第3章多組分精餾化學(xué)分離工程

1、13 3 多組分精餾和特殊精餾多組分精餾和特殊精餾(Chapter3 Multicomponent rectification and special rectification)分離工程分離工程( (Separation Engineering) 23.1 3.1 多組分精餾過程多組分精餾過程3.2 3.2 萃取精餾和共沸精餾萃取精餾和共沸精餾3.3 3.3 反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾3.4 3.4 加鹽精餾加鹽精餾重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握掌握掌握 了解了解掌握掌握3液體混合物的汽化液體混合物的汽化氣體混合物的冷凝氣體混合物的冷凝多個(gè)多個(gè)單級(jí)平衡分離過程單級(jí)平衡分離過程的串聯(lián)，簡(jiǎn)稱的串聯(lián)，簡(jiǎn)稱精餾精餾。4多個(gè)

2、單級(jí)平衡分離過程的串聯(lián)，簡(jiǎn)稱精餾。多個(gè)單級(jí)平衡分離過程的串聯(lián)，簡(jiǎn)稱精餾。5精餾分離原理精餾分離原理 利用混合物中利用混合物中各組分的相對(duì)揮發(fā)度不同各組分的相對(duì)揮發(fā)度不同，采，采用用液體多次部分汽化、蒸汽多次部分冷凝液體多次部分汽化、蒸汽多次部分冷凝，實(shí)，實(shí)現(xiàn)汽液間的傳質(zhì)過程，使汽現(xiàn)汽液間的傳質(zhì)過程，使汽-液相間濃度發(fā)生液相間濃度發(fā)生變化，并變化，并結(jié)合回流手段結(jié)合回流手段，使各組分到達(dá)分離的，使各組分到達(dá)分離的目的。目的。6FN Na a= =串級(jí)數(shù)串級(jí)數(shù)(2)(2)分配器分配器(1)(1)側(cè)線側(cè)線 采出采出(0)(0)傳熱單元傳熱單元(2)= 5(2)= 5對(duì)于對(duì)于設(shè)計(jì)型計(jì)算設(shè)計(jì)型計(jì)算5 5

3、個(gè)可調(diào)設(shè)計(jì)變量：個(gè)可調(diào)設(shè)計(jì)變量：（1 1）進(jìn)料位置；（）進(jìn)料位置；（2 2）回流比；）回流比；（3 3）回流溫度）回流溫度n對(duì)于多組分精餾，待定設(shè)計(jì)變量數(shù)仍是對(duì)于多組分精餾，待定設(shè)計(jì)變量數(shù)仍是2 2，所以，所以只只能指定兩個(gè)組分的濃度能指定兩個(gè)組分的濃度，其他組分的濃度則相應(yīng)確定。，其他組分的濃度則相應(yīng)確定。設(shè)計(jì)變量分析：設(shè)計(jì)變量分析：）（4） （5）7一、基本概念一、基本概念 1 1、關(guān)鍵組分（、關(guān)鍵組分（Key ComponentsKey Components） 由由設(shè)計(jì)者指定分離要求的那兩個(gè)組分設(shè)計(jì)者指定分離要求的那兩個(gè)組分稱為稱為關(guān)鍵組關(guān)鍵組 分分。( (在精餾中起關(guān)鍵作用的組分在精餾

4、中起關(guān)鍵作用的組分) ) 其中：相對(duì)易揮發(fā)的組分稱為其中：相對(duì)易揮發(fā)的組分稱為輕關(guān)鍵組分（輕關(guān)鍵組分（LKLK） 相對(duì)不易揮發(fā)的組分稱為相對(duì)不易揮發(fā)的組分稱為重關(guān)鍵組分（重關(guān)鍵組分（HKHK）多組分精餾物系多組分精餾物系組分組成組分組成輕非關(guān)鍵組分輕非關(guān)鍵組分（LNKLNK）（輕組分）（輕組分）輕關(guān)鍵組分（輕關(guān)鍵組分（LKLK）中間組分中間組分 重關(guān)鍵組分（重關(guān)鍵組分（HKHK）重非關(guān)鍵組分重非關(guān)鍵組分（HNKHNK）（重組分）（重組分）任務(wù)任務(wù)82 2、清晰分割與非清晰分割、清晰分割與非清晰分割 清晰分割：清晰分割：塔頂餾出液中除重關(guān)鍵組分外，沒有其塔頂餾出液中除重關(guān)鍵組分外，沒有其他重組分

5、，塔釜液中除輕關(guān)鍵組分外沒有其他輕組他重組分，塔釜液中除輕關(guān)鍵組分外沒有其他輕組分。分。輕組分全部從塔頂采出，重組分全部從塔釜采出。輕組分全部從塔頂采出，重組分全部從塔釜采出。輕組分在塔頂產(chǎn)品的回收率為輕組分在塔頂產(chǎn)品的回收率為1 1，重組分在塔釜產(chǎn)品，重組分在塔釜產(chǎn)品的回收率為的回收率為1 1。非清晰分割：非清晰分割：各組分在塔頂、塔釜都可能存在。各組分在塔頂、塔釜都可能存在。RETURN93、特點(diǎn)：特點(diǎn)：k kk k10115、注意：注意：同一組分，規(guī)同一組分，規(guī)定了一端的回收率，定了一端的回收率，另一端的不能規(guī)定，另一端的不能規(guī)定，不能重復(fù)規(guī)定！不能重復(fù)規(guī)定！通過物料衡算，確定塔頂和塔通

6、過物料衡算，確定塔頂和塔底其他各組分的組成，計(jì)算方底其他各組分的組成，計(jì)算方法：法：12二、多組分精餾過程的特點(diǎn)二、多組分精餾過程的特點(diǎn)( (與二組分精餾過程比較與二組分精餾過程比較) )主要從主要從求解方法、塔內(nèi)流率分布、溫度分布、組成求解方法、塔內(nèi)流率分布、溫度分布、組成分布分布對(duì)多組分精餾過程的特點(diǎn)進(jìn)行分析。對(duì)多組分精餾過程的特點(diǎn)進(jìn)行分析。求解方法求解方法 對(duì)于對(duì)于二組分精餾二組分精餾，設(shè)計(jì)變量被確定后，可從任一端，設(shè)計(jì)變量被確定后，可從任一端出發(fā)，作逐板計(jì)算，出發(fā)，作逐板計(jì)算，無需試差。無需試差。 對(duì)于對(duì)于多組分精餾多組分精餾，由于不能指定全部組成，所以需，由于不能指定全部組成，所以需

7、先假設(shè)一端的組成，再通過反復(fù)先假設(shè)一端的組成，再通過反復(fù)試差求解試差求解。塔內(nèi)流率分布、溫度分布、組成分布很復(fù)雜。塔內(nèi)流率分布、溫度分布、組成分布很復(fù)雜。13二組分精餾汽液流率分布二組分精餾汽液流率分布三組分精餾汽液流率分布三組分精餾汽液流率分布在進(jìn)料板處液體流率有突變，其在進(jìn)料板處液體流率有突變，其他各板的摩爾流率基本為常數(shù)。他各板的摩爾流率基本為常數(shù)。汽、液流量有一定的變化，但汽液汽、液流量有一定的變化，但汽液比接近于常數(shù)。比接近于常數(shù)。苯苯- -甲苯甲苯- -異丙苯物系異丙苯物系苯苯- -甲苯物系甲苯物系相對(duì)流率相對(duì)流率(mol/mol 餾出液餾出液) 流率分布流率分布14 溫度分布：溫

