萃取精馏.pptx
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1、2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程1(2)(2)萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程萃取精馏工艺流程 气相进料气相进料气相进料气相进料溶剂溶剂溶剂溶剂S S含量恒定。含量恒定。含量恒定。含量恒定。液相进料液相进料液相进料液相进料提馏段提馏段提馏段提馏段S S含量低于精馏段,相图表现为含量低于精馏段,相图表现为含量低于精馏段,相图表现为含量低于精馏段,相图表现为不连续。为了维持塔内萃取剂不连续。为了维持塔内萃取剂不连续。为了维持塔内萃取剂不连续。为了维持塔内萃取剂S S浓度恒浓度恒浓度恒浓度恒定,气相进料或在进料处定,气相进料或在进料处定,气相进料或在进料处定,
2、气相进料或在进料处加入适量加入适量加入适量加入适量S S。2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程2二、萃取精馏的原理二、萃取精馏的原理1.萃取剂的作用萃取剂的作用 加入萃取剂后,原溶液的组分及组成均发生加入萃取剂后,原溶液的组分及组成均发生加入萃取剂后,原溶液的组分及组成均发生加入萃取剂后,原溶液的组分及组成均发生了变化,分子间相互作用改变,形成了一个了变化,分子间相互作用改变,形成了一个了变化,分子间相互作用改变,形成了一个了变化,分子间相互作用改变,形成了一个新新的非理想溶液,因而使的非理想溶液,因而使的非理想溶液,因而使的非理想溶液,因而使活度系数活度系数之比值发之比值
3、发之比值发之比值发生生生生变化变化,即改变了相对挥发度。,即改变了相对挥发度。,即改变了相对挥发度。,即改变了相对挥发度。对于理想气体、非理想溶液:对于理想气体、非理想溶液:对于理想气体、非理想溶液:对于理想气体、非理想溶液:组分一定、组分一定、组分一定、组分一定、T T一定则不可改一定则不可改一定则不可改一定则不可改只有只有只有只有 增加,增加,增加,增加,才会增加。才会增加。才会增加。才会增加。2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程3由三元物系由三元物系Margules方程方程:(3-109)(3-109)2.2.萃取剂的选择性萃取剂的选择性萃取剂的选择性萃取剂的选择性2
4、024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程4代入代入 得加入溶剂后相对挥发度得加入溶剂后相对挥发度:加入溶剂后加入溶剂后加入溶剂后加入溶剂后:未加溶剂未加溶剂未加溶剂未加溶剂:T3为三元物系的泡点温度。为三元物系的泡点温度。2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程5分析(分析(3113):):两式相减:两式相减:两式相减:两式相减:2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程6讨论:讨论:2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程7(3114)成立的必要条件成立的必要条件:2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程83.3.影
5、响影响影响影响 萃取剂选择性的因素萃取剂选择性的因素萃取剂选择性的因素萃取剂选择性的因素(1)(1)萃取剂萃取剂萃取剂萃取剂本身性质的影响本身性质的影响本身性质的影响本身性质的影响 选择的萃取剂应与组分选择的萃取剂应与组分选择的萃取剂应与组分选择的萃取剂应与组分1 1形成形成形成形成正正偏差非理想溶偏差非理想溶偏差非理想溶偏差非理想溶液,与组分液,与组分液,与组分液,与组分2 2形成形成形成形成负负偏差非理想溶液或偏差非理想溶液或偏差非理想溶液或偏差非理想溶液或理想溶理想溶理想溶理想溶液液液液(2)(2)物系物系物系物系本身性质的影响本身性质的影响本身性质的影响本身性质的影响不满足此条件时,可
