第三章 多组分精馏

1、1第三章 多组分精馏3.1 概述概述2n化工原理中，讨论了二元精馏。而在化工生产实化工原理中，讨论了二元精馏。而在化工生产实际中遇到的大部分是多组分物系分离和提纯问题。际中遇到的大部分是多组分物系分离和提纯问题。n多组分物系分离和提纯问题，由于组分数增多，多组分物系分离和提纯问题，由于组分数增多，增加了过程的复杂性。因此，对于组分物系分离增加了过程的复杂性。因此，对于组分物系分离过程进行定性分析，讨论塔内的流率、组成、温过程进行定性分析，讨论塔内的流率、组成、温度分布特点，有助于对于精馏过程深入了解，是度分布特点，有助于对于精馏过程深入了解，是选择分离过程、设计和强化改进分离操作必不可选择分离

2、过程、设计和强化改进分离操作必不可少的知识。少的知识。 3n多组分精馏的设计计算分为；多组分精馏的设计计算分为； 1. 严格计算法严格计算法 2. 简捷计算法简捷计算法n 计算机的广泛使用后，多组分精馏的设计计算机的广泛使用后，多组分精馏的设计计算多采用严格计算法。但简捷计算法也广泛计算多采用严格计算法。但简捷计算法也广泛使用。主要用于：使用。主要用于： 1）给严格计算法提供初值；）给严格计算法提供初值； 2）用于初步设计。）用于初步设计。4 组分物系分离过程中，如果相对挥发度组分物系分离过程中，如果相对挥发度低于低于1.1采用一般精馏分离是不经济的，若有采用一般精馏分离是不经济的，若有共沸物

3、生成则分离是不可能的。这种情况下采共沸物生成则分离是不可能的。这种情况下采用特殊精馏。有用特殊精馏。有 共沸精馏、萃取精馏、反应共沸精馏、萃取精馏、反应精馏。加盐精馏等。精馏。加盐精馏等。 5n3. 2 多组分精馏过程多组分精馏过程n3. 2. 1 多组分精馏过程分析多组分精馏过程分析n关键组分关键组分 对于精馏塔对于精馏塔 可调设计变量可调设计变量Na=5n对于设计型计算：对于设计型计算： 1）全凝器饱和液体出料；）全凝器饱和液体出料； 2）R; 3） D/F; 4）xDA; 5）xWB n对于操作型计算：对于操作型计算： 1）全凝器饱和液体出料；）全凝器饱和液体出料； 2）R; 3）D/F

4、; 4）N; 5）M+1 。6n 对于双组分精馏；对于双组分精馏； 塔顶：塔顶：xDA 已确定已确定 xDB =1- xDA ; 塔釜：塔釜：xWB已确定已确定 xWB =1- xWA ;n 也就是塔顶、塔釜组成全部确定。也就是塔顶、塔釜组成全部确定。n对于多组分精馏对于多组分精馏：Na=5 ，与组分数无关。，与组分数无关。n除规定全凝器饱和液体出料：除规定全凝器饱和液体出料：2） R; 3）D/F外只外只能规定两个组分的分离要求，不能指定全部的组成。能规定两个组分的分离要求，不能指定全部的组成。7n分离要求：分离要求：1 1、提出两个产品的纯度、提出两个产品的纯度 如塔顶 xDA=0.99；

5、 塔釜 xWB =0.982 2、提出两个杂质的含量、提出两个杂质的含量 如xDB0.05; xWA0.02;3 3、提出产品的回收率、提出产品的回收率 塔顶A产品回收率为98%等，n 还可以交叉使用。 83.2.2 3.2.2 关键组分关键组分n 在待分离的组分溶液中，选取工艺中最关在待分离的组分溶液中，选取工艺中最关心的两个组分一般是选择心的两个组分一般是选择挥发度相邻的两个组挥发度相邻的两个组分，分，对其分离要做出规定，即对其分离要做出规定，即指定他们在馏出指定他们在馏出液和釜液中的浓度液和釜液中的浓度。这样，在一定的分离条件。这样，在一定的分离条件下，所需的理论板层数和其他组成也随之而

