化工分离过程第11讲331萃取精馏_精品文档.ppt

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化工分离过程化工分离过程ChemicalSeparationProcesses第三章第三章多组分多级分离过程多组分多级分离过程分析与简捷计算分析与简捷计算第三章第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算3.1设计变量设计变量3.2多组分精馏过程（普通精馏）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）萃取精馏和共沸精馏（特殊精馏）3.3.1萃取精馏萃取精馏3.3.1.1萃取精馏的流程萃取精馏的流程3.3.1.2萃取精馏原理和溶剂的选择萃取精馏原理和溶剂的选择3.3.1.3萃取精馏过程分析萃取精馏过程分析3.3.1.4萃取精馏的计算萃取精馏的计算3.3.2共沸精馏共沸精馏3.4吸收和蒸出（解吸）过程吸收和蒸出（解吸）过程23.3.1.3萃取精馏过程分析萃取精馏过程分析

（1）塔内流量分布）塔内流量分布精精馏馏段段总物料衡算：

总物料衡算：

组分物料衡算：

组分物料衡算：

或：

或：

将上式的浓度改为脱溶剂的相对浓度：

将上式的浓度改为脱溶剂的相对浓度：

（3-293-29）FSDWnn+1n-1m-1m+1m图图3-1633.3.1.3萃取精馏过程分析萃取精馏过程分析以以l代表液相中原溶液组分之流率，以代表液相中原溶液组分之流率，以v代表汽相中原溶液组分之流率，即：

代表汽相中原溶液组分之流率，即：

则：

则：

当当（xS）D=0时：

时：

（3-34）FSDWnn+1n-1m-1m+1m43.3.1.3萃取精馏过程分析萃取精馏过程分析比较（比较（3-31）式和（）式和（3-34）式：

）式：

（3-31）（3-34）可得：

可得：

（3-35）因为因为S为重组分，为重组分，（yS）n+10.6），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）。

在在设设计计时时应应注注意意塔塔板板结结构构及及流流体动力体动力情况，以免效率过低。

情况，以免效率过低。

153.3.1.3萃取精馏过程分析萃取精馏过程分析萃取精馏的注意事项萃取精馏的注意事项

（2）由由于于组组分分间间相相对对挥挥发发度度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，随随萃萃取取剂剂在在液液相相中中的的浓浓度度的的增增加加，组组分分1、2的的相相对对挥挥发发度度增增大大。

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会使使萃萃取取剂剂在在塔塔内内浓浓度度降降低低，反反而而使使情情况况更加恶化。

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不改变下降液量的前提下加大了回流比。

在不改变下降液量的前提下加大了回流比。

163.3.1.3萃取精馏过程分析萃取精馏过程分析（3）通通常常萃萃取取剂剂用用量量较较大大，塔塔内内液液体体的的显显热热在在全全塔塔的的热热负负荷荷中中占占较较大大比比例例，所所以以，在在萃萃取取剂剂加加入入时时，温温度度微微小小的的变变化化，都都直直接接影影响响上上升升蒸蒸汽汽量量，从从而而波波及及全全塔塔。

应应该该以以萃萃取取剂剂恒恒定定浓浓度度与与萃萃取取剂剂温温度度作作主主要要被被调调参参数数，以以保保持持塔塔的的稳稳定定，当操作条件接近液相分层区时，更要特别注意。

当操作条件接近液相分层区时，更要特别注意。

（4）在在决决定定塔塔径径及及设设计计塔塔板板结结构构时时，除除了了按按照照蒸蒸汽汽量量（包包括括萃萃取取蒸蒸汽汽在在内内）计计算算外外，还还应应注注意意液液流流中中有有较较大大量量的的萃取剂萃取剂。

萃取精馏的注意事项萃取精馏的注意事项173.3.1.3萃取精馏过程分析萃取精馏过程分析（5）在在萃萃取取精精馏馏塔塔内内，液液相相中中萃萃取取剂剂的的浓浓度度一一般般xS0.6，此此时时，塔塔中中组组分分1、2的的浓浓度度变变化化范范围围仅仅在在0.4以以内内，因因此此，塔塔内内温温度度有有些些变变化化，由由塔塔顶顶向向下下温温度度会会升升高高，但但变变化不显著化不显著。

