共沸精馏0614教材课件

3.3.2 共沸精馏共沸精馏Azeotropic Distillation1一、共沸物一、共沸物二、共沸精馏流程二、共沸精馏流程三、共沸剂的选择三、共沸剂的选择四、共沸精馏的计算四、共沸精馏的计算五、共沸精馏与萃取精馏比较五、共沸精馏与萃取精馏比较 与萃取精馏基本相同，不同之处是共沸剂（夹带与萃取精馏基本相同，不同之处是共沸剂（夹带剂，携带剂）在影响原溶液组分的相对挥发度的同时，剂，携带剂）在影响原溶液组分的相对挥发度的同时，还要与原溶液中一个或多个组分形成共沸物。还要与原溶液中一个或多个组分形成共沸物。2共沸物类型：共沸物类型：p均相共沸物和非均相共沸物均相共沸物和非均相共沸物二元共沸物、三元共沸物二元共沸物、三元共沸物1.1 共沸物特征共沸物特征31.2 1.2 共沸物组成的计算共沸物组成的计算1.2.1 1.2.1 二元共沸物二元共沸物（1）二元均相共沸物）二元均相共沸物系统压力不高时，汽相视为理想气体：系统压力不高时，汽相视为理想气体：共沸点处：共沸点处：即：即：或或 计算方程计算方程？已知总压？已知总压P，如何求共沸组成，如何求共沸组成x和共沸温度和共沸温度T4 4）代入：）代入：校核方程校核方程1）假定）假定T；2）计算）计算P1S和和P2S；3）由由 1f(x1,T,P)、2f(x1,T,P)和和 1/2=P1S/P1S计计算算x1；5）如上式成立，则结束计算，如不成立，则假定新的）如上式成立，则结束计算，如不成立，则假定新的T，继续试差计算。继续试差计算。例 1p求总压为86.659kPa时，氯仿乙醇共沸组成与共沸温度。已知：6（2）二元非均相共沸物）二元非均相共沸物除考虑汽液平衡外，还要考虑液液平衡。除考虑汽液平衡外，还要考虑液液平衡。在共沸点，一个气相和两个液相成平衡。在共沸点，一个气相和两个液相成平衡。联联立立求求解解上上述述三三式式，可可得得到到共共沸沸温温度度（共共沸沸压压力力）和液相组成。和液相组成。计算方程：计算方程：校核方程：校核方程：ALL1+L2tx(y)BVL+VL+V液液液平衡液平衡82、三元系、三元系计算方程：计算方程：校核方程：校核方程：p45页2.6共沸系统 9Azeotropic distillationWithout a solventWith a solventPressure-swing distillationHeterogeneous azeotropic distillationHomogeneous azeotropic distillationHeterogeneous azeotropic distillation二、共沸精馏流程二、共沸精馏流程10按是否加入共沸剂可分为：按是否加入共沸剂可分为：不加共沸剂不加共沸剂变压共沸精馏变压共沸精馏设有分层器的二元非均相共沸精馏设有分层器的二元非均相共沸精馏加入共沸剂加入共沸剂均相共沸精馏均相共沸精馏非均相共沸精馏非均相共沸精馏11Case 1：不加溶剂（共沸剂）：不加溶剂（共沸剂）1-1 设有分层器的二元非均相共沸精馏设有分层器的二元非均相共沸精馏原理原理 若形成非均相共沸物，塔顶得到若形成非均相共沸物，塔顶得到共沸物经冷共沸物经冷凝分层变成两个组成不同的液相，两液相组成凝分层变成两个组成不同的液相，两液相组成偏离共沸组成偏离共沸组成，则可以不加共沸剂采用两个塔，则可以不加共沸剂采用两个塔联合操作便可获得两个纯产品，完成混合物的联合操作便可获得两个纯产品，完成混合物的分离。分离。12冷凝器冷凝器分层器分层器 相相 相相A，BBA进料位置：进料位置：（1）xFxx，在，在2塔进料；塔进料；（3）xxFx，分层器进料。，分层器进料。xAxA 13实例：正丁醇实例：正丁醇-水二元非均相共沸体系水二元非均相共沸体系141-2 变压（双压）共沸精馏变压（双压）共沸精馏原理原理 压力压力变化明显影响共沸组成变化明显影响共沸组成，即同一物系的共沸温度和组成，即同一物系的共沸温度和组成随压力的不同而异，压力上升时，共沸组成向摩尔汽化潜热大随压力的不同而异，压力上升时，共沸组成向摩尔汽化潜热大的组分移动。的组分移动。三、共沸精馏流程三、共沸精馏流程（一）双压精馏（一）双压精馏如如果果压压力力变变化化明明显显影影响响共共沸沸组组成成，则则采采用用两两不不同同压压力操作的双塔流程，可实现二元共沸物完全分离。力操作的双塔流程，可实现二元共沸物完全分离。图图3-31 双压精馏流程双压精馏流程15（1）进料中甲乙酮含量）进料中甲乙酮含量xF65%低低 压压 塔塔高高 压压 塔塔50%65%10K。（2）新共沸物所含共沸剂的量要小，以减少共）新共沸物所含共沸剂的量要小，以减少共沸剂用量、节省能耗和降低设备投资。