK的分離要求比較高同時(shí)則清晰分割法比較適合 當(dāng)LK與HK的分離要求又不是很高時(shí) LNK HNK出現(xiàn)分配組分 則與關(guān)鍵組分揮發(fā)度相近的非關(guān)鍵組分采用非清晰分割法 其余非關(guān)鍵組分采用清晰分割法 知LK和HK的回收率時(shí)用上式方便 例在一精餾塔中分離苯 B 甲苯 T 異丙苯 C 二甲苯 X 四元混合物 進(jìn)料200kmol h 進(jìn)料組成 zB 0 2 zT 0 3 zC 0 1 zX 0 4 塔頂采用全凝器 飽和液體回流 相對揮發(fā)度為 規(guī)定異丙苯在釜液中回收率為99 8 甲苯在餾出液中回收率為99 5 求最小理論板數(shù)和全回流下組分分配 解 由題意知 甲苯為LK 異丙苯為HK 由式 計(jì)算全回流下各組分的分配情況 如苯 將其余各組分的計(jì)算結(jié)果列于下表 下頁 進(jìn)行各組分分配情況校核 N最小基本不變 所以表中分配情況可認(rèn)為是計(jì)算要求值 3 1 2 3最小回流比和回流比 回流比R對設(shè)計(jì)的影響 R直接影響分離能力 能耗和設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸 回流比的影響見圖 恩特伍德法計(jì)算最小回流比 最小回流比Rmin R 能耗 塔徑D 推動(dòng)力 N 當(dāng)兩操作線交點(diǎn)落在平衡線上 完成規(guī)定分離要求所需N 此工況下的R為該設(shè)計(jì)條件下的最小回流比Rmin Rm是精餾操作的一個(gè)極限值 需要無窮多塊理論板才能完成分離任務(wù) R Rm時(shí)有無分離作用 1 二元精餾恒濃區(qū)通常出現(xiàn)于進(jìn)料板附近 圖解法或進(jìn)料線與平衡線方程聯(lián)立可求得最小Rm 恒濃區(qū) 操作線與平衡線相交 濃度不隨N變化而變的區(qū)域 2 多元精餾 有一個(gè)挾點(diǎn)和兩個(gè)挾點(diǎn)的四種類型 分配組分 在塔頂塔底均出現(xiàn)的組分 非分配組分 僅在塔頂或塔底出現(xiàn)的組分 第一類只有一個(gè)挾點(diǎn)進(jìn)料中所有組分均為分配組分 恒濃區(qū)為單一挾點(diǎn)跨過進(jìn)料板 第二類有兩個(gè)挾點(diǎn)進(jìn)料中至少有一個(gè)非分配組分 A 非分配組分既有LNK也有HNK時(shí) 有遠(yuǎn)離進(jìn)料板的兩個(gè)挾點(diǎn) 上下恒濃區(qū)分別出現(xiàn)于精餾段和提餾段中部 B 非分配組分只有LNK而無HNK時(shí) 有兩個(gè)挾點(diǎn) 上恒濃區(qū)出現(xiàn)于進(jìn)料板上 下恒濃區(qū)出現(xiàn)于提餾段中部 C 非分配組分只有HNK而無LNK時(shí) 有兩個(gè)挾點(diǎn) 下恒濃區(qū)出現(xiàn)于進(jìn)料板下 上恒濃區(qū)出現(xiàn)于精餾段中部 最小回流比下塔內(nèi)氣相濃度分布 最小回流比的計(jì)算 恩特伍德 Underwood 法較常用 討論 上式推導(dǎo)假定為恒摩爾流率 i為常數(shù) 是方程的根 有C個(gè) 只取 Rm求取 由第一式試差法求出 由第二式求出Rm 基準(zhǔn)組分 最難揮發(fā)的組分 最重的組分 HK 例計(jì)算下條件下精餾塔的最小回流比 進(jìn)料q 1 0 解 由 在1 2 091之間 試差法得到 1 325 將之代入 操作回流比 總費(fèi)用最小的R為最適宜的 通常選R 1 1 2 0Rmin 實(shí)際應(yīng)用中R的選取應(yīng)考慮具體情況 3 1 2 4平衡級數(shù)的確定 1 由吉利蘭 Gilliand 圖求理論板數(shù) 將R Rmin N Nmin四個(gè)參數(shù)進(jìn)行定量關(guān)聯(lián)得吉利蘭圖 Gillilad圖 對多組分精餾塔的逐板計(jì)算 歸納得吉利蘭圖 對理想溶液 最大誤差7 對非正常 體系吉利蘭圖不適用 返回 為避免吉利蘭圖由于反復(fù)轉(zhuǎn)載及查圖誤差 可由下式計(jì)算N值 用吉利蘭關(guān)聯(lián)估算理論板數(shù) 包括如下三步 首先用芬斯克方程計(jì)算最少理論板數(shù)Nm 由恩特伍德公式計(jì)算給定條件下的Rm 應(yīng)用吉利蘭經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式估算所需理論板數(shù)N 吉利蘭關(guān)聯(lián)式 圖 估算理論板數(shù)的步驟 FUG 2 由耳波和馬多克斯 ErbarandModdox 關(guān)聯(lián)圖求N P71圖3 13 該法優(yōu)點(diǎn)是精度高 平均誤差4 4 但只適用于泡點(diǎn)進(jìn)料 圖 3 1 2 5進(jìn)料級位置 1 由芬斯克公式求進(jìn)料位置 注意 不能由直接查吉利蘭圖得NR和NS 因?yàn)樵搱D由全塔數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)而得 