8、度分布： 二組分精餾溫度分布二組分精餾溫度分布三組分精餾溫度分布三組分精餾溫度分布在兩段的兩端、進(jìn)料位在兩段的兩端、進(jìn)料位置變化快，但中間段變置變化快，但中間段變化慢?；Ｔ趦啥蔚膬啥?、進(jìn)在兩段的兩端、進(jìn)料位置變化慢，但料位置變化慢，但兩段的中間段變化兩段的中間段變化快?？臁?？苯苯- -甲苯甲苯- -異丙苯物系異丙苯物系苯苯- -甲苯物系甲苯物系提餾段提餾段精餾段精餾段 溫度分布：溫度分布：從再沸器到冷凝器呈單調(diào)下降趨勢(shì)從再沸器到冷凝器呈單調(diào)下降趨勢(shì)15組成分布組成分布( (濃度濃度) )：輕組分從塔釜到塔頂單調(diào)上升趨勢(shì)輕組分從塔釜到塔頂單調(diào)上升趨勢(shì)二組分精餾組成分布二組分精餾組成分布苯甲苯

9、物系苯甲苯物系二組分精餾溫度分布二組分精餾溫度分布精餾塔內(nèi)每一精餾塔內(nèi)每一平衡級(jí)溫度？平衡級(jí)溫度？組成分布組成分布( (濃度濃度) )： 16圖圖3-4 3-4 苯苯- -甲苯甲苯- -異丙苯精餾塔內(nèi)液相濃度分布異丙苯精餾塔內(nèi)液相濃度分布(1)(1)進(jìn)料板處進(jìn)料板處各組分都各組分都有一定的數(shù)量有一定的數(shù)量(2)HNK(2)HNK濃度分布濃度分布：進(jìn)：進(jìn)料板至料板至2 2區(qū)恒濃、區(qū)恒濃、 1 1區(qū)區(qū)迅速上升、在再沸器中迅速上升、在再沸器中最高、最高、3 3區(qū)迅速下降、區(qū)迅速下降、4 4區(qū)降為區(qū)降為0 0。(3)HK(3)HK濃度分布濃度分布：1 1區(qū)區(qū)上升、上升、2 2 區(qū)下降、區(qū)下降、3 3區(qū)

10、區(qū)上升，上升，4 4區(qū)下降區(qū)下降1區(qū)區(qū)2 2區(qū)區(qū)4區(qū)區(qū)3區(qū)區(qū)HK-HNKHK-HNK的分離區(qū)的分離區(qū)LK-HKLK-HK的分離區(qū)的分離區(qū)(4)LK(4)LK濃度分布濃度分布：同二：同二元精餾的趨勢(shì)元精餾的趨勢(shì)有兩個(gè)極值點(diǎn)存在！有兩個(gè)極值點(diǎn)存在！17圖圖3-4 3-4 多組分精餾塔內(nèi)多組分精餾塔內(nèi) 液相濃度分布液相濃度分布多組分精餾組成分布（多組分精餾組成分布（苯苯- -甲苯甲苯- -異丙苯物系）異丙苯物系）圖圖3-3 3-3 多組分精餾塔多組分精餾塔 內(nèi)溫度分布內(nèi)溫度分布18圖圖3-53-5苯苯- -甲苯甲苯- -異丙苯異丙苯精餾塔內(nèi)液相濃度分布精餾塔內(nèi)液相濃度分布(1)(1)進(jìn)料板處進(jìn)料板處

11、各組分都有各組分都有一定的數(shù)量；一定的數(shù)量；(2)LNK(2)LNK濃度分布濃度分布：1 1區(qū)幾區(qū)幾乎為乎為0 0、 2 2區(qū)上升、區(qū)上升、3 3區(qū)區(qū)恒濃、恒濃、4 4區(qū)迅速上升、在區(qū)迅速上升、在塔頂達(dá)高；塔頂達(dá)高； (3)LK(3)LK濃度分布：濃度分布：1 1區(qū)迅區(qū)迅速上升、速上升、2 2區(qū)下降、區(qū)下降、3 3區(qū)區(qū)上升，上升，4 4區(qū)下降；區(qū)下降；(4)HK(4)HK濃度分布：濃度分布：再沸器再沸器中濃度最大、中濃度最大、1 1區(qū)迅速下區(qū)迅速下降、降、2 2區(qū)恒濃至進(jìn)料板、區(qū)恒濃至進(jìn)料板、3 3區(qū)迅速下降、區(qū)迅速下降、4 4區(qū)降為區(qū)降為0 0；有兩個(gè)極值點(diǎn)存在有兩個(gè)極值點(diǎn)存在LK-HKLK

12、-HK的分離區(qū)的分離區(qū)LK-LNKLK-LNK的分離區(qū)的分離區(qū)3區(qū)區(qū)4區(qū)區(qū)1區(qū)區(qū)2區(qū)區(qū)19一、多組分精餾一、多組分精餾濃度分布濃度分布的特點(diǎn)的特點(diǎn)(5)(5)塔內(nèi)各組分的濃度分布曲線在進(jìn)塔內(nèi)各組分的濃度分布曲線在進(jìn)料板處是不連續(xù)的。料板處是不連續(xù)的。(1)(1)關(guān)鍵組分的含量存在極大值；關(guān)鍵組分的含量存在極大值；(2)(2)非關(guān)鍵組分通常非關(guān)鍵組分通常是非分配組分是非分配組分即重組分只在塔底出現(xiàn)，輕組分只即重組分只在塔底出現(xiàn)，輕組分只在塔頂出現(xiàn)；在塔頂出現(xiàn)；(3)(3)輕、重非關(guān)鍵組分分別在進(jìn)料輕、重非關(guān)鍵組分分別在進(jìn)料板上、下形成幾乎的恒濃區(qū)；板上、下形成幾乎的恒濃區(qū)；(4)(4)全部組分均

13、存在進(jìn)料板上，但不全部組分均存在進(jìn)料板上，但不等于進(jìn)料含量；等于進(jìn)料含量；20二、多組分精餾塔內(nèi)二、多組分精餾塔內(nèi)溫度分布溫度分布主要取決于主要取決于物流的濃度分布。物流的濃度分布。三、多組分精餾三、多組分精餾流量分布流量分布特點(diǎn)特點(diǎn)塔內(nèi)流量的變化與熱平衡密切相關(guān)。塔內(nèi)流量的變化與熱平衡密切相關(guān)。 (1)(1)在精餾過程中，塔內(nèi)物流的平均分子量沿塔向上在精餾過程中，塔內(nèi)物流的平均分子量沿塔向上一般是下降的，而低分子量物料一般汽化潛熱較小，所以一般是下降的，而低分子量物料一般汽化潛熱較小，所以沿塔向上沿塔向上V V汽汽L L液液，即，即沿塔向上汽相流量呈增加的趨勢(shì)。沿塔向上汽相流量呈增加的趨勢(shì)。

14、 (2)(2)沿塔向上溫度是逐漸下降的，汽體沿塔向上流動(dòng)沿塔向上溫度是逐漸下降的，汽體沿塔向上流動(dòng)時(shí)被冷卻時(shí)被冷卻( (放熱放熱) )，導(dǎo)致下降的液體被汽化或被加熱，導(dǎo)致下降的液體被汽化或被加熱，若液若液體被汽化則向上氣體流量增加；體被汽化則向上氣體流量增加；液體沿塔向下流動(dòng)時(shí)被加液體沿塔向下流動(dòng)時(shí)被加熱熱( (吸熱吸熱) )，導(dǎo)致上升的氣體被冷卻或冷凝，導(dǎo)致上升的氣體被冷卻或冷凝，若氣體被冷凝若氣體被冷凝則向下液體的流量增加。則向下液體的流量增加。如果被分離的物料間沸點(diǎn)差大，如果被分離的物料間沸點(diǎn)差大，即即T T釜釜與與T T頂頂 差很大時(shí)，溫度變化對(duì)流量變化影響很大。差很大時(shí)，溫度變化對(duì)流

