1、魏刚 主编,化工分离工程与案例,应用化学工程系,5 特殊精馏,学习目标,应知,应会,熟悉萃取精馏、共沸精馏的原理和工艺流程； 掌握萃取精馏、共沸精馏相关工艺计算； 了解特殊精馏塔的操作要点。,熟练特殊精馏的工业应用； 能对特殊精馏过程作相应的计算，为实际操作建立理论基础。,学习 内容,本章内容,在化工生产中常遇到欲分离组分之间的相对挥发度接近于1或形成共沸物的系统。应用一般的精馏方法分离这种系统，或在经济上是不合理得，或在技术上是不可能的。如向这种系统中加入一种新组分，通过它对原系统中各组分的不同作用，改变它们之间的相对挥发度，使系统变得易于分离，这类既加入MSA又加入ESA的特殊精馏亦成为增
2、强精馏。如果所加入的新组分和被分离系统中的一个或几个组分形成最低共沸物从塔顶蒸出，这种特殊精馏被称为共沸精馏，加入的新组分叫共沸剂。如果加入的新组分不与原系统中的任何组分形成共沸物，而其沸点又较原有的任一组分高，从塔釜离开精馏塔这种特殊精馏被称为萃取精馏。加入的新组分称为溶剂。,问题的引出,萃取精馏流程 1-萃取精馏塔；2-萃取剂回收塔,萃取剂循环,产品A,产品B,，,（1）萃取剂的选择性,萃取剂的选择 应使原有组分的相对挥发度按所希望的方向改变，并有尽可能大的选择性。,考虑被分离组分的极性有助于萃取剂的选择。常见的有机化合物按极性增加的顺序排列为：烃醚醛酮酯醇二醇(水)。选择在极性上更类似于
3、重关键组分的化合物作萃取剂，能有效地减小重关键组分的挥发度。例如，分离甲醇(沸点647)和丙酮(沸点655)的共沸物。若选烃为萃取剂，则丙酮为难挥发组分；若选水为萃取剂，则甲醇为难挥发组分。,（2）萃取剂的选择,足够高的沸点； 对被分离物系中一种组分有较大的相互溶解度； 热稳定性； 化学稳定性； 萃取剂比(萃取剂/进料)不得过大； 无毒、不腐蚀、价格低廉易得。,萃取剂的基本要求：,案例1 正庚烷-甲苯分离,案例2 乙腈法碳四馏分萃取丁二烯,1萃取精馏塔全塔物料衡算,原溶液,加入萃取剂后, 精馏段物料衡算和操作线方程：,2 操作线方程,若将上式中任意组分的含量改为脱萃取剂的相对含量，则,；,；,
4、 提馏段物料衡算和操作线方程：,对任意组分作物料衡算为：,或者,若将上式中任意组分的含量改为脱萃取剂的相对含量，则,3 萃取精馏塔内流量分布,假设精馏塔内为恒摩尔流，且馏出液中萃取剂浓度很小， 可以忽略不计。列出萃取精馏塔中各段汽液相负荷分别为：,精馏段：,提馏段：,萃取剂回收段,!萃取剂泡点进料,4 萃取精馏塔内萃取剂用量与含量分布,假设（1）塔内为恒摩尔流；（2）塔顶带出的萃取剂量忽略不计。,根据相对挥发度的定义，萃取剂与原溶液之间相对挥发度可用下式表示：,对萃取剂物料衡算：,精馏段萃取剂浓度：,对于提馏段，可用类似的方法得到：,5 回流比,原溶液为二组分体系时,饱和液体进料（q=1）,饱
5、和蒸气进料(q=0),当进料为汽液混合物时（0q1）,原溶液为多组分体系时,6 塔板数和进料位置,N,塔板数,进料位置,最少塔板数,如醋酸甲酯沸点57.2，甲醇沸点64.5，在常压下将65的醋酸甲酯和35的甲醇(均为摩尔百分数)混合时所形成的共沸物，其共沸点为54。,共沸物是指在一定压力下，汽液相组成与沸腾温度始终不变的这一类溶液。共沸物又分为最高共沸物与最低共沸物两种。,某些溶液在某一组成时其两组分的蒸汽压之和出现最大值，即溶液的蒸汽压对理想溶液发生正偏差，此种溶液的泡点比两纯组分的沸点都低，是具有最低共沸点的溶液。,最低共沸点,有些溶液在某一组成时其两组分的蒸汽压之和出现最小值，溶液的蒸汽