6、变，下，所需的理论板层数和其他组成也随之而变，所选定的两个组分称为关键组分。所选定的两个组分称为关键组分。9n引入几个基本概念：引入几个基本概念：n关键组分关键组分：用来指定两个分离要求的组分。n轻关键组分轻关键组分：关键组分中的易挥发组分。 用L Lk k表示。Light keyn重关键组分重关键组分：关键组分中的难挥发组分。n 用H HK K表示。Heavy keyn轻组分（轻非关键组分）轻组分（轻非关键组分）：比轻关键组分还轻的组分。ibLb; 用L LNKNK表示。n重组分（重非关键组分）重组分（重非关键组分）：比重关键组分还重的组分。ibhb; 用H HNKNK表示。10两组分在塔顶

7、和塔底预分配方案 在多组分精馏中，一般在多组分精馏中，一般先规定先规定关键组成在塔关键组成在塔顶和塔底产品中的组成，其他组成的分配应通顶和塔底产品中的组成，其他组成的分配应通过物料衡算或近似估算得到。待求出过物料衡算或近似估算得到。待求出理论板层理论板层数数后，后，再校算再校算塔顶或塔底产品中的组成，根据塔顶或塔底产品中的组成，根据组分间挥发度的不同，可有组分间挥发度的不同，可有两种预分配两种预分配方案。方案。11(1) (1) 清晰分割清晰分割n 如果如果轻重关键组分的挥发度相差较大，且轻重关键组分的挥发度相差较大，且两者为相邻组分，两者为相邻组分，此时可以认为比重关键组分此时可以认为比重关

8、键组分还重的组分全部在塔底产品中，比轻组分还轻还重的组分全部在塔底产品中，比轻组分还轻的组分全部在塔顶产品中，这种情况称为清晰的组分全部在塔顶产品中，这种情况称为清晰分割。分割。n 清晰分割时非关键组分在塔顶和塔底产品清晰分割时非关键组分在塔顶和塔底产品中的分配用中的分配用物料衡算求得物料衡算求得。1213总物料衡算总物料衡算苯的衡算苯的衡算乙苯的衡算乙苯的衡算甲苯的衡算甲苯的衡算14(2) (2) 非清晰分割非清晰分割n如果轻重关键组分不是相邻组分，则塔顶和塔如果轻重关键组分不是相邻组分，则塔顶和塔底产品中必有中间组分。底产品中必有中间组分。n如果进料液中非关键组分的如果进料液中非关键组分的

9、相对挥发度相对挥发度与关键与关键组分组分相差不大，相差不大，则塔顶产品中就含有比重关键则塔顶产品中就含有比重关键组分还重组分，塔底产品中含有比轻关键组分组分还重组分，塔底产品中含有比轻关键组分还轻的组分。上述两种情况称为非清晰分割。还轻的组分。上述两种情况称为非清晰分割。n 可用芬斯克全回流公式估算。可用芬斯克全回流公式估算。15 在非清晰分割时，可用芬斯克全回流公在非清晰分割时，可用芬斯克全回流公式进行估算，需作如下假设：式进行估算，需作如下假设：1 1）在任何回流比操作时，各组分在塔顶和塔）在任何回流比操作时，各组分在塔顶和塔釜产品中的分配情况与全回流时相同；釜产品中的分配情况与全回流时相

10、同；2 2）非关键组分分配情况与关键组分的分配情）非关键组分分配情况与关键组分的分配情况也相同。况也相同。16芬斯克全回流公式芬斯克全回流公式17* *多组分物系中各组分的产品分配多组分物系中各组分的产品分配(解析法与图解法解析法与图解法)亨斯特别克法亨斯特别克法任何回流比下估算各组分在塔任何回流比下估算各组分在塔顶和塔底产品中的分配方法。顶和塔底产品中的分配方法。hlhlWDWDDWWDhhihhihhlhhlWDWDWDWDloglogloglogloglogloglog故故 0log, 1hhhh18图解法计算：19 说明说明: :亨斯特别克法公式中的相对挥发度可亨斯特别克法公式中的相对

