共沸精餾0614

1、3.3.2 共沸精餾共沸精餾Azeotropic Distillation1一、共沸物一、共沸物二、共沸精餾流程二、共沸精餾流程三、共沸劑的選擇三、共沸劑的選擇四、共沸精餾的計(jì)算四、共沸精餾的計(jì)算五、共沸精餾與萃取精餾比較五、共沸精餾與萃取精餾比較 與萃取精餾基本相同，不同之處是共沸劑（夾帶與萃取精餾基本相同，不同之處是共沸劑（夾帶劑，攜帶劑）在影響原溶液組分的相對(duì)揮發(fā)度的同時(shí)，劑，攜帶劑）在影響原溶液組分的相對(duì)揮發(fā)度的同時(shí)，還要與原溶液中一個(gè)或多個(gè)組分形成共沸物。還要與原溶液中一個(gè)或多個(gè)組分形成共沸物。 21ij1iiiKxy即共沸物類型：共沸物類型：p均相共沸物和非均相共沸物均相共沸物和非

2、均相共沸物二元共沸物、三元共沸物二元共沸物、三元共沸物1.1 共沸物特征共沸物特征31.2 1.2 共沸物組成的計(jì)算共沸物組成的計(jì)算1.2.1 1.2.1 二元共沸物二元共沸物（1）二元均相共沸物）二元均相共沸物系統(tǒng)壓力不高時(shí)，汽相視為理想氣體：系統(tǒng)壓力不高時(shí)，汽相視為理想氣體：ssssPPPPPPKK221122112112/共沸點(diǎn)處：共沸點(diǎn)處：112即：即： 或或 計(jì)算方程計(jì)算方程？已知總壓？已知總壓P，如何求共沸組成，如何求共沸組成x和共沸溫度和共沸溫度T12211ssPPssPP12214 4）代入：）代入： 校核方程校核方程)1 (122111xPxPPss1）假定）假定T；2）計(jì)算

3、）計(jì)算P1S和和P2S；3）由）由 1f(x1,T,P)、 2f(x1,T,P)和和 1/ 2= P1S/P1S計(jì)算計(jì)算x1；5）如上式成立，則結(jié)束計(jì)算，如不成立，則假定新的）如上式成立，則結(jié)束計(jì)算，如不成立，則假定新的T， 繼續(xù)試差計(jì)算。繼續(xù)試差計(jì)算。例 1p求總壓為86.659kPa時(shí)，氯仿乙醇共沸組成與共沸溫度。已知：tptpxxxxss48.23105.165233827. 7lg2270 .116302818. 6lg)66. 142. 1 (ln)66. 159. 0(ln21221212216（2）二元非均相共沸物）二元非均相共沸物除考慮汽液平衡外，還要考慮液液平衡。除考慮汽液平

4、衡外，還要考慮液液平衡。在共沸點(diǎn)，一個(gè)氣相和兩個(gè)液相成平衡。在共沸點(diǎn)，一個(gè)氣相和兩個(gè)液相成平衡。聯(lián)立求解上述三式，可得到共沸溫度（共沸壓力）聯(lián)立求解上述三式，可得到共沸溫度（共沸壓力）和液相組成。和液相組成。計(jì)算方程：計(jì)算方程： IIIIIIxx1111IIIIIIxx)1 ()1 (1212校核方程：校核方程： IIsIIsxPxPP)1 (122111ALL1+L2tx (y)BVL+VL+V液液液平衡液平衡82、三元系、三元系計(jì)算方程：計(jì)算方程：132312ssPP1221ssPP2332ssPP1331333222111xPxPxPPsss校核方程：校核方程：p45頁2.6共沸系統(tǒng) 9

5、Azeotropic distillationWithout a solventWith a solventPressure-swing distillationHeterogeneous azeotropic distillationHomogeneous azeotropic distillationHeterogeneous azeotropic distillation二、共沸精餾流程二、共沸精餾流程10按是否加入共沸劑可分為：按是否加入共沸劑可分為：不加共沸劑不加共沸劑變壓共沸精餾變壓共沸精餾設(shè)有分層器的二元非均相共沸精餾設(shè)有分層器的二元非均相共沸精餾加入共沸劑加入共沸劑均相共沸精餾

