第七章特殊精馏精要.ppt

第七章 特殊精馏 特殊精馏方法 恒沸精馏——如果加入的第三组分能和被分离物系中一个或几个组分形成最低恒沸物时，第三组分以恒沸物的形式从精馏塔塔顶蒸出。所加入的新组分称为恒沸剂。 萃取精馏——如果加入的第三组分和原物系中各组分不形成恒沸物，且第三组分比物系中其它组分的沸点要高，从精馏塔的塔釜引出。所加入的组分称为溶剂或萃取剂。 恒沸精馏和萃取精馏实质上都是多组分非理想溶液的精馏，而且是一个多股进料的问题。 第一节 非理想溶液的汽液平衡 一、二组分溶液的活度系数 1. 范拉尔(Van-Laar)方程 当已知任何一点的?1及?2时，可使用下式解出两个端值常数。 2. 马格勒斯(Margules)方程 3. 两种方程式的比较 当系统为对称时，即A12=A21=A，则范拉尔方程和马格勒斯方程均变为： 4. 威尔逊(Wilson)?方程 5. NRTL(Non-Random Two Liquids)方程 例 已知巴豆醛-水物系的?‘12=0.4，并知?ij与温度的关系式为： 下标1为巴豆醛，2为水。 试计算当P=760mmHg，t=85.1?C，x1=0.3时的?1及?2等于多少？ 二、三组分溶液的活度系数 1. 马格勒斯方程 例: 由正辛烷(1)，乙苯(2)和2-乙氧基乙醇(3)所组成的溶液，其组成为：x1=0.25，x2=0.52，x3=0.23，试求总压为760mmHg达到平衡时该溶液中各组分的活度系数。 已知：760mmHg时有关各端值常数如下： A12=0.025 A13=0.700 A23=0.385 A21=0.085 A31=0.715 A32=0.455 C*=-0.03 沃尔(Wohl)方程式（可直接算出活度系数的比值） 其它组分活度系数的比值亦可用顺序轮回替换原理求得。 柯干(?????)公式 三组分溶液的相对挥发度?12在有溶剂S时，组分1与2之间的相对挥发度表示为(?12)S，(?12)S与无溶剂时的?12关系为： 无溶剂S时的?12中组分1与2的浓度比与有溶剂存在时组分1、2浓度比相同。 例 求醋酸甲酯(1)、甲醇(2)及水(3)溶液中醋酸甲酯对甲醇的相对挥发度?12。溶液组成为x1=0.1，x2=0.1，x3=0.8；系统温度t=60?C，饱和蒸汽压p10=850mmHg, p20=630mmHg各双组分溶液的端值常数为： A12=0.447 A23=0.36 A31=0.82 A21=0.411 A32=0.22 A32=1.30 2. 多组分的威尔逊(Wilson)方程 3. NRTL方程 4. UNIFAC (Unique Function-Group Activity Coefficient) 官能团法 1977年由Fredenslund等人提出 UNIFAC法的基本思想是：尽管在化工方面可能接触到的化合物有成千上万种，但组成这些化合物的功能团的数据却是很有限的。因而，如果我们假定流体的物理性质是由组成该流体的各分子功能团所作用的总和，这样，我们就可以得到一种方法，即可用表征每个功能团作用的很少特性参数来关联许许多多流体的性质。另外，我们也能推算出某些还没有实验数据的体系的相平衡数据。 从实测的汽液平衡数据求取活度系数方程中的参数 （1）用无限稀活度系数推算 二元体系的范拉尔和马古斯方程中的参数： 威尔逊方程中的参数可联立求解： （2）全浓度范围p-T-x-y平衡数据推算 根据实测全浓度范围p-T-x-y平衡数据，选择适当的曲线拟合方法（如非线性最小二乘法）拟合出方程参数。 5. 各种计算方法之比较 对于多组分系统，各种方法都是利用双组分的常数，来关联出多组分活度系数?i的计算式。但马格勒斯方程有一个特征常数C*，它的确定往往是困难的。因此，工程上较广泛使用威尔逊方程，它的公式较马氏方程复杂，但无C*之不便，可是威氏方程不适用于部分互溶体系，而NRTL方程弥补了这个不足。 UNIFAC官能团法是基团贡献法的一种，其方法完全不同于前四种方程，能按照组成物质的基团，计算出?i，但使用时，一定要熟悉其基团的分类方法。 请复习《化工热力学》，搞清楚以下活度系数模型的形式、特点和适用范围： Van Laar、Flory-Huggins、UNIQUAC、UNIFAC * * x y 恒沸点 x y 对于被分离物系中各组分间的相对挥发度很小或接近于1的情况，采用普通精馏时，所需塔板数相当多，有时还达不到产品纯度要求，通常可以采用特殊精馏方法来实现分离。 特殊精馏——向相对挥发度接近于1，而分子结构不相同的两组分组成的溶液中加入第三组分，以增加原有组分间的相对挥发度值。 气相：工业上进行的特殊精馏过程，