11、挥发度可取为塔顶和塔底的或塔顶、进料口和塔底的几何取为塔顶和塔底的或塔顶、进料口和塔底的几何平均值。平均值。 但在开始估算时，塔顶和塔底的温度均为但在开始估算时，塔顶和塔底的温度均为未知数，故需用试差法。先假设各处的温度，由未知数，故需用试差法。先假设各处的温度，由此算出馏出液和釜残液的组成，由此校准所设温此算出馏出液和釜残液的组成，由此校准所设温度是否正确。度是否正确。20例：脱乙苯塔进料组成及摩尔流率例：脱乙苯塔进料组成及摩尔流率, , 相平衡常数相平衡常数如下。进料为饱和液体如下。进料为饱和液体, , 温度压力一定。温度压力一定。 要求要求塔顶乙烷回收率为塔顶乙烷回收率为97%, 97%

12、, 塔底丙烯的回收率塔底丙烯的回收率 99%, 99%, 试估算塔顶馏出物和釜液组成。试估算塔顶馏出物和釜液组成。21解： 22233.3 最小回流比n 在多组分精馏中，当轻重关键组分的分离在多组分精馏中，当轻重关键组分的分离要求确定后，在一定的进料状态下，用无限多要求确定后，在一定的进料状态下，用无限多层理论塔板才能满足分离要求所需的回流比，层理论塔板才能满足分离要求所需的回流比，称为最小回流比。多组分精馏计算中，必须用称为最小回流比。多组分精馏计算中，必须用解析法求最小回流比。解析法求最小回流比。24n常用的是恩德伍德法，推导该式的基本假设是：常用的是恩德伍德法，推导该式的基本假设是： 1

13、) 1) 体系中各组分的相对挥发度为常数；体系中各组分的相对挥发度为常数； 2) 2) 塔内气相和液相均为恒摩尔流。塔内气相和液相均为恒摩尔流。n根据物料平衡及相平衡表示，利用恒浓区的根据物料平衡及相平衡表示，利用恒浓区的概念，恩德伍德推导出最小回流比的两个联概念，恩德伍德推导出最小回流比的两个联立公式：立公式：25qijijxniFi111min1RijijxniDi+ 1试差法求算Rmin261 1 实际回流比的范围实际回流比的范围 精馏过程的经济性主要取决于精馏过程的经济性主要取决于操作费用操作费用和和设备费用设备费用。回流比是影响精馏过程经济性的一。回流比是影响精馏过程经济性的一个重要

14、指标。个重要指标。RminRR适宜回流比的选择适宜回流比的选择273.4 理论塔板数的计算3.4.13.4.1简捷法简捷法 基本原则：将多组分精馏简化为轻重关键组分，基本原则：将多组分精馏简化为轻重关键组分，“双组分精馏双组分精馏”故可应用芬斯克方程和故可应用芬斯克方程和 吉利兰图求理论塔板数。吉利兰图求理论塔板数。28n具体步骤如下：具体步骤如下：1 1）根据分离要求）根据分离要求确定确定关键组分；关键组分；2 2）根据进料组成及分离要求进行物料衡算，）根据进料组成及分离要求进行物料衡算，初步估算初步估算各组分在塔顶和塔底产品中的组成，并各组分在塔顶和塔底产品中的组成，并计算计算各组分的各组

15、分的相对挥发度。相对挥发度。3 3）用芬斯克方程根据轻重关键组分在馏出液和釜液中）用芬斯克方程根据轻重关键组分在馏出液和釜液中的的组成和平均相对挥发组成和平均相对挥发度度计算计算最小理论塔板数。最小理论塔板数。n用恩德伍德法估算出用恩德伍德法估算出RminRmin，从而确定，从而确定回流比回流比R R。4 4）由吉利兰图求出）由吉利兰图求出理论塔板数理论塔板数N N。5 5）然后）然后确定进料板位置。确定进料板位置。293.4.2 3.4.2 逐板计算法逐板计算法计算步骤是：计算步骤是：1 1）根据进料组成和分离要求，）根据进料组成和分离要求，估算估算塔顶和塔底塔顶和塔底的组成，再由物料衡算求

