特殊精馏(
11 特殊精馏
1
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特殊精馏
一般的蒸馏或精馏操作是以液体混合物 中各组分的相对挥发度差异为依据的。组 分间挥发度差别愈大愈容易分离。 但对某些液体混合物，组分间的相对挥发 度接近于1或形成恒沸物，以至于不宜或 不能用一般精馏方法进行分离。则需采用 特殊精馏方法。
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特殊精馏
特殊精馏方法有膜蒸馏、催化精馏、吸附 精馏、恒沸精馏、萃取精馏、盐效应精馏 等。 对恒沸精馏、萃取精馏、盐效应精馏都是 在被分离溶液中加入第三组分以加大原溶 液中各组分间相对挥发度。
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流程收敛
• 介绍概念
✓模块收敛（convergence blocks） ✓撕裂流股（tear streams） ✓流程顺序（flowsheet sequences）
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流程收敛
评估流程的收敛性，需确定
• 计算顺序 • 撕裂流股 • 求解的迭代次数 • 收敛容差 • 收敛的计算方法
关于流程收敛性的所有信息都会写入控制面板（Control Pan nel）
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流程收敛---收敛模块
• 每个设计规定和撕裂流都有一个相关联的收敛模块 • 收敛模块确定撕裂流估算初值或设计规定中控制变
量值在逐次迭代过程中的更新方法。 • Aspen Plus定义的收敛模块的名字以字符“$.”开
头
• 用户定义的收敛模块的名字一定不要用字符“$.”开头 。
• 要确定由Aspen Plus定义的收敛模块，请看Control Panel（控制面板）信息中的“Flowsheet Analysis （流程分析）” 部分。
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特殊精馏—多效精馏
• 例题：
甲醇分离塔，要将60wt%甲醇水溶液提纯。分别用单塔 和双效塔进行分离，并比较当两种产品一致时的能量 利用情况。已知条件： 进料温度为20C，压力为101.325kPa，流率为100kg/h 。单塔的压力为101.325kPa，理论板数为22， 进料板 位置为11， 塔顶产品流率为63kg/h，摩尔回流比为0. 65.
特殊精馏方法介绍
(2-162) ln 12 p1s (1 2 x1 ) ln( s ) Ts A12 p2 (2-161)
讨论溶剂S对 1, 2 的影响:
第三项: x ( A A ) 反映了溶剂S对组分1,2不同作用效果.
s 1S 2S
使 1, 2 / s 1 A1s 0
３）当三元系中有二对二元最低恒沸物，而另一对是二元最 高恒沸物时，压力曲面上就可能出现“谷”；温度曲面 上 就可能出现“脊”； 当三元系中有二对二元最高恒沸物，而另一对是二元最 低恒沸物时，温度曲面上就可能出现“沟”；压力曲面 上 就可能出现“脊”；
2.恒沸点的预测
12
恒沸点时: 12 1 ki ˆV i P
sn x s
结合(2-164)和(2-167) 精:
xs S D sn (1 sn ) L 1 xs
(2-168)
S
RDxs (1 sn )
D sn x s
(1 x s )
1 (1 sn ) x s
(2-169)
提:
xs
其中:
S (1 sn ) L
xs [A 1s A s2 2x1(A s1 A 1s ) xs (A 2s A s2 ) C(x2 x1)]
若 r~X 曲线近似对称,即 Ai,j=Aj,i , C=0
A1, 2 A2,1 A12
A12 A1, 2 A2,1 2
S A1, S AS ,1 A1
V i
0
ˆ P
0
1, 2
V 0 ˆ K1 2 1 f1 V ˆ f0 K2 1 2 2
一般萃取精馏操作压力不高,所以
第三章 多组分精馏和特殊精馏(化工分离过程)
