六、蒸馏 1.蒸馏分类: 操作方式:连续蒸馏、间歇蒸馏; 对分离的要求:简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏(精馏还包括水蒸气精馏、间歇精馏、恒沸精馏、萃取精馏、反应精馏); 压力:常压蒸馏、加压蒸馏、减压蒸馏; 组分:双组分蒸馏和多组分蒸馏(精馏),常用精馏塔。精馏,加压提高蒸汽冷凝温度,降压降低沸点温度。
2.双组分溶液气液相平衡: 液态泡点方程:xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)],(xA:液态组分A的摩尔分数;p (t):压强关于温度的函数); 气态露点方程:yA=pA/p=[pA(t)/p]×[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]; 平衡常数KA=yA/xA,理想溶液:KA=p°A/p,即组分饱和蒸气压和总压之比; 挥发度:υA=pA/xA,相对挥发度:αAB=υA/υB,最终可导出气液平衡方程:y=αx/[1+(a-1)x]; 气液平衡相图:p-x图(等温) 、t-x(y)图(等压)、x-y图。
3.平衡蒸馏:qn(F),xF加热至泡点以上tF,减压气化,温度达到平衡温度te,两相平衡qn(D),yD和qn(W),xW; 物料衡算:yD=qxW/(q-1)-xF/(q-1),(液化率:q=qn(W)/qn(F)); 热量衡算:tF=te+(1-q)γ/Cp,m,(Cp,m:原液的摩尔定压热容;γ:原液的摩尔气化潜热);平衡关系:yD=αxW/[1+(α-1)xW]。
4.简单蒸馏: 持续加热至釜液组成和馏出液组成达到规定时停止;关系式:ln[n(F)/n(W)]= {ln(xF/xW)-αln[(1-xF)/(1-xW)]}/(α-1); 总物料衡算:n(F)=n(W)+n(D);易挥发组分衡算:n(F)xF =n(W)xW+n(D)xD; 推出:xD= [n(F)xF-n(W)xW]/[n(F)-n(W)]。
5.精馏: 多次部分气化部分冷凝(连续、间歇),泡点不同采取不同的压力操作,塔板数从上至下记; 塔顶易挥发组分回收率:ηD=qn(D)xD/qn(F)xF×100%, 釜中不易挥发组分回收率:ηW=qn(W)(1-xW)/[qn(F)(1-xF)]×100%; 精馏段总物料衡算:qn(V)=qn(D)+qn(L);精馏段易挥发组分衡算:qn(V)yn+1=qn(D)xD+qn(L)xn;(V:各层上升蒸汽量;D:塔顶馏出液量;L:各板下降的液量;yn+1:第n+1块板上升的蒸汽中易挥发组分的摩尔分数;xn:第n块板下降的液体中易挥发组分的摩尔分数), 精馏段操作线方程:yn+1=Rxn/(R+1) +xD/(R+1),(回流比R= qn(L)/qn(D)); 提馏段总物料衡算:qn(L’)=qn(V’)+qn(W);提馏段易挥发组分衡算:qn(L’)x’m=qn(V’)y’m+1 +qn(W)xW ;(W:釜液量),提馏段操作线方程:y’m+1=qn(L’)x’m/qn(V’)-qn(W)xW/qn(V’); 总的物料衡算:qn(F)+qn(V’)+qn(L)=qn(V)+qn(L’),乘上各焓值Hx即为热量衡算,qn(V)=qn(V’)+(1-q)qn(F),(精馏进料热状态参数q=(HV-HF)/(HV-HL),即单位原料液变为饱和蒸汽所需要的热量与单位原料液潜热之比);
进料方程:y=qx/(q-1)-xF/(q-1);理论塔板的计算逐板法和图解法,回流比R增大理论塔板数减小,解析法:全回流理论塔板数Nmin={lg[xD(1-xw)/[xw(1-xD)]]}/lgam-1,(am:全塔平均挥发度);
最小回流比Rmin=(xD-yq)/(yq-xq),(xq,yq:进料时),R实=(1.1—2.0) Rmin;
全塔效率ET为理论塔板数与实际塔板数之比; 间歇精馏:分批精馏,一次进料待釜液达到指定组成后,放出残液,再次加料,用于分离量少而纯度要求高的物料,每批精馏气化物质的量n(V )= (R+1)n(D),所需时间τ=n(V)/qn(V); 特殊精馏:恒沸精馏(加第三组分,形成新的低恒沸物,增大相对挥发度) 、萃取精馏(加第三组分,增大相对挥发度)、加盐萃取精馏、分子蒸馏(针对高分子量、高沸点、高粘度、热稳定性极差的有机物)。
6.根据溶液的蒸汽压偏离拉乌尔定律的方向,一般可将非理想溶液分成两大类:①正偏差溶液,②负偏差溶液。
7.精馏回流中,下降也体重的轻组分向气相传递,上升正其中的重组分向液相传递,塔下半部分完成了重组分的提浓,叫做提馏段。完整的精馏塔包括精馏段和提馏段。增加回流量,提高了上升蒸汽的量,但增加了能耗,突出最小回流比,回流比是塔顶回流量比塔顶产品量的比值。板式塔加料位置在第五块板效率最高。只有提馏段没有精馏段的叫回收塔。
8.加入第三组分和原溶液中的某一组份形成最低恒沸物,以新恒沸物的形式从塔顶蒸出叫做恒沸蒸馏(糠醛-水),若加入的第三组分仅改变各组分的相对挥发度叫做萃取精馏(乙醇-水)。恒沸精馏的挟带剂要符合能与混合组分钟至少一个形成最低恒沸物,新形成的恒沸物要便于分离,恒沸物中挟带剂的含量要少。萃取精馏添加剂要选择性高、挥发性小,与原溶液可以很好的互溶。相比较,萃取精馏添加剂的选择范围广,不用形成汽化物从塔顶蒸出能耗少,但其需要连续不断的加入,不能用于间歇精馏。
9.多组分精馏,获得n个产物需要n+1个塔。
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