不能用于半塔 當(dāng)全塔 為常數(shù)時(shí)可用 2 由Kirkbride提出的經(jīng)驗(yàn)式求適宜進(jìn)料位置 例用精餾塔分離三元泡點(diǎn)混合物 進(jìn)料為100kmol h 進(jìn)料組成如下 1 用芬斯克方程計(jì)算餾出液流率為60kmol h以及全回流下當(dāng)精餾塔具有5塊理論板時(shí) 其塔頂餾出液和釜液的組成 2 采用 1 的分離結(jié)果用于組分B和C間分離 用恩德伍德方程確定最小回流比 3 確定回流比為1 2倍的最小回流比時(shí)的理論板數(shù)及進(jìn)料位置 解 1 求各組分在塔頂餾出液及釜液中的分配 用試差法 先假設(shè)一值 由和求出和值 當(dāng)D 60kmol h W 40kmol h時(shí)認(rèn)為所設(shè)值準(zhǔn)確 取C作為參考組分 計(jì)算過程見下表 0 048時(shí) 誤差已很小 故D和W組成如表所列 2 求最小回流比 分離B和C 取B和C分別為輕重關(guān)鍵組分 泡點(diǎn)進(jìn)料 q 1 恩特伍德公式 試差法求 其值在1 3之間 結(jié)果列表示之 所以 1 425 3 求時(shí)的NT及進(jìn)料位置 由吉利蘭圖求之 查吉利蘭圖得 已知Nm 5 所以N 5 0 8N 0 6 N 5 6 0 4 14塊 查耳波和馬多克斯圖求N 適用于泡點(diǎn)進(jìn)料 查P71耳波馬多克斯圖 圖3 13 得 所以N 5 0 32 15 6塊 由3 17式求N 由3 16式求N 進(jìn)料位置的確定 I 由芬斯克方程求 進(jìn)料板為第幾塊 由3 51式確定進(jìn)料位置 所以進(jìn)料位置應(yīng)為從塔頂數(shù)起第8 6塊理論板 3 1 2 6簡捷法設(shè)計(jì)精餾塔的步驟 FUG 設(shè)計(jì)已知條件 進(jìn)料組成及相態(tài) 產(chǎn)品純度及分離要求 塔的處理能力 準(zhǔn)備相應(yīng)數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 求NT和N 求塔頂冷凝器和塔底再沸器的換熱量 塔徑塔高及塔板結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)步驟 1 根據(jù)工藝條件和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定對關(guān)鍵組分的分離要求 2 按清晰分割作物料衡算 求D W xiD和xiW的初值 3 由xiD和xiW計(jì)算塔頂和塔底溫度及全塔相對揮發(fā)度的平均值 4 利用芬斯克方程求出Nm 5 利用芬斯克方程計(jì)算非關(guān)鍵組分分配比 然后按非清晰分割作物料衡算 6 用恩特伍德公式求Rm 7 由吉利蘭圖或耳波和馬多克斯圖求N并確定適宜進(jìn)料板位置 8 由全塔效率求操作回流比下的實(shí)際板數(shù) 9 計(jì)算塔徑 板間距 選擇塔盤 并作塔盤水力學(xué)檢驗(yàn) 10 由熱量衡算求冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷 3 1 3 精餾操作壓力的選擇 對四方面綜合考慮 塔頂塔釜液體的溫度 對 的影響 對造價(jià)和操作費(fèi)用的影響 對傳質(zhì)分離的影響 塔頂蒸汽的冷凝溫度用冷卻水或空氣作為冷凝器的冷卻介質(zhì) 蒸汽冷凝溫度需大于40 若算出壓力低于或等于大氣壓 可常壓操作 若小于1 7兆帕 往往采用加壓操作 若大于1 7兆帕 需考慮采用致冷劑 需由經(jīng)濟(jì)核算決定 塔頂蒸汽的冷凝溫度和塔釜液體的沸騰溫度 2 釜液體的沸騰溫度 由以下兩方面問題決定 釜溫過高能否引起物料分解 聚合和嚴(yán)重結(jié)垢 若有 此臨界溫度決定塔釜溫度的最高值 怎樣求P 釜溫上升 加熱蒸汽壓力上升 對鍋爐要求上升 2 對組分間相對揮發(fā)度影響 3 對塔的造價(jià)和操作費(fèi)用的影響 壓力上升 相對揮發(fā)度下降 分離所需N上升 P影響恒沸組成 P上升 氣體體積下降 塔徑下降 D但壁厚增加 結(jié)構(gòu)要求提高 具體影響如下 在0 3 1兆帕塔本身造價(jià)隨P上升而略有下降 對真空精餾 真空度下降 對降低投資影響顯著 當(dāng)P大于0 7兆帕P上升 壁厚上升 投資上升 下降 N上升 投資上升 回流比上升 操作費(fèi)用上升 若需采用昂貴的高溫加熱劑費(fèi)用增加更多 再沸器 冷凝器 泵投資上升 4 對傳質(zhì)分離的影響 對板式塔 P對常壓塔和加壓塔效率無影響 但對真空塔需采用低壓降高效塔 對填料塔 真空下氣體密度下降 塔徑上升 噴淋密度下降填料潤濕困難 效率下降 加壓精餾噴淋密度上升 但當(dāng)P大于2 0兆帕 傳質(zhì)效率下降 此外 加壓精餾和真空精餾有泄漏危險(xiǎn) 一般精餾盡可能在常壓操作 有時(shí)要考慮工藝過程中前后設(shè)備的壓力 3 2 恒沸精餾 普通精餾對以下物料的分離不合適 1 待分離組分間 1 2 