15、量變化影響很大。OVER21精餾簡(jiǎn)捷計(jì)算方法精餾簡(jiǎn)捷計(jì)算方法Fenske估算估算N Nm mUnderwood估算估算R Rm m估算一定估算一定R R下的下的N N3.1.53.1.5多組分精餾的多組分精餾的（FUG）簡(jiǎn)捷計(jì)算方法簡(jiǎn)捷計(jì)算方法 簡(jiǎn)捷計(jì)算簡(jiǎn)捷計(jì)算只解決分離過程中只解決分離過程中平衡級(jí)數(shù)、進(jìn)料與產(chǎn)平衡級(jí)數(shù)、進(jìn)料與產(chǎn)品組成品組成間的關(guān)系，而不涉及平衡級(jí)間的溫度與組成的間的關(guān)系，而不涉及平衡級(jí)間的溫度與組成的分布。分布。Gilliland清晰分割的計(jì)算清晰分割的計(jì)算22一、一、清晰分割清晰分割計(jì)算過程計(jì)算過程(1)(1)根據(jù)工藝條件及工藝要求，根據(jù)工藝條件及工藝要求，找出關(guān)鍵組分；找

16、出關(guān)鍵組分；(2)(2)按清晰分割進(jìn)行物料衡算，求得塔頂和塔釜的流量按清晰分割進(jìn)行物料衡算，求得塔頂和塔釜的流量和組成；和組成； (3)(3)根據(jù)塔頂、塔釜組成，計(jì)算相應(yīng)的溫度，求出平均根據(jù)塔頂、塔釜組成，計(jì)算相應(yīng)的溫度，求出平均相對(duì)揮發(fā)度；相對(duì)揮發(fā)度；(4)(4)用用Underwood公式估算公式估算最小回流比最小回流比Rm，并選適宜并選適宜的的操作回流比操作回流比R； (5)(5)用用Fenske方程估算方程估算最少理論板數(shù)最少理論板數(shù)Nmin；(6)(6)用用Gilliland或耳波或耳波- -馬多克思關(guān)聯(lián)圖，求馬多克思關(guān)聯(lián)圖，求理論板數(shù)理論板數(shù)N(7)(7)用用Kirkbride公式，

17、估算公式，估算進(jìn)料位置進(jìn)料位置Nf；(8)(8)用能量平衡計(jì)算冷凝器、再沸器的熱負(fù)荷。用能量平衡計(jì)算冷凝器、再沸器的熱負(fù)荷。3.1.53.1.5多組分精餾的多組分精餾的（FUG）簡(jiǎn)捷計(jì)算方法簡(jiǎn)捷計(jì)算方法 非清晰分割非清晰分割ij=ki / kj233.1.2 3.1.2 最小回流比最小回流比、二元精餾的恒濃區(qū)、二元精餾的恒濃區(qū) 在正常平衡曲線下，在最小回流比時(shí)，二元精餾在進(jìn)料在正常平衡曲線下，在最小回流比時(shí)，二元精餾在進(jìn)料板附近出現(xiàn)恒濃區(qū)或稱夾點(diǎn)區(qū)，板附近出現(xiàn)恒濃區(qū)或稱夾點(diǎn)區(qū)，e e點(diǎn)稱為夾點(diǎn)。點(diǎn)稱為夾點(diǎn)。恒濃區(qū)恒濃區(qū)（一個(gè)）（一個(gè)）進(jìn)料進(jìn)料24、多組分精餾的恒濃區(qū)、多組分精餾的恒濃區(qū)3.1.

18、2 3.1.2 最小回流比最小回流比25（）輕、重組分均為分配組分（）輕、重組分均為分配組分與二元精餾相同，在進(jìn)料板附與二元精餾相同，在進(jìn)料板附近出現(xiàn)恒濃區(qū)，如圖（）；近出現(xiàn)恒濃區(qū)，如圖（）；（）輕、重組分均為非分配組分（）輕、重組分均為非分配組分 出現(xiàn)在精餾段中部和提餾段中出現(xiàn)在精餾段中部和提餾段中 部，如圖（）；部，如圖（）；3.1.2 3.1.2 最小回流比最小回流比圖（）圖（）恒濃區(qū)恒濃區(qū)進(jìn)料進(jìn)料恒濃區(qū)恒濃區(qū)(上上)恒濃區(qū)恒濃區(qū)(下下)進(jìn)料進(jìn)料26（）重組分為非分配組分，精餾段（）重組分為非分配組分，精餾段 中部出現(xiàn)恒濃區(qū)；輕組分為分中部出現(xiàn)恒濃區(qū)；輕組分為分 配組分，進(jìn)料板以下無需一

19、區(qū)配組分，進(jìn)料板以下無需一區(qū) 域使輕組分含量降為零，所以域使輕組分含量降為零，所以 恒濃區(qū)出現(xiàn)在緊靠進(jìn)料板，如恒濃區(qū)出現(xiàn)在緊靠進(jìn)料板，如 圖（）；圖（）；（）輕組分為非分配組分，重組分為（）輕組分為非分配組分，重組分為 分配組分情況與分配組分情況與(3)(3)正好相反，正好相反， 3.1.2 3.1.2 最小回流比最小回流比圖（圖（4 4）恒濃區(qū)恒濃區(qū)恒濃區(qū)恒濃區(qū)圖（）圖（）恒濃區(qū)恒濃區(qū)恒濃區(qū)恒濃區(qū)27、對(duì)含有、對(duì)含有LNKLNK、LKLK、HK HK 、HNKHNK四個(gè)組分的精餾在最小回流比四個(gè)組分的精餾在最小回流比 下塔內(nèi)汽相濃度分布圖下塔內(nèi)汽相濃度分布圖(LNK (LNK 、HNKHNK

20、為非分配組分為非分配組分) )，可分，可分 成成A A、B B、C C、D D、E E、F F六個(gè)區(qū)域六個(gè)區(qū)域3.1.2 3.1.2 最小回流比最小回流比逆行分餾逆行分餾 R RmR Rm28 最小回流比的估算最小回流比的估算q1xiiFi (3-1b)1)x(RimiDim (3-1a)是方程的根，是方程的根，C C個(gè)組分的系統(tǒng)有個(gè)組分的系統(tǒng)有C C個(gè)根，取個(gè)根，取 LKHK P100例例3-1注：注：(x(xiDiD) )m m為全回流下餾出液組成；一般為全回流下餾出液組成；一般LkLk和和hkhk為非相鄰組分時(shí)，解得多個(gè)為非相鄰組分時(shí)，解得多個(gè)RmRm，此時(shí)，此時(shí)RmRm取平均值。取平均