16、出的组成，再由物料衡算求出D D和和W W。2 2）计算）计算最小回流比，最小回流比，选定适宜操作回流比。选定适宜操作回流比。3 3）精馏段）精馏段逐板逐板计算。塔顶第一板开始算组成。计算。塔顶第一板开始算组成。4 4）提馏段）提馏段逐板逐板计算。塔釜液组成开始算。计算。塔釜液组成开始算。建立平衡方程，采用计算机进行计算。建立平衡方程，采用计算机进行计算。30n精馏塔全回流操作的意义：精馏塔全回流操作的意义：n1、开车时，先进行全回流，待操作工况稳定后正常进料；n2、在实验设备中，全回流操作是研究传质的简单有效的手段；313.5 特殊精馏n 有时被分离混和液中组分的有时被分离混和液中组分的相对

17、挥发度相对挥发度，低于低于1 1，采用一般精馏分离是不经济的。，采用一般精馏分离是不经济的。或者形或者形成恒沸物，成恒沸物，也有时为了避免被蒸馏物质也有时为了避免被蒸馏物质高温分高温分解，解，这些情况均应采用特殊精馏。这些情况均应采用特殊精馏。n特殊精馏：特殊精馏：在被分离混和物中加入另一新组分，在被分离混和物中加入另一新组分，因其与被分离组分的作用不同，使原组分之间因其与被分离组分的作用不同，使原组分之间的相对挥发度增加从而可用精馏的方法实现分的相对挥发度增加从而可用精馏的方法实现分离。离。32n特殊精馏属于多组分非理想物系的分离过程。特殊精馏属于多组分非理想物系的分离过程。n特殊精馏：特殊

18、精馏：反应精馏、精密精馏、反应精馏、精密精馏、 盐溶精馏、盐溶精馏、 分子蒸馏、分子蒸馏、 恒沸精馏、萃取精馏。恒沸精馏、萃取精馏。333.5.1 3.5.1 反应精馏反应精馏 在特定的条件下，将反应过程与精馏过程在特定的条件下，将反应过程与精馏过程进行集成，使进行集成，使反应与精馏反应与精馏在蒸馏设备中在蒸馏设备中同时进同时进行行的技术。的技术。特点：特点： 生成产物及时移出反应区，对生成产物及时移出反应区，对可逆和复杂反可逆和复杂反应应，化学平衡向生成物的反应方向移动，可提，化学平衡向生成物的反应方向移动，可提高反应的高反应的转化率和选择性转化率和选择性。34 由于生成的产物及时移出，使得

19、由于生成的产物及时移出，使得反应物总浓度反应物总浓度提高提高，有利于加快反应速率。，有利于加快反应速率。 利用了反应热利用了反应热，降低了精馏过程的能耗。，降低了精馏过程的能耗。 反应器与精馏塔合二为一，反应器与精馏塔合二为一，节省了设备投资节省了设备投资。 对于某些对于某些难分离难分离的体系，可通过反应精馏使其的体系，可通过反应精馏使其中中某组分进行反应某组分进行反应，而将另一组分分离出来。，而将另一组分分离出来。35条件：条件：同时满足同时满足反应过程和精馏过程的要求。反应过程和精馏过程的要求。反应过程反应过程适宜的温度、压力、反应物浓度适宜的温度、压力、反应物浓度分布和催化剂等；分布和催

