特殊精餾-恒沸精餾

1、序言序言普通精餾，特殊精餾普通精餾，特殊精餾加入其它組分使精餾變得復(fù)雜，加入其它組分使精餾變得復(fù)雜，還為什么用特殊精餾呢還為什么用特殊精餾呢?1)丁烯和二丁烯的分離丁烯和二丁烯的分離常壓沸點：丁烯，常壓沸點：丁烯，-6.26；二丁烯，；二丁烯，-4.4003. 144CC若進料各占若進料各占50%，塔頂要求得到丁烯為，塔頂要求得到丁烯為99%的的產(chǎn)品，塔釜要求得到產(chǎn)品，塔釜要求得到99%丁二烯產(chǎn)品，則：丁二烯產(chǎn)品，則：Nm=318塊塊Rm=65.3R=3Rm N=916塊塊解決方法：解決方法：乙腈為萃取劑，濃度為乙腈為萃取劑，濃度為0.8=1.79Nm=14.7Rm=2.462)乙醇和水的分離

2、乙醇和水的分離 1lglgirWixrxDrxixmNmN1,ri11mCiiiiRxDmR1,ri解決方法：解決方法：苯為恒沸劑。苯為恒沸劑。一般以下情況之一可考慮采用特殊精餾一般以下情況之一可考慮采用特殊精餾被分離的混合物沸點差極小，一般認為小于被分離的混合物沸點差極小，一般認為小于3oC時時生成恒沸物的物系生成恒沸物的物系組分之間的相對揮發(fā)度組分之間的相對揮發(fā)度12=1.05時時物料在精餾條件下，易分解，易聚合的物系物料在精餾條件下，易分解，易聚合的物系恒沸精餾，萃取精餾，水蒸氣精餾和分子精餾恒沸精餾，萃取精餾，水蒸氣精餾和分子精餾3.2 恒沸精餾恒沸精餾定義：加入溶劑定義：加入溶劑S后

3、，其可以與原溶液中某一組分或幾個組分后，其可以與原溶液中某一組分或幾個組分形成最低（或最高）恒沸物從塔頂蒸出的精餾以增大原組分形成最低（或最高）恒沸物從塔頂蒸出的精餾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產(chǎn)品，最后將恒沸劑與組分分離。一、恒沸物一、恒沸物1、恒沸物的定義：、恒沸物的定義：在一定壓力下，平衡的汽在一定壓力下，平衡的汽-液兩相組成相同，沸點液兩相組成相同，沸點溫度始終不變的溶液，也叫共沸物。溫度始終不變的溶

4、液，也叫共沸物。一、恒沸物一、恒沸物1、恒沸物的定義：、恒沸物的定義：根據(jù)相律：根據(jù)相律：F=C-+2-特殊的條件限制數(shù)特殊的條件限制數(shù)對于二元恒沸溶液，限制條件為：對于二元恒沸溶液，限制條件為：y1=x1 , y2=x2僅有一個限制條件。僅有一個限制條件。故：故：F=2-2+2-1=固定壓力或者固定溫度，整個系統(tǒng)就被固定了。固定壓力或者固定溫度，整個系統(tǒng)就被固定了。如：水和甲苯，如：水和甲苯，t沸水沸水=100oC, t沸甲苯沸甲苯=110.8oC,當(dāng)當(dāng) x水水=0.444, x甲苯甲苯=0.556時，共沸溫度為時，共沸溫度為84.1oC如：水和乙醇，如：水和乙醇，t沸水沸水=100oC,

5、t沸乙醇沸乙醇=78.4oC,當(dāng)當(dāng) x水水=0.106, x甲苯甲苯=0.894時，共沸溫度為時，共沸溫度為78.15oC一、恒沸物一、恒沸物2、恒沸物的分類：、恒沸物的分類：按恒沸物溫度，可分為最高恒沸物和最低恒沸物。按恒沸物溫度，可分為最高恒沸物和最低恒沸物。按恒沸物狀態(tài)，可分為均相恒沸物和非均相恒沸物按恒沸物狀態(tài)，可分為均相恒沸物和非均相恒沸物最低恒沸物為：最低恒沸物為：t恒沸恒沸 t1沸沸 t2沸沸最低恒沸物為：最低恒沸物為：t恒沸恒沸 t1沸沸 t2沸沸 t1沸沸如：苯酚和苯甲醛，如：苯酚和苯甲醛，t沸苯酚沸苯酚=182oC, t沸苯甲醛沸苯甲醛=179oC,當(dāng)當(dāng) x苯酚苯酚=0.4

