第三章3 多组分多级平衡分离过程分析与简捷计算

③恒沸精馏理论板数的计算 简捷法） （简捷法）
3.3 特 殊 精 馏
• ⑴图解法 • 把恒沸物看成为一个单一组分 恒沸物看成为一个单一组分 看成为一个单一组分SA • 在恒沸塔内当作恒沸物SA与组分 的双 在恒沸塔内当作恒沸物 与组分B的双 与组分 组分精馏过程 • 各物料量均以 为基准 各物料量均以SA为基准 x SA = x A + x S 关键是如何作恒沸物SA与组分 的相图 关键是如何作恒沸物 与组分B的相图 与组分
④塔顶产品为三元恒沸物的分离
• 苯-乙醇、水形成三元恒沸物， 乙醇、 乙醇 水形成三元恒沸物， • t共=64.86℃，x苯=53.9%，x乙醇=22.8%， ℃ ， ， x水=23.3%。 。
3.3 特 殊 精 馏
3.3 特 殊 精 馏
⑤分离恒沸物的双压精馏过程
• 若压力变化明显影响恒沸组成，则采用 若压力变化明显影响恒沸组成， 两个不同压力操作的双塔流程， 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。 二元混合物的完全分离。塔Ⅰ通常在常 压下操作，塔顶为恒沸物进入塔Ⅱ 压下操作，塔顶为恒沸物进入塔Ⅱ为高 （低）压力下操作 • 流程见 流程见P87，图3-25 ，
S PA γ A S PB γ B
• 计算步骤： 计算步骤： • A 根据恒沸剂的性质，求C。 根据恒沸剂的性质， 。 • B 等分取 x SA 为0.1、0.2、0.3…..0.9、1.0，求 、 、 、 ，
x SA ∴ xS = 1+ C
∴ x A = C ⋅ xS
xB = 1− (xS + x A )
C = x A xS
∴ x A = C ⋅ xS
x SA = x A + x S = (1 + C ) x S
xB = 1− (xS + x A )
⑴图解法
x SA ∴ xS = 1+ C
3.3 特 殊 精 馏
xB = 1− (xS + x A )
α SB =
PSS γ S
S PB γ B
α AB =
2、恒沸剂的选择
• ①必须与原溶液中至少一组分形成最低 恒沸物， 恒沸物，且其沸点较低 ∆T > 10 ℃ ②恒沸剂在恒沸物中的比例越小越好， 恒沸剂在恒沸物中的比例越小越好， 且汽化潜热应小， 且汽化潜热应小，使恒沸剂的用量少 ③恒沸剂易分离和回收，即形成非均相恒沸物 恒沸剂易分离和回收， ④无毒、无腐蚀、热稳定性好，价廉易得 无毒、无腐蚀、热稳定性好，
⑵相图
3.3 特 殊 精 馏 a 压力 组成立体图 压力-组成立体图 B 恒温下的等压三角相图
三个二元最低共沸物(m 及一个三元最低共沸物(m)相图 三个二元最低共沸物 1,m2,m3)及一个三元最低共沸物 及一个三元最低共沸物 相图
⑵相图
3.3 特 殊 精 馏
⑵相图
3.3 特 殊 精 馏
⑵相图
S = γ 1 x1 P1
P
+γ
S 2 x 2 P2
S
= ∑ Pi = ∑ γ i x i Pi
S
设T，求出相应的 Pi ，代入关联式求解 x i ， S 判断已知的P是否等于 判断已知的 是否等于 ∑ γ i x i Pi 不相等，则调整 不相等，则调整T
②三元恒沸物
• ⑴三元物系组成表示方法 • 3.3 用正三角形或直角三角形 来表示三元组成， 来表示三元组成，正三角 特 形的每个顶点 、2、3均 形的每个顶点1、 、 均 殊 代表纯组分，顶点对面的 代表纯组分， 精 底线之间划等浓度线表示 馏 各顶点组分的浓度
⑴图解法
• C 查出各组分物系之 Aij 求得 γ A γ B 及
3.3 特 殊 精 馏
γS γB
Pi S D 根据恒沸点温度 ，求出各饱和蒸汽压 根据恒沸点温度T，
分别求 α AB , α SB E 计算 y B ，再按 y SA = 1 − y B 求 y SA F 将一系列 x SA y SA 数据列表并作图 G 计算最小回流比，再取 R = (1.2 − 2) R m 计算最小回流比， H 图解法求得理论板数
⑴相图
3.3 特 殊 精 馏
⑵判断
3.3 特 殊 精 馏
• 均相恒沸物的特征：恒沸点 α 12 = 1, y1 = x1 均相恒沸物的特征： a根据体系的压力 根据体系的压力
P1 S > P > P2 S
P > P1S > P2S
不形成恒沸物 形成最低沸点恒沸物 形成最高沸点恒沸物
P < P1S < P2S
3.3 特 殊 精 馏