待分離組分形成恒沸物 1 3 待分離組分是熱敏性的或高溫下易發(fā)生聚合 結(jié)垢 分解等反應(yīng) 4 待分離組分是難揮發(fā)組分 且在料液中含量很低 特殊精餾 既加入ESA 又加入MSA的精餾叫特殊精餾 恒沸精餾是在原溶液中添加恒沸劑S使其與溶液中至少一個(gè)組分形成最低 最高 恒沸物 以增大原組分間相對揮發(fā)度差的非理想溶液的多元精餾形成的恒沸物從塔頂 塔釜 采出 塔釜 塔頂 引出較純產(chǎn)品 最后將恒沸劑與組分分離 3 2 1恒沸物和恒沸組成的計(jì)算 3 2 1 1恒沸現(xiàn)象與恒沸物恒沸物是指在一定壓力下 汽液相組成與沸騰溫度始終不變的一類溶液 3 2 1 2恒沸物的特征和恒沸組成的計(jì)算 1 二元恒沸物 二元均相恒沸物 形成最低恒沸物的條件 形成最高恒沸物的條件 非理液 理氣 經(jīng)過恒沸點(diǎn) 輕重組分互換 1 相圖 混合物的蒸汽壓組成曲線上極值點(diǎn)相當(dāng)于汽 液平衡相的組成相等和T的極值點(diǎn) 2 恒沸物的特點(diǎn) 當(dāng)P不變時(shí) 恒沸組成 恒沸點(diǎn) 一定 Tb Td 汽化過程中溫度T不變 在泡點(diǎn)線和露點(diǎn)線交點(diǎn) 汽化中組成不變 1 恒沸物體系特殊在恒沸點(diǎn) 用普通精餾的方法不能通過恒沸點(diǎn) 但在恒沸點(diǎn)兩側(cè)仍有分離作用 對最低恒沸物 在恒沸點(diǎn)左側(cè) 在恒沸點(diǎn)右側(cè) 怎樣判斷xiD xiW T高低 同一物系的恒沸T與組成隨P的不同而異 某些系統(tǒng)可采用變壓精餾的方法分離之 在恒沸點(diǎn)左側(cè) 在恒沸點(diǎn)右側(cè) 經(jīng)過恒沸點(diǎn) 輕重組分互換 最高恒沸物如何 3 恒沸精餾操作設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 均相恒沸物的特征 恒沸點(diǎn) 根據(jù)體系的壓力 系統(tǒng)為理想氣體 非理想溶液 恒沸點(diǎn) 根據(jù)無限稀釋活度系數(shù) 甲苯 乙腈 3 93 0 287 2 807 甲苯 丙酮 1 96 0 515 6 897 不形成恒沸物 最低恒沸點(diǎn)體系 最高恒沸點(diǎn)體系 最低沸點(diǎn)恒沸物 4 恒沸組成的計(jì)算 恒沸點(diǎn)時(shí) 求已知T P下的恒沸組成 已知T 求出 代入 及關(guān)聯(lián)式 求解 有物理意義 則有恒沸物產(chǎn)生 恒壓下求恒沸溫度與組成 設(shè)T 求出相應(yīng)的 代入關(guān)聯(lián)式求解 判斷已知的P是否等于 不相等 則調(diào)整T 二元非均相恒沸物 三相共存 f C 2 1 當(dāng)T或P有一個(gè)確定 f 0 部分互溶系分為三類 如圖 1 非均相恒沸物特點(diǎn) 1 形成非均相恒沸物 3 不形成恒沸物 2 形成均相恒沸物 P x圖 液相線 X y圖 2 形成非均相恒沸物的判據(jù) 代入以上兩式得 三相區(qū)第一類 存在 第二 三類 總有 第一類 第二 三類 在兩液相共存區(qū) 非均相恒沸物相互溶解度很小 E 1 形成非均相恒沸物 相差越小 越接近于1 越小 E越可能小于1 形成非均相恒沸物的可能性越大 3 平衡計(jì)算 求恒沸組成時(shí)需同時(shí)考慮汽 液和液 液平衡 給定P 聯(lián)立上三式求解得T 三元恒沸物 用正三角形或直角三角形來表示三元組成 正三角形的每個(gè)頂點(diǎn)1 2 3均代表純組分 頂點(diǎn)對面的底線之間劃等濃度線表示各頂點(diǎn)組分的濃度 三元物系組成表示方法 相圖 用正三棱柱表示底面的正三角形表示組成 立軸表示壓力 恒溫系統(tǒng) 或溫度 恒壓系統(tǒng) 分別用壓力面或溫度面表示物系的汽液平衡關(guān)系由于恒沸物的產(chǎn)生 使圖上的壓力 溫度 面上出現(xiàn)上突或下陷 且使壓力面上出現(xiàn)脊或谷 三元壓力 組成相圖 恒溫下的等壓三角相圖 具有三個(gè)二元最低恒沸物和一個(gè)三元最低恒沸物的三元系相圖 三元系恒沸組成的計(jì)算 因?yàn)閤i yi 所以 聯(lián)立上幾式求解有關(guān)恒沸參數(shù) 3 恒沸組成與壓力的關(guān)系 不同的壓力下恒沸物的組成 溫度均會(huì)有所改變 壓力變化到一定程度可以使恒沸點(diǎn)消失定性規(guī)律 最低恒沸物 壓力升高時(shí) 恒沸物組成中摩爾汽化潛熱大的組分增大 反之亦然 最高恒沸物變化情況與之相反 如乙醇 水物系為正偏差且有極值點(diǎn)的非理想溶液 在760mmHg下t共 78 1 x乙醇 0 9 壓力降低 使恒沸組成中乙醇量增加 當(dāng)P 70mmHg x乙醇 1 0 恒沸點(diǎn)消失 3 2 2精餾曲線和恒沸劑的選擇 3 2 2 1精餾曲線和精餾邊界 剩余曲線 取如圖所示間歇蒸鎦體系作為討論對象 在微元時(shí)間dt內(nèi)對任意組分I作物料衡算 將 3 71 代入 3 70 整理得 蒸餾初始條件 t 0 W W0 xi xi0 解 3 61 