6、6, x苯甲醛苯甲醛=0.54時，時， t共沸共沸= 185.6oC最高恒沸物最高恒沸物最最低低恒恒沸沸物物硝酸水溶液的相圖硝酸水溶液的相圖乙醇水溶液的相圖乙醇水溶液的相圖 均相恒沸物均相恒沸物為組成完全相同的單相溶液，如乙醇和水恒沸物。為組成完全相同的單相溶液，如乙醇和水恒沸物。若若i1,即即pi Pioxi ,分子間斥力大于引力，易形成最低分子間斥力大于引力，易形成最低恒沸物恒沸物若若i1,即即pi Pioxi ,分子間斥力小于引力，易形成最高分子間斥力小于引力，易形成最高恒沸物恒沸物非均相恒沸物非均相恒沸物為組成各不相同的兩相或兩相以上構(gòu)成的恒沸物，為組成各不相同的兩相或兩相以上構(gòu)成的恒

7、沸物，如苯和水物系。如苯和水物系。當(dāng)溶液中分子間斥力相當(dāng)大時，互溶當(dāng)溶液中分子間斥力相當(dāng)大時，互溶性降低，即可形成非均相恒沸溶液，性降低，即可形成非均相恒沸溶液，形成非均相恒沸溶液時，由于是斥力形成非均相恒沸溶液時，由于是斥力大而造成的，所以非均相恒沸物都為大而造成的，所以非均相恒沸物都為最低恒沸物。最低恒沸物。非均相恒沸物都為最低恒沸物非均相恒沸物都為最低恒沸物非均相恒沸物的非均相恒沸物的T-x-y，y-x 如下，以正丁醇和水為例。如下，以正丁醇和水為例。對于二元體系，三相共存時，對于二元體系，三相共存時，F(xiàn)=C-+2=2-3+2=13、生成恒沸物的條件、生成恒沸物的條件二元體系二元體系生成

8、恒沸物時：生成恒沸物時：y1 = x1 , y2 = x2 K1=1 , K2=1 又因為又因為pi= yi P , 理想氣體理想氣體 pi= pio xi i 非理想液體非理想液體jojioijiijppkk在很恒沸時，在很恒沸時，ij =1生成恒沸物的條件：生成恒沸物的條件： 12 =1或者或者p1o 1 = = p2o 2 y1 = x1 , y2 = x2 三元體系三元體系3、生成恒沸物的條件、生成恒沸物的條件生成恒沸物時：生成恒沸物時：y1 = x1 , y2 = x2 , y3 = x3 K1=1 , K2=1 同理可得：同理可得： 12 = 13 = 23 =1注意：若沸點差大于

9、注意：若沸點差大于30oC時，一般不會形時，一般不會形成恒沸物成恒沸物3、生成恒沸物的計算、生成恒沸物的計算試求總壓力試求總壓力86.70kPa時，氯仿時，氯仿(1)-乙醇乙醇(2)恒沸組成與恒沸溫度。已知：恒沸組成與恒沸溫度。已知： （1） ( 2 );66. 159. 0(ln1221xx);66. 142. 1 (ln2212xx;2270 .116302818. 6ln01tp;48.23105.165233827. 7ln02tp解：在恒沸點時，解：在恒沸點時，由由(1)得得設(shè)設(shè)t=55.8，由式，由式(2)得：得：計算所得壓力和給定壓力基本一致。計算所得壓力和給定壓力基本一致。;0

10、10221pp;1102110121xpxpppp;66. 159. 042. 1ln21222112xxxx212221020166. 159. 042. 1lnxxxxpp;112xx59. 048. 049. 2ln1210201xxpp;691.38,363.820201kPapkPap59. 048. 049. 2691.38363.82ln2221xx;1622. 08378. 021xx，解得;2428. 20535. 121，解得;1622. 02428. 2691.388378. 00535. 1363.821102110121xpxpppp代入;771.86kPa4、三元恒