3.1.3 最少理论板数（Nm）和组分分配
全回流对应最少理论板数，但全回流下无产品采出， 因此正常生产中不会采用全回流。 什么时候采用全回流呢？
1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。 2、在实验室设备中，研究传质影响因素。 3、工程设计中，必须知道最少板数。
最少理论板数的计算
Fenske（芬斯克）方程推导前提： 1、塔顶采用全凝器，（若采用分凝器，则分凝器为第1块塔板） 2、所有板都是理论板。
一、关键组分（Key Components）
Na=串级数(2)＋分配器(1)＋侧线采出
F
(0)＋传热单元(2) = 5
已被指定的可调变量： （1）进料位置；（2）回流比； （3）全凝器饱和液体回流或冷凝 器的传热面积或馏出液温度。
余下的2个可调设 计变量往往用来指 定组分在馏出液和 釜液中的浓度。
两组分精馏 指定馏出液中一个组分的浓度，就确定了馏 出液的全部组成；指定釜液中一个组分的浓 度，也就确定了釜液的全部组成。
下面通过实例分别对二组分精馏和多组分精馏过 程分析进行比较。
二组分精馏实例：苯－甲苯
图3-1 二组分精馏流率、温度、浓度分布
三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯
图3-2 三组分精馏流量分布 图3-3 三组分精馏温度分布
四组分精馏实例：苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙苯
图3-6 四组分精馏液相组成分布
⎜⎜⎝⎛
yA yB
⎟⎟⎠⎞ 2
= ⎜⎜⎝⎛
xA xB
⎟⎟⎠⎞1
代入（3-2）式：
⎜⎜⎝⎛
yA yB
⎟⎟⎠⎞1
= α1 ⎜⎜⎝⎛
xA xB
⎟⎟⎠⎞1
=
⎜⎜⎝⎛
5 特殊精馏(AL)
yS
精馏段萃取剂浓度：
xS
x S 1 ( 1) x S
S
(1 ) Ln (
D ) 1 xS
xS S (1 ) Lm (
对于提馏段，可用类似的方法得到：
W
1 xS
)
化工分离工程与案例
Engineering ＆ example of chemical separation
如果所加入的新组分和被分离系统中的一个或几个组分形成最低共沸 物从塔顶蒸出，这种特殊精馏被称为共沸精馏，加入的新组分叫共沸剂。 如果加入的新组分不与原系统中的任何组分形成共沸物，而其沸点又较原 有的任一组分高，从塔釜离开精馏塔这种特殊精馏被称为萃取精馏。加入 的新组分称为溶剂。
化工分离工程与案例
Engineering ＆ example of chemical separation
化工分离工程与案例
Engineering ＆ example of chemical separation
5.1.3 萃取精馏案例
案例1 正庚烷-甲苯分离
MSA 苯酚 正庚烷-甲苯 正庚烷 甲苯
ESA
ESA
正庚烷-甲苯 萃取精馏流程
1-萃取精馏塔；2-萃取剂回收塔
化工分离工程与案例
Engineering ＆ example of chemical separation
5 回流比
原溶液为二组分体系时
饱和液体进料（q=1）
Rm ,q 1
x1, D (12 ) S (1 x1, D ) 1 (12 ) S 1 z1 1 z1
饱和蒸气进料(q=0)
(12 ) S x1, D (1 x1, D ) 1 Rm ,q 0 1 (12 ) S 1 z1 1 z1
第三章 特殊精馏汇总
3.2 加盐萃取精馏 3.2.1 加盐萃取精馏的基本原理
加盐萃取精馏是把盐加入到萃取精馏的溶剂中，吸取溶盐精馏 中盐可以提高组分间的相对挥发度,利用萃取精馏中溶剂是液体， 易循环，克服了溶盐精馏中固体盐回收、输送困难等缺点。
1.盐效应机理
盐析：把盐加入饱和的非电解质水溶液中，如果非电解质的 溶解度下降，则称为盐析。
盐溶：如果溶解度增加，就称为盐溶。
lg
L0 L
KCs
德拜静电理论：加入盐的非电解质水溶液中，在盐离子的电
场作用下，具有较高介电常数的分子聚集在离子的周围，把
具有较低介电常数的分子从离子的附近驱出，使体系的自由
经验式：
lg s kN