20、化剂等；精馏过程精馏过程反应物与生成物的反应物与生成物的挥发能力挥发能力具有具有足够大的差异。足够大的差异。注注: : 根据不同反应过程的需要和体系中各组分根据不同反应过程的需要和体系中各组分的性质，选择精馏流程、进料方式、塔板结构的性质，选择精馏流程、进料方式、塔板结构和操作条件等。和操作条件等。36373.5.2 3.5.2 精密精馏精密精馏 采用精馏分离气、液平衡组成很接近或采用精馏分离气、液平衡组成很接近或相对相对挥发度接近于挥发度接近于1 1的体系混合物的操作。的体系混合物的操作。原理：同普通精馏原理：同普通精馏特点：相对挥发度接近于特点：相对挥发度接近于1 1，故达到较高纯度的分，

21、故达到较高纯度的分离所需的理论板数较多，所需的回流比较大，达离所需的理论板数较多，所需的回流比较大，达到稳定操作的时间较长。到稳定操作的时间较长。38应用：实验制备的小批量物质分离、石油产应用：实验制备的小批量物质分离、石油产品评价、高效填料的性能测定、精细化工产品评价、高效填料的性能测定、精细化工产品的提纯、同位素产品的精制等。品的提纯、同位素产品的精制等。计算：难以采用图解方法求解理论板数，通常计算：难以采用图解方法求解理论板数，通常采用解析方法或简捷法确定理论板数、进料位采用解析方法或简捷法确定理论板数、进料位置等。计算中，精密精馏通常按二元混合物处置等。计算中，精密精馏通常按二元混合物

22、处理。理。393.5.3 3.5.3 盐溶精馏（加盐精馏）盐溶精馏（加盐精馏） 一种采用特殊萃取剂的萃取精馏，用于难分一种采用特殊萃取剂的萃取精馏，用于难分离混合物的分离。离混合物的分离。例：乙醇例：乙醇- -水水 、丙醇、丙醇- -水、水水、水- -醋酸等的分离醋酸等的分离 萃取剂：盐类（如萃取剂：盐类（如CaClCaCl2 2、KAcKAc等）。等）。萃取剂作用：使有机物与水的相对挥发度增大萃取剂作用：使有机物与水的相对挥发度增大40n优点：盐不易挥发，从釜中排出，易于回收，优点：盐不易挥发，从釜中排出，易于回收，循环使用。能耗低，易保证产品的纯度。循环使用。能耗低，易保证产品的纯度。缺点

23、：若加入固体盐，则溶解比较困难，同时缺点：若加入固体盐，则溶解比较困难，同时易结晶析出堵塞管道，造成输送困难，是应用易结晶析出堵塞管道，造成输送困难，是应用受到限制。受到限制。41 分子蒸馏背景分子蒸馏背景n分子蒸馏(MD)又称为短程蒸馏短程蒸馏,是一种利用高高n真空真空在较低温度较低温度下将轻重分子分离的蒸馏技术。n热敏性物质热敏性物质在沸腾过程中会出现热分解，而这种在沸腾过程中会出现热分解，而这种热分解的速度又是随着热分解的速度又是随着温度温度的升高呈指数升高，的升高呈指数升高，随随停留时间停留时间的增大呈线性增大的。的增大呈线性增大的。n热敏性物系的分离，必须从热敏性物系的分离，必须从降

24、低降低蒸发过程的蒸发过程的分离分离温度和缩短物料的受热时间温度和缩短物料的受热时间。3.5.4 3.5.4 分子蒸馏分子蒸馏42. .混合物沿加热板流动并被加热混合物沿加热板流动并被加热 .轻、重分子逸出液面进入气相轻、重分子逸出液面进入气相 .由于轻、重分子的由于轻、重分子的自由程自由程不同不同 .轻分子达到冷凝板被冷凝排出轻分子达到冷凝板被冷凝排出;重分子达不到冷凝板沿混合液排出重分子达不到冷凝板沿混合液排出 分子运动自由程（用表示）：一个一个分子相邻两次碰撞之间所走的路程。分子相邻两次碰撞之间所走的路程。 4344n分子有效直径：分子在碰撞过程中，两分子质分子有效直径：分子在碰撞过程中，

