恒沸精馏实用教案

1、二、恒沸精馏二、恒沸精馏(jn li) 恒沸精馏是在原溶液中添加恒沸剂S使其与溶液中至少(zhsho)一个组分形成最低（最高）恒沸物，以增大原组分间相对挥发度差的非理想溶液的多元精馏 形成的恒沸物从塔顶（塔釜）采出，塔釜（塔顶）引出较纯产品，最后将恒沸剂与组分分离3.3特殊精馏第1页/共45页第一页，共46页。1、恒沸物 恒沸物指在一定压力(yl)下，汽液相组成与沸腾温度始终不变的一类溶液。 二元均相恒沸物相图二元恒沸物的性质：混合物的蒸汽压组成曲线上的极值点所对应的汽、液平衡相的组成相等。且温度的极大（或极小）值总是相当于压力(yl)的极小值 3.3特殊精馏第2页/共45页第二页，共46页。

2、相图(xin t)3.3特殊精馏第3页/共45页第三页，共46页。判断(pndun) 均相恒沸物的特征(tzhng)：恒沸点 1112, 1xy a根据体系(tx)的压力 SSPPP21SSPPP21SSPPP213.3特殊精馏不形成恒沸物形成最低沸点恒沸物形成最高沸点恒沸物第4页/共45页第四页，共46页。判断(pndun) b根据无限稀释(xsh)活度系数SSPP221112恒沸点(fidin)： 112SSxPPx21101211211)( , 1, 0SSxPPx21201222121)( , 1, 023.3特殊精馏第5页/共45页第五页，共46页。判断(pndun) 最低沸点(fi

3、din)体系： 11201211)(1)(xxSSSSPPPP21221111最高沸点(fidin)体系： 甲苯-乙腈 121SsPP123.93 0.287 2.807 最低沸点恒沸物 甲苯-丙酮 1.96 0.515 6.897 不形成恒沸物 3.3特殊精馏第6页/共45页第六页，共46页。恒沸组成(z chn)的计算 恒沸点(fidin)时： 112SSPP1221)(),(iiSixfTfPa 求T、P下的恒沸组成(z chn) 已知T，求出 SiP，代入 )(iixf及关联式，求解 ixix有物理意义物理意义，则有恒沸物产生 3.3特殊精馏第7页/共45页第七页，共46页。恒沸组成(

4、z chn)的计算 b 恒压下求恒沸温度(wnd)与组成 SiiiiSSPxPPxPxP222111设T，求出相应(xingyng)的 SiP，代入关联式求解 ix判断已知的P是否等于 SiiiPx不相等，则调整T 3.3特殊精馏第8页/共45页第八页，共46页。二元非均相恒沸物二元非均相恒沸物当溶液当溶液(rngy)与理想溶液与理想溶液(rngy)的偏差很大时，互溶的偏差很大时，互溶度降低可形成二元非均相恒度降低可形成二元非均相恒沸物。部分互溶溶液沸物。部分互溶溶液(rngy)的的t-x,y-x 图如图所示。图如图所示。3.3特殊精馏第9页/共45页第九页，共46页。三元(sn yun)恒沸

5、物 三元物系组成表示方法 用正三角形或直角三角形来表示三元组成，正三角形的每个顶点1、2、3均代表(dibio)纯组分，顶点对面的底线之间划等浓度线表示各顶点组分的浓度 3.3特殊精馏M第10页/共45页第十页，共46页。相图(xin t) 用正三棱柱表示 底面的正三角形表示组成，立轴表示压力(yl)（恒温系统）或温度（恒压系统） 分别用压力(yl)面或温度面表示物系的汽液平衡关系。 由于恒沸物的产生，使图上的压力(yl)（温度）面上出现上突或下陷，且使压力(yl)面上出现脊或谷 3.3特殊精馏第11页/共45页第十一页，共46页。相图(xin t)3.3特殊精馏第12页/共45页第十二页，共

6、46页。相图(xin t)3.3特殊精馏第13页/共45页第十三页，共46页。相图(xin t)3.3特殊精馏第14页/共45页第十四页，共46页。相图(xin t)3.3特殊精馏第15页/共45页第十五页，共46页。相图(xin t)3.3特殊精馏第16页/共45页第十六页，共46页。恒沸组成与压力(yl)的关系 恒沸物组成是指在一定压力下的。不同的压力下恒沸物的组成、温度均会有所改变，压力变化到一定程度可以使恒沸点消失 定性(dng xng)规律：最低沸点恒沸物，压力升高时，恒沸物组成中分子（摩尔）汽化潜热大的组分增大 反之亦然 3.3特殊精馏第17页/共45页第十七页，共46页。恒沸组成