k为盐析常数；N为盐的浓度；
3.1.2溶盐精馏
1．溶盐精馏的基本原理
溶盐精馏是在待分离的原料液中加入第三组分 ---盐，使得原有的两种组分的相对挥发度显著增 加，直接采用普通精馏的方法就可以实现原有相 对挥发度很小或有恒沸物体系的分离。
加入的盐溶解到液相，并随液相在塔内自上向 下流动，从塔底产品中排出，经蒸发或结晶等回 收处理后，循环使用。
式中，τs为溶剂的极性溶度参数。
如果分子体积差（V1-V2）与V1之比 ≥ 5%，则首先考虑物理 作用，可以选择一个极性高的溶剂，其选择性高。
如果分子体积差（V1-V2）与V1之比≤ 5%，即分子体积很接近， 就应该考虑溶剂的络和作用。
2.盐的选择
盐和溶剂对叔丁醇—水体系相对挥发度的影响
特殊精馏的原理
特殊精馏的原理特殊精馏是一种分离混合物中不同组分的方法，它利用了组分的物理性质在蒸发和冷凝过程中的差异。
特殊精馏在化学工业中具有广泛的应用，例如提取纯净的化学品，去除杂质，以及分离可变组分的溶剂，等等。
特殊精馏的原理主要基于液体的沸点和蒸汽压之间的关系。
不同组分的沸点不同，因此在加热过程中，组分的蒸汽压也会有所不同。
通过适当的控制温度和压力，可以使特定的组分蒸发并在冷凝器中重新变为液体。
这种过程可以重复进行，从而实现对混合物中不同组分的分离。
特殊精馏有许多不同的类型，以下是其中一些常见的特殊精馏方法：1. 水蒸气蒸馏：水蒸气蒸馏是一种常用的特殊精馏方法，特别适用于那些沸点较高的溶剂。
在水蒸气蒸馏中，混合物首先与水接触，然后加热。
水蒸气将溶剂带至冷凝器中，并在那里冷凝为液体，从而实现了与其他组分的分离。
2. 气相色谱法：气相色谱法通过将混合物分子逐一地通过柱状填充物层来分离组分。
填充物通常是一种不溶于混合物的固体，可以选择根据组分沸点和亲和性来设计填充物。
通过控制载气的流速和温度，可以使不同的组分在柱中以不同的速度通过，从而实现分离。
3. 分馏塔：分馏塔是一种常用的特殊精馏设备，特别适用于分离混合物中沸点相差较小的组分。
分馏塔通常由许多平面或圆柱体的平口塔板组成，这些塔板上有孔，材料可以通过这些孔进入下一个塔板。
在分馏塔内，混合物从底部进入，然后通过不同的塔板，然后在最顶部冷凝为纯净的液体。
不同组分的分离是通过不同的沸点和蒸汽压来实现的。
特殊精馏的原理主要涉及到沸点和蒸汽压的关系，以及控制温度和压力的重要性。
通过调整这些变量，可以根据组分之间的差异实现分离。
特殊精馏方法的选择取决于混合物中的组分种类、沸点范围和分离要求。
在实际应用中，还可能需要结合多种特殊精馏方法，以达到更高的分离效果。
总的来说，特殊精馏是一种非常有效的分离混合物中不同组分的方法，它利用了组分的物理性质差异。
通过适当的控制温度、压力和其他条件，可以实现对混合物中不同组分的分离。
特殊精馏zhuan
1 x D (12 ) P (1 x D ) Rm z (12 ) P 1 1 z 1 (12 ) P (1 x D ) 1 x D Rm 1 (12 ) P 1 1 z 1 z
对于由原有溶液各组分与溶剂组分构成的
溶液，溶剂的物料衡算式为：
P=W´x´W,P+D´x´D,P
式中 P—— 溶剂的摩尔流量； W´—— 塔釜液摩尔流量；
D´—— 馏出液摩尔流量；
x´W,P——塔釜液中溶剂的摩尔分数； x´D,P——馏出液中溶剂的摩尔分数；
2、塔内气液相流率分布情况 （假定恒摩尔流） 溶剂回收段: L´=RD
（2）精馏段 L=RD+P=1.2×52.02+330=392.42(kmol) xP=P/L=330/392.42=0.841 （3）提馏段
L RD P qF 492.42kmol
x P P / L 330 / 492.42 0.670
作业： 某含有正辛烷0.20、庚烷0.40、乙苯0.40的 混合物，拟用苯酚作萃取剂进行萃取精馏， 原料溶液的进料量为100kmol/h，泡点进料， 萃取剂与进料流量比为3：1。要求塔底乙苯 的回收率为99％，塔顶辛烷的回收率为99％。 塔顶采用全凝器，回流比为6。按清晰分割 计算： 1.塔顶馏出液的量和组成； 2.塔底釜液的量和组成； 3.为使提馏段溶剂浓度与精馏段溶剂浓度相 同，应在何处补充多少溶剂?