25、两分子质心的最短距离（发生斥离的质心距离）。心的最短距离（发生斥离的质心距离）。n分子运动自由程：一个分子在相邻两个分子碰分子运动自由程：一个分子在相邻两个分子碰撞之间所经过的路程。撞之间所经过的路程。n分子运动平均自由程：任一分子在运动过程中分子运动平均自由程：任一分子在运动过程中都在不断变化自由程，而在一定的外界条件下，都在不断变化自由程，而在一定的外界条件下，不同物质的分子其自由程各不相同。在某时间不同物质的分子其自由程各不相同。在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程。间隔内自由程的平均值称为平均自由程。几个基本概念几个基本概念45分子蒸馏应满足的两个条件分子蒸馏应满足的两个条件n轻

26、、重分子的平均自由程必须要有差异，轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异越大越好；且差异越大越好；n蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程。均自由程。 461) 1) 操作温度低（远低于沸点）、真空度高、受操作温度低（远低于沸点）、真空度高、受热时间短（以秒计）、分离效率高等，特别适宜热时间短（以秒计）、分离效率高等，特别适宜于于高沸点、热敏性、易氧化物质高沸点、热敏性、易氧化物质的分离；的分离； 2) 2) 可有效地脱除可有效地脱除低分子物质（脱臭）、重分子低分子物质（脱臭）、重分子物质（脱色）物质（脱色）及脱除混合物中及脱除混合物中杂质杂质；

27、分子蒸馏技术的优点473)3) 其分离过程为物理分离过程，可很好地保其分离过程为物理分离过程，可很好地保护被分离物质不被污染，特别是可保持天护被分离物质不被污染，特别是可保持天然提取物的原来品质；然提取物的原来品质；4) 4) 分离程度高，高于传统蒸馏及普通的薄膜分离程度高，高于传统蒸馏及普通的薄膜蒸发器。蒸发器。 48n 1 1、 分子从液相主体向蒸发表面扩散：分子从液相主体向蒸发表面扩散： n 2 2、 分子在液层表面上的自由蒸发：分子在液层表面上的自由蒸发： n 3 3、 分子从蒸发表面向冷凝面飞射：分子从蒸发表面向冷凝面飞射： n 4 4、 分子在冷凝面上冷凝：分子在冷凝面上冷凝： 在

28、沸腾的薄膜和冷凝面之间的压差是蒸汽流向在沸腾的薄膜和冷凝面之间的压差是蒸汽流向的驱动力，对于微小的压力降就会引起蒸汽的的驱动力，对于微小的压力降就会引起蒸汽的流动。流动。 49n分子蒸馏与普通蒸馏的比较：分子蒸馏与普通蒸馏的比较：1 1、普通、普通 沸点温度沸点温度; ; 分子蒸馏分子蒸馏 任何温度任何温度, , 冷热两面间存在温度差，就能达到分离目的。冷热两面间存在温度差，就能达到分离目的。2 2、 普通蒸馏普通蒸馏 蒸发与冷凝的可逆过程，液相蒸发与冷凝的可逆过程，液相和气相间可以形成相平衡状态；分子蒸馏和气相间可以形成相平衡状态；分子蒸馏 不可逆。不可逆。 逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中

29、间不与逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可其它分子发生碰撞，理论上没有返回蒸发面的可能性。能性。503 3、普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象；分子蒸馏过程、普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象；分子蒸馏过程是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。4 4、普通蒸馏分离因素与组元的蒸汽压之比有关，、普通蒸馏分离因素与组元的蒸汽压之比有关，分子蒸馏分离因素则与组元的蒸汽压和分子量分子蒸馏分离因素则与组元的蒸汽压和分子量之比有关，并可由相对蒸发速度求出。之比有关，并可由相对蒸发速度求出。 51应用：应用：n特殊的新型分离技术特殊的新型分离技术

