大学课件-化工原理-蒸馏-6

6.7恒沸精馏和萃取精馏一、应用：(1)具有恒沸点的液相混合物(2)具有较小相对挥发度的物系二、原理：在液相混合物中加入第三组分（质量分离剂），改变原溶液中各组分间的相对挥发度6.6.1恒沸精馏加入第三组分，使其与某一组分形成最低恒沸物，从而使而使原溶液易于分离，称为恒沸精馏。该第三组分常又称为挟带剂。典型实例：分离乙醇—水溶液，加入挟带剂苯二元恒沸物:水+乙醇最低恒沸点78.15℃,84.9%.三元恒沸物:苯54.4%,乙醇23%,水22.6%.较低温度下，苯与乙醇、水不互溶而分层，将苯分离出来。塔底可得到无水乙醇②恒沸物中挟带剂的组成要小，降低挟带剂用量③恒沸物本身应易于分离④经济、安全对挟带剂的基本要求：①能形成最低恒沸物，且与塔底组分之间有较大的相对挥发度。当双组分恒沸物为非均相混合物时，不需加入第三组份。例：糠醛和水6.7.2萃取精馏加入第三组份能显著改变两组份间的相对挥发度，且本身的挥发性很小，该第三组分称为萃取剂。实例：苯—环已烷的分离加入糠醛为萃取剂对萃取剂的基本要求：（1）选择性强（2）溶解度大（3）挥发性小（4）其它经济、安全要求恒沸精馏和萃取精馏的比较：（1）第三组分选择范围（2）能量消耗（3）操作方式（4）热敏性物料◆溶盐精馏6.8多组份精馏6.8.1多组份精馏的特点（1）汽、液平衡关系复杂iiixKyP-t-k图烷烃、烯烃类的相平衡常数，可认为与组成无关)t,P(fKiP-t-k图的用法泡点温度及汽液相平衡组成的计算露点温度及液液相平衡组成的计算组份数m，Ki为组分i的相平衡常数，yi和xi分别为组分i组成：m1ii1ym1ii1x归一方程iiixKy当t未知时，采用试差法：iKt11miiixK设,若则假设正确，否则重设t，所得温度即为泡点泡点温度和气相平衡组成的计算iiixKy露点温度和液相平衡组成的计算iiiKyx假设t，求iixK1Kyii如满足上式，则正确，不满足重设t，所得温度即为露点。利用相对挥发度求平衡组成（1）定义：基准组份j（任意选取）（2）相组成之间的关系ijijiiixKaxKyjijiKKn1iijij1xKa所以n1iijijijijixKaxKa1yjiijKKiijiijixaxay可由液相组成直接求得与其成平衡的气相组成。ijiijiiy/yx泡点温度和露点温度的求法对于基准组分j：n1niijjjjjjjxaxaxKyiijjxK1同样：可由P-t-K图查取组成为xi的溶液的泡点ijijyK可求组成为yi的气相的露点温度（2）物料衡算关系复杂111RxxRRyiDinin有m-1个方程iWninixWqFLWxWqFLqFLy)()1(▲需要的塔多将一混合物完全分离成纯组份产品的分离称之为锐分离，需多塔操作。采用简单塔操作时M组份，需M-1个塔。▲流程方案多（3）流程方案的选定比较复杂②经济性原则：尽可能考虑到减少设备费和操作费难分离的最后分，此时，气体负荷小、塔径小③操作管理方便原则.注：以上原则是在用普通精馏塔一进二出，分离出较纯的单一组分为前提下得到的。流程方案确定原则：①保证产品质量原则：高纯度产品在塔顶采出热敏性、易分解或聚合物料优先分出，减少受热次数(4)分离程度的确定比较复杂只能主观规定其中某几种组分的特定分离程度，其余组分的分离程度则需要由分离的流程和操作情况等条件所决定(5)设计计算复杂6.8.2全塔物料衡算（1）关键组份及分离要求的规定关键组份：根据塔的主要分离目的，选取两组份规定分离要求。规定其中较难挥发的组份在塔顶不得高于某一允许值，易挥发组份在塔底不得高于某值。