21、值。1229二、用二、用Newton-Raphson法法求解方程的根（求解方程的根（）一階導(dǎo)數(shù)：一階導(dǎo)數(shù)：）（ iiFix)(f迭代公式：迭代公式：)(f)(fk1k 01qx)( fiiFi 目標(biāo)函數(shù)：目標(biāo)函數(shù)：RETURN 一、用一、用試差法試差法求解方程的根（求解方程的根（） 三、用三、用MATLAB中中fzero函數(shù)函數(shù)直接求解方程的根（直接求解方程的根（） 最小回流比的估算最小回流比的估算303.1.3 3.1.3 最少理論板數(shù)和組分分配最少理論板數(shù)和組分分配 精餾塔全回流操作的意義精餾塔全回流操作的意義（）（） 開車時(shí)，先進(jìn)行全回流，待操作工況穩(wěn)定后開車時(shí)，先進(jìn)行全回流，待操作工況

22、穩(wěn)定后 正常進(jìn)料；正常進(jìn)料；（）（） 實(shí)驗(yàn)室中，在全回流操作下測(cè)定實(shí)驗(yàn)室中，在全回流操作下測(cè)定塔板效率塔板效率；（）（） 在簡(jiǎn)捷法設(shè)計(jì)計(jì)算中，先求在簡(jiǎn)捷法設(shè)計(jì)計(jì)算中，先求N Nminmin，再求，再求N N理理。一、一、 實(shí)現(xiàn)全回流的條件：實(shí)現(xiàn)全回流的條件： 0W, 0D, 0F 31lklkDWhkhkmlhavexxlg () ()xxNlg() (3-6)3.1.3 3.1.3 最少理論板數(shù)和組分分配最少理論板數(shù)和組分分配Fenske方程方程（以（以lk、hk代表代表A、B組分組分）：）：對(duì)此式的討論？對(duì)此式的討論？132討論：討論：上式是對(duì)組分上式是對(duì)組分LK、HK推導(dǎo)的結(jié)果，既適用于

23、雙組分推導(dǎo)的結(jié)果，既適用于雙組分 精餾，也適用于多組分精餾；精餾，也適用于多組分精餾； 與進(jìn)料組成無關(guān)，只取決于分離要求；與進(jìn)料組成無關(guān)，只取決于分離要求；可用輕、重關(guān)鍵組分的摩爾、體積、質(zhì)量之比形式表示可用輕、重關(guān)鍵組分的摩爾、體積、質(zhì)量之比形式表示Fenske方程；方程；mNavelhhklkm)lg()wd/()wd(lgN (3-9)lklkDWhkhkmlhavexxlg () ()xxNlg() (3-6)233代入式（代入式（3-93-9）得：）得：avelhhkWlkDhkWlkDm)lg()1)(1(lgN (3-13)3.1.3 3.1.3 最少理論板數(shù)和組分分配最少理論板

24、數(shù)和組分分配用輕、重關(guān)鍵組分的回收率表示用輕、重關(guān)鍵組分的回收率表示 lklkDlklklkDlkf )1(w;fd hkhkWhkhkhkWhkfw;f )1(w (3-11)(3-12)(3-10)用于估算非關(guān)鍵組分的組成用于估算非關(guān)鍵組分的組成i為非關(guān)鍵組分，為非關(guān)鍵組分，r為重關(guān)鍵組分或參考組分為重關(guān)鍵組分或參考組分34非對(duì)數(shù)形式表示得非對(duì)數(shù)形式表示得 mNr , irrii)(wd(wd ）（34WlhDlh3WlhFlhDlhNNlh2lh1lhavelh)()()()()()()()()( FenskeFenske方程的方程的精度取決于相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)精度取決于相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)的可靠

25、性。的可靠性。(3-7、8)3.1.3 3.1.3 最少理論板數(shù)和組分分配最少理論板數(shù)和組分分配lklkDWhkhkmlhavexxlg () ()xxNlg() 三點(diǎn)平均三點(diǎn)平均值值兩點(diǎn)平均兩點(diǎn)平均值值avelhhklkm)lg()wd/()wd(lgN (3-9)avelhhkWlkDhkWlkDm)lg()1)(1(lgN 353.1.3 3.1.3 最少理論板數(shù)和組分分配最少理論板數(shù)和組分分配最少理論板數(shù)只取決于分離要求！最少理論板數(shù)只取決于分離要求！lklkDWhkhkmlhavexxlg () ()xxNlg() RETURNRETURNP103P103例例3-23-2清晰分割假設(shè)

26、的核實(shí)清晰分割假設(shè)的核實(shí)36二、全回流下非關(guān)鍵組分分配二、全回流下非關(guān)鍵組分分配 設(shè)設(shè)i i為非分配組分，為非分配組分，r r為重關(guān)鍵組分或參考組分，則式為重關(guān)鍵組分或參考組分，則式3-93-9表示為：表示為：)wd()wd(rrNiriim (3-10)3.1.3 3.1.3 最少理論板數(shù)和組分分配最少理論板數(shù)和組分分配求解思路：求解思路：avelhhklkm)lg()wd/()wd(lgN i i組分的物料衡算式：組分的物料衡算式：fi=di+wi聯(lián)立聯(lián)立(3-10)(3-10)，求得，求得d di i和和W Wi i及各組分組成分配。及各組分組成分配。37全回流下的非關(guān)鍵組分分配求解思路

27、：全回流下的非關(guān)鍵組分分配求解思路： mLHWDWiDiNT,Tx,x假設(shè)為清晰分割假設(shè)為清晰分割WiDimLHWDWiDix,xNT,Tx,x 比較是否接近？比較是否接近？自學(xué)例題自學(xué)例題3-33-33.1.3 3.1.3 最少理論板數(shù)和組分分配最少理論板數(shù)和組分分配RETURN用3-10式38式式3-1039GOTO式式3-1040、實(shí)際回流比、實(shí)際回流比 （）理論板數(shù)與回流比的關(guān)系（）理論板數(shù)與回流比的關(guān)系3.1.4 3.1.4 實(shí)際回流比和理論板數(shù)實(shí)際回流比和理論板數(shù)RETURN41Gilliland圖圖Erbar-Maddox圖圖適用于相對(duì)揮發(fā)度變化不大情況適用于相對(duì)揮發(fā)度變化不大情

28、況2、由、由R、Rmin和和Nm ，求，求N適用于非理想性較大情況適用于非理想性較大情況42 （）數(shù)學(xué)解析式（）數(shù)學(xué)解析式李德公式李德公式 X5715.180 . 1Y,01. 0X0 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)X/002743. 0X591422. 0545827. 0Y9 . 0X01. 0 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)X16595. 016595. 0y,0 . 1X9 . 0 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)（）由吉利蘭圖擬合成的關(guān)系式（）由吉利蘭圖擬合成的關(guān)系式 1NNNmin 1RRRmin 5668. 0X75. 075. 0 X)X2 .11711()1X)(X4 .541(exp1Y或或其中：其中：3.1.4 3.1.4 實(shí)際回流比和

29、理論板數(shù)實(shí)際回流比和理論板數(shù)RETURN43、進(jìn)料位置的確定、進(jìn)料位置的確定 (1)(1)精餾段最少理論板數(shù)：精餾段最少理論板數(shù)： lhFlkhkDhklkmlg)xx()xx(lgn (2)(2)提餾段最少理論板數(shù)：提餾段最少理論板數(shù)： lhWlkhkFhklkmlg)xx()xx(lgm 3.1.4 3.1.4 實(shí)際回流比和理論板數(shù)實(shí)際回流比和理論板數(shù)(3)(3)柯克布蘭德（柯克布蘭德（Kirkbride）方程：）方程： 206.02hkDlkWlkFhkF)DW()xx)(xx(mn (3-16)例題例題3-4只適用于泡點(diǎn)進(jìn)料，式中只適用于泡點(diǎn)進(jìn)料，式中n n、m m為理論板數(shù)，而非最少

30、理論板數(shù)。為理論板數(shù)，而非最少理論板數(shù)。 RETURN44開始開始指定進(jìn)料條件指定進(jìn)料條件指定兩個(gè)關(guān)鍵組分的分離程度指定兩個(gè)關(guān)鍵組分的分離程度估計(jì)非關(guān)鍵組分的分離情況估計(jì)非關(guān)鍵組分的分離情況決定精餾塔操作壓力和冷凝器類型決定精餾塔操作壓力和冷凝器類型在塔壓下作閃蒸計(jì)算在塔壓下作閃蒸計(jì)算計(jì)算最少理論板數(shù)和計(jì)算最少理論板數(shù)和非關(guān)鍵組分的分離程度非關(guān)鍵組分的分離程度計(jì)算值與估計(jì)值是否接近計(jì)算值與估計(jì)值是否接近對(duì)于指定的實(shí)際回流比（對(duì)于指定的實(shí)際回流比（RRm）計(jì)算實(shí)際理論板數(shù)計(jì)算實(shí)際理論板數(shù)N計(jì)算最小回流比計(jì)算最小回流比Rmyes計(jì)算進(jìn)料級(jí)位置計(jì)算進(jìn)料級(jí)位置計(jì)算熱負(fù)荷計(jì)算熱負(fù)荷結(jié)束結(jié)束no（泡、露點(diǎn)

31、計(jì)算）（泡、露點(diǎn)計(jì)算）（絕熱閃蒸計(jì)算）（絕熱閃蒸計(jì)算）（Underwood eq.）（R=1.21.5Rm，Gilliland圖）圖）（Kirkbride eq.）（能量衡算（能量衡算 eq.）（Fenske eq.）多多組組分分精精餾餾的的FUG法法計(jì)計(jì)算算 3.1.53.1.5非清晰分割非清晰分割45ASPEN PLUS 軟件：軟件：DSTWU簡(jiǎn)捷計(jì)算模塊：是精餾設(shè)計(jì)（簡(jiǎn)捷計(jì)算模塊：是精餾設(shè)計(jì)（FUG）簡(jiǎn)捷計(jì)算模塊，可以估算最小回流比和最少理論板簡(jiǎn)捷計(jì)算模塊，可以估算最小回流比和最少理論板數(shù)，計(jì)算回流比和理論板數(shù)；還可以估算最佳進(jìn)料數(shù)，計(jì)算回流比和理論板數(shù)；還可以估算最佳進(jìn)料位置及冷凝器和

32、再沸器熱負(fù)荷；位置及冷凝器和再沸器熱負(fù)荷； DSTWU的計(jì)算結(jié)的計(jì)算結(jié)果為嚴(yán)格精餾計(jì)算果為嚴(yán)格精餾計(jì)算RADFRAC提供重要的參考數(shù)據(jù)。提供重要的參考數(shù)據(jù)。PROII軟件：軟件：Shortcut模塊：完成精餾設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)捷計(jì)算，可模塊：完成精餾設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)捷計(jì)算，可以估算最小回流比和最少理論板數(shù)、最佳進(jìn)料位置。以估算最小回流比和最少理論板數(shù)、最佳進(jìn)料位置。 Shortcut的計(jì)算結(jié)果為嚴(yán)格精餾計(jì)算的計(jì)算結(jié)果為嚴(yán)格精餾計(jì)算Distillation提提供重要的參考數(shù)據(jù)。供重要的參考數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)軟件精餾計(jì)算模塊計(jì)算機(jī)軟件精餾計(jì)算模塊OVEROVER46特殊精餾特殊精餾（Special distillatio

33、n）概述概述？物物47普通精餾：被分離各組分間有一定的相對(duì)揮發(fā)普通精餾：被分離各組分間有一定的相對(duì)揮發(fā)度的差值。度的差值。3.2 3.2 萃取精餾和共沸精餾萃取精餾和共沸精餾精餾精餾萃取精餾萃取精餾加鹽精餾加鹽精餾反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾共沸精餾共沸精餾特殊精餾特殊精餾被分離各組分相對(duì)揮發(fā)被分離各組分相對(duì)揮發(fā)度接近于度接近于1 1或等于或等于1 1；采采用物理方法（加入新組用物理方法（加入新組分）改變被分離組分的分）改變被分離組分的相對(duì)揮發(fā)度。相對(duì)揮發(fā)度?；瘜W(xué)反應(yīng)與精餾過程化學(xué)反應(yīng)與精餾過程的結(jié)合。的結(jié)合。特點(diǎn)：特點(diǎn)：既有能量既有能量分離劑，分離劑，又有質(zhì)量又有質(zhì)量分離劑分離劑主要處理體系：熱敏性物系

34、、重組分的稀溶液、主要處理體系：熱敏性物系、重組分的稀溶液、 組分間相對(duì)揮發(fā)度近似為組分間相對(duì)揮發(fā)度近似為1 1的物系的物系481 1、萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation）：）：加入的新加入的新組分不和被分離系統(tǒng)中的任一組分形成共沸物，組分不和被分離系統(tǒng)中的任一組分形成共沸物，只只改變組分間的相對(duì)揮發(fā)度，而其改變組分間的相對(duì)揮發(fā)度，而其沸點(diǎn)比被分離物系沸點(diǎn)比被分離物系中其它組分的沸點(diǎn)高中其它組分的沸點(diǎn)高，從精餾塔的塔釜引出，此過，從精餾塔的塔釜引出，此過程稱為萃取精餾。程稱為萃取精餾。加入的新組分稱為萃取劑或溶劑加入的新組分稱為萃取劑或溶劑。、加鹽精餾（、加鹽精餾

35、（Salt distillation）：若加入的）：若加入的萃取劑萃取劑為某種為某種固體無機(jī)鹽固體無機(jī)鹽，由，由鹽效應(yīng)鹽效應(yīng)的作用，使被分離組的作用，使被分離組分的相對(duì)揮發(fā)度差異變大，此過程稱為加鹽精餾。分的相對(duì)揮發(fā)度差異變大，此過程稱為加鹽精餾。是是萃取精餾的特殊方法萃取精餾的特殊方法。 發(fā)酵乙醇碳酸鉀發(fā)酵乙醇碳酸鉀 高濃度乙醇高濃度乙醇 稀硝酸硝酸鎂稀硝酸硝酸鎂 濃硝酸濃硝酸特殊精餾特殊精餾（Special distillation）概述概述49、共沸精餾（、共沸精餾（Azeotropic distillation ）：加入的）：加入的新組分能與被分離物系中的一個(gè)或幾個(gè)組分形成新組分能與被

36、分離物系中的一個(gè)或幾個(gè)組分形成最低共沸物，新組分以共沸物的形式從頂（塔釜）最低共沸物，新組分以共沸物的形式從頂（塔釜）蒸出蒸出，此過程稱為共沸精餾，此過程稱為共沸精餾，加入的新組分稱為加入的新組分稱為共沸劑或夾帶劑。共沸劑或夾帶劑。 例：例：乙醇乙醇- -水水苯苯 、反應(yīng)精餾（、反應(yīng)精餾（Reactive distillation ）：加入的新）：加入的新組分與原組分之一發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，組分與原組分之一發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的新物質(zhì)生成的新物質(zhì)與原組分間存在較大的相對(duì)揮發(fā)度，從而實(shí)現(xiàn)分與原組分間存在較大的相對(duì)揮發(fā)度，從而實(shí)現(xiàn)分離。離。用于強(qiáng)化反應(yīng)的反應(yīng)精餾應(yīng)用較多。用于強(qiáng)化反應(yīng)的反應(yīng)精餾應(yīng)用較多。

37、典型流程：典型流程：甲基叔丁基醚（甲基叔丁基醚（MTBE）的合成）的合成 異丙苯的合成異丙苯的合成特殊精餾特殊精餾（Special distillation）概述概述50 學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容 一、萃取精餾工藝流程一、萃取精餾工藝流程二、溶劑的作用原理和選擇二、溶劑的作用原理和選擇三、萃取精餾的過程分析三、萃取精餾的過程分析四、萃取精餾塔的簡(jiǎn)捷計(jì)算四、萃取精餾塔的簡(jiǎn)捷計(jì)算3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） 51表表3-13-1給出了給出了工業(yè)應(yīng)用實(shí)例工業(yè)應(yīng)用實(shí)例回收段回收段精餾段精餾段提餾段提餾段3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extrac

38、tive distillation） 新鮮溶劑新鮮溶劑萃取萃取精餾塔精餾塔普通普通精餾塔精餾塔52二、萃取精餾的原理和萃取劑的選擇二、萃取精餾的原理和萃取劑的選擇、萃取精餾的原理、萃取精餾的原理以液相為非理想溶液，氣相為理想氣體二元體系為例說明，以液相為非理想溶液，氣相為理想氣體二元體系為例說明，常壓下汽液平衡關(guān)系，常壓下汽液平衡關(guān)系，用相對(duì)揮發(fā)度表示為：用相對(duì)揮發(fā)度表示為： u飽和蒸氣壓隨溫度而變化，但兩者比值在通常范圍內(nèi)，飽和蒸氣壓隨溫度而變化，但兩者比值在通常范圍內(nèi)，可視為變化不大，所以，可視為變化不大，所以，相對(duì)揮發(fā)度的大小主要取決于相對(duì)揮發(fā)度的大小主要取決于活度系數(shù)活度系數(shù)；u活度系

39、數(shù)是與溶液組成有關(guān)的。在活度系數(shù)是與溶液組成有關(guān)的。在加入萃取劑加入萃取劑后，后，原溶原溶液的組分及組成均發(fā)生了變化，分子間相互作用改變，液的組分及組成均發(fā)生了變化，分子間相互作用改變，形成了一個(gè)新的非理想溶液，因而使活度系數(shù)之比值發(fā)形成了一個(gè)新的非理想溶液，因而使活度系數(shù)之比值發(fā)生變化生變化，即，即改變組分間的相對(duì)揮發(fā)度。改變組分間的相對(duì)揮發(fā)度。 sjjsiiijpp 圖例分析圖例分析3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） (3-18)常數(shù)常數(shù)53ijij圖圖2 2 甲基環(huán)己烷甲基環(huán)己烷- -甲苯的汽甲苯的汽 液平衡組成關(guān)系液平衡組成關(guān)系圖圖1

40、 1 在組分在組分i i和組分和組分j j等摩爾時(shí)，等摩爾時(shí)， 溶劑濃度與活度系數(shù)的關(guān)系溶劑濃度與活度系數(shù)的關(guān)系121 1無溶劑無溶劑2 255%55%的苯胺溶液的苯胺溶液3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） 542 2、溶劑的兩個(gè)作用、溶劑的兩個(gè)作用（）（）當(dāng)分離的物系非理想性不大時(shí)當(dāng)分離的物系非理想性不大時(shí)，即原有兩個(gè)組分沸點(diǎn)接近，加，即原有兩個(gè)組分沸點(diǎn)接近，加入溶劑后，入溶劑后，溶劑對(duì)原有兩個(gè)組分的作用不同溶劑對(duì)原有兩個(gè)組分的作用不同，即與一組分形成正，即與一組分形成正偏差的非理想溶液，與另一組分形成負(fù)偏差的溶液，從而偏差的非理想溶液，與

41、另一組分形成負(fù)偏差的溶液，從而提高兩提高兩組分間相對(duì)揮發(fā)度組分間相對(duì)揮發(fā)度。（活度系數(shù)之比值發(fā)生變化較大）（活度系數(shù)之比值發(fā)生變化較大）例：以苯胺為溶劑，萃取精餾：環(huán)己烷例：以苯胺為溶劑，萃取精餾：環(huán)己烷(80.78 )- (80.78 )- 苯苯(80.13 )(80.13 )。 共沸溫度共沸溫度77.54 77.54 ，共沸組成含環(huán)己烷，共沸組成含環(huán)己烷0.4490.449（摩爾分?jǐn)?shù)）。（摩爾分?jǐn)?shù)）。3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） 55（）（）當(dāng)分離的物系非理想性較大，且在一定的濃度范圍內(nèi)難以分離當(dāng)分離的物系非理想性較大，且在一定的濃

42、度范圍內(nèi)難以分離時(shí)，時(shí)，加入溶劑后，原有組分的濃度均下降，從而加入溶劑后，原有組分的濃度均下降，從而減弱了兩個(gè)組分減弱了兩個(gè)組分的相互作用的相互作用。只要溶劑的濃度足夠大，就可以突出兩組分蒸氣壓。只要溶劑的濃度足夠大，就可以突出兩組分蒸氣壓差異對(duì)相對(duì)揮發(fā)度的貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)組分間的分離。差異對(duì)相對(duì)揮發(fā)度的貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)組分間的分離。（稀釋作用（稀釋作用蒸氣壓之比值發(fā)生變化較大）蒸氣壓之比值發(fā)生變化較大）例：以例：以DMFDMF為溶劑萃取精餾四氫呋喃為溶劑萃取精餾四氫呋喃(65.97)(65.97)、水、水(100)(100)。常壓下共沸溫度常壓下共沸溫度63.4363.43，共沸組成含四氫呋喃，共沸組成

43、含四氫呋喃0.8290.829（摩爾分?jǐn)?shù)）（摩爾分?jǐn)?shù)）3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） 56（）溶劑要（）溶劑要有較高的沸點(diǎn)有較高的沸點(diǎn) 且不與待分離組分形成共且不與待分離組分形成共沸物，沸物，容易用容易用普通精餾普通精餾的的方法方法回收、循環(huán)利用回收、循環(huán)利用；（）溶劑具有適宜的物性（）溶劑具有適宜的物性 良好的熱穩(wěn)定性、無腐蝕良好的熱穩(wěn)定性、無腐蝕性、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)性、不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（）價(jià)格低廉，來源豐富。（）價(jià)格低廉，來源豐富。3 3、選擇萃取劑的原則、選擇萃取劑的原則（）溶劑有良好的（）溶劑有良好的選擇性選擇性評(píng)價(jià)溶劑效果的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)

44、溶劑效果的標(biāo)準(zhǔn)是溶劑的選擇性（選擇度），即是溶劑的選擇性（選擇度），即體系在加入溶劑后與未加溶溶劑時(shí)體系在加入溶劑后與未加溶溶劑時(shí)關(guān)鍵組分的相對(duì)揮發(fā)度關(guān)鍵組分的相對(duì)揮發(fā)度之比。之比。BsjjsiiSsjjsiiBijSijij)p/p()p/p()()(S 溶劑的選擇性：因溶劑不同溶劑的選擇性：因溶劑不同而異；與組分濃度有關(guān)。而異；與組分濃度有關(guān)。良好的溶劑：是在用量不大良好的溶劑：是在用量不大的情況下，具有較高的選擇的情況下，具有較高的選擇性。性。3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） 574 4、溶劑的定性選擇方法、溶劑的定性選擇方法(1)(