（6）在在回回收收段段内内，由由于于萃萃取取剂剂含含量量迅迅速速下下降降，仅仅几几块块板板，即即可可使使xS由由0.60.8变变为为0，这这样样会会引引起起温温度度的的陡陡降降。

塔塔釜釜处处，由由于于基基本本上上是是萃萃取取剂剂，因因此此塔塔釜釜温温度度也也可可能能会会急急剧剧上升上升。

萃取精馏的注意事项萃取精馏的注意事项183.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算萃萃取取精精馏馏过过程程计计算算的的依依据据是是选选择择的的萃萃取取剂剂的的特特点点为为沸沸点点高高，挥挥发发度度小小，由由塔塔顶顶引引入入后后几几乎乎全全部部进进入入塔塔釜釜，因因而而萃取剂萃取剂在在塔内各级上的浓度恒定塔内各级上的浓度恒定不变。

不变。

萃萃取取剂剂的的存存在在仅仅改改变变了了原原组组分分间间的的相相对对挥挥发发度度，采采取取适适当当的的相相对对挥挥发发度度数数据据后后，计计算算萃萃取取精精馏馏过过程程时时就就可可以以不不考虑萃取剂的存在，因而应以考虑萃取剂的存在，因而应以脱溶剂为基准进行物料衡算脱溶剂为基准进行物料衡算。

萃取精馏过程平衡级数的简捷计算萃取精馏过程平衡级数的简捷计算193.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算图解法步骤图解法步骤当当原原溶溶液液为为二二元元时时，由由于于加加入入恒恒浓浓度度萃萃取取剂剂，只只改改变变相相对对挥挥发发度度故故可可按按二二元元精精馏馏来来处处理理，即即得得到到恒恒浓浓度度萃萃取取剂下的汽液平衡相图，作剂下的汽液平衡相图，作x-y相图，图解求相图，图解求N。

物料衡算：

物料衡算：

根据工艺要求，与多组分精馏一样，按加料根据工艺要求，与多组分精馏一样，按加料及塔顶、塔釜的分离度作物料衡算，求得及塔顶、塔釜的分离度作物料衡算，求得D,xiD,W,xiw。

绘汽液平衡曲线，即绘汽液平衡曲线，即x-y曲线：

曲线：

设不同的设不同的x，计算，计算，再计算，再计算y。

203.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算在图上求在图上求Rm并选并选R：

作操作线方程作操作线方程画阶梯求画阶梯求N及进料级位置及进料级位置图解法步骤图解法步骤213.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算简捷法计算步骤简捷法计算步骤选定选定关键组分：

关键组分：

由分离要求，进行物料衡算，求得由分离要求，进行物料衡算，求得塔顶、塔釜组成。

塔顶、塔釜组成。

计算加料级、塔顶和塔釜的计算加料级、塔顶和塔釜的泡点温度，泡点温度，式式（3-45）计算计算萃取剂用量。

萃取剂用量。

求各组分的求各组分的相对挥发度：

相对挥发度：

由活度系由活度系数模型求数模型求223.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算塔釜塔釜塔顶塔顶简化计算：

简化计算：

233.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算由由Fenske公式计算公式计算Nmin应该用上式分别精馏段与提馏段的应该用上式分别精馏段与提馏段的Nmin计算最小回流比计算最小回流比a.用用Underwood公式计算；公式计算；b.用半经验式。

用半经验式。

汽相进料，即汽相进料，即若若则则243.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算加料为饱和液体加料为饱和液体加料为饱和气体加料为饱和气体253.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算在在萃萃取取精精馏馏过过程程中中，一一般般不不希希望望回回流流比比过过大大，当当回回流流比比过过大大时时，要要降降低低级级上上萃萃取取剂剂的的浓浓度度xs，从从而而会会降降低低组组分分间间的的相相对对挥挥发发度度，增增加加所所需需平平衡衡级级数数，这这与与普普通通精精馏馏操操作作正正好好相相反。

反。

在在增增加加回回流流比比同同时时，也也可可增增加加萃萃取取剂剂用用量量以以保保持持塔塔内内萃萃取取剂剂浓浓度度，但但这这又又会会使使汽汽相相与与液液相相流流量量相相差差更更大大，不不仅仅增增加加了了塔塔设设计计的的困困难难，也也会会降降低低塔塔级级效效率率。