得任意時(shí)間t時(shí)的 三元物系簡單蒸餾可用下列方程描述 7個(gè)方程 9個(gè)變量 P T x1 x2 x3 y1 y2 y3 P定 可確定其余變量值 當(dāng)蒸餾初始條件確定 沿 增加或減小的方向可計(jì)算出xi的連續(xù)變化 在三角相圖上繪制的xi隨t變化曲線稱為剩余曲線 同一剩余曲線上不同點(diǎn)對應(yīng)著不同的蒸餾t 箭頭指向t增加的方向 即T升高的方向 復(fù)雜的三元相圖 剩余曲線按簇分布 不同簇的剩余曲線具有不同的起點(diǎn)和終點(diǎn) 構(gòu)成不同的蒸餾區(qū)域 剩余曲線圖 剩余曲線箭頭均由較低沸點(diǎn)的組分或共沸物指向較高沸點(diǎn)的組分或恒沸物 相圖中純組分的頂點(diǎn)和恒沸物是特殊點(diǎn) 兩特殊點(diǎn)間的剩余曲線為特殊剩余曲線 特殊的剩余曲線將相圖分成不同的蒸餾區(qū)域 其稱為蒸餾邊界 蒸餾區(qū)域的邊界均開始和終結(jié)于純組分頂點(diǎn)和恒沸物 當(dāng)無恒沸物時(shí) 特殊點(diǎn)僅有三個(gè)頂點(diǎn) 蒸餾邊界為三角形的三條邊 只由一個(gè)蒸餾區(qū)域 當(dāng)有恒沸物存在時(shí) 新的蒸餾邊界將相圖分成兩個(gè)及更多的蒸餾區(qū)域 相圖中純組分的頂點(diǎn)和恒沸物是特殊點(diǎn) 分為三類 剩余曲線匯集于某特殊點(diǎn) 該點(diǎn)為穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 剩余曲線發(fā)散于某特殊點(diǎn) 該點(diǎn)為不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 特殊點(diǎn)附近剩余曲線為雙曲線的 該點(diǎn)為鞍形點(diǎn) 同一蒸餾區(qū)域 剩余曲線簇具有相同的穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)和不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 即剩余曲線簇只有一個(gè)穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)和一個(gè)不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 2 精餾曲線圖 在三角相圖上表示連續(xù)精餾塔內(nèi)在全回流條件下的液體含量分布曲線叫精餾曲線 將一系列精餾曲線 會(huì)同精餾邊界繪于三角相圖上構(gòu)成精餾曲線圖 全回流下操作關(guān)系 平衡關(guān)系 交替使用上兩關(guān)系可得全回流下塔內(nèi)液體分布情況 繪于三角相圖得到全回流下的一條精餾曲線 間歇蒸餾過程的剩余曲線與精餾曲線相當(dāng)接近 可用剩余曲線圖近似描述精餾塔在全回流下的液體含量分布 剩余曲線不能穿過蒸餾邊界 蒸餾邊界與精餾曲線邊界十分接近 全回流下液體含量分布 精餾曲線 也不能穿過蒸餾邊界 一定R下操作的精餾塔的組成分布也不能穿過蒸餾邊界 其操作線被限制在同一精餾區(qū)內(nèi) 連接餾出液 進(jìn)料和釜液組成之間的總物料平衡線不能穿過蒸餾邊界 共沸精餾的產(chǎn)物組成除與工藝條件有關(guān)外 主要依賴于進(jìn)料組成所處的精餾區(qū)域和塔相對于蒸餾邊界的位置 精餾曲線用途 開發(fā)可行的精餾流程 評比各種分離方案和確定最適宜的分離流程為共沸精餾流程設(shè)計(jì)及萃取精餾 共沸精餾和多組分精餾的集成提供理論依據(jù) 3 2 2 2恒沸劑的選擇 選擇恒沸劑 與某些組分形成恒沸物 使氣液平衡向有利于原組分分離的方向轉(zhuǎn)化 如a與b形成恒沸物 加入e以在塔頂或塔底得到較純產(chǎn)品a或b 這就要求三角相圖上剩余曲線開始或終止于a或b 即a b分別為穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)或不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 1 a b形成最低恒沸物的情況 加入比恒沸T更低的低沸點(diǎn)物質(zhì)為恒沸劑 e加入后出現(xiàn)兩個(gè)蒸餾區(qū)域 a b分屬不同區(qū)域的穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 混合物點(diǎn)落于左區(qū)域有可能從塔底得到較純的b 混合物系點(diǎn)落于右區(qū)域 有可能從塔底得到較純的a 加入中間沸點(diǎn)的物質(zhì)為恒沸劑 e與a和形二元恒沸物 形成兩個(gè)蒸餾區(qū) 邊界線為兩個(gè)恒沸物點(diǎn)的連接線 a b分屬不同區(qū)域的穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 可從不同精餾塔的塔底得到較純的a和b 選擇高沸點(diǎn)物質(zhì)為恒沸劑 e與a和b分別形成二元最低恒沸物 形成三個(gè)蒸餾區(qū) 