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化工分离工程第三章 精馏 合肥工业大学化工学院 2013.02 精馏原理 精馏是分离液体混合物的单元操作，是利用混合物中各组分间相对挥发度 的差异及回流 R 的工程手段，实现组分的分离。 不适宜用普通精馏进行分离的物系 1） 2） ，即待分离组分形成恒沸物，平衡的气液两相组成一样 3）热敏性物料：在高温下易发生聚合、结垢、分解等不良反应的。 4）难挥发组分的稀溶液 理论板、板效率 精馏过程的开发方法 1）板式塔： 理论板 f 相平衡,分离要求,操作参数 板效率 f 传质速率,传质面积,返混,相平衡,设备等因素 理论板 实际板 E0 塔 高 2）填料塔： 填料层高度Z N×HETP 理论板当量高度 精馏计算 按工艺要求选好一对关键组分，建立全塔物料衡算式 3. 操作回流比的确定 全回流操作（操作上限），达到规定的分离要求，所需的理论板最少，因为全回流，得不到产品； 最小回流操作（操作下限），达到规定的分离要求，需无限多块板，即实际塔中得不到合格产品。 操作回流比必介于两者之间， 。 建议： 或 特殊精馏 普通精馏难以分离的物料： 1）组分间的挥发度十分接近 2）恒沸物 3）热敏物料 4）有价值难挥发组分的稀溶液 有些需采用特殊精馏的物系通过改变操作条件和工艺仍可采用普通精馏. 1）相对挥发度随压力变化比较大—操作压力 2）恒沸组成随压力变化—不同操作压力的双塔系统 3）恒沸物是非均相—双塔系统 恒沸精馏流程包括恒沸精馏和恒沸剂回收系统组成. B 根据无限稀释活度系数 恒沸点： 最低恒沸点体系： 最高恒沸点体系： 甲苯-乙腈 3.93 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）恒沸组成的计算 恒沸点时： a 求T、P下的恒沸组成 已知T，求出 ，代入 求解 b 恒压下求恒沸温度与组成 设T，求出相应的 ，代入关联式求解 判断已知的P是否等于 不相等，则调整T 2、三元恒沸物 （1）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 M （2）相图 用正三棱柱表示 底面的正三角形表示组成，立轴表示压力（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。 由于恒沸物的产生，使图上的压力（温度）面上出现上突或下陷，且使压力面上出现脊或谷 上曲面是露点面 下曲面是泡点面 恒沸点两面相切 甲乙酮－甲苯－正庚烷相平衡图 正庚烷和甲乙酮有最低恒沸物，沸点7７℃．图中实线表示各等泡点温度线，虚线表示各等露点温度线。 具有三对性质相同的两元恒沸物时，大多会有三元恒沸物 三元系中有二对两个性质相同的二元恒沸物时压力面上连接两个恒沸物之间出现“脊”“沟” 当三元系中有二对二元最低恒沸物，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，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”； （3）恒沸组成与压力的关系 恒沸物组成是指在某一定压力下的，不同压力下恒沸物的组成、恒沸温度均会有所改变，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 乙醇-水物系为正偏差且有极值点的非理想溶液，在760mmHg下 ， t恒沸 78.1℃，x乙醇 0.9 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 ①给定： 关键组分为分布组分， 轻组分在塔釜不出现，重组分在馏出物中不出现 D 进料液中的轻组分+塔顶的轻关键组分 +（进料液中的重关键组分-塔釜的重关键组分） ②给定： 馏出物中轻关键及非轻关键组分的摩尔分数分别为 釜液中重关键组分及重非关键组分的摩尔分数分别为 ③给定： ④给定： 3.1.2.2 芬斯克 Fenske 法计算最小理论级数Nm 全回流时，R为无穷大，此时所需塔板数少，且: 精馏段操作线方程： 相平衡方程： 全回流、全冷凝时： 令i为轻关键组分，j为重关键组分 讨论： ①上两式是对关键组分LK、HK推导的结果，即能用于双组分，也能用于多组分精馏 ； ② Nm与进料组成无关，也与组成的表示方法无关 ； ③ ④全回流下的物料分布（非清晰分割法） 非清晰分割法：轻组分在塔釜仍有微量存在，重组分在塔顶有微量存在。假定在一定回流比操作时，各组分在塔内的分布与在全回流操作时的分布相同；采用Fenske 公式去反算非关键组分在塔顶塔釜的浓度。