【正文】 － 3 8 （ a ） 液 相 中 苯 酚 濃 度 對異 辛 烷 － 甲 苯 相 對 揮 發(fā) 度 的 影 響x , y 為 異 辛 烷 的 摩 爾 分 率 （ 以 不 含 酚 為 基 準 ）（ A ）4 9 ％ E5 1 ％ W圖 9 － 3 8 （ b ） 萃 取 精 餾 分 離 辛 烷 － 甲 苯 1 － 萃 取 精 餾 塔 ； 2 － 苯 酚 回 收 塔 ；異 辛 烷＋ 甲 苯回收段精餾段提餾段異 辛 烷甲 苯＋ 苯 酚苯 酚12補 充 苯 酚60 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 三、橫沸精餾與萃取精餾的比較 一些物系的分離既可以用恒沸精餾，也可用萃取精餾，究竟選擇何種操作方式，需要作以下考慮。 恒沸精餾和萃取精餾都是在被分離的混合液中加入第三組分，以提高組分間的相對揮發(fā)度，這是兩者的共同點，但它們之間也存在差異： 1)恒沸劑要與被分離組分形成恒沸物，而萃取劑無此要求，因此萃取劑選擇的范圍較恒沸劑廣。 2）恒沸劑從恒沸精餾塔的塔頂蒸出，而萃取劑從萃取精餾塔的塔底排出，因此一般說來恒沸精餾的熱量消耗較萃取精餾塔，只有恒沸劑夾帶含量較少的組分時，這一差別才會縮小。 3）一定總壓下恒沸物的組成、溫度是恒定的，因此恒沸劑的選擇的使用量有特定要求；而萃取劑的用量可在一定范圍內(nèi)變化，較為靈活。 4）萃取劑必須從塔的上部不斷加入，因此萃取精餾不適宜間歇精餾；恒沸劑既可從塔頂加入，也可于料液一起加入塔釜，因此恒沸精餾能用于大規(guī)模的連續(xù)生產(chǎn)和試驗室的間歇精餾。 5）恒沸精餾的操作溫度通常比萃取精餾低，故當有熱敏性組分存在時，采用恒沸精餾更合適。 61 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 工業(yè)中多數(shù)情況下反應(yīng)和分離這兩個單元在不同的設(shè)備中單獨進行，即在反應(yīng)器中進行化學反應(yīng)，在分離設(shè)備中實現(xiàn)組分間的分離。但是隨著科技的發(fā)展，發(fā)應(yīng)和分離結(jié)合在一個設(shè)備中的單元 —— 伴有化學反應(yīng)的分離過程已日益引起人們的重視，這些過程由于反應(yīng)和分離的耦合作用，使反應(yīng)和分離效果都得以加強，從而使產(chǎn)品的質(zhì)量和收率都得到了提高，除此之外它們還具有設(shè)備投資少，能耗低等一系列優(yōu)點。這里講述反應(yīng)和精餾耦合在一氣的單元操作，稱之為反應(yīng)精餾。 反應(yīng)精餾過程在一個反應(yīng)精餾塔中完成，該塔除了實現(xiàn)組分間的分離外，還同時伴隨著化學反應(yīng)。 反應(yīng)精餾能夠用于醚化 、 酯化 、 水解 、 烷基化等多種過程 ， 但由于反應(yīng)精餾塔內(nèi)包含反應(yīng)和多組分分離等復雜的相互影響 ， 加上過程實施時還存在著一些難點 ， 所以目前對某些反應(yīng)精餾過程的開發(fā)尚處于研究階段 。 62 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 圖 9— 39是工業(yè)上一個典型的催化精餾過程，甲醇和異丁烯在強酸性離子交換樹脂上催化反應(yīng)生成甲基叔丁基醚（簡寫為 MTBE）。 （ A）圖 9－ 39 MTBE催 化 精 餾 分 離 工 藝 流 程 1－ 催 化 精 餾 塔 ； 2－ 水 洗 塔 ； 3－ 甲 醇 回 收 塔 ；提餾段12甲 苯反應(yīng)段精餾段甲 醇異 丁 烯異 丁 烯甲 醇 ＋ 水成 品 MTBE32水63 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 多元連續(xù)精餾裝置通常由多個精餾塔組成，除了最后一個塔分離二元組分外，其余各個塔只能分離出一個高純組分，因此若要實現(xiàn) C個組分的高純度分離，需要 C1個精餾塔。 若組分數(shù)愈多，供選擇的流程方案也愈多。