沸剂用量、节省能耗和降低设备投资。（3）新共沸物最好为非均相共沸物，便于用分层）新共沸物最好为非均相共沸物，便于用分层方方 法分离，使共沸剂易于回收。法分离，使共沸剂易于回收。（4）有较好的物理有较好的物理、化学性能。、化学性能。24二元共沸体系选择共沸剂的必要条件：二元共沸体系选择共沸剂的必要条件：（1）对于二元最低共沸物系，共沸剂应该是一）对于二元最低共沸物系，共沸剂应该是一个低沸点组分或形成新的二元或三元最低共沸物个低沸点组分或形成新的二元或三元最低共沸物的组分；的组分；（2）对于二元最高共沸物系，共沸剂应该是一）对于二元最高共沸物系，共沸剂应该是一个高沸点组分或形成新的二元或三元最高共沸个高沸点组分或形成新的二元或三元最高共沸物的组分。物的组分。252、共、共沸剂的回收沸剂的回收 冷凝后分层冷凝后分层 过冷后分层过冷后分层变压精馏变压精馏萃取萃取 盐析盐析 四、共沸精馏的计算四、共沸精馏的计算26 共共沸沸物物精精馏馏体体系系非非理理想想性性强强、组组分分多多、变变量量多多，不不宜宜使使用用简简捷捷法法，而而严严格计算也变得非常复杂。格计算也变得非常复杂。往往需要借助一些计算软件，如往往需要借助一些计算软件，如ASPEN PLUS软件，来进行设计。软件，来进行设计。五、共沸精馏与萃取精馏比较五、共沸精馏与萃取精馏比较27共同点：共同点：基本原理相同，都是通过加入适量基本原理相同，都是通过加入适量的质量分离剂，改变组分之间的相的质量分离剂，改变组分之间的相互作用，增大组分的挥发度差异，互作用，增大组分的挥发度差异，实现精馏分离。实现精馏分离。五、共沸精馏与萃取精馏比较五、共沸精馏与萃取精馏比较28不同点：不同点：（1）共沸精馏中加入的共沸剂必须与原溶液中的一）共沸精馏中加入的共沸剂必须与原溶液中的一个或几个组分形成共沸物，而萃取精馏中的溶剂无个或几个组分形成共沸物，而萃取精馏中的溶剂无此限制，共沸剂的选择范围相对较窄；此限制，共沸剂的选择范围相对较窄；（2）共沸精馏中共沸剂以汽态离塔，消耗的潜热较）共沸精馏中共沸剂以汽态离塔，消耗的潜热较多，萃取精馏中萃取剂基本不变化，因此共沸精馏多，萃取精馏中萃取剂基本不变化，因此共沸精馏的能耗一般比萃取精馏大；的能耗一般比萃取精馏大；（3）在同样压力下，共沸精馏的操作温度通常比萃）在同样压力下，共沸精馏的操作温度通常比萃取精馏低，故共沸精馏更适用于分离热敏性物料；取精馏低，故共沸精馏更适用于分离热敏性物料；（4）共沸精馏可连续操作，也可间歇操作，萃取精）共沸精馏可连续操作，也可间歇操作，萃取精馏一般只能连续操作。馏一般只能连续操作。Activity Models for Binary SystemspMargules equations（two-constant）This is an semiempirical model for binary solution behaviour.A12 and A21 are constants for a given system.优点：表达式简单，适用于非理想体系（包括部分互溶体系）优点：表达式简单，适用于非理想体系（包括部分互溶体系）局限：无多元相互作用参数时，不能用于多元体系。局限：无多元相互作用参数时，不能用于多元体系。pVan Laar equations（two-constant）:pWilson equations（two-constant）:优点：表达式简单，适用于非理想优点：表达式简单，适用于非理想体系。体系。局限：无多元相互作用参数时，不局限：无多元相互作用参数时，不能用于多元体系。能用于多元体系。优点：表达式较为简单优点：表达式较为简单局限：不能直接用于液液平衡。局限：不能直接用于液液平衡。Activity Models for Binary SystemspNRTL（three-constant）:,b12,b21 are specific to a pair of species优点：适用于二元和多元气液平衡和液液优点：适用于二元和多元气液平衡和液液平衡体系（特别是含水体系）。平衡体系（特别是含水体系）。缺点：需要三个参数。缺点：需要三个参数。Activity Models for Binary SystemspUNIQUAC（two-constant）:Universal Quasichemical优点：两参数方程，仅需二元参数和纯组分数据即可估算多元气优点：两参数方程，仅需二元参数和纯组分数据即可估算多元气液平衡和液液平衡，特别适用于分子大小相差悬殊的混合物。液平衡和液液平衡，特别适用于分子大小相差悬殊的混合物。缺点：表达式复杂。缺点：表达式复杂。Activity Models for Binary Systems