11、沸物的相圖、三元恒沸物的相圖 圖中曲線圖中曲線1，2，37為等泡點線，為等泡點線，溫度順序以曲線順序遞增，即溫度順序以曲線順序遞增，即t1 t2 t3 t7等泡點線與三條邊任何一條邊相切等泡點線與三條邊任何一條邊相切均可得到一個二元恒沸物，如圖均可得到一個二元恒沸物，如圖7-8中中m1,m2,m3三個點即為三個二元恒沸物。三個點即為三個二元恒沸物。三個二元恒沸物都是最低恒沸物，三個二元恒沸物都是最低恒沸物，且且tm3 tm2 tm1等泡點線在圖中縮為一點時，為三等泡點線在圖中縮為一點時，為三元恒沸物，圖中元恒沸物，圖中m點，且點，且tm tm3 tm2H2PP+Px1x1”x1Px1” x1y

12、1P+PH1 10 oCH恒沸劑恒沸劑 ，S量量易回收，最好生成非均相恒沸物易回收，最好生成非均相恒沸物來源充足，價格低廉來源充足，價格低廉無毒，無腐蝕，穩(wěn)定性好，能長無毒，無腐蝕，穩(wěn)定性好，能長期使用。期使用。二、恒沸物的選擇及沸點的預(yù)測二、恒沸物的選擇及沸點的預(yù)測2、恒沸劑的預(yù)測：、恒沸劑的預(yù)測：一是現(xiàn)已有較細的共沸物系表，包括方案中具一是現(xiàn)已有較細的共沸物系表，包括方案中具有最低和數(shù)個最高恒沸數(shù)據(jù)，可查手冊得到；有最低和數(shù)個最高恒沸數(shù)據(jù)，可查手冊得到；二是若手冊查不到，工業(yè)設(shè)計估算不行的，需二是若手冊查不到，工業(yè)設(shè)計估算不行的，需要進行實驗得出數(shù)據(jù)要進行實驗得出數(shù)據(jù)三是若需要估算，用物理

13、化學(xué)，化工熱力學(xué)及三是若需要估算，用物理化學(xué)，化工熱力學(xué)及講過的內(nèi)容就可以進行。講過的內(nèi)容就可以進行。P89,恒沸劑的選擇恒沸劑的選擇三、恒沸精餾流程三、恒沸精餾流程三、恒沸精餾流程三、恒沸精餾流程1、塔頂為非均相恒沸物的流程、塔頂為非均相恒沸物的流程恒沸精餾塔恒沸精餾塔溶劑回收塔溶劑回收塔F+S二元共沸物二元共沸物組分組分2組分組分1三、恒沸精餾流程三、恒沸精餾流程1、塔頂為非均相恒沸物的流程、塔頂為非均相恒沸物的流程硝基甲烷為恒沸劑分離甲苯烷烴的流程硝基甲烷為恒沸劑分離甲苯烷烴的流程 三、恒沸精餾流程三、恒沸精餾流程1、塔頂為非均相恒沸物的流程、塔頂為非均相恒沸物的流程三、恒沸精餾流程三、

14、恒沸精餾流程2、塔頂為均相恒沸物的流程、塔頂為均相恒沸物的流程甲甲醇醇回回收收塔塔甲甲醇醇萃萃取取塔塔恒恒沸沸精精餾餾塔塔甲甲醇醇精精餾餾塔塔烷烴烷烴甲苯甲苯 S甲甲醇醇甲醇甲醇+甲苯甲苯甲醇甲醇+水水水水甲醇甲醇甲醇甲醇+烷烴烷烴恒沸物恒沸物純烷烴純烷烴甲苯甲苯甲醇甲醇三、恒沸精餾流程三、恒沸精餾流程2、塔頂為均相恒沸物的流程、塔頂為均相恒沸物的流程 v乙醇水溶液共沸點：乙醇水溶液共沸點：78.15；共沸組成：乙醇；共沸組成：乙醇 0.894；水水 0.106。v乙醇水苯共沸點：乙醇水苯共沸點：64.6；共沸組成：乙醇；共沸組成：乙醇 0.23；水水 0.226；苯；苯 0.544。v在較低