6、采用萃取剂中间采出的流程不满足此条件时,可采用萃取剂中间采出的流程不满足此条件时,可采用萃取剂中间采出的流程不满足此条件时,可采用萃取剂中间采出的流程2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程93.3.影响影响影响影响 萃取剂选择性的因素萃取剂选择性的因素萃取剂选择性的因素萃取剂选择性的因素(3)(3)萃取剂浓度萃取剂浓度萃取剂浓度萃取剂浓度的影响的影响的影响的影响4.4.萃取精馏的实质萃取精馏的实质萃取精馏的实质萃取精馏的实质 对原溶液对原溶液1 1、2 2组分产生不同的作用,提高组分产生不同的作用,提高12a a 体现:体现:原溶液沸点差不大(原溶液沸点差不大()非理想性不很
7、)非理想性不很强时,强时,稀释原溶液稀释原溶液:体现:体现:当原溶液沸点差大,非理想性很强时,当原溶液沸点差大,非理想性很强时,加加S后后,由,由(3-110):减小,降减小,降低了原溶液的非理想程度。低了原溶液的非理想程度。2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程10n n溶剂的选择要综合考虑的各种参数:溶剂的选择要综合考虑的各种参数:选择性选择性选择性选择性溶剂易于再生,溶剂易于再生,溶剂易于再生,溶剂易于再生,S S与原溶液中的组分要有一定的沸点差;与原溶液中的组分要有一定的沸点差;与原溶液中的组分要有一定的沸点差;与原溶液中的组分要有一定的沸点差;不形成共沸物;不发生化
8、学反应。不形成共沸物;不发生化学反应。不形成共沸物;不发生化学反应。不形成共沸物;不发生化学反应。价格、来源、粘度、毒性、腐蚀性。价格、来源、粘度、毒性、腐蚀性。价格、来源、粘度、毒性、腐蚀性。价格、来源、粘度、毒性、腐蚀性。与原溶液中组分的溶解度。与原溶液中组分的溶解度。与原溶液中组分的溶解度。与原溶液中组分的溶解度。三、萃取剂的选择三、萃取剂的选择2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程11仅有仅有仅有仅有HH键断裂键断裂键断裂键断裂 总是总是总是总是正偏差正偏差正偏差正偏差,组分易逃离液体;,组分易逃离液体;,组分易逃离液体;,组分易逃离液体;仅有仅有仅有仅有HH键生成键
9、生成键生成键生成 总是总是总是总是负偏差负偏差负偏差负偏差,组分难逃离。,组分难逃离。,组分难逃离。,组分难逃离。例如:例如:例如:例如:若若若若S S与组分与组分与组分与组分2 2生成氢键,总是负偏差,生成氢键,总是负偏差,生成氢键,总是负偏差,生成氢键,总是负偏差,n n1 1)考虑组分间能否生成氢键,)考虑组分间能否生成氢键,)考虑组分间能否生成氢键,)考虑组分间能否生成氢键,氢键理论。氢键理论。氢键理论。氢键理论。(1 1)定性定性定性定性初步筛选初步筛选初步筛选初步筛选2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程12(1 1)定性定性定性定性初步筛选初步筛选初步筛选初步筛
10、选2 2)考虑被分离组分的极性。)考虑被分离组分的极性。)考虑被分离组分的极性。)考虑被分离组分的极性。选选选选择择择择在在在在极极极极性性性性上上上上更更更更类类类类似似似似于于于于重重重重关关关关键键键键组组组组分分分分的的的的化化化化合合合合物物物物作作作作萃萃萃萃取取取取剂剂剂剂S S,能能能能有效减少重关键组分的挥发度。有效减少重关键组分的挥发度。有效减少重关键组分的挥发度。有效减少重关键组分的挥发度。如:如:如:如:烃、醚、醛、酮、酯、醇烃、醚、醛、酮、酯、醇烃、醚、醛、酮、酯、醇烃、醚、醛、酮、酯、醇水水水水 极性增强极性增强极性增强极性增强 64.764.756.456.4S
11、S水水水水,甲醇难挥发,甲醇难挥发,甲醇难挥发,甲醇难挥发烃烃烃烃S S S S,丙酮难挥发丙酮难挥发丙酮难挥发丙酮难挥发 甲醇甲醇甲醇甲醇 丙酮(共沸物丙酮(共沸物丙酮(共沸物丙酮(共沸物55.755.7)2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程13n n为为为为使使使使 大大大大,希希希希望望望望筛筛筛筛选选选选溶溶溶溶剂剂剂剂S S能能能能与与与与塔塔塔塔釜釜釜釜产产产产品品品品形形形形成成成成负负负负偏偏偏偏差差差差溶溶溶溶液液液液或或或或理理理理想想想想溶溶溶溶液液液液。与与与与塔塔塔塔釜釜釜釜产产产产品品品品形形形形成成成成理理理理想想想想溶溶溶溶液液液液的的的的溶
12、溶溶溶剂剂剂剂,一一一一般可从它的般可从它的般可从它的般可从它的同系物同系物同系物同系物中选取。中选取。中选取。中选取。64.756.4如:如:如:如:丙酮丙酮丙酮丙酮 甲醇的最低恒沸物分离。甲醇的最低恒沸物分离。甲醇的最低恒沸物分离。甲醇的最低恒沸物分离。恒沸组成丙酮恒沸组成丙酮恒沸组成丙酮恒沸组成丙酮=0.8=0.8沸点:沸点:沸点:沸点:55.7.55.7.3 3)从同系物中选择)从同系物中选择)从同系物中选择)从同系物中选择(1 1)定性定性定性定性初步筛选初步筛选初步筛选初步筛选2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程14n n从从从从分分分分子子子子结结结结构构构构