需补加溶剂
必须从塔顶加入
四、萃取精馏过程分析
在萃取精馏中，溶剂的流量往往大大
超过原来溶液各组分的流量，因而两相流
量在塔内的分布与普通精馏有所不同。
武汉理工大学 化工原理实验 特殊精馏
武汉理工大学化工原理实验特殊精馏特殊精馏(萃取精馏)实验一、实验目的1、熟悉萃取精馏的原理和萃取精馏装置；2、掌握萃取精馏塔的操作方法和乙醇水混合物的气相色谱分析方法；3、利用乙二醇为分离剂进行萃取精馏制备无水乙醇；4、了解计算机数据采集系统和用计算机控制精馏操作参数的方法。
二、实验原理精馏是化工过程中重要的分离单元操作，其基本原理是根据被分离混合物中各组分相对挥发度（或沸点）的差异，通过一精馏塔经多次汽化和多次冷凝将其分离。
在精馏塔底获得沸点较高（挥发度较小）产品，在精馏塔顶获得沸点较低（挥发度较大）产品。
但实际生产中也常会遇到各组分沸点相差很小或者具有恒沸点的混合物，用普通精馏的方法难以完全分离。
此时需采用其他精馏方法，如恒沸精馏、萃取精馏、溶盐精馏或加盐萃取精馏等。
萃取精馏是在被分离的混合物中加入某种添加剂，以增加原混合物中两组分间的相对挥发度（添加剂不与混合物中任一组分形成恒沸物），从而使混合物的分离变得很容易。
所加入的添加剂为挥发度很小的溶剂（萃取剂），其沸点高于原溶液中各组分的沸点。
由于萃取精馏操作条件范围比较宽，溶剂的浓度为热量衡算和物料衡算所控制，而不是为恒沸点所控制，溶剂在塔内也不需要挥发，故热量消耗较恒沸精馏小，在工业上应用也更为广泛。
乙醇--水能形成恒沸物（常压下，恒沸物乙醇质量分数95.57%，恒沸点78.15℃）,用普通精馏的方法难以完全分离。
本实验利用乙二醇为分离剂进行萃取精馏的方法分离乙醇--水混合物制取无水乙醇。
由化工热力学研究，压力较低时，原溶液组分1（轻组分）和组分2（重组分）的相对挥发度可表示为sy1/x1P??12??1s1 （1）y2/x2P2?2加入溶剂S后，组分1和组分2的相对挥发度??12?s则为??12?S??P1sP2s????1?2?s （2）TSsP2s?�C―加入溶剂S后，三元混合物泡点下，组分1和组分2的饱式中?P1TS和蒸汽压之比；??1?2?s―加入溶剂S后，组分1和组分2的活度系数之比。
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按萃取剂的萃取原理,通常希望所选的萃取
剂应与塔釜产品形成理想溶液或具有负偏差的非 理想溶液。与塔釜产品形成理想溶液的萃取剂容
易选择,一般可由同系物或性质接近的物料中选
取。对萃取精馏希望萃取剂与塔顶组分1形成具
有正偏差的非理想溶液,且正偏差越大越好。
例如甲醇-丙酮(甲醇沸点64.7℃，丙酮沸点56.4℃)溶液 具有最低共沸点,t恒=55.7℃、x(CH3OH)=0.2的非理想溶 液,如用萃取精馏分离时,萃取剂可有两种类型
（1）挟带剂应能与被分离组分形成新的恒沸液， 其恒沸点要比纯组分的沸点低，一般两者沸点差 不小于10℃； （2）新恒沸液所含挟带剂的量愈少愈好，以便减 少挟带剂用量及气化、回收时所需的能量； （3）新恒沸液最好为非均相混合物，便于用分层 法分离； （4）无毒性、无腐蚀性，热稳定性好； （5）来源容易，价格低廉。
由于加入的萃取剂是大量的（一般要求xs>0.6）, 因此塔内下降液量远大于上升蒸汽量，造成汽液 接触不佳，设计时要考虑塔板及流体动力情况。 由于组分间相对挥发度是借助萃取剂的加入量来 调节，当塔顶产品不合格时，不能采用加大回流 的办法调节，一般调节方法：①加大萃取剂用量； ②减少进料量，同时减少塔顶产品的采出量；
精馏是化工过程中重要的分离单元操作，其 基本原理是根据被分离混合物中各组分相对挥发 度（或沸点）的差异，通过一精馏塔经多次汽化 和多次冷凝将其分离。在精馏塔底获得沸点较高 （挥发度较小）产品，在精馏塔顶获得沸点较低 （挥发度较大）产品。但实际生产中也常会遇到 各组分沸点相差很小或者具有恒沸点的混合物， 用普通精馏的方法难以完全分离。此时需采用其 他精馏方法，如恒沸精馏、萃取精馏、溶盐精馏 或加盐萃取精馏等。
恒沸精馏 萃取精馏 其他特殊精馏
若在两组分恒沸液中加入第三组分（称为挟带 剂），该组分与原料液中的一个或两个组分形成 新的恒沸液，从而使原料液能用普通精馏方法予 以分离，这种精馏操作称为恒沸精馏。 恒沸精馏可分离具有最低恒沸点的溶液、具有最 高恒沸点的溶液以及挥发度相近的物系。恒沸精 馏的流程取决于挟带剂与原有组分所形成的恒沸 液的性质。
萃取精馏和恒沸精馏相似，也是向原料液中 加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原 有组分间的相对挥发度而得到分离。但不同的是 要求萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点高得 多，且不与组分形成恒沸液。 萃取精馏常用于分离各组分沸点（挥发度） 差别很小的溶液。
例如，在常压下苯的沸点为80.1℃，环乙烷的沸点为 80.73℃，若在苯—环乙烷溶液中加入萃取剂糠醛，则溶 液的相对挥发度发生显著的变化，如表所示。
在化工生产中常常会遇到欲分离组分之间的 相对挥发度接近于1或形成共沸物的系统。一般认 为对于相对挥发度小于1.05的物系，或者沸点差 小于3℃的物系，用普通的精馏方法进行分离在经 济上是不适宜的。这时通常采用特殊精馏。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 质量分离剂的特殊精馏也称为增强精馏。
两种方案比较知，选择甲醇同系物有利。因为如用丙酮的同系 物作萃取剂时,该萃取剂要克服原溶液中沸点差异,使低沸点物质 与萃取剂一起由塔釜排出。
1、萃取剂比挟带剂易于选择。 2、萃取剂在精馏过程中基本上不汽化，萃取精馏 的耗能量较恒沸精馏少。 3、萃取精馏过程中，萃取剂加入量的变动范围较 大，在恒沸精馏中适宜的挟带剂量多为一定。所 以萃取精馏操作较灵活，易控制。 4、萃取精馏不宜采用间歇操作，而恒沸精馏可以 采用间歇操作方式。 5、恒沸精馏操作温度较萃取精馏低，所以恒沸精 馏适用于分离热敏性溶液。
制作人：
分离沸点相近的系统或最高恒沸物
1）夹带剂只与原来系统中一个组分形成二组分最
低恒沸物。 2）夹带剂与原来两个组分分别形成二组分最低恒 沸物，但两组分恒沸物的沸点相差较大。 3）夹带剂与原来两个组分形成三元最低恒沸物，
其恒沸点低于任何一个二组分恒沸物，不 同。
在决定塔径及设计塔板结构时，除了按照蒸汽量 计算外，还应注意液流中有较大量的萃取剂。
• • •
•
能改变原组分相对挥发度，且具有高的选择性。 具有适宜的物性，互溶度大，不分层。 容易再生，易于回收，不起化学反应，不形成恒 沸物。 使用要安全、无毒，对设备不腐蚀，热稳定性好， 价格低廉，来源丰富。
图为分离苯—环乙烷溶液的萃取精馏流程示意图。 原料液进入萃取精馏塔1中，萃取剂（糠醛）由塔 1顶部加入，以便在每层板上都与苯相结合。塔顶 蒸出的为环乙烷蒸汽。为回收微量的糠醛蒸汽， 在塔1上部设置回收段2（若萃取剂沸点很高，也 可以不设回收段）。塔底釜液为苯—糠醛混合液， 再将其送入苯回收塔3中。常压下苯沸点为80.1℃， 糠醛的沸点为161.7℃，故两者很容易分离。塔3 中釜液为糠醛，可循环使用。在精馏过程中，萃 取剂基本上不被气化，也不与原料液形成恒沸液， 这些都是有异于恒沸精馏的。
(1) 实验方法
通过测定有萃取剂存在下的汽液平衡数据是最 准确的选择方法,但实验次数多,操作繁复。常以 等摩尔的被分离组分混合液中加入等质量的萃取 剂(例如混合液及萃取剂各100g)相混合后,通过测 定汽液两相的平衡组成,并计算其相对挥发度。相 对挥发度越大,萃取剂选择性越强。
(2)从同系物中选择