7、与压力(yl)的关系 乙醇-水物系为正偏差且有极值(j zh)点的非理想溶液，在760mmHg下 ， t共=78.1，x乙醇=0.9 KgKcalHKgKcalH93209920乙醇水压力降低，使恒沸组成中乙醇(y chn)量增加 当P=70mmHg，x乙醇=1.0，恒沸点消失 3.3特殊精馏第18页/共45页第十八页，共46页。2、恒沸剂的选择(xunz) 必须与原溶液(rngy)中至少一组分形成最低恒沸物，且其沸点较低 10T 恒沸剂在恒沸物中的比例越小越好，且汽化(qhu)潜热应小，使恒沸剂的用量少 恒沸剂易分离和回收，即形成非均相恒沸物 无毒、无腐蚀、热稳定性好，价廉易得 3.3特殊精

8、馏第19页/共45页第十九页，共46页。3 、恒沸精馏(jn li)流程 二元非均相恒沸物的精馏 不加恒沸剂利用(lyng)温度降低后恒沸物出现相分离现象 3.3特殊精馏蒸汽(zhn q)油相水相第20页/共45页第二十页，共46页。计算计算(j sun)二元非均相共沸系统的精馏时，物料衡算的二元非均相共沸系统的精馏时，物料衡算的特点是常需要把两个塔作为一个整体加以考虑。特点是常需要把两个塔作为一个整体加以考虑。 3.3特殊精馏第21页/共45页第二十一页，共46页。按最外圈作物料衡算得出按最外圈作物料衡算得出(d ch)：FXf=W 1xw1+W2xw2F=W1+W2由给定的由给定的F，x1

9、，x2及及xw2便便可求出可求出W1，W2之值。之值。再按中间一圈进行物料衡算再按中间一圈进行物料衡算 V1=L1+W2 对易挥发组分为：对易挥发组分为： V1yn+1=L1xn+W2xw2 112111wnnxVWxVLy 塔精馏(jn li)段的操作线3.3特殊精馏第22页/共45页第二十二页，共46页。V1y顶=L1x回+W2xw2 比较(bjio)上两式可看出，精馏段操作线最上一点的坐标为（y顶，x回），即应从此处开始画阶梯塔板数。若按最内圈物料(w lio)衡算，可得：3.3特殊精馏第23页/共45页第二十三页，共46页。讨论(toln)：nnnwwwwnwnyynyyxyyyxxV

10、wxVLyyxVLxxxyxx顶顶回顶顶回回顶顶回时且当的关系和）（的一点。是操作线上，即点的关系和）（是定值斜率，精馏段操作线过点则塔43)2(;) 1 (2,22,2,2,12,11 ,111 ,11wLVxVwxVLyxwxLyVwmmwmm提馏段：3.3特殊精馏第24页/共45页第二十四页，共46页。5、塔2操作(cozu)线方程22,2221VxWVxLywmm 6、最小理论板数 在相图中，平衡(pnghng)线和对角线间画梯级求解。3.3特殊精馏第25页/共45页第二十五页，共46页。3.3特殊精馏第26页/共45页第二十六页，共46页。共沸精馏塔脱硝基(xio j)甲烷塔烷烃回收

11、塔补充(bchng)共沸剂回流(hu li)液新鲜进料甲苯烷烃图2-42 用硝基甲烷分离甲苯烷烃的流程3.3特殊精馏第27页/共45页第二十七页，共46页。分离(fnl)均相恒沸物 3.3特殊精馏第28页/共45页第二十八页，共46页。3.3特殊精馏分离(fnl)对象？恒沸物的类型(lixng)？恒沸剂？苯环己烷丙酮(bn tn)均相辅助分离手段？液液萃取萃取剂回收？普通精馏分离手段？恒沸精馏第29页/共45页第二十九页，共46页。塔顶产品为三元(sn yun)恒沸物的分离 苯-乙醇、水形成(xngchng)三元恒沸物， t共=64.86，x苯=53.9%，x乙醇=22.8%，x水=23.3%

12、。3.3特殊精馏第30页/共45页第三十页，共46页。3.3特殊精馏乙醇(y chn)、水第31页/共45页第三十一页，共46页。分离(fnl)恒沸物的双压精馏过程若压力变化明显影响(yngxing)恒沸组成，则采用两个不同压力操作的双塔流程，可实现二元混合物的完全分离。塔通常在常压下操作，塔顶为恒沸物进入塔为高（低）压力下操作3.3特殊精馏第32页/共45页第三十二页，共46页。双塔流程可用于分离甲乙酮水、四氢呋喃水、甲醇甲乙酮双塔流程可用于分离甲乙酮水、四氢呋喃水、甲醇甲乙酮和甲醇丙酮和甲醇丙酮(bn tn)等体系。等体系。3.3特殊精馏第33页/共45页第三十三页，共46页。4.恒沸精馏