邊界線為共沸物點(diǎn)的連接線 a b分屬不同區(qū)域的穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 可從不同精餾塔的塔底得到較純的a和b 2 a b形成最高恒沸物的情況 加入比共沸T更高的高沸點(diǎn)物質(zhì)為恒沸劑 e和原恒沸點(diǎn)間的剩余曲線將相圖分為兩個(gè)蒸餾區(qū) a b分別為不同區(qū)域的不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 精餾過程可從不同精餾塔的塔頂?shù)玫捷^純的a和b 加入中間沸點(diǎn)的物質(zhì)為恒沸劑 e與高沸點(diǎn)組分形成最高恒沸物 兩共沸點(diǎn)連接線將相圖分為兩個(gè)蒸餾區(qū)域 a b分別為不同區(qū)域的不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 精餾過程可從不同精餾塔的塔頂?shù)玫捷^純的a和b 選擇低沸點(diǎn)物質(zhì)為恒沸劑 e與a和b分別形成二元最高恒沸物 形成三個(gè)蒸餾區(qū) 邊界線為恒沸物點(diǎn)的連接線 a b分屬不同區(qū)域的不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn) 可從不同精餾塔的塔頂?shù)玫捷^純的a和b 共沸劑選擇原則 只有當(dāng)某一剩余曲線一個(gè)均相混合物才能被分離成接近純組分連接所希望得到的產(chǎn)品時(shí) 因此 對于二元最低恒沸物 恒沸劑應(yīng)是一低沸點(diǎn)組分或是能形成新的二元或三元最低恒沸物的組分 對于二元最高恒沸物 恒沸劑應(yīng)是一高沸點(diǎn)組分或是能形成新的二元或三元最高恒沸物的組分 此為選擇恒沸劑的必要條件 恒沸劑還應(yīng)有以下特性 顯著影響源足分間的平衡關(guān)系 易分離和回收 用量少 汽化潛熱低 與進(jìn)料互溶性好 不起化學(xué)反應(yīng) 不腐蝕 無毒 價(jià)廉易得 恒沸劑選擇應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素 S必須與原溶液中至少一組分形成最低恒沸物 且其沸點(diǎn)較低 S在恒沸物中的比例越小越好 且汽化潛熱應(yīng)小 使S的用量少 S易分離和回收 即形成非均相恒沸物 無毒 無腐蝕 熱穩(wěn)定性好 價(jià)廉易得 3 2 2 3恒沸劑的回收 3 2 3恒沸精餾過程及計(jì)算 3 2 3 1恒沸精餾的流程 餾出液為均相恒沸物 分離恒沸物的雙壓流程 變壓精餾的原理及流程 分離形成恒沸物的混合物 加入MSA 效率下降 能耗上升 同一物系的恒沸溫度和組成隨壓力的不同而異 變壓精餾采用兩個(gè)精餾塔 可實(shí)現(xiàn)恒沸物的完全分離 甲乙酮 水x y圖 變壓精餾越過恒沸點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)恒沸物的完全分離 分離甲乙酮和水的雙壓分離流程xF 65 先低壓分離后高壓分離 畫出分離甲乙酮xF 65 雙壓分離流程 先高壓分離后低壓分離 餾出液為非均相恒沸物 原理 若形成非均相恒沸物 塔頂?shù)玫胶惴形锝?jīng)冷凝分層變成兩個(gè)組成不同的液相 兩液相組成偏離恒沸組成 則可以不加恒沸劑采用兩個(gè)塔聯(lián)合操作便可獲得兩個(gè)純產(chǎn)品 完成混合物的分離 l l共存的平衡線 冷凝分層越過平衡線與對角線的交點(diǎn) 恒沸點(diǎn) 完成恒沸物的分離 流程 正丁醇 水溶液的恒沸精餾分離流程 餾出液為三元恒沸物 用苯分離乙醇 水恒沸物的流程 3 2 3 2恒沸精餾的計(jì)算 分離二元恒沸物變壓精餾過程 對塔1精餾段 Lnxn D1xD Vn 1yn 1 利用杠桿規(guī)則 以D1為支點(diǎn) Ln xn xD Vn 1 yn 1 xD 作物料衡算 同理對塔2衡算得 全系統(tǒng)作衡算 杠桿規(guī)則 F W1 W2 以W2為支點(diǎn)F xF xW2 W1 xW1 xW2 3 63 以W1為支點(diǎn)F xF xW1 W2 xW2 xW1 求兩塔間物流量 對塔2作物料衡算 D1 D2 W2 以D2為支點(diǎn) 由上兩式式知 當(dāng)不同壓力下恒沸組成接近時(shí) D1 D2增大設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用增加 以D1為支點(diǎn) 塔板數(shù)計(jì)算 1 圖解法 由氣液平衡數(shù)據(jù)作x y圖 作出精餾段操作線方程 塔1 塔2 畫出精 提餾段操作線 階梯法求出塔1和塔2的N值 2 簡捷法 FUG法 分別求出兩塔的Nm值 但因 隨組成變化大 故誤差大 然后求出Rm查吉利蘭圖得N值 2 非均相恒沸精餾過程的工藝計(jì)算 F W1 W2 利用杠桿規(guī)則 取W1為支點(diǎn) W2為支點(diǎn) N的計(jì)算 圖解法 首先作x y圖 再由物料衡算求出兩塔的操作線方程 并繪于x y圖上 最后階梯法求N 對塔1紅虛線部分作物料衡算 由杠桿規(guī)則 塔1提餾段取W1為支點(diǎn) 或?qū)ζ溆嗖糠?