究竟選用何種流程，應(yīng)該注意以下幾個因素： （ 1）對熱敏性組分，為減少被加熱的次數(shù)，應(yīng)優(yōu)先分離；對有強腐蝕 性的組分，為避免多個設(shè)備的腐蝕，也應(yīng)優(yōu)先分離。 （ 2）對純度要求較高的組分，最好從塔頂蒸出。 （ 3）若存在一對較難分離的相鄰組分，宜置于最后分離。 （ 4）各組分在流程中的氣化、冷凝次數(shù)應(yīng)盡可能少，以降低設(shè)備的負 荷和能耗。 多元精餾 64 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 如對三元物系（設(shè)按揮發(fā)度從大到小以此為 A、 B、 C，以下同）的雙塔精餾流程，可安排圖 9— 40（ a）、（ b）兩種方案（也稱塔序）。 （A）1BB、CA、B、C2 1A、B、C2A、BCCB（a）(b)940 三元精餾得兩種流程方案65 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 圖 9－ 41 原 油 加 工 得 復 雜 塔 流 程 1－ 加 熱 塔 ； 2－ 主 塔 ； 3－ 側(cè) 塔煤 油柴 油潤 滑 油水 蒸 汽汽 油氣 態(tài) 烴原 油1水重 油水 蒸 氣2當物料的處理量較大，而產(chǎn)品的純度要求不高時，可采用帶有側(cè)線出料的復雜塔流程。一般側(cè)線產(chǎn)品的純度不高，但使用側(cè)線出料流程可以大大減少精餾塔的個數(shù)。如在煉油工業(yè)中，原油經(jīng)精餾后按沸程從低到高依次為汽油、煤油、柴油、潤滑油和重油，這些產(chǎn)品都是具有一定沸點范圍的混合餾分，可以從側(cè)線采得。原油加工的常壓蒸餾塔如圖 9— 41所示，它由一個主塔和一個側(cè)塔組成。側(cè)塔包含三個重疊的氣提塔，它們的作用是逐出側(cè)線餾分中的低沸點組分。 66 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 多元精餾除流程較復雜外，多元物系的氣液相平衡關(guān)系也很復雜，通常引入相平衡常數(shù) K來描述。對組分 ，有 這樣多元物系的氣液相平衡關(guān)系就歸結(jié)為各個組分相平衡常數(shù) 的求法，多元體系中組分 相對于組分 的相對揮發(fā)度 為 對理想物系，有 i i i iK y x?iKi j ij? i i iij j i iK y xK y x? ??00ij i jpp? ?67 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 一、全塔物料衡算 在多元精餾塔中，通常吧對分離程度起決定作用而必須這種控制的組分稱為關(guān)鍵組分，其中揮發(fā)度較大的稱為輕關(guān)鍵組分，揮發(fā)度較小的稱為重關(guān)鍵組分。 組分的濃度不能任意規(guī)定 ， 它們受到精餾塔分離能力的制約 。 多元連續(xù)精餾塔重單憑全塔物料衡算還不能確定塔頂 、 底的量和組成 。以精餾 A、 B、 C三元物系的精餾塔為例 ， 全塔物料衡算關(guān)系為 A F A D A WB F B D B WF D WFx D x W xFx D x W x???? ???? ???ADxBWx四個未知數(shù) —— 餾出液量 D、釜液量 W、組成 和 不能直接計算，尚缺一個方程。為此通常采用一些假定給予補足。 68 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 根據(jù)補足方程的不同形式，全塔物料衡算可分為清洗分割和非清晰分割兩種。 清晰分割 若選取的輕、重關(guān)鍵組分式相鄰組分，且這兩個關(guān)鍵組分間的相對揮發(fā)度較大，其分離要求也較高，即輕、重關(guān)鍵組分分別在塔底、塔頂產(chǎn)品中的濃度較低。此時可認為比輕關(guān)鍵組分更輕的組分全部從塔頂餾出，而不在塔頂出現(xiàn)。即認為除了關(guān)鍵組分之外的其他組分要么完全從塔頂餾出，要么完全從塔底排出，不會在餾出液和釜液中同時出現(xiàn)，該方法稱為清晰分割。