(9.4)-第四节讲稿化工原理绪论化工原理

*第十章

蒸馏

Distillation一、间歇蒸馏二、恒沸精馏和萃取精馏三、特殊蒸馏第四节

其它蒸馏方式

1*一、间歇精馏

(1)流程及设备(2)应用①原料液分批生产；②批量小，种类多，产品组成又经常变化，且分离要求较高；③多组分混合物的初步分离。(3)特点①间歇操作，料液分批加入塔釜；②只有精馏段，无提馏段；③非稳态过程。2*（一）恒定回流比的间歇精馏特点：塔顶产品组成不断降低；釜液中组成也不断降低。3*计算思路：假定xD1，确定Rmin,确定R，求N

假定是否合适，以=为判据。（1）理论塔板数的确定计算过程：①设定最初馏出液组成初值；②确定Rmin；

选取：R

求：N已知：4*③根据Rmin确定适宜操作回流比R；④图解理论板数N。5*（二）恒定产品组成的间歇精馏特点：保持馏出液组成不变，连续加大回流比。增大回流比的途径：①提高上升蒸汽量；②减小采出量D。6*（1）理论板数确定为了保证釜液组成达到最终组成xWe时，塔顶产品仍保持xD不变。必须由xD和xWe确定最小回流比Rmin，7*根据最小回流比Rmin，选定适宜回流比R，图解理论板数NT。8*当给定塔的理论板数NT、回流比R调节的范围及产品组成xD和釜液组成xWe，则不同工况下的操作线即可确定。回流比从小到大调节，每改变一次回流比Rj，即可由逐板计算法求得经过N个理论级分离后釜液的组成xWj。9*恒定产品组成的间歇精馏的操作型计算：10*恒沸精馏与萃取精馏具有恒沸点或

接近1的物系，受相平衡的限制不能或不宜采用普通精馏方法进行分离。方法一：采用萃取、吸附以及膜分离等其它分离方法。方法二：向精馏系统添加第三组分，通过它对原溶液中各组分间的不同作用，提高原溶液各组分间的

，使原来难以用精馏分离的物系变得易于分离。第三组分使物系组分数增加，操作流程更复杂，一般不再是单塔操作。为了达到原溶液两组分的完全分离并回收加入的第三组分，通常采用特殊精馏与普通精馏或液-液萃取联合流程。特殊精馏还有为降低高沸点或热敏性物系操作温度的水蒸汽精馏，以及反应和精馏分离同时进行的反应精馏等。11*恒沸精馏加入恒沸剂

(第三组分)，使之与原溶液中一或两个组分形成恒沸物，使原有组分间的

增大，再用一般精馏方法分离。最低恒沸物的体系：恒沸物为塔顶产品，塔底得纯组分；最高恒沸物的体系：恒沸物为塔底产品，塔顶得纯组分。恒沸精馏流程取决于恒沸剂与原组分形成的恒沸液的性质。恒沸剂的选择(1)恒沸物的恒沸点要与原溶液中纯组分的沸点有相当的差值，一般不小于10℃；(2)形成的恒沸物易于分离，以便回收恒沸剂，且恒沸剂的含量越少越好，以节省操作费用；(3)热稳定性好、无毒、无腐蚀、价格便宜。12*恒沸精馏举例工业酒精恒沸精馏（用苯作恒沸剂）制取无水酒精乙醇-水二元恒沸物（恒沸点78.15℃，水的摩尔分率0.106）

苯、乙醇、水三元恒沸物：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13*萃取精馏

加入第三组分萃取剂（一般沸点较高、不与原溶液中任一组分形成恒沸物）仅改变原组分的

从而实现精馏分离。塔顶可得一个纯组分，萃取剂与另一组分从塔底排出。因不要求添加的第三组分与原溶液中的组分形成恒沸物，所以萃取剂的选择范围较宽，萃取精馏应用也更广。(1)选择性好，即加入少量萃取剂后能使溶液的相对挥发度发生显著提高；(2)挥发性小且不与原组分起化学反应，不形成恒沸物，以便于分离回收，减少损失。(3)安全，无毒，无腐蚀性，热稳定性好以及价格便宜等。萃取剂的选择14*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，难以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。循环糠醛补充糠醛塔顶产品塔底产品苯+环己烷（原料）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

0.00.980.21.380.41.860.52.070.62.360.72.7015*恒沸精馏和萃取精馏的比较：（1）第三组分选择范围恒沸精馏：与被分离组分形成恒沸物，选择相对较难。萃取精馏：选择范围要广得多。

（2）能量消耗恒沸精馏：恒沸剂以气态离塔，消耗的潜热较多。萃取精馏：萃取剂基本不汽化，较经济。（3）操作方式萃取精馏：不能简单地用于间歇操作。恒沸精馏：无此限制。（4）热敏性物料恒沸精馏的操作温度一般低于萃取精馏，适于分离热敏性物料。16*三、特殊精馏1、反应精馏将反应过程与精馏过程进行集成起来，在蒸馏设备中同时进行的技术。特点：①生成产物及时移出反应区，对可逆和复杂反应，化学平衡向正反应方向移动，可提高反应物的转化率和选择性。②由于产物及时移出，使得反应物总浓度提高，有利于加快反应速率。③利用了反应热，降低了精馏过程的能耗。④反应器与精馏塔合二为一，节省了设备投资。⑤对于某些难分离的体系，可通过反应精馏使其中某组分进行反应，而将另一组分分离出来。17*条件：必须同时满足反应过程和精馏过程的要求。反应过程——适宜的温度、压力、反应物浓度分布和催化剂等；精馏过程——反应物与生成物的挥发能力具有足够大的差异。故：反应精馏应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、塔板结构和操作条件等。流程设计：1、可逆反应18*2、不可逆反应19*注：催化剂填充段应放在反应物含量最大的区域。反应精馏举例20*2、盐溶精馏（加盐精馏）一种采用特殊萃取剂的萃取精馏，用于难分离混合物的分离。例：乙醇-水、丙醇-水、水-醋酸等的分离萃取剂：盐类（如CaCl2、KAc等）。作用：使有机物与水的相对挥发度增大。优点：盐不易挥发，从塔釜中排出，易于回收、循环使用。能耗低，易保证产品的纯度。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，使应用受到限制。21*3、分子精馏在高真空、蒸发面与冷凝面间距离小于或等于分子平均自由程条件下，通过二元混合物中两组分以不同的速度从液相主体向蒸发界面扩散，自蒸发面逸出的分子不与任何分子碰撞，直接奔射并冷凝在冷凝面上，即完成一级分子蒸馏过程，实现一次分离。该过程属于高真空度的蒸馏操作。22*应用：广泛应用于科学研究、化工、石油、医药、轻工以及油脂等工业中，以浓缩和提纯高相对分子质量、高沸点、高粘度的物质及稳