15、溫度下，苯與乙醇、水不互溶而分層，可將苯分在較低溫度下，苯與乙醇、水不互溶而分層，可將苯分離出來。離出來。三、恒沸精餾流程三、恒沸精餾流程3、生成三元非均相恒沸物的流程、生成三元非均相恒沸物的流程三、恒沸精餾流程三、恒沸精餾流程3、生成三元非均相恒沸物的流程、生成三元非均相恒沸物的流程上層苯相苯： 0.745乙醇：0.217少量水下層水相苯： 0.0428乙醇：0.35其余為水三元恒沸物：苯： 0.539乙醇：0.228水： 0.233沸點：64.85三、恒沸精餾流程三、恒沸精餾流程4、恒沸劑引入位置、恒沸劑引入位置恒恒 沸劑加入位置的選擇原則沸劑加入位置的選擇原則:要使整個塔每塊板上均要保持

16、恒沸劑有一定濃度。要使整個塔每塊板上均要保持恒沸劑有一定濃度。塔釜料液中恒沸劑的含量盡可能少。塔釜料液中恒沸劑的含量盡可能少。恒沸劑引入位置：恒沸劑引入位置：若的沸點比組分和組分的沸點高，可在塔頂部加入。若的沸點比組分和組分的沸點高，可在塔頂部加入。若的沸點比組分和組分的沸點低，可分兩部分加若的沸點比組分和組分的沸點低，可分兩部分加入，一般是進料和提餾段中部某處各加入，一般是進料和提餾段中部某處各加50%。若恒沸劑若恒沸劑S與組分和組分均生成二元恒沸物，與組分和組分均生成二元恒沸物，S可在塔可在塔的任何部位加入，一般不采用此種溶劑。的任何部位加入，一般不采用此種溶劑。三、恒沸精餾流程三、恒沸精

17、餾流程4、恒沸劑引入位置、恒沸劑引入位置以丁酮為恒沸劑，恒沸精餾分離正庚烷以丁酮為恒沸劑，恒沸精餾分離正庚烷甲苯溶液甲苯溶液正庚烷正庚烷 98.4oC甲苯甲苯 110.8oC丁酮丁酮 79.6oC丁酮和正庚烷生成最丁酮和正庚烷生成最低恒沸物，低恒沸物，77oC一般是進料和提餾段中部某處各加一般是進料和提餾段中部某處各加50%四、恒沸精餾的簡捷計算四、恒沸精餾的簡捷計算1、恒沸劑用量及全塔物料衡算、恒沸劑用量及全塔物料衡算確定恒沸劑用量的原則：確定恒沸劑用量的原則：保證恒沸劑與被分離組分形成恒沸物的需要。保證恒沸劑與被分離組分形成恒沸物的需要。S太少，不夠完全形成恒沸物。太少，不夠完全形成恒沸物

18、。S太多，太多， 可能從塔頂蒸出，消耗能量，可能從塔頂蒸出，消耗能量， 或從塔釜采出，降低塔釜產(chǎn)品濃度?；驈乃沙?，降低塔釜產(chǎn)品濃度。怎么確定怎么確定S的用量的用量?四、恒沸精餾的簡捷計算四、恒沸精餾的簡捷計算1、恒沸劑用量及全塔物料衡算、恒沸劑用量及全塔物料衡算進料量及進料組成進料量及進料組成F, xF1 , xF2恒沸組成恒沸組成 xS1(D)塔釜采出純組分塔釜采出純組分2，xW2(W)恒沸劑為純恒沸劑為純S, xS已已知知條條件件(1)圖解法圖解法(三角相圖三角相圖) 1W2SsDFM1、恒沸劑用量及全塔物料衡算、恒沸劑用量及全塔物料衡算SF線，線，M必在此線上。必在此線上。S+F=M

