青海大學(xué)蒸餾課件第一章第5節(jié)

1、2022-7-4第一章第一章 蒸餾蒸餾第五節(jié)第五節(jié) 其他精餾方法其他精餾方法 1-5-1 間歇精餾1-5-2 恒沸精餾和萃取精餾2022-7-41-5-1 間歇精餾 餾出液組成恒定的間歇精餾操作 回流比恒定的間歇精餾操作 在微分時間內(nèi)，對組分i作物料衡算，則塔釜組分i的減少量等于塔產(chǎn)品的采出量 因DW， 相當(dāng)高階無窮小，故可忽略，式（6.5.2）整理可得： 1、屬非定態(tài)過程（XW不斷減?。?；2、全塔均為精餾段，沒有提餾段。因此要得到與 連續(xù)精餾相同的塔頂塔底組成時，回流比要大,間歇精餾要消耗更多的能量；3、間歇精餾操作靈活機(jī)動；4、由于不穩(wěn)定的操作過程，為了減少塔身持液量的影響，常多采用填料精

2、餾塔。間歇精餾動畫2022-7-41、確定理論板層數(shù)、確定理論板層數(shù)計算可以操作初態(tài)為基準(zhǔn)，假設(shè)一最初的餾出液組成xD1，根據(jù)設(shè)定的xD1，與釜液組成xF求出所需的最小回流比。然后，選擇適宜的回流比R，計算理論板數(shù)N。FFFDxyyxR1min根據(jù)Rmin確定適宜操作回流比R，圖解理論板數(shù)N，N是否合理，必須通過校核，確認(rèn)初值是否正確，否則重新給初值，迭代計算。 恒回流比間歇精餾時理論板層數(shù)的確定動畫2022-7-4在間歇精餾過程中，如果恒定回流操作，采出量不變條件下，塔內(nèi)氣、液流量將恒定，操作線斜率為常數(shù)，由于塔釜中輕組分不斷的下降，導(dǎo)致餾出液組成不斷下降，使得操作線沿對角線平行下移，如圖所

3、示。 2022-7-4在一定理論板數(shù)的間歇精餾中，維持餾出液組成 恒定，勢必連續(xù)加大回流比。 （1） 理論板數(shù)確定理論板數(shù)確定 為了保證釜液組成達(dá)到最終組成 時，塔頂產(chǎn)品仍保持不變。必須由xD和XWe確定最小回流比Rmin。根據(jù)Rmin選定適宜回流比R，確定操作線 ，從D點出發(fā)作梯級，圖解理論板數(shù)N。圖中所得理論板數(shù)N=6。 恒餾出液組成時間歇精餾理論板層數(shù)的確定動畫2022-7-4（2）操作型計算）操作型計算當(dāng)給定塔的理論板數(shù)N，回流比R調(diào)節(jié)的范圍以及分離要求 及最終的釜液組成 ，則不同工況下的操作線即可確定?；亓鞅葟男〉酱笳{(diào)節(jié)，每改變一次回流比 ，即可由逐板計算法求得經(jīng)過N個理論級分離結(jié)果

4、后，釜液的組成為 （k=1,2m），獲得參數(shù)為：餾出液產(chǎn)品恒定為： 每改變一次回流比： 相應(yīng)釜液組成： (k=1,2m)當(dāng)R增至最大 ， 時，應(yīng)結(jié)束蒸餾。但是，如果適當(dāng)減少采出量D，還可使 進(jìn)一步下降，提高產(chǎn)量。 操作時間操作時間 通過建立 時間內(nèi)的物料衡算方程，導(dǎo)得操作時間 計算式式中 V塔頂產(chǎn)品采出量，kmol/h。由以上逐板計算結(jié)果，采用上式由數(shù)值積分方法求得操作時間 。2022-7-41-5-2 恒沸精餾與萃取精餾 前述普通精餾方式是以溶液中各個組分的揮發(fā)度不同作為分離的依據(jù)，若各組分的揮發(fā)度差異越大（即相對揮發(fā)度越大），越易分離。但工業(yè)生產(chǎn)中需要分離的溶液，也有不少其揮發(fā)度很接近或具

5、有恒沸點（最高或最低恒沸點），對于這類溶液的分離，用前述的普通精餾方式就難以實現(xiàn)。 例如： 乙醇水溶液在總壓為1atm時有最低恒沸點78.1，恒沸物組成摩爾分率0.894(重量百分率為95.6%），用前述普通精餾方法，最多只能分離得到接近恒沸組成的酒精，這就是工業(yè)酒精中含乙醇只能達(dá)到95% （重量百分率）的原因。那么，要得到無水酒精怎么辦？ 理論上可采用降低總壓的方法，當(dāng)總壓為0.125atm時，恒沸物組成摩爾分率為0.99，恒沸點為34，塔頂上升蒸汽在冷凝器中不能用水將之冷凝下來，必須使用人工制冷，能耗大，一般不用。 若兩組分的沸點很接近相對揮發(fā)度很小，如苯環(huán)己烷的沸點分別為80.1和80.

6、8，相對揮發(fā)度=1.02也很難用普通精餾方法將其分離。 二甲苯（鄰、間、對=1.01 ） 用普通精餾難以分離的物系必須采用特殊精餾的方法分離。 特殊精餾的基本原理是：在雙組分溶液中加入第三組分，以改變原雙組分物系的非理想性或提高其相對揮發(fā)度而實現(xiàn)分離。根據(jù)第三組分所起作用的不同，又可分為恒沸精餾和萃取精餾。實際生產(chǎn)中的大多數(shù)物系為非理想物系。非理想物系有實際生產(chǎn)中的大多數(shù)物系為非理想物系。非理想物系有 (1) (1) 液相為非理想溶液，汽相為理想氣體；液相為非理想溶液，汽相為理想氣體； (2) (2) 液相為理想溶液，汽相為非理想氣體；液相為理想溶液，汽相為非理想氣體； (3) (3) 液相為

7、非理想溶液，汽相為非理想氣體。液相為非理想溶液，汽相為非理想氣體。精餾過程一般在較低的壓力下進(jìn)行，此時汽相通?？梢暈榫s過程一般在較低的壓力下進(jìn)行，此時汽相通常可視為理想氣體，故多數(shù)非理想物系可視為第一種情況。理想氣體，故多數(shù)非理想物系可視為第一種情況。非理想溶液 最低恒沸點 如：乙醇水，正丙醇水 正偏差溶液 1i最高恒沸點 如：硝酸水，氯仿酮 負(fù)偏差溶液 1iiiiixpp0一、非理想溶液汽液平衡一、非理想溶液汽液平衡常壓下乙醇常壓下乙醇水溶液的水溶液的t-x-y圖圖乙醇乙醇水水物系是具有很大物系是具有很大正偏差正偏差的例子，表現(xiàn)為溶液在某一的例子，表現(xiàn)為溶液在某一組成時其兩組分的飽和蒸汽壓

8、之和出現(xiàn)最大值，易揮發(fā)，對組成時其兩組分的飽和蒸汽壓之和出現(xiàn)最大值，易揮發(fā)，對應(yīng)的溶液泡點比兩純組分的沸點都低，為具應(yīng)的溶液泡點比兩純組分的沸點都低，為具最低恒沸點最低恒沸點的溶的溶液。液。圖中點圖中點M代表汽液兩相組成相等。常壓下恒沸組成為代表汽液兩相組成相等。常壓下恒沸組成為0.894，最低恒沸點為最低恒沸點為78.15，在該點溶液的相對揮發(fā)度為在該點溶液的相對揮發(fā)度為1 非理想溶液（負(fù)偏差）非理想溶液（負(fù)偏差） 氯仿氯仿丙酮丙酮和和硝酸硝酸水水物系為具有很大物系為具有很大負(fù)偏差負(fù)偏差的例子。圖示的例子。圖示分別為硝酸分別為硝酸水混合液的水混合液的txy圖和圖和xy圖，常壓下其圖，常壓下其

9、最高恒沸最高恒沸點點為為121.9，對應(yīng)的恒沸組成為，對應(yīng)的恒沸組成為0.383，在圖中的點，在圖中的點N溶液的相溶液的相對揮發(fā)度為對揮發(fā)度為12022-7-4二、恒沸精餾二、恒沸精餾 在A、B雙組分恒沸溶液或相對揮發(fā)度很小的雙組分溶液中加入稱為挾帶劑的第三組分C，此挾帶劑C與原溶液中一個或兩個組分形成新的恒沸物（AC或ABC），新的恒沸物的沸點比純組分B（或A）或原恒沸物（AB）的沸點低得多，使溶液變成“恒沸物純組分”的精餾，其相對揮發(fā)度大而易于分離。例如：乙醇-水恒沸物+苯（挾帶劑）乙醇-水-苯三元恒沸物+純乙醇 A+B（AB）+C（ABC）+A（ABC）組成：A（乙醇）0.228，B（水

10、）0.233，C（苯）0.539 （ABC）中水對乙醇摩爾比為1.022x，故只要有足量的苯作為挾帶劑，在精餾時水將全部集中于三元恒沸物（ABC）中從塔塔頂帶出，而I塔塔底產(chǎn)品為無水酒精。乙醇水恒沸精餾 2022-7-4工業(yè)酒精恒沸精餾（用苯作恒沸劑，加入適量的）制取無水酒精。乙醇-水二元恒沸物（恒沸點78.15，乙醇摩爾分率為0.894） 三元恒沸物：苯： 0.539乙醇：0.228水： 0.233沸點：64.85上層苯相苯： 0.745乙醇：0.217少量水0.038下層水相苯： 0.0428乙醇：0.35其余為水0.61無水酒精水恒沸精餾塔分層器乙醇回收塔苯回收塔冷凝器冷凝器三元非均相恒

11、沸物三元非均相恒沸物稀乙醇水溶液二元恒沸物二元恒沸物乙醇水恒沸物2022-7-4能與被分離組分（一個組分或多各組分）能與被分離組分（一個組分或多各組分）形成最低恒沸形成最低恒沸物物，且該恒沸物，且該恒沸物易于和塔底組分分離易于和塔底組分分離。形成恒沸物中形成恒沸物中挾帶劑的組成要小挾帶劑的組成要小，這樣，挾帶劑的用量，這樣，挾帶劑的用量可較少，能耗低，從而可降低操作費用?？奢^少，能耗低，從而可降低操作費用。形成的恒沸物本身應(yīng)形成的恒沸物本身應(yīng)易于分離易于分離，以回收其中的挾帶劑。，以回收其中的挾帶劑。例如上例中的恒沸物冷凝后為非均相，可用簡單的分層方例如上例中的恒沸物冷凝后為非均相，可用簡單的

12、分層方法回收所含的苯。法回收所含的苯。其它如腐蝕性小、不易燃易爆、限度小經(jīng)濟(jì)、安全等要其它如腐蝕性小、不易燃易爆、限度小經(jīng)濟(jì)、安全等要求。求。 恒沸精餾也用于分離相對揮發(fā)度較小的物系，如以丙恒沸精餾也用于分離相對揮發(fā)度較小的物系，如以丙酮為挾帶劑分離苯和環(huán)己烷，以異丙醚為挾帶劑分離水和酮為挾帶劑分離苯和環(huán)己烷，以異丙醚為挾帶劑分離水和醋酸等醋酸等。 選擇適宜的挾帶劑是能否采用恒沸精餾方法分離以及選擇適宜的挾帶劑是能否采用恒沸精餾方法分離以及它是否經(jīng)濟(jì)合理的重要條件。對挾帶劑的基本要求是：它是否經(jīng)濟(jì)合理的重要條件。對挾帶劑的基本要求是：2022-7-4 萃取精餾和恒沸精餾相似，也是向原料液中加入

13、第三組分（稱為萃取劑或溶劑），以改變原有組分間的相對揮發(fā)度而得到分離。但不同的是要求萃取劑的沸點較原料液中各組分的沸點高得多，且不與組分形成恒沸液。萃取精餾常用于分離各組分沸點（揮發(fā)度）差別很小的溶液。例如，在常壓下苯的沸點為80.1，環(huán)己烷的沸點為80.73，相對揮發(fā)度為1.02，若在苯環(huán)己烷溶液中加入萃取劑糠醛，則溶液的相對揮發(fā)度發(fā)生顯著的變化。 萃取劑糠醛在塔上部適當(dāng)位置加入，進(jìn)料在塔中部適當(dāng)位置進(jìn)入，在糠醛作用下，環(huán)己烷成為易揮發(fā)組分，從塔頂獲得環(huán)己烷產(chǎn)品。糠醛對苯有較強(qiáng)的吸引力（都有苯環(huán)），糠醛和苯從塔底排出，進(jìn)入第二塔，從塔頂分離出苯產(chǎn)品，塔底回收萃取劑糠醛，返回前塔循環(huán)使用。為避