30、, ,它具有浓缩效率高、质它具有浓缩效率高、质量稳定可靠、操作易规范化等优点量稳定可靠、操作易规范化等优点, ,能分离常能分离常规蒸馏较难分离的物质规蒸馏较难分离的物质, ,特别适合于特别适合于高沸点、高沸点、高粘度、热敏性高粘度、热敏性的物质。该技术已广泛用于天的物质。该技术已广泛用于天然香料、食品、医药、石油化工等行业。我国然香料、食品、医药、石油化工等行业。我国香根油、广霍香油、茉莉净油、大花茉莉净油香根油、广霍香油、茉莉净油、大花茉莉净油和当归净油等深加工研究均采用分子蒸馏技术和当归净油等深加工研究均采用分子蒸馏技术原理原理, ,进行脱色、精制和提纯。进行脱色、精制和提纯。52釜式蒸馏

31、器釜式蒸馏器53 流体靠重力在蒸发壁面流动时形成一层流体靠重力在蒸发壁面流动时形成一层薄膜薄膜, ,但液膜厚度不均匀但液膜厚度不均匀, ,且液膜流动一般为且液膜流动一般为层流层流, , 传质、传热阻力大。传质、传热阻力大。 降膜式分子蒸馏器降膜式分子蒸馏器5455优点：优点：液膜厚度小液膜厚度小, ,蒸馏物料可沿蒸发表面流蒸馏物料可沿蒸发表面流动动, ,停留时间短停留时间短, ,热分解的危险性较小热分解的危险性较小, ,蒸馏过蒸馏过程可以连续进行程可以连续进行, ,生产能力大。生产能力大。缺点：缺点：很难保证所有的蒸发表面都被液膜均匀很难保证所有的蒸发表面都被液膜均匀覆盖覆盖, ,液体流动时常

32、发生翻滚现象液体流动时常发生翻滚现象, ,产生的雾产生的雾沫也常溅到冷凝面上沫也常溅到冷凝面上, ,影响分离效果。影响分离效果。56n 旋转刮膜式分子蒸馏设备旋转刮膜式分子蒸馏设备 （wiped-film evaporator)57n(1)(1)主机部分主机部分蒸发装置和冷凝装置。蒸发装置和冷凝装置。q蒸发装置向物料提供加热能源蒸发表面。目前热源可蒸发装置向物料提供加热能源蒸发表面。目前热源可以是多种类型以是多种类型, ,主要设备有蒸气加热、电加热、导热主要设备有蒸气加热、电加热、导热油加热及微波加热等油加热及微波加热等; ;q冷凝装置主要是提供水冷却的冷凝器。蒸发表面与冷冷凝装置主要是提供水

33、冷却的冷凝器。蒸发表面与冷凝表面之间的距离必须介于轻重分子平均自由程间凝表面之间的距离必须介于轻重分子平均自由程间, ,才能完成分子蒸馏的全过程才能完成分子蒸馏的全过程; ;q另外，主机部分还必须有驱动装置另外，主机部分还必须有驱动装置, ,用以驱动物料的用以驱动物料的分布和成膜刮板作旋转运动分布和成膜刮板作旋转运动, ,其主要设备是电动机、其主要设备是电动机、减速机、支架以及密封构、中轴承、底轴承等。减速机、支架以及密封构、中轴承、底轴承等。58n离心式离心式(centrifugal evaporator)分子蒸馏分子蒸馏-物料送到高速旋转的转盘中央，并在旋物料送到高速旋转的转盘中央，并在旋

34、转面扩展形成薄膜，同时加热蒸发，使之与转面扩展形成薄膜，同时加热蒸发，使之与对面的冷凝面凝缩，该装置是目前较为理想对面的冷凝面凝缩，该装置是目前较为理想的分子蒸馏装置，但与其它两种装置相比的分子蒸馏装置，但与其它两种装置相比, ,要求有高速旋转的转盘要求有高速旋转的转盘, ,又需要较高的真空又需要较高的真空密封技术。密封技术。离心式分子蒸馏装置离心式分子蒸馏装置5960分子蒸馏的适用范围分子蒸馏的适用范围n1.1.分子蒸馏分子蒸馏适用于不同物质分子量差别较大适用于不同物质分子量差别较大的液体混合物系的分离，特别是同系物的分的液体混合物系的分离，特别是同系物的分离，分子量必须要有一定差别。离，分