取W2為支點(diǎn) 對塔2無精餾段 取W2為支點(diǎn) 在x y圖作出操作線 對塔1 由 當(dāng)xn xW2時(shí) yn 1 xW2 當(dāng)xn xW2時(shí) yn 1 xW2 階梯法作圖求出N值 注意 塔頂 底在x y圖上對應(yīng)位置 恒沸精餾的Rm和Nm很難用通用數(shù)學(xué)表達(dá)式表達(dá) 因 隨組成變化大 不能用芬斯克方程求Nm 最好由x y為操作線逐板計(jì)算求出 圖解法時(shí) 據(jù)塔頂塔底分離要求在平衡線和對角線畫階梯求出Nm 多元恒沸精餾過程 恒沸劑用量的確定 1 加入量合適 M 塔頂?shù)煤惴形颯1 塔底出純組分2 2 若加入量 規(guī)定量 M1 塔頂?shù)煤惴形颯1 塔底出W1 3 若加入量 規(guī)定量 M2 塔頂?shù)煤惴形颯1 塔底出W2 各物流量由杠桿定律確定 頂產(chǎn)品S1的量 S用量 塔釜產(chǎn)品W量 三元恒沸物 待分離料液為1和2形成的混合物F 加入S后 總混合液必在FS的連線上隨S量增加總混合液點(diǎn)向S移動(dòng) 總混合液點(diǎn)落在M1 則塔頂產(chǎn)品接近三元共沸物O 塔底產(chǎn)品接近純組分1 若總混合液點(diǎn)落在M2 則塔頂產(chǎn)品接近三元恒沸物O 塔底產(chǎn)品為W S量可由杠桿規(guī)則求之 各物流量的求取與前同 1 若 S 原溶液中組分的 應(yīng)在靠近塔頂處加入 以保證全塔S均保持一定濃度 2 若S僅與一個(gè)組分形成最低恒沸物 則S一部分與進(jìn)料一起入塔 另一部分在進(jìn)料板以下 離加料板有一定板數(shù) 處加入 3 若S與原溶液中兩個(gè)組分形成最恒共沸物 S可加在任意板上 一般與進(jìn)料一起入塔 恒沸劑引入位置 2 操作線方程根據(jù)假定以恒摩爾流率分段進(jìn)行計(jì)算 求平衡級數(shù)的計(jì)算 1 進(jìn)行物料衡算 3 相平衡方程列出相平衡方程 4 進(jìn)行逐板計(jì)算 求得 圖解法 把恒沸物看成為單一組分 因此 在恒沸塔內(nèi)當(dāng)作恒沸物與組分2的二元精餾過程 按雙組分圖解法求解 逐級計(jì)算法 3 3萃取精餾 3 3 1 萃取精餾過程 萃取精餾的定義加入的新組分不和原物系中的組分形成恒沸物 只改變組分間的相對揮發(fā)度 而其沸點(diǎn)比物系中其它組分的沸點(diǎn)高 從精餾塔的塔釜引出 所加入的新組分稱為萃取劑 在苯 Tb80 1 環(huán)己烷 Tb80 73 溶液中加入萃取劑糠醛后溶液的相對揮發(fā)度變化 萃取精餾流程 特點(diǎn) 1 二塔串聯(lián) 2 S為難揮發(fā)組分 一般在近于塔頂加入3 萃取精餾塔分為三段 回收段 精餾段 提餾段 回收段 精餾段 提餾段 3 3 2萃取精餾的原理 3 3 2 1萃取劑的作用 加入S后為非理想溶液 理想氣體 關(guān)鍵組分1和2的相對揮發(fā)度 問題 如何增加 12 轉(zhuǎn)下面 三組分的Margules方程 若三對雙組分均可看成對稱系統(tǒng) C 0 定義組分1和2的脫溶劑濃度 無溶劑時(shí) 有S時(shí)i的脫溶劑濃度與無溶劑時(shí)i的濃度相等 無S時(shí) 隨T變化不明顯 可以認(rèn)為 由 3 110 3 112 式得 分析 定義為溶劑的選擇性 是衡量溶劑效果的重要指標(biāo) 3 3 2 2討論 2 xS的影響 正偏差體系 1 當(dāng)時(shí) 高濃區(qū) 而加入S后 選擇性上升 s增加 2 當(dāng)時(shí) 低濃區(qū) 而 加入S后 有可能使分離變得更困難 當(dāng)使 s減小的影響大于使 s上升的影響時(shí) 加入S 分離更難 流程設(shè)計(jì) 負(fù)偏差體系 1 當(dāng)時(shí) 高濃度區(qū) 而加入S后 有可能使分離變得更困難 2 當(dāng)時(shí) 低濃區(qū) 而加入S后 選擇性上升 s增加 流程設(shè)計(jì) 萃取精餾過程S作用可歸納為以下幾點(diǎn) 1 溶液性質(zhì)的影響 最好為與1形成正偏差 與2形成負(fù)偏差的體系 2 溶劑濃度的影響 稀釋作用 使原溶液中各組分的作用減弱 S量要大 一般xS為0 6 0 8 圖2 20不同水濃度下 丙酮 甲醇的平衡曲線 圖2 21不同甲苯濃度下 甲乙酮及庚烷的氣液平衡關(guān)系 圖2 22不同甲基異丁基酮濃度下 丙酮 氯仿的平衡曲線 3 3 3萃取劑的選擇 3 3 3 1定性 根據(jù)有機(jī)物的極性選擇在極性上更類似于HK的化合物 降低HK的揮發(fā)度例 分離甲醇 沸點(diǎn)64 7 丙酮 沸點(diǎn)56 4 a 選烴作溶劑 丙酮為難揮發(fā)組分2 b 選水作溶劑 甲醇為難揮發(fā)組分2 從同系物中選擇 甲醇選乙二醇 197 2 也可丙酮選甲基異丁基酮 115 9 3 3 3 2定量 無限稀釋活度系數(shù) 例 環(huán)己烷 