轻关键组份:挥发度较大的关键组份重关键组份:挥发度较小的关键组份非关键组份：比轻关键组分更轻的组分称为轻非关键组分。比重关键组分更重的组分称为重非关键组分。（2）非关键组份在两端产品中的分配作为设计型计算，求N，欲知D，W，必需知xwi和xDi，但xwi、xDi又和N有关，故需试差。分离要求规定：通过规定关键组分的分离要求，对塔的分离结果进行控制。◆规定轻关键组份在塔顶的组成和重关键组分在塔底的组成◆规定轻关键组分在塔顶组成及回收率◆规定重关键组分在塔底组成及轻关键组分在塔顶的回收率估算方法：a.清晰分割比轻关键组份更轻的各组分均从塔顶蒸出，比重关键组份更重的组分，均从塔底排出，且两关键组分为相邻组分，称为清晰分割。可以进行严格的计算。例6.8.1b.非清晰分割不满足清晰分割的条件，采用近似方法估计。给定条件：轻关键组分在馏出液中的回收率。重关键组分在釜液中的回收率。方法：享斯特别克法（Hengsteback）假设：(1)各组份在馏出液和釜液中的流率分配与R无关；(2)非关键组分在产品中的分配情况与关键组分的相同。对轻重关键组份使用芬斯克方程。hk,lkWhklkDhklkminlogxxxxlogNhklkDhklkdd)xx(hklkwhklkww)xx(hklkhkhklklkhklkWhklkDhklkwdwdwwddN,,minloglogloglogh,iwhkiDhkiminlogwwddlogNhk,ihkhkiilogwdwdlog)wdlog(wdwdlogloglog)wdlog(hkhkhkhklklkhk,khk,iii故有：根据假定，对任意组份与重关键组份来说，也有：即在上述条件下=可知数iiwdiiwd=恒定数FiiiiFZfwd于是有：iwWiDDiiwiwwxiiDiDDx6.8.3多组份精馏的最小回流比一.多组份精馏的恒浓区上恒浓区下恒浓区二．最小回流比的求法恩德伍德公式(Underwood)m1iiji,Fijq1Z使用该式其相对挥发度的基准组分为重关键组份。m1iiji,DijminxRθ：取介于轻重关键组分相对挥发度之间的根适用条件：（1）αij可取为常数（2）汽液两相符合恒摩尔流假设（3）轻重关键组分为相邻组份。例6.8.3θ的求法多用试差法求解6.8.4多组份精馏的塔板数计算一、简捷法以轻重关键组分为依据，利用芬斯克公式求hk,lkWhklkDhklkminlogxxxxlogN式中，Rmin用Underwood公式求取根据Rmin，选取适宜的R，利用吉利兰关联图求取所需的N二、逐板计算法设恒摩尔流假定成立，且各组分的相对挥发度可近似作为常数处理。计算步骤如下：（1）求馏出液及釜液流率及组成xDi、xwi。1.刘易斯-麦迪逊法（2）确定回流比（4）确定相平衡方程ijniijniniy/yx（3）求操作线方程。1Rxx1RRyi,Di,ni,1nWqFLxWxWqFLqFLyi,Wi,ni,1n（5）当关键组份居中时，可分别从塔顶和塔底计算理论板数。nhklkqhklk1nhklkxxxxxxqhklkxx为两关键组分操作线交点横坐标的比值。n块为进料板hk,Dhk,Flk,Dlk,Fqhklkx)1q(Z)1R(x)1q(Z)1R(xx提馏段从下至上计算，直至1mhklkqhklkmhklkxxxxxxxni与xmi不一致，称为不契合。产生不契合的原因，两端产品组成的浓度是估算值。应予以调整。调整方法参见统编教材。第m块板为进料板，m为提馏段理论塔板数总理论板数N=n-1+m2．模拟计算估算N，进行模拟计算、核算至达到设计要求作业：P131T30、T31