13、相相相相似似似似的的的的概概概概念念念念可可可可以以以以定定定定性性性性推推推推断断断断筛筛筛筛选选选选溶溶溶溶剂剂剂剂与与与与关关关关键键键键组组组组分分分分间间间间的作用的作用的作用的作用。qq如如如如:苯苯苯苯酚酚酚酚、苯苯苯苯胺胺胺胺等等等等环环环环结结结结构构构构化化化化合合合合物物物物与与与与苯苯苯苯和和和和甲甲甲甲苯苯苯苯一一一一类类类类芳芳芳芳烃烃烃烃的的的的分分分分子结构,比起与链烷烃和环烷烃来,更加相似些。子结构,比起与链烷烃和环烷烃来,更加相似些。子结构,比起与链烷烃和环烷烃来,更加相似些。子结构,比起与链烷烃和环烷烃来,更加相似些。4 4)分子结构相似概念)分子结构相似
14、概念)分子结构相似概念)分子结构相似概念(1 1)定性定性定性定性初步筛选初步筛选初步筛选初步筛选5 5)对于多元系)对于多元系)对于多元系)对于多元系一般将多元系的问题简化为两个关键组分和萃取剂组一般将多元系的问题简化为两个关键组分和萃取剂组一般将多元系的问题简化为两个关键组分和萃取剂组一般将多元系的问题简化为两个关键组分和萃取剂组成的三元系,在选择萃取剂时,同样能得到满意的结成的三元系,在选择萃取剂时,同样能得到满意的结成的三元系,在选择萃取剂时,同样能得到满意的结成的三元系,在选择萃取剂时,同样能得到满意的结果。果。果。果。2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程151
15、1)实测气液平衡数据实测气液平衡数据实测气液平衡数据实测气液平衡数据筛选溶剂是非常筛选溶剂是非常筛选溶剂是非常筛选溶剂是非常昂贵的!昂贵的!昂贵的!昂贵的!2 2)常用常用常用常用气相色谱气相色谱气相色谱气相色谱法快速法快速法快速法快速测定关键组分测定关键组分测定关键组分测定关键组分在溶剂中的在溶剂中的在溶剂中的在溶剂中的无限稀释活度系数无限稀释活度系数无限稀释活度系数无限稀释活度系数和选择性和选择性和选择性和选择性3 3)UNIFACUNIFAC法也可作为筛选溶剂的近似方法。法也可作为筛选溶剂的近似方法。法也可作为筛选溶剂的近似方法。法也可作为筛选溶剂的近似方法。用一些经验关联式用一些经验关
16、联式用一些经验关联式用一些经验关联式(UNIFACUNIFAC)计算计算计算计算 12,s12,s(2 2)定量定量定量定量初步筛选初步筛选初步筛选初步筛选三、萃取剂的选择三、萃取剂的选择2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程16四、萃取精馏过程分析四、萃取精馏过程分析1.1.塔内汽液相流量分布塔内汽液相流量分布塔内汽液相流量分布塔内汽液相流量分布设设S为纯组分,在塔顶采出为为纯组分,在塔顶采出为0。用脱溶剂浓度表示用脱溶剂浓度表示用脱溶剂浓度表示用脱溶剂浓度表示:2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程17代入上式代入上式代入上式代入上式(3-117):(3
17、-117):2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程18SFWn-1nn+1m-1 m m+12)塔内气液相流率分布情况)塔内气液相流率分布情况(假定恒摩尔流假定恒摩尔流)精馏段:精馏段:提馏段:提馏段:结论:结论:LV(因因SD)结论:结论:(1)当溶剂温度等于塔内温度时)当溶剂温度等于塔内温度时2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程19(2)溶剂温度低于塔内温度时)溶剂温度低于塔内温度时精馏段:精馏段:结论:液流量大于气流量;结论:液流量大于气流量;塔从上到下塔从上到下2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程20提馏段:提馏段:结论:(结论
