间歇、恒沸、萃取精馏及多组分精馏.ppt

第七节 间歇精馏一、间歇精馏过程的特点1、非定态过程 2、只有精馏段一次性进料出料，在同样NT下，达到同样的xD、xw终，间歇操作能耗大于连续（完整）精馏适用范围：操作灵活，适用 xf 变化较大，处理量 F 不大情况 D，xD间歇精馏采用两种主要方式： xfxD始xW终xfxD始xW终xD终二、二、保持溜出液组成保持溜出液组成 xD恒定的间歇精馏恒定的间歇精馏 1、确定 NT保持xD恒定，釜内xw不断下降，分离要求不断提高，设计应能满足过程的最大分离要求，即以操作终了时的釜液组成xw为计算基准如图对应于 必有一最小回流比Rm为使塔板数在一定合理范围内，R终=βRmin，β由经济因素决定， 为截距则作出操作线求出NT xDxW终yW终xfxW2、每批料液操作所需时间τxD恒定，釜液浓度不断下降，设釜液浓度为x（变量），蒸馏釜汽化能力为V（kmol/s）任一瞬时物衡： 这里R是变量，因NT不变，x与R有对应关系采用数值积分求出（阴影面积）xwxf三、保持回流比恒定的间歇精馏三、保持回流比恒定的间歇精馏 1、确定 NTxD始xWyfxfxD终对某一瞬间dτ作物料衡算： 2、每批料液操作所需时间τ 理解：R恒定操作得 ，实质是将不同浓度产品混合，为分离的逆过程，能耗大。

（2）实际操作而言， xD恒定需R不断 增大，但操作不方便，且后期R过大， 如右图；R恒定虽操作方便，但总 蒸汽量 V 较大，塔径 D↑，热耗↑， 不经济故应将两者优势互补：先采用xD恒定操作得成品；后改用R恒定操作得中间馏分，所得中间馏分与下批物料混合，作为下次间歇精馏的原料 (1)RxW第八节 恒沸精馏与萃取精馏一、特殊精馏采用一、特殊精馏采用——问题提出问题提出 1、恒沸物存在，如酒精—水系统，属正偏差 2、物系的α接近1，相对挥发度很小， 采用一般方法需要NT很多，R太大，费用↑↑，如：丙烯腈—乙腈α=1.09，要150块理论板 二、解决问题的途径二、解决问题的途径 1、改变压力↓使恒沸点移动或消失，使α↑ 如0.1315atm下，恒沸点34.2℃，恒沸液中乙醇0.992 89.4 mol%78.15℃～89.4%恒沸精馏：如酒精—水体系中加入苯：形成新的三元最低恒沸物由塔顶蒸出萃取精馏：溶液中加入挥发度很小的添加剂以增大两组分间的α如丙烯腈—乙腈体系中加入水，不形成恒沸液，水随高沸点液体由塔底排出，此时只需25块塔板。

注意恒沸精馏、萃取精馏比较： （1）恒沸精馏添加剂必须与被分离组分形成恒沸物， 萃取精馏则无限制，故添加剂的选择范围较广 （2）恒沸精馏须将添加剂汽化由塔顶蒸出，热耗大，经济性差 （3）萃取精馏须不断加入萃取剂，故不能用间歇操作 2、加入第三组分：恒沸精馏与萃取精馏无水酒精水恒沸精馏塔分层器乙醇回收塔苯回收塔冷凝器冷凝器三元非均相恒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苯、乙醇、水三元非均相恒沸物：苯：0.539乙醇：0.228水：0.233沸点：64.85℃上层苯相苯：0.745乙醇：0.217少量水下层水相苯：0.0428乙醇：0.35其余为水萃取精馏举例：萃取精馏举例：苯-环己烷溶液的萃取分离常压下苯的沸点为 80.1℃，环己烷的沸点为 80.73℃， 为 0.98，难于用普通精馏方法分离若在该溶液中加入沸点较高的糠醛（沸点161.7℃），则溶液的相对挥发度发生显著的变化 循环糠醛补充糠醛脱溶剂顶部产品脱溶剂底部产品苯+环己烷（原料）萃取剂回收段溶剂分离塔萃取精馏塔冷凝器冷凝器环己烷糠醛-苯混合液苯x糠醛0.00.980.21.380.41.860.52.070.62.360.72.7第九节第九节 多组分精馏基础多组分精馏基础 一、多组分精馏流程方案的选择一、多组分精馏流程方案的选择 1、依据：、依据：根据挥发度的差异，将各组分逐个分离。