45、1)根據(jù)被分離組分的根據(jù)被分離組分的極性極性 選擇在選擇在極性上更類似于重關(guān)鍵組分極性上更類似于重關(guān)鍵組分的化合物作萃取劑，的化合物作萃取劑，能有效地能有效地降低重關(guān)鍵組分的相對(duì)揮發(fā)度降低重關(guān)鍵組分的相對(duì)揮發(fā)度。常見有機(jī)化合物。常見有機(jī)化合物按極性增加順序?yàn)椋簾N、醚、醛、酮、酯、醇、二醇、水按極性增加順序?yàn)椋簾N、醚、醛、酮、酯、醇、二醇、水(2)(2)從從同系物同系物中選擇中選擇 希望所選的萃取劑是希望所選的萃取劑是與塔釜產(chǎn)品形成理想溶液或具有負(fù)與塔釜產(chǎn)品形成理想溶液或具有負(fù)偏差的非理想溶液。偏差的非理想溶液。 (3)(3)考慮組分與組分間是否能生成考慮組分與組分間是否能生成氫鍵氫鍵 Ewel

46、lEwell根據(jù)溶液中是否具有活性氫原子，將全部液體分根據(jù)溶液中是否具有活性氫原子，將全部液體分為五類，給出各類液體混合形成溶液時(shí)的偏差情況（表為五類，給出各類液體混合形成溶液時(shí)的偏差情況（表3-3-2 2），對(duì)溶劑選擇具有指導(dǎo)意義。），對(duì)溶劑選擇具有指導(dǎo)意義。3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） 例例58 甲醇甲醇(64.7)-(64.7)-丙酮丙酮(56.4)(56.4)溶液，采用萃取精溶液，采用萃取精餾分離時(shí)，萃取劑可有兩種類型餾分離時(shí)，萃取劑可有兩種類型。3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillatio

47、n） 二、極性：二、極性：烴類烴類塔頂：甲醇塔頂：甲醇塔底：丙酮塔底：丙酮水水塔頂：丙酮塔頂：丙酮塔底：甲醇塔底：甲醇一、同系物：一、同系物：甲醇同系物甲醇同系物 乙二醇乙二醇塔頂：丙酮塔頂：丙酮塔底：甲醇同系物塔底：甲醇同系物丙酮同系物丙酮同系物甲基異丁基酮甲基異丁基酮塔頂：甲醇塔頂：甲醇塔底：丙酮同系物塔底：丙酮同系物595 5、溶劑的定量選擇方法、溶劑的定量選擇方法 無限稀釋活度系數(shù)法無限稀釋活度系數(shù)法( (氣相色譜快速測(cè)定法氣相色譜快速測(cè)定法) )1x211x12ss)()S( 例：環(huán)己烷例：環(huán)己烷- -苯體系以苯胺或糠醛為萃取劑的選擇性苯體系以苯胺或糠醛為萃取劑的選擇性苯胺：苯胺：

48、73.2)S( ,747.1,769.41x1221s 糠醛：糠醛： 806.2)S( ,007.2,631.51x1221s 所以，糠醛的選擇性稍優(yōu)于苯胺。所以，糠醛的選擇性稍優(yōu)于苯胺。 3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） 60汽液平衡實(shí)驗(yàn)方法汽液平衡實(shí)驗(yàn)方法 B*jj*iiS*jj*iiBijSijij)p/p()p/p()()(S 1221s12xyxy2KK1)( s12)( 活度系數(shù)方程計(jì)算法活度系數(shù)方程計(jì)算法s12)( 值越大，則說明溶劑的值越大，則說明溶劑的選擇性越強(qiáng)選擇性越強(qiáng)。 2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代，發(fā)展起計(jì)算機(jī)輔助分

49、子設(shè)計(jì)（年代，發(fā)展起計(jì)算機(jī)輔助分子設(shè)計(jì)（CAMDCAMD）。）。理論依據(jù)：理論依據(jù)：UNIFACUNIFAC基團(tuán)貢獻(xiàn)法?；鶊F(tuán)貢獻(xiàn)法。s21)lg( ，并計(jì)算，并計(jì)算s12)( 。3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） sjjsiiijpp 61三、萃取精餾過程分析（以水為溶劑分離丙酮三、萃取精餾過程分析（以水為溶劑分離丙酮- -甲醇）甲醇）、萃取精餾塔內(nèi)液相濃度分布、萃取精餾塔內(nèi)液相濃度分布3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） 甲醇為重組分甲醇為重組分丙酮為輕組分丙酮為輕組分(1)(1)溶劑回收段

50、：溶劑溶劑回收段：溶劑水濃度由加料口至塔頂水濃度由加料口至塔頂迅速降為迅速降為0 0；輕組分丙；輕組分丙酮濃度迅速上升且達(dá)最酮濃度迅速上升且達(dá)最大；大；(4)(4)精餾段和提餾段：精餾段和提餾段：溶劑濃度很高，增大兩溶劑濃度很高，增大兩組分間的相對(duì)揮發(fā)度，組分間的相對(duì)揮發(fā)度，使其得到有效分離；使其得到有效分離；(2)(2)精餾段：水濃度近精餾段：水濃度近似恒定；似恒定；(3)(3)提餾段：水濃度先提餾段：水濃度先下降，隨后迅速上升下降，隨后迅速上升(5)(5)接近塔釜：水濃度接近塔釜：水濃度迅速上升，甲醇濃度迅迅速上升，甲醇濃度迅速下降且出現(xiàn)極大值。速下降且出現(xiàn)極大值。丙酮丙酮 水水甲醇甲醇6

51、23.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） 2 2、萃取精餾塔回流比的特性、萃取精餾塔回流比的特性圖為丙酮圖為丙酮- -甲醇萃取精餾塔，在固定其他設(shè)備和工藝甲醇萃取精餾塔，在固定其他設(shè)備和工藝參數(shù)條件下，所得的參數(shù)條件下，所得的分離程度隨回流比的變化規(guī)律曲線。分離程度隨回流比的變化規(guī)律曲線。在萃取精餾中，增大回流在萃取精餾中，增大回流比，降低了塔板上液相中比，降低了塔板上液相中溶劑濃度，減弱了溶劑的溶劑濃度，減弱了溶劑的作用，不利于分離。所以作用，不利于分離。所以在一定的溶劑比的操作條在一定的溶劑比的操作條件下，件下，萃取精餾存在最萃取精餾存在最佳

52、回流比。佳回流比。63四、萃取精餾的簡(jiǎn)化計(jì)算方法四、萃取精餾的簡(jiǎn)化計(jì)算方法3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） 幾點(diǎn)假設(shè)幾點(diǎn)假設(shè)：(1)(1)塔內(nèi)為恒摩爾流；塔內(nèi)為恒摩爾流；(2)(2)塔頂帶出的溶劑忽略不計(jì)；塔頂帶出的溶劑忽略不計(jì)；(3)(3)除溶劑外僅有兩個(gè)待分離組分，除溶劑外僅有兩個(gè)待分離組分， 故脫溶劑系按二元物系處理；故脫溶劑系按二元物系處理；(4)(4)進(jìn)塔溶劑不含待分離組分。進(jìn)塔溶劑不含待分離組分。1 1、操作線方程、操作線方程DLSVnn1對(duì)于精餾段總物料衡算式：對(duì)于精餾段總物料衡算式：(3-26)643.2.13.2.1萃取精