18、:(1)从上到下液体量和气体量都随温度不断升高而增加)从上到下液体量和气体量都随温度不断升高而增加 (2)液流率大于气流率)液流率大于气流率结论:液流量大于气流量;结论:液流量大于气流量;塔从上到下塔从上到下2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程213 3)对)对)对)对S S物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算结论:塔内下流的溶剂量均大于溶剂的加入量,结论:塔内下流的溶剂量均大于溶剂的加入量,且溶剂的挥发性越大,其差值越大。且溶剂的挥发性越大,其差值越大。2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程222.塔内溶剂浓度分布塔内溶剂浓度分布 由于由于S S量大,挥发性
19、小,可视为量大,挥发性小,可视为S S浓度恒定浓度恒定作为简化计算作为简化计算。精馏段:精馏段:假设:假设:塔内恒摩尔流;塔内恒摩尔流;0,DSx二元二元二元二元2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程23的相平衡关系:的相平衡关系:S)()(13231121-+-=SSiiiSSxxxxybbbb2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程242024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程253、的确定的确定 (3-131)很小时2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程264、溶剂浓度在再沸器内发生跃升溶剂浓度在再沸器内发生跃升S+W再沸
20、器的物料关系图再沸器的物料关系图如图,作再沸器的物料衡算如图,作再沸器的物料衡算总物料总物料:萃取剂萃取剂:2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程27由上知,由上知,所以由于溶剂沸点与所处理的组分相所以由于溶剂沸点与所处理的组分相差较大,挥发度很小,在再沸器中溶剂浓度将有一跃升。差较大,挥发度很小,在再沸器中溶剂浓度将有一跃升。由于溶剂的挥发度远比所处理的物料挥发度低,当把由于溶剂的挥发度远比所处理的物料挥发度低,当把溶溶剂看做不挥发时,由以上两式得:剂看做不挥发时,由以上两式得:2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程28小结:小结:小结:小结:2024/4
21、/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程29 萃取精馏的注意事项萃取精馏的注意事项 (1)由由于于S是是大大量量的的(一一般般要要求求xS0.6)因因此此,塔塔内内下下降降液液量量远远远远大大于于上上升升蒸蒸汽汽量量,从从而而造造成成汽汽液液接接触触不不佳佳,故故萃萃取取精精馏馏塔塔的的塔塔板板效效率率低低,大大约约为为普普通通精精馏馏的的一一半半左左右右(回回收收段段不不包包括括在在内内)。在在设计时应注意塔板结构及流体动力情况设计时应注意塔板结构及流体动力情况,以免效率过低。以免效率过低。(2)由由于于 12,S12,S 是是借借助助萃萃取取剂剂的的加加入入量量来来调调节节的的,随随x
22、S,12,S12,S。当当塔塔顶顶产产品品不不合合格格时时,不不能能采采用用加加大大回回流流的的办办法法来来调调节节,因因这这样样做做会使萃取剂在塔内浓度降低会使萃取剂在塔内浓度降低,反而使情况更加恶化。反而使情况更加恶化。一般调节方法有一般调节方法有:加大萃取剂用量加大萃取剂用量;减减少少进进料料量量,同同时时减减少少塔塔顶顶产产品品的的采采出出量量。这这也也就就是是在在不不改改变下降液量的前提下加大了回流比变下降液量的前提下加大了回流比。2024/4/22 周一分离工程分离工程分离工程分离工程30n n萃萃萃萃取取取取精精精精馏馏馏馏过过过过程程程程的的的的计计计计算算算算与与与与普普普普
23、通通通通精精精精馏馏馏馏相相相相同同同同。选选选选择择择择适适适适宜宜宜宜的的的的溶溶溶溶剂剂剂剂流流流流率率率率、回回回回流流流流比比比比和和和和原原原原料料料料的的的的进进进进料料料料状状状状态态态态,沿沿沿沿塔塔塔塔建建建建立立立立溶溶溶溶剂剂剂剂的的的的浓浓浓浓度度度度分分分分布布布布,使使使使关关关关键键键键组组组组分分分分间间间间的的的的相相相相对对对对挥挥挥挥发发发发度度度度有有有有较较较较大大大大提提提提高高高高,达达达达到到到到分分分分离目的。离目的。离目的。离目的。n n萃萃萃萃取取取取精精精精馏馏馏馏塔塔塔塔是是是是多多多多个个个个进进进进料料料料的的的的多多多多组组组组
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