13、(jn li)的计算恒沸剂用量的确定恒沸剂用量应保证(bozhng)与被分离组分形成恒沸物时的需要 3.3特殊精馏第34页/共45页第三十四页，共46页。恒沸剂用量的确定(qudng) S组分(zfn)物料衡算： MSxMSFSSMSxMSA B组分(zfn)物料衡算： MAFAxMxFFSxFxFAMAMBFBxMxFFSxFxFBMBSFM3.3特殊精馏第35页/共45页第三十五页，共46页。恒沸剂用量的确定(qudng) 合理(hl)的恒沸剂加入量应该是使塔釜组成W恰好落在三角相图的一个顶点，即组分B上，根据杠杆原理进行物料衡算 利用相图，作F与S连线SA及B连线，两线交点M便是总物料点

14、，再由杠杆规则确定恒沸剂S的用量 3.3特殊精馏第36页/共45页第三十六页，共46页。恒沸剂用量的确定(qudng) 塔顶产品(chnpn)SA量： MSMFFSBASBMMSA塔釜产品(chnpn)W量： BSABMxxxxMBASBMMSABASMASMBMSABSAxxxxMBASMASMB3.3特殊精馏第37页/共45页第三十七页，共46页。恒沸剂引入位置(wi zhi) 恒沸剂挥发度小，可在靠近(kojn)塔顶部分引入，从而保证塔内有足够的恒沸剂浓度 恒沸剂为最低恒沸物，则恒沸剂分段引入，一部分随进料另一部分在提馏段 恒沸剂与两个组分都形成恒沸物，则在塔任何地方均可引入 3.3特殊

15、精馏第38页/共45页第三十八页，共46页。简捷(jinji)计算 计算步骤： A 选定合适的恒沸剂并计算用量。 B 按分离要求规定关键组分(zfn)的回收度 hlEE ,C 按Fensken公式(gngsh)确定 mND 按Fensken确定各组分在塔顶、塔釜的分布及浓度 WiDixx,E 按Underwood公式确定 mR并选R F按Gilliland图计算实际回流比下的理论板数 3.3特殊精馏第39页/共45页第三十九页，共46页。恒沸精馏(jn li)与萃取精馏(jn li)的比较 应用加入适当的溶剂，增大(zn d)被分离的两组分间的挥发度的差异，促使精馏容易实现，这是两者的共同点。

16、 两者的差别 1）恒沸精馏所用的恒沸剂必须与待分离组分的一个或几个形成恒沸物，因此可供选择的恒沸剂很有限，而萃取精馏所用溶剂却没有这种限制。第40页/共45页第四十页，共46页。 2）恒沸精馏的恒沸剂大都从塔顶蒸出，消耗热能较大，只有当恒沸物中恒沸剂的含量很少，与恒沸剂形成恒沸物的组分在原料中含量也少时，才有可能与萃取精馏的能耗相匹敌。 3）恒沸精馏既可用于连续操作，也可用于间歇操作，而萃取精馏只能(zh nn)用于连续操作。 4）在同样压力下操作，恒沸精馏的操作温度较低，故比起萃取精馏来，更适宜于分离热敏性物质。第41页/共45页第四十一页，共46页。 1、二元非均相恒沸精馏的图解法，化工设

17、计，1993年02期 2、二元非均相共沸物分离(fnl)过程模拟计算，化学工程，1994年05期 3、几何法设计共沸精馏塔，天津化工，2001年01期 4、分离(fnl)共沸混合物，化工设备与管道，2001年03期第42页/共45页第四十二页，共46页。 1 1、什么叫恒沸精馏，画出一个二元非均相恒沸精馏流程。 2 2、怎样用三角相图来求解恒沸剂的用量，恒沸剂的用量过多或过少会怎样？ 。 3 3、恒沸精馏的基本原理，说明沸点相近和相对挥发(huf)(huf)度相近是否为同一概念。 4 4、当原溶液为二组分时，恒沸精馏和萃取精馏都可以用图解法求算，试问两者原理是否相同，为什么？ 5 5、请指出共沸精馏与萃取精馏的主要异同。第43页/共45页第四十三页，共46页。恒沸物组成(z chn)与压力有关吗？恒沸精馏过程最好(zu ho)形成最低沸点恒沸物还是最高沸点恒沸物?通过(tnggu)改变压力能使恒沸点消失吗?第44页/共45页第四十四页，共46页。谢谢您