化工分离过程(第13讲)(3.3.2共沸精馏)

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1、化工分离过程ChemicalSeparationProcesses第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算3.1设计变量3.2多组分精馏过程（普通精馏）3.3萃取精馏和共沸精馏（特殊精馏）3.3.1萃取精馏3.3.2共沸精馏3.3.2.1共沸物的特性和共沸组成的计算3.3.2.2共沸剂的选择3.3.2.3分离共沸物的双压精馏过程3.3.2.4二元非均相共沸物的精馏3.4吸收和蒸出（解吸）过程√√23.3.2.3分离共沸物的双压精馏过程在设计一个共沸精馏过程时，考虑共沸组成随压力变化的一般规律是很重要的。因为压力是一个很容易改

2、变的操作参数，在某些情况下，通过改变压力可实现共沸物系的分离。应用Clausius方程可分析出：当压力增加时，最低共沸物的组成向摩尔潜热大的组分移动；最高共沸物的组成向摩尔潜热小的组分移动。例如乙醇和水是能够形成二元最低共沸物的物系，常压下共沸温度为78.1℃，共沸组成为：x醇=0.90（mol）汽化潜热：乙醇为39020KJ/kmol，水为41532KJ/kmol3乙醇水溶液共沸物与压力的关系表从上表可知，压力增加时共沸物中乙醇含量下降，即增加压力时，共沸物中汽化潜热大的组分含量增加。系统压力，MPa共沸组成，乙醇%共沸温度，℃0.009310027.790

3、.020096.242.000.053391.462.800.101390.078.100.193389.195.503.3.2.3分离共沸物的双压精馏过程43.3.2.3分离共沸物的双压精馏过程一般地，若压力变化明显影响共沸组成时，则采用两个不同操作压力的双塔流程可实现二元均相共沸物的分离。如甲乙酮（MEK）-水（H2O）的分离过程。在大气压力下（0.103MPa）该物系形成二元正偏差共沸物，共沸组成为65％（MEK）；在0.7MPa时，共沸组成变化为50％（MEK），如果原料中含MEK小于65％，欲得到纯甲乙酮和水。分离过程如何设计？MEK-H2O在不同压

4、力下的T-x-y图53.3.2.3分离共沸物的双压精馏过程分离甲乙酮—水：利用不同压力下，共沸组成不同分离。工艺流程图：相图：1常压2加压水MEKF共沸物共沸物63.3.2.3分离共沸物的双压精馏过程一般来说，若压力变化明显影响共沸物组成时，则采用两个不同操作压力的双塔流程，可实现二元均相混合物的分离。如下图所示：当原料中甲乙酮小于65％，在塔Ⅰ进料，塔釜为纯水，塔顶为含MEK65％的共沸物；共沸物进高压塔Ⅱ，塔顶为含MEK50％的共沸物馏出液循环到塔Ⅰ，塔釜得到纯MEK。图3-25双塔精馏流程73.3.2.3分离共沸物的双压精馏过程物料衡算：两个塔作一个整体

5、对于组分1（MEK）图3-25双塔精馏流程83.3.2.3分离共沸物的双压精馏过程可得：物料衡算：对塔Ⅱ对于组分1（MEK）图3-25双塔精馏流程93.3.2.3分离共沸物的双压精馏过程（3-67）循环物料的流率当两个不同压力下的共沸组成彼此接近时，（x1,D1-x1,D2）数值会较小，由上式可知D2大（即循环量大），设备投资和操作费用高，是不希望出现的情况。103.3.2.4二元非均相共沸物的精馏二元非均相共沸物的精馏某些双组分共沸物(如苯-水，丁醇-水)在温度降低时可分为两个具有一定互溶度的液层。此类共沸物的分离不必加入第三组分，采用两个塔联合操作便可获得

6、两个纯产品。1—形成非均相共沸物2—形成均相共沸物3—不形成共沸物113.3.2.4二元非均相共沸物的精馏二元非均相共沸物的精馏:系统本身形成非均相共沸物流程示例：分离正丁醇（1）-水（2）丁醇塔水塔丁醇水进料直接蒸汽共沸物123.3.2.4二元非均相共沸物的精馏与均相共沸物精馏比较：非均相：当某板yn>x1Ⅱ,冷凝后分层：x1Ⅰ,x1Ⅱx1Ⅰ

7、醇相经过分层器后返回丁醇塔作为回流，高纯度的正丁醇从塔底引出，而接近共沸组成的蒸汽将从塔顶采出。分层器后的水相被送入水塔，从塔顶部出来的是接近共沸组成的蒸汽，塔釜则获得纯水。图3-27分离非均相共沸物的流程示例：分离正丁醇（1）-水（2）丁醇塔水塔丁醇水进料直接蒸汽143.3.2.4二元非均相共沸物的精馏把两个塔作为一个整体考虑。如图3-29所示情况，按最外圈（蓝色）范围作物料衡算得：二元非均相共沸精馏系统的物料衡算图3-29物料衡算图153.3.2.4二元非均相共沸物的精馏图3-29物料衡算图按中圈（红色）所示范围物料衡算，可得：对易挥发组分作物料衡算为：二

8、元非均相共沸精馏系统的物料衡算163.