采用該假定后能夠補足全塔物料衡算中所需的方程數(shù)。 非清晰分割 若各組分間得相對揮發(fā)度不大或者選取得輕、中關(guān)鍵組分之間還夾有其他組分，分離要求也不是很高，那么各個組分都會在塔頂、塔底產(chǎn)品中出現(xiàn)，此時不能用清晰分割法進行計算。 69 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 全回流操作時，餾出液和釜液得組成與最小理論板數(shù)之間得關(guān)系可近似用式得芬斯克（ Fenske）方程來描述，對輕、重關(guān)鍵組分而言，有 或?qū)懗? 由于同一混合物中組分的摩爾分率之比等于摩爾數(shù)之比，所以又可表示為 同理，對任意組分， 1 1m in1l g[ ( ) ( ) ] / l gh hDwhxxNaxx? m in111( ) ( )NhDwhhxxa?m in11( ) ( )Nh hDDaWW? m in( ) ( )Nihiha?70 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 由上面兩式得 由上式描述了全回流下各組分在餾出液和釜液中的分配情況。根據(jù)非清晰分割假定，任意回流比下也有上述分配關(guān)系，即后面一個等號也成立： 此式就是非清晰分割法描述得任意情況下各組分在餾出液和釜液中分配的基本關(guān)系，通常稱之為哼斯特別克（ Hengsterbeck）法。 1m in1l g( ) l g( ) l g( ) l g( )l g l gh i hh ihD W D W D W D WNaa????11l g( ) l g( ) l g( ) l g( )l g l gh i hh ihD W D W D W D Waa?? ?71 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 多元精餾得最小回流比很難嚴格計算，常采用一些簡化的公式進行估算。最常用得時恩德伍德（ Underwood）方程，這是針對理想物系和基于恒摩爾流假定德基礎(chǔ)上得到的，共包括以下兩個方程： （ 9— 94） （ 9— 95） 式中，為基準組分（常取重關(guān)鍵組分）； 為進料液的液相分率。求解時，首先根據(jù)式（ 9— 94）求方程的根 有 C個，所以若輕、重關(guān)鍵組分是相鄰組分，則應(yīng)選擇滿足下式的 值 若輕、重關(guān)鍵組分不是相鄰組分，則先算出各個 下對應(yīng)的 ，然后取這些數(shù)的算術(shù)平均值作為最小回流比。 二、捷算法求理論板數(shù) 11c ij iFijiax qa ?? ????m in 1 1c ij iDijiaxRa ??????j q?1 j hjaa???i? minR72 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 六、填料層高度的計算 精餾除了在板式塔內(nèi)進行外，也常使用填料塔。填料精餾塔與板式精餾塔的不同之處在與塔內(nèi)氣液相濃度前者呈連續(xù)變化，后者則呈逐級變化。設(shè)計填料精餾塔的關(guān)鍵之一是確定全塔所需要的填料層高度。通常以理論板數(shù)乘以等板高度（用ＨＥＴＰ表示， Height Equivalent of a Theoretical Plate）求填料層高度，即 其中等板高度是分離效果相當于一層理論板的一段填料層高度，它與塔板效率一樣包含了眾多傳質(zhì)動力學因素。顯然等板高度愈小，填料層的傳質(zhì)分離效果愈好。等板高度的影響因素也包括物性參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)，難以準確估計，設(shè)計時應(yīng)盡可能使用相同的或相近條件下的實測數(shù)據(jù)。 0h H E T P N??73 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH