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1 化工分离工程论文 浅谈萃取精馏和共沸精馏 摘 要： 前言 在化工生产中常常会遇到欲分离的组分之间的相对挥发度接近于 1 或者形 成共沸物的系统。应用一般的精馏方法分离这种系统或者在经济上是不合理的。 或者在技术上是不可能的如向这种溶液中加入一个新的组分，通过它对原溶液中 各组分的不同作用，改变它们之间的相对挥发度，系统变得易于分离，这类既加 入能量分离剂又加入质量分离剂的精馏过程称为特殊精馏。故需要对特殊的精 馏，即萃取精馏、共沸精馏的特点进行相应的了解，让这两种特别的精馏方法更 好地为人类做贡献。 1 萃取精馏 1.1 萃取精馏原理 溶剂在萃取精馏中的作用是使原有组分的相对挥发度按所希望的方向改变， 并有尽可能大的相对挥发度。当被分离物系的非理想性较大，且在一定浓度范围 2 难以分离时，加入溶剂后，原有组分的浓度均下降，而减弱了它们之间的相互作 用，只要溶剂的浓度足够大，就突出了两组分蒸汽压的差异对相对挥发度的贡献， 实现了原物系的分离。在该情况下，溶剂主要起了稀释作用。当原有两组分 A 和B 的沸点相近，非理想性不大时，若相对挥发度接近于1，则用普通精馏也无 法分离。加入溶剂后，溶剂与组分A 形成具有较强正偏差的非理想溶液，与组分 B 形成负偏差溶液或理想溶液，从而提高了组分A 对组分B 的相对挥发度，以实 现原有两组分的分离。溶剂的作用在于 对不同组分相互作用的强弱有较大差异。 1.2 萃取精馏过程分析 （1）汽液流率： 由于溶剂的沸点高，流率较大，在下流过程中溶剂温升会冷凝一定量的上升蒸汽， 导致塔内汽相流率越往上走越小，液相流率越往下流越大。 溶剂存在下，塔内的液汽比大于脱溶剂情况下的液汽比； 各板下流的溶剂流率均大于加入的溶剂流率； 汽相流率、液相流率都是越往上越小。 （2）浓度分布。溶剂在塔内浓度分布分为四段： 1)溶剂回收段： 2)精馏段： 3)提馏段： 4)塔釜： 1.3 萃取剂 萃取剂就是用于萃取的溶剂 两种液体互不相溶，需要萃取的物质在两液体中溶解度差别很大的时候可以 进行萃取。如四氯化碳加入溴水,溴单质就会从水中溶解入四氯化碳。 选用的萃取剂的原则： 和原溶液中的溶剂互不相溶； 对溶质的溶解度要远大于原溶剂； 要易于挥发。 对于甲醇-乙酸甲酯体系中,温度越高,被分离体系的相对挥发度越低,但温 度在高于 360K 时对相对挥发度的影响较小;另外,溶剂比越高,体系的相对挥发 3 度越大,溶剂比在大于10 以后,对相对挥发度的影响较小 1 。 2 共沸精馏 2.1 共沸精馏原理 共沸精馏，又称恒沸精馏，是利用混合物中的组分能形成共沸物的性质实 现分离的精馏过程。通常在待分离的溶液中加入共沸剂（或称夹带剂），使其与 溶液中的一个或两个组分形成共沸物，以增大待分离组分间的相对挥发度而使分 离易于进行。如果形成的共沸物是易挥发的塔顶产品，则塔底理论上得纯组分， 这种体系称为具有最低共沸物得体系。若共沸物是难挥发的塔底产品，则塔顶理 论上可得纯组分，这种体系称为具有最高共沸物的体系。当两种性质接近的液体 混合时，所形成得溶液近似于理想体系，它们在一个很宽得温度范围内相互溶解， 蒸汽压符合拉乌尔定律。共沸现象是由于组成溶液的各组分的分子结构不相似， 在混合时引起与理想溶液发生偏差所致。