6、均相共沸精餾非均相共沸精餾非均相共沸精餾11Case 1：不加溶劑（共沸劑）：不加溶劑（共沸劑）1-1 設(shè)有分層器的二元非均相共沸精餾設(shè)有分層器的二元非均相共沸精餾原理原理 若形成非均相共沸物，塔頂?shù)玫饺粜纬煞蔷喙卜形铮數(shù)玫焦卜形锝?jīng)冷共沸物經(jīng)冷凝分層變成兩個(gè)組成不同的液相，兩液相組成凝分層變成兩個(gè)組成不同的液相，兩液相組成偏離共沸組成偏離共沸組成，則可以不加共沸劑采用兩個(gè)塔，則可以不加共沸劑采用兩個(gè)塔聯(lián)合操作便可獲得兩個(gè)純產(chǎn)品，完成混合物的聯(lián)合操作便可獲得兩個(gè)純產(chǎn)品，完成混合物的分離。分離。 12冷凝器冷凝器分層器分層器 相相 相相A，BBA進(jìn)料位置：進(jìn)料位置：（1）xFxx，在，在2塔

7、進(jìn)料；塔進(jìn)料；（3）xxFx，分層器進(jìn)料。，分層器進(jìn)料。 xAxA 13實(shí)例：正丁醇實(shí)例：正丁醇- -水二元非均相共沸體系水二元非均相共沸體系141-2 變壓（雙壓）共沸精餾變壓（雙壓）共沸精餾原理原理 壓力壓力變化明顯影響共沸組成變化明顯影響共沸組成，即同一物系的共沸溫度和組成，即同一物系的共沸溫度和組成隨壓力的不同而異，壓力上升時(shí)，共沸組成向摩爾汽化潛熱大隨壓力的不同而異，壓力上升時(shí)，共沸組成向摩爾汽化潛熱大的組分移動(dòng)。的組分移動(dòng)。三、共沸精餾流程三、共沸精餾流程（一）雙壓精餾（一）雙壓精餾如果壓力變化明顯影響共沸組成，則采用兩不同壓如果壓力變化明顯影響共沸組成，則采用兩不同壓力操作的雙塔

8、流程，可實(shí)現(xiàn)二元共沸物完全分離。力操作的雙塔流程，可實(shí)現(xiàn)二元共沸物完全分離。 圖圖3-31 雙壓精餾流程雙壓精餾流程（1）進(jìn)料中甲乙酮含量）進(jìn)料中甲乙酮含量xF65%低低 壓壓 塔塔高高 壓壓 塔塔50%65%10K。 （2）新共沸物所含共沸劑的量要小，以減少共）新共沸物所含共沸劑的量要小，以減少共沸劑用量、節(jié)省能耗和降低設(shè)備投資。沸劑用量、節(jié)省能耗和降低設(shè)備投資。（3）新共沸物最好為非均相共沸物，便于用分層）新共沸物最好為非均相共沸物，便于用分層方方 法分離，使共沸劑易于回收。法分離，使共沸劑易于回收。（4）有較好的物理、化學(xué)性能。）有較好的物理、化學(xué)性能。 24二元共沸體系選擇共沸劑的必要

9、條件：二元共沸體系選擇共沸劑的必要條件：（1）對(duì)于二元最低共沸物系，共沸劑應(yīng)該是一）對(duì)于二元最低共沸物系，共沸劑應(yīng)該是一個(gè)低沸點(diǎn)組分或形成新的二元或三元最低共沸物個(gè)低沸點(diǎn)組分或形成新的二元或三元最低共沸物的組分；的組分；（2）對(duì)于二元最高共沸物系，共沸劑應(yīng)該是一）對(duì)于二元最高共沸物系，共沸劑應(yīng)該是一個(gè)高沸點(diǎn)組分或形成新的二元或三元最高共沸個(gè)高沸點(diǎn)組分或形成新的二元或三元最高共沸物的組分。物的組分。252、共沸劑的回收、共沸劑的回收 冷凝后分層冷凝后分層 過冷后分層過冷后分層變壓精餾變壓精餾萃取萃取 鹽析鹽析 四、共沸精餾的計(jì)算四、共沸精餾的計(jì)算26 共沸物精餾體系非理想性強(qiáng)、組分共沸物精餾體系