苯體系以苯胺或糠醛為萃取劑的S12 苯胺 糠醛 所以糠醛的選擇性稍優(yōu)于苯胺 實(shí)驗(yàn)方法 用活度系數(shù)方程式計(jì)算 等摩爾被分離組分混合液加入等重量的萃取劑實(shí)驗(yàn)測定汽液相平衡組成 計(jì)算 計(jì)算并計(jì)算 轉(zhuǎn)下面 3 3 4萃取精餾過程分析 3 3 4 1塔內(nèi)流量分布 如圖對精餾段作物料衡算 Vn 1 S Ln D 若S中不含原料液 則 將上式改為脫溶劑濃度 則 同理 若以l代表液相中原溶液的流率 以v代表氣相中原溶液的流率 即 兩式相減得 因S的 S小于原溶液的 則 S存在下塔內(nèi)液汽比大于脫溶劑情況下的液汽比 所以 S沸點(diǎn)高且量大 S下流中溫度升高冷凝一定量上升蒸汽 從上至下氣液流量漸增 對S作物料衡算 則精餾段第n板液相流率為 則 對提餾段 氣相流率 3 3 4 2塔內(nèi)濃度分布 取 為S對非溶劑的相對揮發(fā)度 塔內(nèi)S維持固定的濃度值 恒摩爾流成立 頂帶出S可忽略不計(jì) 對S作物料衡算 VyS S LxS 聯(lián)立VyS S LxS V S D L 同理 對提餾段作物料衡算得 討論 2 因S揮發(fā)性小 基本上從釜采出 1 飽和氣體進(jìn)料 q 0 若 0 3 簡化形式 4 求取 很小 3 43和3 45式可簡化為 1 某點(diǎn) 求取 6 S在塔內(nèi)濃度分布圖見圖3 16 5 當(dāng)S和 一定時(shí) 選擇性 N 增大R并不總是提高分離度 因此萃取精餾的調(diào)節(jié)方法不同于普通精餾 3 3 5萃取精餾過程平衡級數(shù)的簡捷計(jì)算 簡化條件 2 按x1 x2 二元體系求解 忽略S 1 xS不變且很大 S很大 為定值與溶液濃度無關(guān) 1 進(jìn)行物料衡算 確定 2 汽液平衡曲線圖 1 塔頂溫度 因無S 看為理想溶液 求出塔頂 2 塔釜溫度 因含S 為非理想溶液 求塔釜 同理求其余各處T 3 3 5 1圖解法 3 計(jì)算全塔的相對揮發(fā)度 或 注意 這里不能用塔頂?shù)南鄬]發(fā)度 進(jìn)料狀態(tài)對X Y圖的影響見圖 精 提兩段的 12不同 平衡線分為兩段 需試差法求之 4 核算并確定N 給出R 或圖解法求出Rmin 取R 1 1 2 0Rmin 5 確定S加入量 作操作線 圖解法求N 可取S加入板和塔底處的平均值 通常取小者以保險(xiǎn) 3 3 5 2簡捷法計(jì)算步驟 選定關(guān)鍵組分 求y 和x 由分離要求 進(jìn)行物料衡算 求得塔頂 塔釜的組成 計(jì)算萃取劑用量 并決定加料級 塔頂 塔釜的泡點(diǎn)溫度 求各組分的相對揮發(fā)度 5 由芬斯克公式求最小理論板數(shù) 6 求最小回流比 用Underwood公式計(jì)算 用半經(jīng)驗(yàn)式 加料為飽和液體 加料為飽和氣體 7 由吉利蘭圖求一定R下的NT 8 萃取劑回收段平衡級數(shù)的確定一般在0 5到1個(gè)平衡級 取一個(gè)平衡 9 塔頂帶出萃取劑之損耗量 S 加入塔內(nèi)的萃取劑量 例 3 5求S F N P120 解 取100kmol進(jìn)料為計(jì)算基準(zhǔn) 1 作脫溶劑物料衡算 2 作x y圖 濃度和溫度的確定 頂?shù)紫嗖钶^小 可用算術(shù)平均值 3 核實(shí)R 確定N 4 求S F 3 3 6萃取精餾操作設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 1 萃取精餾塔的板效率小于普通精餾塔 一般為其50 2 要嚴(yán)格控制R 不能盲目用調(diào)節(jié)R的辦法調(diào)節(jié)萃取精餾塔的操作 因分離效果變差 常用方法 調(diào)節(jié)S用量分離所需N下降 減少進(jìn)料量F S的進(jìn)料溫度應(yīng)維持恒定 xS值大 S溫度變化使塔內(nèi)L和V發(fā)生很大波動(dòng) S很小即對全塔影響很大 所以應(yīng)嚴(yán)格控制S的進(jìn)料溫度 在維持原xS下增加R 分離效果變好 3 3 7恒沸精餾和萃取精餾的比較 共同點(diǎn) 都加入另一組分MSA 使相對揮發(fā)度增大 計(jì)算過程所用的基本關(guān)系都是物料衡算 熱量衡算和相平衡關(guān)系 不同點(diǎn) 恒沸精餾中所用S至少與被分離物料中一個(gè)組分形成恒沸物 萃取精餾無此限制 恒沸精餾中S從塔頂蒸出 消耗熱能較大 僅當(dāng)恒沸物中S甚少 與S形成恒沸物的組分在原料液中量也少時(shí) 才有可能與萃取精餾的能耗相匹敵 恒沸精餾既可連續(xù)操作 也可用于間歇操作 而萃取精餾只可用于連續(xù)操作 在同樣P下 恒沸精餾T較低 故與萃取精餾相比更適合于分離熱敏性物料 3 4 加鹽萃取精餾 3 4 1鹽效應(yīng)及其對氣液平衡的影響3 4 1 1鹽效應(yīng)機(jī)理把鹽加入飽和的非電解質(zhì)溶液中 非電解質(zhì)的溶解度就發(fā)生變化如果溶解度下降 則稱為鹽析 如果溶解度增加則稱為鹽溶 二者統(tǒng)稱為鹽效應(yīng) 各種鹽和溶劑對乙醇 