若溶液的蒸汽压对理想溶液发生负偏 差，即活度系数小于 1 时，则形成最高共沸物；若溶液得蒸汽压对理想溶液发 生正偏差，即活度系数大于 1 ，则形成最低共沸物。共沸精馏分离原理：与萃 取精馏基本相同，不同之处是共沸剂（夹带剂，携带剂）在影响原溶液组分的相对 挥发度的同时，还要与原溶液中一个或多个组分形成共沸物。 2.2 共沸精馏过程分析 在被分离的物系中加入共沸剂，该共沸剂必须能和物系中的一个或者几个组 分形成最低点共沸物，以至于使需要分离的几种组分间的相对挥发度增大。在精 馏时，共沸组分作为轻组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸馏出，工业上把这种 操作定义为共沸精馏。根据塔顶蒸馏出的二组分或三组分混合物经冷凝器冷凝后 能否分为互不溶解的两个液相，将共沸精馏分为均相共沸精馏和非均相共沸精馏 2 。 2.2.1 二元非均相共沸精馏 4 图 1 二元非均相共沸精馏流程 图 2 二元非均相共沸精馏通用流程 2.2.2 二元均相共沸物的变压精馏 表 3-3 适用变压精馏的物系和使用条件 系统 压力范围 ,kPa 组成范围 温度范围， （均相二元最低共沸物） 乙腈水 20 101.3 72.5 84.5 mol% 34 77 乙醇水 13.3 193.3 89.0 99.6 mol% 34.2 95.3 甲醇苯 26.7 1466.3 33.1 63.0 wt% 26 149 甲醇甲乙酮 13.3 271.9 52 85 wt% 18.4 92.3 5 丙酮水 342.6 1375.6 78.0 96.5 mol% 95.8 155.8 乙酸乙酯乙醇 3.3 196.7 61.13 87.15 wt% 1.4 91.4 ( 均相二元最高共沸物 ) 盐酸水 6.7 161.3 19.3 23.5 wt% 48.7 123 HBr 水 13.3 160 47.03 49.8 mol% 74.12 137.34 2.3 共沸剂的选择 在共沸精馏中，共沸剂与系统中某些组分形成共沸物，使汽液平衡向有利 于原组分分离的方向转变。 加入 共沸剂的目的或是分离沸点相近的组分，或是 从共沸物中分离出一个组分。 基本要求： a、b 形成最低共沸物的情况 选择比原共沸温度更低的低沸点物质为共沸剂。 选择中间沸点的物质为共沸剂，它与低沸点组分生成最低共沸物。 选择高沸点物质为共沸剂，它与原两组分均生成最低共沸物。 a、b 形成最高共沸物的情况 选择比原共沸温度具有更高沸点的物质为共沸剂。 选择中间沸点的物质为共沸剂，它与高沸点物质生成最高共沸物。 选择低沸点物质为共沸剂，它与原两组分形成最高共沸物。 共沸剂选择的原则可概括为：只有当某一剩 余曲线连接所希望得到的产品 时，一个均相共沸物才能被分离成接近纯的组分。若满足这一条件，对于二元最 低共沸物系，共沸剂应该是一个低沸点组分或能形成新 的二元或三元最低共沸 物的组分；对于二元最高共沸物系，共沸剂应该是一个高沸点组分或能形成新的 二元或三元最高共沸物的组分；这是选择适宜共沸剂的必要条 件。 理想的共沸剂应具备以下特性：显著影响关键组分的汽液平衡关系； 共沸剂容易分离和回收；用量少，汽化潜热低；与进料组分互溶，不生成两 相，不与进料中组分起化学反应；无腐蚀、无毒；价廉易得。 结语 6 对萃取精馏和共沸精馏的特点、过程分析以及萃取剂、共沸剂的选择进行了 介绍，使我们能够更好地了解萃取精馏、共沸精馏，根据他们的使用