19、D+W=M物料物料平衡平衡杠桿規(guī)則杠桿規(guī)則M必在必在DW線上。線上。FS代表代表M , FM代表代表S , SM代表代表F根據(jù)杠桿規(guī)則根據(jù)杠桿規(guī)則有：有：SMFMFSSMFMFS 求出求出(1)圖解法圖解法(三角相圖三角相圖) 1、恒沸劑用量及全塔物料衡算、恒沸劑用量及全塔物料衡算對對i組分組分D+W=MDxDi+WxWi=MxMi兩式聯(lián)立得兩式聯(lián)立得wiDiWiMixxxxMDW=F-D求出求出很少用？很少用？該法用尺量會出現(xiàn)各方面的該法用尺量會出現(xiàn)各方面的誤差。誤差。不便于使用電子計算機求解。不便于使用電子計算機求解。需畫準(zhǔn)確的三角相圖。需畫準(zhǔn)確的三角相圖。(2)解析法解析法 1、恒沸劑用

20、量及全塔物料衡算、恒沸劑用量及全塔物料衡算總物料平衡：總物料平衡：D+W=F+S對組分對組分1： DxD1+WxW1=FxF1+SxS1對組分對組分2： DxD2+WxW2=FxF2+SxS2求出求出S,D,W設(shè)：塔頂為組分設(shè)：塔頂為組分1和和S,塔釜為純組分塔釜為純組分2。條件條件實際，實際，P92簡化：簡化：總物料平衡：總物料平衡：D+W=F+S對組分對組分1： DxD1=FxF1對組分對組分2： WxW2=FxF22、建立操作線方程、建立操作線方程方法：在假設(shè)為恒分子流的條件下，對精餾段和提餾段方法：在假設(shè)為恒分子流的條件下，對精餾段和提餾段進行物料衡算。進行物料衡算。精餾段：精餾段：D

21、iinDiinnixRxRRxVDxVLy11111提餾段：提餾段：wiimWiimmixwqFLwxwqFLqFLxVWxVLy11L/V, R3、回流比的確定、回流比的確定二元精餾，用二元精餾，用y-x圖求出圖求出Rm，乘以適當(dāng)系數(shù)后可得，乘以適當(dāng)系數(shù)后可得到適宜回流比到適宜回流比R。普通多元精餾，可普通多元精餾，可Underwood公式求出公式求出Rm，然后乘，然后乘以適當(dāng)系數(shù)得到以適當(dāng)系數(shù)得到R。僅適用于僅適用于在全塔范圍內(nèi)變化不大的場合。在全塔范圍內(nèi)變化不大的場合。恒沸精餾恒沸精餾采用內(nèi)回流比校核方法。采用內(nèi)回流比校核方法。喂，恒沸精餾怎喂，恒沸精餾怎么算啊？么算?。?3、回流比的確

22、定、回流比的確定采用試差法確定采用試差法確定Rm，設(shè)一系列，設(shè)一系列R，利用逐級法求出一，利用逐級法求出一系列系列N，繪制，繪制R-N圖，由圖得圖，由圖得N為為時，時，R為為Rm4、恒沸精餾理論板數(shù)計算、恒沸精餾理論板數(shù)計算vnnn+1Ln+1苯苯WW乙醇乙醇已知：已知：89. 0FAx11. 0FHx%01. 0BWx%1 . 0HWx%01. 0AWx25. 1VLVL1q解：步驟解：步驟1、按工藝條件進行產(chǎn)物分布建立操作線方程；、按工藝條件進行產(chǎn)物分布建立操作線方程；2、平衡關(guān)系、平衡關(guān)系3、逐板計算、逐板計算1、建立操作線曲線、建立操作線曲線 F=100 kmol/hrWWF89001

23、. 0999. 0WW乙醇乙醇hrkmolW/1 .89hrkmolW/9 .10 物料分布物料分布操作線方程操作線方程25. 1VLWVLhrkmolV/4 .356hrkmolL/5 .4451qVVVmm1提餾段操作方程提餾段操作方程iWimimxVWxVLy, 1,iWimxx, 14 .3561 .894 .3565 .445iWimimxyx, 12 . 08 . 0wi_im_mixWLWxWLLy1精餾段操作方程精餾段操作方程iWininxyx, 1032. 0032. 1hkmolVV/4 .356 WnnxWxLyV11q5 .3459 .104 .356WVLDiinniDxLxVy12、平衡關(guān)系、平衡關(guān)系iiriirixxyiiiiixkxkyiriiriixkkxkkyiiixky 1iixk3