2、多组分精馏流程方案、多组分精馏流程方案 组分数 2 3 4 5塔 数 1 2 3 4 流程数 1 2 5 14 a三组分（三组分（A））a+ba+b+ccb双组分（一种）双组分（一种）a+b（（B）两种）两种b+ca+b+cabc4组分3塔5流程a+b+ca+b+c+dcba+bad(A)b+ca+b+c+dabca+b+cd(B)b+c+da+b+c+dcbc+dad(C)b+ca+b+c+dacd(D)b+c+dc+da+b+c+dcba+bad(E)3、流程方案的选择、流程方案的选择——具体情况具体分析具体情况具体分析 选择思路： ⑴进料组分按摩尔分数接近0.5：0.5进行分离 ⑵各组分摩尔分数相近，两两相对挥发度相近，逐一分离 ⑶各组分间相对挥发度差别较大时，直接逐一分离 ⑷各组分摩尔分数差别较大时，从大到小逐一分离 ⑸产品纯度要求高的最后分离，由易到难 二、多组分的气液相平衡 多组分精馏多为非理想物系，压力不高时，气相仍服从Dolton定理 1、服从道尔顿分压定律 2、平衡常数 3、相对挥发度：j为基准组分以比较其他组分挥发度 一般取重关键组分为基准组分 4、泡点温度计算、泡点温度计算 1.已知xi、P，按归一条件∑yi=1，试差法得泡点温度和yi假设泡点温度得Ki，再归一确认 2.已知xi、αij，可得yi5、露点温度计算、露点温度计算 同求泡点 温度（yi、P已知）归一条件∑xi=1例9-126、多组分物系的平衡蒸馏（闪蒸）、多组分物系的平衡蒸馏（闪蒸） F = D + W FxFi = Dyi + Wxixfi=（1-q）yi+qxi 得 相平衡方程 yi=Kixi 物衡:设平衡温度te，查Ki,归一化 ∑xi=1确定te ，再用相平衡方程求yi 原料原料F, xF , tFD=(1-q)F, ye, teW=qF, xe , teT热量衡算—确定加热温度T FCmp（T-te）=（1-q）Fr （原料经加热至温度T，节流减压，自身温度降低放出的 显热等于汽化所需潜热） 原料原料F, xF , tF加压泵加压泵顶部产品顶部产品D=(1-q)F, ye, te底部产品底部产品W=qF, xe , teT加热器加热器分离器分离器冷凝器冷凝器节流阀节流阀图图 平衡蒸馏装置平衡蒸馏装置三、多组分精馏的关键组分和物料衡算三、多组分精馏的关键组分和物料衡算 1、关键组分、关键组分 进料中对多组分的分离起控制作用的两个组分 挥发度大的——轻关键组分 挥发度小的——重关键组分关键组分的确定取决于分离的具体要求，如 A、B、C、D 若要将A、B与C、D分开，则关键组分为B、C，若要将A分开，则关键组分为A、B。

2、全塔物料衡算、全塔物料衡算 总物料衡算 F = D + W 任一组分的物料衡算 FxFi = Dyi + Wxi 归一方程 ∑xDi=1 ∑xFi=1 ∑xWi=1 3、产品组成计算（确定摩尔分数、产品组成计算（确定摩尔分数））（1） 清晰分割法 前提：关键组分为两个相邻组分，两者挥发度差异较 大，分离要求也较高理论：比轻关键组分还易挥发的组分全部从塔顶蒸出， 在塔釜中含量极小可以忽略 比重关键组分还难挥发的组分全部从塔釜排出 在塔顶中含量极小可以忽略 计算：根据清晰分割理论对全塔物料衡算可得到 塔顶、塔底各组分摩尔分数 例9-13 （2） 全回流近似法 假定：实际部分回流时，各组分在塔顶、塔底产品中的摩 尔分数与全回流时的相同芬斯克方程：任意组分i和重关键组分h 也可写成 或 例9-14四、多组分精馏理论板数的计算四、多组分精馏理论板数的计算 同双组分精馏，有捷算法和逐板计算法 1、理论板书捷算法、理论板书捷算法 ：：FUG（芬斯克（芬斯克—恩德伍德恩德伍德—吉利兰）吉利兰）①求最小回流比 Rmin ——恩德伍德公式简化处理 αlj＞θ＞αhj若两关键组分间有p个组分，则有p+1个θ值，有p+1个Rmin值，最后取Rmin的平均值恩德伍德 公式恒摩尔流假定 相对挥发度αij为常数 ②求最少理论板数 Nmin ——芬斯克方程——将多组分分离看作轻、重关键组分的双组分分离 ③求理论板数 ——吉利兰图 例 9-152、、逐板计算法：LM（刘易士—麦提逊）步骤同双组分精馏，区别在于： ①要估算初定的塔顶、塔底产品量及各组分摩尔数 ——用全塔物料衡算方法 ②最小回流比的计算用多组分的方法 ——恩德伍德公式 ③相平衡关系采用多组分气液相平衡关系 。