水相對揮發(fā)度的影響 鹽效應(yīng)機(jī)理 3 4 1 2鹽對氣液平衡的影響 影響是因鹽和溶液組分之間的相互作用 鹽可以通過化學(xué)親合力 氫鍵力以及離子的靜電引力等作用 與溶液中某種組分的分子發(fā)生選擇性的溶劑化反應(yīng) 生成某種難揮發(fā)的締合物 各種乙酸鉀濃度下 乙醇 水體系的氣液平衡關(guān)系 不同醋酸鉀濃度下乙醇水體系汽液平衡關(guān)系圖醋酸鉀的濃度 摩爾 1 0 2 5 3 10 4 20 5 飽和 3 4 2溶鹽精餾 3 4 2 1基本原理在原料液中加入第三種組分 鹽 使原來的兩種組分的相對揮發(fā)度顯著提高 從而可用普通精餾的方法使原來相對揮發(fā)度很小或者形成恒沸物的體系分離3 4 2 2流程 圖3 37鹽效應(yīng)精餾流程圖 3 4 2 3特點(diǎn) 第三組分 固體鹽 鹽對相對揮發(fā)度影響大 鹽的濃度一般為混合液的百分之幾 鹽不揮發(fā) 不需萃取劑回收段 鹽的選擇范圍廣3 4 2 4應(yīng)用鹽的回收十分困難 且循環(huán)使用中固體鹽的輸送加料及鹽結(jié)晶引起堵塞 腐蝕等問題限制了它在工業(yè)中的應(yīng)用 目前主要用于制取無水乙醇 3 4 3加鹽萃取精餾 3 4 3 1基本原理把鹽加入到萃取精餾的溶劑中 既可以利用鹽效應(yīng) 提高待分離組分的相互揮發(fā)度 減少溶劑循環(huán)量 又克服了溶鹽精餾中鹽的輸送回收困難等問題3 4 3 2流程 加鹽萃取精餾的汽液平衡 叔丁醇 水的y x圖 3 4 3 3特點(diǎn) 利用溶鹽精餾萃取劑分離效果好的優(yōu)點(diǎn) 改進(jìn)萃取劑效果差的不足 利用萃取精餾溶劑是液體 回收循環(huán)方便 工業(yè)上易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn) 克服了溶鹽精餾因鹽是固體回收輸送困難等缺點(diǎn) 3 4 3 4應(yīng)用用于具有恒沸組成的醇 水體系及酯 水體系的分離 3 121 2兩組分構(gòu)成二元系 活度系數(shù)方程 表示端值常數(shù)與溫度的關(guān)系 蒸氣壓方程為 假設(shè)氣體為理想氣體 試問99 75kPa時(shí) 1 系統(tǒng)是否形成恒沸物 2 恒沸溫度是多少 解 1 在恒沸點(diǎn)有 因純態(tài)的組分2更易揮發(fā) 則形成最低恒沸物的必要條件是 1 當(dāng)x1 0 x2 1 0時(shí) 由P 99 75千帕 得T 344 68K 此時(shí) 2 當(dāng)x1 1 0 x2 0時(shí) 由P 99 75千帕 得 T 352 79K 此時(shí) 3 是x1的連續(xù)函數(shù) 當(dāng)x1由0漸變到1時(shí) 由1 055變到0 572 必須經(jīng)過點(diǎn) 所以系統(tǒng)形成恒沸物 且因?yàn)?形成最低恒沸物 2 恒沸溫度 由題中所給條件得 恒沸點(diǎn) 所以 可設(shè)一溫度 求得x1和x2后再求得 設(shè)T 340K x1 0 1069 x2 0 8931 所得P偏低 說明所設(shè)溫度偏低 再設(shè)T計(jì)算 數(shù)據(jù)列于下表 由表中數(shù)據(jù)得恒沸溫度為344 6K 71 45 恒沸組成 x1 0 08314 x2 0 91686 習(xí)題 某二元溶液 已知80 試問80 有無恒沸物產(chǎn)生 若有其恒沸組成如何 3 6用芬斯克方程和P T K圖計(jì)算下面給出精餾塔的最小理論板數(shù)及非關(guān)鍵組分的分配 解 1 先按清晰分割作物料衡算 求出D W F的組成 用以求Ki i 求出Nmin后再求D和W的組成驗(yàn)算清晰分割合理否 若誤差大則需校正 進(jìn)料中各組分的量及組成 塔頂各組分流率及組成如表2 塔底各組分流率及組成如表3 2 用試差法求TF TD TW 并求值 1 TF為露點(diǎn)溫度 試差法得進(jìn)料溫度為71 求出相應(yīng)各組分的值 試差法得塔頂溫度為31 求出相應(yīng)各組分的值 試差法得塔釜溫度為125 求出相應(yīng)各組分的值 3 求和Nmin 4 組分分配情況 由式和計(jì)算各組分的分配情況 如C3 3 14二異丙醚脫水塔進(jìn)料F 15000kg h 原料含水0 004 w 飽和液體進(jìn)料 塔壓101 3kPa 要求產(chǎn)品二異丙醚含水為0 0004 w 求 適宜進(jìn)料位置和總平衡級數(shù) 假定恒摩爾流 共沸數(shù)據(jù) 二異丙醚 1 水 2 假設(shè)相對揮發(fā)度為常數(shù)從上述數(shù)據(jù)估計(jì) 此題應(yīng)用共沸組成數(shù)據(jù)求出端值常數(shù) 然后求出進(jìn)料條件下的活度系數(shù)之 再求氣相組成 需重作 1 試確定分配器 全凝器 分凝器的設(shè)計(jì)變量 2 什么是關(guān)鍵組分 非關(guān)鍵組分 分配組分與非分配組分 非關(guān)鍵組分是否就一定是非分配組分 3 什么是清晰分割法和不清晰分割法 敘述其原理 4 怎樣