• 恒沸物组成是指在某一定压力下的，不 恒沸物组成是指在某一定压力下的， 同的压力下恒沸物的组成、 同的压力下恒沸物的组成、温度均会有 所改变， 所改变，压力变化到一定程度可以使恒 沸点消失 • 定性规律：最低沸点恒沸物，压力升高 定性规律： 沸点恒沸物，压力升高 恒沸物组成中分子（摩尔） 时，恒沸物组成中分子（摩尔）汽化潜 的组分增大 热大的组分增大 • 反之亦然
⑵吉利兰法
3.3 特 殊 精 馏
• 计算原理同精馏方法，但可用回收度来 计算原理同精馏方法， 计算 D W
PS 2 PS 1 P2s
<
1
∞ γ2
∞ γ1
甲苯-乙腈 甲苯 乙腈 甲苯-丙酮 甲苯 丙酮 3.93 1.96
1
∞ γ2
P1S
最低沸点恒沸物 不形成恒沸物
0.287 0.515
2.807 6.897
⑶恒沸组成的计算
• 恒沸点时： α 12 = 1 恒沸点时：
3.3 特 殊 精 馏
∵ Pi S = f (T ), γ i = f ( x i )
j
20% 40% 60% 80%

80% 60% 40% 20%
i
20%
40%
60%
80%
k
⑵相图
3.3 特 殊 精 馏
• 用正三棱柱表示 正三棱柱表示 • 底面的正三角形表示组成，立轴表示压 底面的正三角形表示组成， 恒温系统）或温度（恒压系统） 力（恒温系统）或温度（恒压系统） • 分别用压力面或温度面表示物系的汽液 平衡关系。 平衡关系。 • 由于恒沸物的产生，使图上的压力（温 由于恒沸物的产生，使图上的压力（ 面上出现上突或下陷， 度）面上出现上突或下陷，且使压力面 上出现脊或谷
3.3 特 殊 精 馏
3 、恒沸精馏流程
• ①二元非均相恒 沸物的精馏 • 不加恒沸剂 • 利用温度降低后 恒沸物出现相分 离现象
3.3 特 殊 精 馏
② 分 离 有 恒 沸
3.3 特 殊 精 馏
剂 的 非 均 相 恒 沸 物
③分离均相恒沸物
3.3 特 殊 精 馏
3.3 特 殊 精 馏
分离对象？ 分离对象？ 苯—环己烷 环己烷 分离手段？ 分离手段？ 恒沸精馏 恒沸剂？ 恒沸剂？ 丙酮 恒沸物的类型？ 恒沸物的类型？ 均相 辅助分离手段？ 辅助分离手段？ 液液萃取 萃取剂回收？ 萃取剂回收？ 普通精馏
③恒沸组成与压力的关系
3.3 特 殊 精 馏
• 乙醇 水物系为正偏差且有极值点的非理 乙醇-水物系为正偏差且有极值点的非理 想溶液， 想溶液，在760mmHg下 ， 下 • t共=78.1℃，x乙醇=0.9 ℃
∆H 水 = 9920 Kcal Kg > ∆H 乙醇 = 9320 Kcal Kg
压力降低， 压力降低，使恒沸组成中乙醇量增加 当P=70mmHg，x乙醇=1.0，恒沸点消失 ， ，
γ 1 P2S ∴ = S γ 2 P1
a 求T、P下的恒沸组成 、 下的恒沸组成
Pi S ，代入 γ i = f ( x i ) 已知T， 已知 ，求出 及关联式， 及关联式，求解 x i
x i 有物理意义，则有恒沸物产生 物理意义，
⑶恒沸组成的计算
• b 恒压下求恒沸温度与组成
3.3 特 殊 精 馏
②恒沸剂引入位置
3.3 特 殊 精 馏
• ⑴恒沸剂挥发度小，可在靠近塔顶部分 恒沸剂挥发度小， 引入， 引入，从而保证塔内有足够的恒沸剂浓 度。 • ⑵恒沸剂为最低恒沸物，则恒沸剂分段 恒沸剂为最低恒沸物， 引入，一部分随进料另一部分在提馏段。 引入，一部分随进料另一部分在提馏段。 • ⑶恒沸剂与两个组分都形成恒沸物，则 恒沸剂与两个组分都形成恒沸物， 在塔任何地方均可引入
⑴图解法
• 相平衡关系
3.3 特 殊 精 馏
α BB x B yA = α AB x A + α BB x B + α SB x S
y SA = 1 − y B
假定： 假定：三组分物系中 x A 与 x S 的比值和 SA恒沸物中组分 与组分 的相对量一样 恒沸物中组分A与组分 恒沸物中组分 与组分S的相对量一样
①恒沸剂用量的确定
S FM = F SM
3.3 特 殊 精 馏
SA MB • 塔顶产品 量： M = S A B 塔顶产品SA量
FM S =F⋅ SM
xM − xB MB SA = M =M x SA − x B SA B 塔釜产品W量 塔釜产品 量：
B SA M = M SA B
x SA − x B SA M B=M =M x SA − x M SA B
1 P1S
γ
∞ 2
S P2
⑵判断
• 最低沸点体系： (α 12 ) x1 =0 > 1 > (α 12 ) x1 =1 最低沸点体系：
3.3 特 殊 精 馏
∞ ∴γ 1
P1S P2S
>1>
S 1 P1 ∞ γ 2 P2S
∞ γ1 >
P2S P1S
>
1