当当然然回回流流比比太太小小时时，所需所需平衡级数平衡级数也要也要增加增加。

适宜回流比常按。

适宜回流比常按实验测定实验测定。

263.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算由由Rmin，R，min用用Gilliland图求图求N萃取剂萃取剂回收段平衡级数回收段平衡级数的确定的确定对于萃取精馏塔，为了防止萃取剂由塔顶带出，均设对于萃取精馏塔，为了防止萃取剂由塔顶带出，均设有萃取剂回收段，可用经验式。

有萃取剂回收段，可用经验式。

xSn回收段的最下面级上的液相中萃取剂的组成，在简回收段的最下面级上的液相中萃取剂的组成，在简化计算中可近似取化计算中可近似取xSn=yS，yS为精馏段顶级上的组成。

为精馏段顶级上的组成。

273.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算由塔顶级组成计算：

由塔顶级组成计算：

因因为为小小，则则n也也不不多多，所所以以在在设设计计中中可可按按上上式式计计算算，也也可按经验取一个平衡级数。

可按经验取一个平衡级数。

塔顶带出萃取剂的损耗量塔顶带出萃取剂的损耗量S在在实实际际生生产产中中，xSD不不可可能能是是0，按按分分离离要要求求允允许许有有一一定定的的浓浓度度，因因此此，塔塔顶顶产产品品中中带带有有少少量量萃萃取取剂剂，因因此此存存在在萃萃取取剂的损失。

剂的损失。

修正物料平衡，修正物料平衡，加入加入塔内的萃取剂量塔内的萃取剂量应该应该是是S+S。

283.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算萃取精馏操作设计的特点萃取精馏操作设计的特点萃取精馏过程，因塔内液体流率往往远远大于气体流率，造萃取精馏过程，因塔内液体流率往往远远大于气体流率，造成成汽液接触不佳汽液接触不佳，使得萃取精馏的，使得萃取精馏的全塔效率小全塔效率小于普通精馏塔，于普通精馏塔，一般为普通精馏的一般为普通精馏的50%左右。

左右。

要要严格控制回流比严格控制回流比，不能盲目用调回流比的办法调节萃取精，不能盲目用调回流比的办法调节萃取精馏塔的操作，因为回流比增大，液相流率增加，将使液相中的馏塔的操作，因为回流比增大，液相流率增加，将使液相中的溶剂浓度溶剂浓度xS下降，而使被分离组分间的相对挥发度减小，分离下降，而使被分离组分间的相对挥发度减小，分离效果变差，常用调节方法：

效果变差，常用调节方法：

293.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算a调节溶剂用量调节溶剂用量，增加溶剂，增加溶剂S入塔量，液相中溶剂浓度入塔量，液相中溶剂浓度xS提提高，相对挥发度增大，分离所需高，相对挥发度增大，分离所需N下降；下降；b减减少少进进料料量量，进进料料量量F减减少少，馏馏出出液液D下下降降，相相当当于于在在维维持原来持原来xS条件下增加条件下增加R，分离效果变好，分离效果变好；c溶溶剂剂S的的进进料料温温度度应应维维持持恒恒定定，因因为为液液相相多多为为S，S温温度度变变化化将将使使塔塔内内L和和V发发生生很很大大波波动动，很很小小的的T对对全全塔塔影影响响很很大大，所以应严格控制所以应严格控制S的进料温度。

的进料温度。

303.3.1.4萃取精馏过程的计算萃取精馏过程的计算萃取精馏简捷法计算举例萃取精馏简捷法计算举例醋醋酸酸甲甲酯酯

（1）甲甲醇醇

（2）溶溶液液用用水水为为溶溶剂剂进进行行萃萃取取精精馏馏，原原料料组组成成为为：

xF1=0.649（摩摩尔尔分分率率）,露露点点进进料料，要要求求塔塔顶顶馏馏出出液液中中xD1=0.95，塔塔釜釜液液xW1不不超超过过0.0393（以以脱脱溶溶剂剂算算），选选取取精精馏馏段段中中溶溶剂剂的的浓浓度