10、非理想性強(qiáng)、組分多、變量多，不宜使用簡(jiǎn)捷法，而嚴(yán)多、變量多，不宜使用簡(jiǎn)捷法，而嚴(yán)格計(jì)算也變得非常復(fù)雜。格計(jì)算也變得非常復(fù)雜。往往需要借助一些計(jì)算軟件，如往往需要借助一些計(jì)算軟件，如ASPEN PLUS軟件，來進(jìn)行設(shè)計(jì)。軟件，來進(jìn)行設(shè)計(jì)。五、共沸精餾與萃取精餾比較五、共沸精餾與萃取精餾比較27共同點(diǎn)：共同點(diǎn)：基本原理相同，都是通過加入適量基本原理相同，都是通過加入適量的質(zhì)量分離劑，改變組分之間的相的質(zhì)量分離劑，改變組分之間的相互作用，增大組分的揮發(fā)度差異，互作用，增大組分的揮發(fā)度差異，實(shí)現(xiàn)精餾分離。實(shí)現(xiàn)精餾分離。五、共沸精餾與萃取精餾比較五、共沸精餾與萃取精餾比較28不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：（1）共沸精

11、餾中加入的共沸劑必須與原溶液中的一）共沸精餾中加入的共沸劑必須與原溶液中的一個(gè)或幾個(gè)組分形成共沸物，而萃取精餾中的溶劑無個(gè)或幾個(gè)組分形成共沸物，而萃取精餾中的溶劑無此限制，共沸劑的選擇范圍相對(duì)較窄；此限制，共沸劑的選擇范圍相對(duì)較窄；（2）共沸精餾中共沸劑以汽態(tài)離塔，消耗的潛熱較）共沸精餾中共沸劑以汽態(tài)離塔，消耗的潛熱較多，萃取精餾中萃取劑基本不變化，因此共沸精餾多，萃取精餾中萃取劑基本不變化，因此共沸精餾的能耗一般比萃取精餾大；的能耗一般比萃取精餾大；（3）在同樣壓力下，共沸精餾的操作溫度通常比萃）在同樣壓力下，共沸精餾的操作溫度通常比萃取精餾低，故共沸精餾更適用于分離熱敏性物料；取精餾低，故

12、共沸精餾更適用于分離熱敏性物料；（4）共沸精餾可連續(xù)操作，也可間歇操作，萃取精）共沸精餾可連續(xù)操作，也可間歇操作，萃取精餾一般只能連續(xù)操作。餾一般只能連續(xù)操作。Activity Models for Binary SystemspMargules equations（two-constant） This is an semiempirical model for binary solution behaviour. A12 and A21 are constants for a given system.221122121211221122212ln2lnxAAAxxAAAx優(yōu)點(diǎn)：表達(dá)式簡(jiǎn)單，

13、適用于非理想體系（包括部分互溶體系）優(yōu)點(diǎn)：表達(dá)式簡(jiǎn)單，適用于非理想體系（包括部分互溶體系）局限：無多元相互作用參數(shù)時(shí)，不能用于多元體系。局限：無多元相互作用參數(shù)時(shí)，不能用于多元體系。pVan Laar equations （two-constant）:pWilson equations （two-constant）:211222121222211121211ln1lnxAxAAxAxAA211221122112121122211221122112212211lnlnlnlnxxxxxxxxxxxxxx優(yōu)點(diǎn)：表達(dá)式簡(jiǎn)單，適用于非理想優(yōu)點(diǎn)：表達(dá)式簡(jiǎn)單，適用于非理想體系。體系。局限：無多元相互作用參

14、數(shù)時(shí)，不局限：無多元相互作用參數(shù)時(shí)，不能用于多元體系。能用于多元體系。優(yōu)點(diǎn)：表達(dá)式較為簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)：表達(dá)式較為簡(jiǎn)單局限：不能直接用于液液平衡。局限：不能直接用于液液平衡。Activity Models for Binary SystemspNRTL（three-constant）: , b12, b21 are specific to a pair of speciesRTbRTbGGGxxGGxxGxGxxGGxxGx2121121221211212221212121212121212212212121212221212121221)exp()exp(lnln優(yōu)點(diǎn)：適用于二元和多元?dú)庖浩胶夂鸵阂簝?yōu)點(diǎn)：適用于二元和多元?dú)庖浩胶夂鸵阂浩胶怏w系（特別是含水體系）。平衡體系（特別是含水體系）。缺點(diǎn)：需要三個(gè)參數(shù)。缺點(diǎn)：需要三個(gè)參數(shù)。Activity Models for Binary SystemspUNIQUAC（two-constant）: Universal Quasichemical優(yōu)點(diǎn)：兩參數(shù)方程，僅需二元參數(shù)和純組分?jǐn)?shù)據(jù)即可估算多元?dú)鈨?yōu)點(diǎn)：兩參數(shù)方程，僅