53、餾萃取精餾（Extractive distillation） D1nn1nn1nxvDxvly 脫溶劑的相對(duì)濃度脫溶劑的相對(duì)濃度精餾段操作線方程：精餾段操作線方程： 除溶劑外組分除溶劑外組分i i物料衡算式：物料衡算式： D, in, in1n, i1nDxxLyV D, i1nn, i1nn1n, ixVDxVLy 即：即：DsDD)x(1xx nsnn)x(1xx 1ns1n1n)y(1yy 其中：其中：(i=1,2)(3-28)(3-32)nsnnxLl)(1nsnnyVv)(1脫溶劑溶液中脫溶劑溶液中汽、液相流率：汽、液相流率：(3-30)65同理，提餾段：同理，提餾段： W1mm1m

54、m1mxVWxVLy W1mm1mm1mxvWxvly 脫溶劑的相對(duì)濃度脫溶劑的相對(duì)濃度提餾段操作線方程：提餾段操作線方程： 3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） (式式1)(式式2)s12)( 2 2、相平衡關(guān)系、相平衡關(guān)系在溶劑存在下，計(jì)算組分在溶劑存在下，計(jì)算組分1 1對(duì)組分對(duì)組分2 2的全塔平均相對(duì)揮發(fā)度的全塔平均相對(duì)揮發(fā)度則可則可計(jì)算汽液平衡數(shù)據(jù)：計(jì)算汽液平衡數(shù)據(jù)： 繪制繪制y y-x-x汽液平衡曲線。汽液平衡曲線。1s121s121x )(1 1x)(y 664 4、確定溶劑用量、確定溶劑用量（決定待分離組分的相對(duì)揮發(fā)度和塔操作的經(jīng)

55、濟(jì)性）（決定待分離組分的相對(duì)揮發(fā)度和塔操作的經(jīng)濟(jì)性） 溶劑的揮發(fā)度比所處理物料的揮發(fā)度低得多，用量較溶劑的揮發(fā)度比所處理物料的揮發(fā)度低得多，用量較大，在塔板上基本維持一固定的含量值，即大，在塔板上基本維持一固定的含量值，即 1n, sn, sxx 對(duì)溶劑物料衡算：對(duì)溶劑物料衡算： sDssDxLxSVy SDLSLxVSLxysss 3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） qqqDmxyyxR 3 3、操作回流比的確定、操作回流比的確定 在在y y-x-x上圖解最小回流比。上圖解最小回流比。 取取R=1.2R=1.21.5R1.5Rm m，在，在

56、y y-x-x圖上繪制操作線，圖解圖上繪制操作線，圖解理理論板數(shù)和進(jìn)料位置。論板數(shù)和進(jìn)料位置。（式）（式）0 xsD 671x)1(xy,x1xy1ysssssss 得得）（）（由由聯(lián)合聯(lián)合A式，式，3-42式，得式，得 1x)1(xSDLSLxsss ）（ssx1D)1(LSx （3-42）（3-43）設(shè)溶劑設(shè)溶劑S S對(duì)分離組分的相對(duì)揮發(fā)度為對(duì)分離組分的相對(duì)揮發(fā)度為SDLSLxVSLxysss （3-433-43）式給出了）式給出了溶劑濃度溶劑濃度與與溶劑的加入量、溶劑對(duì)溶劑的加入量、溶劑對(duì)非溶劑的相對(duì)揮發(fā)度非溶劑的相對(duì)揮發(fā)度以及塔板間液相流率以及塔板間液相流率L L的復(fù)雜關(guān)系。的復(fù)雜關(guān)系

57、。68討論：討論：結(jié)論：加大回流比對(duì)分離不利，通常存在最佳回流比結(jié)論：加大回流比對(duì)分離不利，通常存在最佳回流比!（2）當(dāng)）當(dāng)S，L一定時(shí)，一定時(shí)，sx),L,S( fxs ）（ssx1D)1(LSx 不利于分離。不利于分離。有利于原溶液的分離，有利于原溶液的分離，但不利于溶劑回收。但不利于溶劑回收。（3-433-43）式給出了溶劑濃度與）式給出了溶劑濃度與溶劑的加入量、溶劑對(duì)溶劑的加入量、溶劑對(duì)非溶劑的相對(duì)揮發(fā)度非溶劑的相對(duì)揮發(fā)度以及塔板間液相流率以及塔板間液相流率L L的關(guān)系。的關(guān)系。當(dāng)當(dāng) ,S一定時(shí)，一定時(shí)， sx)R(L（3）溶劑對(duì)非溶劑的相對(duì)揮發(fā)度一般很小，即溶劑對(duì)非溶劑的相對(duì)揮發(fā)度一

58、般很小，即近似為近似為0。69同理，對(duì)于提餾段：同理，對(duì)于提餾段： ssxwL)(Sx11對(duì)于揮發(fā)度很小的溶劑，可簡(jiǎn)化為：對(duì)于揮發(fā)度很小的溶劑，可簡(jiǎn)化為： sLSL)1(Sx 3.2.13.2.1萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） （3-45）（ssx1D)1(LSx （3-43）對(duì)于精餾段：對(duì)于精餾段：對(duì)精餾段和提餾段溶劑的濃度進(jìn)行分析！對(duì)精餾段和提餾段溶劑的濃度進(jìn)行分析！70見見P119 P119 圖圖3-163-16（提餾段）（提餾段）（塔釜）（塔釜）結(jié)論：在萃取精餾中，結(jié)論：在萃取精餾中， 不能以塔釜溶劑濃度代替塔板上溶劑濃度！不能以塔釜溶劑濃度代替塔板

59、上溶劑濃度！71其中其中2s21s121xxxx 塔頂：塔頂：1ss1211, 0 x, 1x 塔釜：塔釜： 2ss2211, 1x, 0 x 溶劑濃度的簡(jiǎn)化計(jì)算溶劑濃度的簡(jiǎn)化計(jì)算 進(jìn)一步簡(jiǎn)化：進(jìn)一步簡(jiǎn)化：ssxwL)(Sx11）（ssx1D)1(LSx （3-45）（3-43）21ss全塔均值的近似值全塔均值的近似值72 設(shè)溶劑設(shè)溶劑S S對(duì)分離組分（非溶劑）的相對(duì)揮發(fā)度對(duì)分離組分（非溶劑）的相對(duì)揮發(fā)度 ：s2s1s2121s21sssssyyyy1xxx)xx(x)yy(y)x1(x)y1(y s2s2s1s1s21xxxx1xxx 221121xxxxssiisixx3.2.13.2.1

60、萃取精餾萃取精餾（Extractive distillation） （3-44）return73萃取精餾過程的計(jì)算萃取精餾過程的計(jì)算萃取精餾過程特點(diǎn)：萃取精餾過程特點(diǎn)： （1 1）物系非理想性強(qiáng)；）物系非理想性強(qiáng)； （2 2）塔內(nèi)汽液相流率變化大；）塔內(nèi)汽液相流率變化大； （3 3）相平衡和熱量衡算關(guān)系復(fù)雜。）相平衡和熱量衡算關(guān)系復(fù)雜。 適于用嚴(yán)格計(jì)算法（見第適于用嚴(yán)格計(jì)算法（見第6 6章）章） 但在有些情況下，特別是當(dāng)原溶液組分性質(zhì)相近時(shí)，但在有些情況下，特別是當(dāng)原溶液組分性質(zhì)相近時(shí)，可按二元精餾方法，即可按二元精餾方法，即圖解法圖解法或解析法處理，使計(jì)或解析法處理，使計(jì)算得以簡(jiǎn)化，此法一般