35、子量必须要有一定差别。n2.2.分子蒸馏也可用于分子量接近但性质差别分子蒸馏也可用于分子量接近但性质差别较大的物质的分离较大的物质的分离，如沸点差较大、分子量，如沸点差较大、分子量接近的物系的分离。接近的物系的分离。 61n3.3.分子蒸馏特别适用于分子蒸馏特别适用于高沸点、热敏性高沸点、热敏性、易氧化易氧化（或易聚合）物质的分离。（或易聚合）物质的分离。n4.4.分子蒸馏适宜于附加值较高或社会效益分子蒸馏适宜于附加值较高或社会效益较大的物质的分离。较大的物质的分离。n5.5.分子蒸馏不适宜于同分异构体的分离。分子蒸馏不适宜于同分异构体的分离。 62 分子蒸馏技术的局限性分子蒸馏技术的局限性n

36、分子蒸馏要求在高真空下进行分离分子蒸馏要求在高真空下进行分离, ,所需要的所需要的设备成本过高设备成本过高, , 结构复杂结构复杂, ,设计技术要求高设计技术要求高, ,相相应的配套设备也多应的配套设备也多, ,投资过大投资过大, ,国内尚未见大规国内尚未见大规模运用模运用; ;n分子蒸馏受设备结构和加热面积的限制分子蒸馏受设备结构和加热面积的限制, ,设备设备体积比常规蒸馏设备体积大体积比常规蒸馏设备体积大, ,在大规模生产应在大规模生产应用中有不少困难。用中有不少困难。63n在被分离的溶剂中加入另一新组分，该组在被分离的溶剂中加入另一新组分，该组分能与原溶液中一个或两个组分形成沸点分能与原

37、溶液中一个或两个组分形成沸点更低的恒沸物，恒沸物从塔顶蒸出，塔底更低的恒沸物，恒沸物从塔顶蒸出，塔底引出较纯产品，加入的新组分称挟带物，引出较纯产品，加入的新组分称挟带物，这种特殊精馏的方法称恒沸精馏。这种特殊精馏的方法称恒沸精馏。n3.5.5 3.5.5 恒沸精馏恒沸精馏646566n主要要求是：主要要求是：n1) 1) 挟带剂所形成恒沸物的沸点低，与被分离挟带剂所形成恒沸物的沸点低，与被分离的组分的沸点差大，的组分的沸点差大，n2) 2) 形成的恒沸物应主要挟带料液中含量少的形成的恒沸物应主要挟带料液中含量少的组分，单位恒沸剂挟带量要大，这样挟带剂用组分，单位恒沸剂挟带量要大，这样挟带剂用

38、量与气化量少，热量消耗少。量与气化量少，热量消耗少。n3) 3) 形成的恒沸物能冷凝分层，易于将恒沸剂形成的恒沸物能冷凝分层，易于将恒沸剂分离，重新使用。分离，重新使用。n4) 4) 使用安全，性质稳定，价格便宜等。使用安全，性质稳定，价格便宜等。67工业酒精恒沸精馏（用苯作恒沸剂）制取无水酒精。工业酒精恒沸精馏（用苯作恒沸剂）制取无水酒精。乙醇乙醇-水水二元恒沸物（恒沸点二元恒沸物（恒沸点78.15，乙醇摩尔分率为，乙醇摩尔分率为0.894） 三元恒沸物：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68n萃取剂与被分离液中的任何组分不形成恒沸萃取剂与被分离液中的任何组分不形成恒沸物，萃取剂的沸点比原溶液各组分的沸点均物，萃取剂的沸点比原溶液各组分的沸点均高，它与原料液中某个组分有较强的吸引力，高，它与原料液中某个组分有较强的吸引力，可显著降低该组分的蒸汽压，从而增大