14、免糠醛進(jìn)入環(huán)己烷中，在糠醛入塔上方，也必須保證適宜塔板數(shù)，以脫出蒸氣中的糠醛。 苯環(huán)己烷 萃取精餾 2022-7-4苯-環(huán)己烷溶液的萃取分離：苯沸點 80.1，環(huán)己烷沸點為 80.73，其相對揮發(fā)度為 0.98，苯-環(huán)己烷溶液難于用普通精餾分離。若在該溶液中加入沸點較高的糠醛（沸點161.7），則溶液的相對揮發(fā)度發(fā)生顯著的變化。 循環(huán)糠醛補(bǔ)充糠醛環(huán)己烷脫溶劑底部產(chǎn)品苯+環(huán)己烷（原料）溶劑分離塔萃取精餾塔冷凝器冷凝器環(huán)己烷糠醛-苯混合液苯不同糠醛濃度下環(huán)己烷對苯的相對揮發(fā)度 2022-7-4選擇性強(qiáng)、即能使被分離組分間的相對揮發(fā)度產(chǎn)生比較顯著的變化。溶解度大，能與任何濃度的原溶液完全互溶，以充分

15、發(fā)揮各塊塔板上萃取劑的作用。本身的揮發(fā)性小，使產(chǎn)品中不致混有萃取劑，也易于和另一組分分離。其他經(jīng)濟(jì)和安全要求。2022-7-4萃取劑比萃取劑比挾帶劑易于選擇。易于選擇。恒沸精餾的挾帶劑必須和被分離組分形成最低恒沸物，挾帶劑的選擇不易。萃取精餾的萃取劑，其選擇范圍要廣得多。萃取精餾比恒沸精餾能耗低。萃取精餾比恒沸精餾能耗低。恒沸精餾中的挾帶劑以汽態(tài)離塔，消耗的潛熱較多，而萃取精餾時的萃取劑基本不變化，一般來說，萃取精餾的經(jīng)濟(jì)性較高?？倝阂欢〞r，恒沸精餾形成的恒沸物，其組成和溫度都是恒定的。而萃取精餾時，由于被分離組分的相對揮發(fā)度和萃取劑的流率（加入量）有關(guān)，故其操作條件可在一定范圍內(nèi)變化，無論是

16、設(shè)計或操作都比較靈活和方便靈活和方便。萃取劑必須不斷地由塔頂加入，故萃取精餾不能簡單地用于間歇操作，而恒沸精餾則無此限制。恒沸精餾時的操作溫度一般比萃取精餾的低，故適用于分離熱敏性物料。2022-7-4加鹽萃取精餾v鹽-水結(jié)合力大v有機(jī)物和水的混合物v異丙醇和水的混合物加入氯化鈣v醇水體系的分離：乙醇-水體系加CaCl2或CuCl2，加叔丁醇-水CaCl2；v酯水體系的分離：加鹽萃取精餾提純乙酸乙酯應(yīng)用:2022-7-4 對于高分子、高沸點、高粘度及熱穩(wěn)定性極差的有機(jī)化合物的濃縮或提純，采用一般精餾方法，很難實現(xiàn)。例如：VA，VE，食品添加劑、塑料添加劑等，由于熔點高，粘度大，而且熱穩(wěn)定性差，所以通常采用分子蒸餾的方法進(jìn)行提純。v原理：分子蒸餾是在0.133Pa的高真空條件下進(jìn)行的非平衡蒸餾，其最大特點是蒸發(fā)面與冷凝面的距離在被蒸餾組分的分子平均自由程之內(nèi)，物質(zhì)的分子間的引力很小其自由飛馳的距離較大.從蒸發(fā)面逸出的分子