6、对理想溶液发生负偏差,则形成最高共沸物。,如丙酮的沸点56.2，氯仿沸点61.7，氯仿-丙酮溶液为负偏差较大的溶液，含氯仿65.0mol%时形成最高沸点的共沸物，共沸点为64.5 。,最高共沸点,1 二元均相共沸物系,如：常压下苯（沸点80.2）和环己烷(沸点80.8)二者互溶，形成均相共沸物，若加入另一种共沸剂丙酮（沸点56.2），则丙酮与环己烷形成最低共沸物(沸点53.1)，从共沸精馏塔的塔顶引出，塔釜采出纯苯。丙酮与环己烷的共沸物用水作萃取剂，丙酮在水中的溶解度较大，所以在萃取塔釜引出丙酮水溶液，从塔顶采出纯环己烷。丙酮水溶液中丙酮和水的相对挥发度较大，在丙酮精馏塔顶引出丙酮，作为共沸剂
7、循环使用，塔釜引出水作为萃取剂循环使用 。,2 二元非均相共沸物系,正丁醇沸点117.2，相对密度0.8098(20/4)；微溶于水(8:100)；可与水形成共沸混合物,其沸点92,含醇量29.3(m)。接近共沸组成的蒸汽在冷凝器中冷凝冷却后便分成两个液相，一个是水相（含大量水和少量醇，醇含量用xb(1.99%(m)表示），另一个是醇相（含丁醇量大于水量，用xa(49.2%(w)表示）。,某些双组分共沸物(如苯-水,丁醇-水)在温度降低时可分为两个具有一定互溶度的液层。此类共沸物的分离不必加入第三组分,采用两个塔联合操作便可获得两个高纯度产品。,当 时，原料直接加入分层器。这样才更经济。,20
8、时正丁醇在水中的溶解度7.7%(重量)，水在正丁醇中的的溶解度20.1%(重量)。经过分层器后油相返回丁醇塔作回流，水相返回水塔作回流。在丁醇塔中，由于水是易挥发组分，所以高纯度丁醇从丁醇塔塔釜引出；塔顶得到接近共沸组成的共沸物。在水塔中，丁醇是易挥发组分，所以水是塔底产品，塔顶得到接近共沸组成的共沸物。,当 时，则从水塔进料；,当 时，则从丁醇塔进料；,92,92,3 三元非均相共沸物系,对于有些共沸物系，当加入第三种共沸剂时，情况可能变得复杂，体系中可能出现多个二元共沸物和一个三元共沸物。,以苯为共沸剂分离乙醇-水溶液生产纯乙醇工艺流程如图所示。乙醇-水溶液进入预浓缩塔，塔顶引出乙醇和水的
9、共沸物作为主塔的进料，并从回流口加入新共沸剂苯，主塔塔釜产品为高纯度乙醇，塔顶采出三元共沸物，经冷凝后分层，上层富苯相(ph1)回流入主塔，下层富水相(ph2)进入苯回收塔，该塔塔顶蒸出物为三组分共沸物与主塔塔顶产物一起冷凝，塔釜为水。,通常情况下，对于可形成三元非均相共沸物的精馏过程，如果三相区只出现在塔顶冷凝器，则在塔顶完成液-液分层操作，如果三相区出现在塔身，则通过侧线采出完成液-液分层操作，回流可为单液相或双液相回流。,X醇=0.2,X醇=0.89,1 对共沸剂的要求,（1）必须与原溶液中至少一组分形成最低共沸物(共沸温度较原溶液的任一组分的沸点要低），改变组分的相对挥发度，使 越大越
10、好。 （2）共沸剂的用量尽可能少，由于共沸剂从塔顶引出，因此，要求共沸剂的汽化潜热Hv值要小。 （3）与共沸剂所形成的最低共沸物容易分离，即容易回收共沸剂，如可采用冷却分层，盐析，萃取剂萃取或水洗等方法回收共沸剂。 （4）无毒，无腐蚀，热稳定性好，能长期使用。 （5）价格低廉，来源充沛，容易得到。,杠杆规则,共沸剂确定后，还须根据共沸剂性质定其引入位置。如果共沸剂对原分离物系中两个组分而言相对地不易挥发的话，可在靠近塔顶部分引入，这样能保证塔内有足够的共沸剂浓度，不致于影响到进料板以下共沸剂的浓度；共沸剂以最低共沸物从塔顶蒸出时，则需考虑共沸剂的分段引入，一部分可随进料液一起引入，另一部分共沸剂需在进料板以下离塔釜尚有一段距离的部位引入，这样才能保证塔内共沸剂的浓度，而又不使共沸剂从塔釜排出；若共沸剂同时对分离物系中两个组分都形成共沸物时(即从塔顶和塔釜均引出共沸物)，则共沸剂在沿塔高的任何地方均可引入，这种情况一般很少遇到。,物料衡算和操作线方程,系统物料衡算,END Thank you,
