第9章蒸馏技术

1、1第 9 章 蒸馏技术 Distillation9.1 间歇精馏间歇精馏9.2 水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏9.3 分子蒸馏分子蒸馏2一、蒸馏及其在化工生产中的应用 蒸馏技术通过加热造成气液两相体系，利用液体混合物各组分挥发性的差别或沸点的差别实现组分的分离与提纯的一种操作。w蒸馏分离的依据：液体混合物各组分挥发性（沸点）的差异。3蒸馏过程的分类按物系的组分数双组分蒸馏多组分蒸馏按蒸馏方式简单蒸馏平衡蒸馏精馏特殊蒸馏间歇蒸馏连续蒸馏按操作方式：4蒸馏与蒸发的区别 蒸发：（1）溶质不具有挥发溶剂具有挥发性；（2）通常浓缩液为产品；（3）传热过程蒸馏：（1）各组分均具有挥发性；（2）通常冷凝液和残留液均为

2、产品；（3）传质过程5技术技术基本原理及特征基本原理及特征适用范围适用范围应用举例应用举例间歇精馏间歇精馏靠液体混合物组分间饱和靠液体混合物组分间饱和蒸汽压的差别实现分离蒸汽压的差别实现分离化学合成药物、天然化学合成药物、天然药物的分离提纯；非药物的分离提纯；非共沸物溶剂的回收共沸物溶剂的回收抗肿瘤药榄香抗肿瘤药榄香烯的分离提纯烯的分离提纯间歇共沸精馏间歇共沸精馏在普通间歇精馏塔中加入在普通间歇精馏塔中加入夹带剂与目标组分形成新夹带剂与目标组分形成新的共沸物使原共沸物得到的共沸物使原共沸物得到分离分离共沸物溶剂回收共沸物溶剂回收乙醇、丁醇、乙醇、丁醇、乙酸乙酯等溶乙酸乙酯等溶剂的回收剂的回收间

3、歇萃取精馏间歇萃取精馏各平衡级伴有溶剂以增大各平衡级伴有溶剂以增大组分间相对挥发度组分间相对挥发度水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏在分离与水不互溶的高沸在分离与水不互溶的高沸点物料的塔中加入过热水点物料的塔中加入过热水蒸气或液态水，以降低蒸蒸气或液态水，以降低蒸馏温度馏温度植物挥发油的提取或植物挥发油的提取或挥发油组分间的分离挥发油组分间的分离植物药丁香酚植物药丁香酚的提取的提取分子蒸馏分子蒸馏依靠分子运动平均自由程依靠分子运动平均自由程的差别实现分离的差别实现分离高沸点、热敏性药物高沸点、热敏性药物和生物活性物质的提和生物活性物质的提取和分离取和分离天然维生素天然维生素E的的提取提取69.1 间歇精馏间

4、歇精馏：将待分离混合物一次性投料后精馏获得各纯组分产品的过程。优点：可以采用单塔分离多组分混合物，获得各纯组分的产品；一塔多用，如根据需要处理不同的进料得到不同的产品，或处理同一进料得到不同纯度的产品；适于特殊场合，如高真空、高凝固点、高纯度、热敏性等； 设备简单，操作灵活，投资少。71.间歇精馏的流程和操作精馏式：各组分的产品按沸点从低到高的顺序，逐一从塔顶采出。提馏式：各组分的产品按照沸点从高到低的顺序逐一从塔底采出。8回流液回流液馏馏出出液液进料进料加热蒸汽加热蒸汽釜液釜液冷凝冷凝水水观察观察罩罩全凝全凝器器贮贮槽槽间歇精馏操作流程间歇精馏操作流程w原料一次加入到塔内，当釜残液达到指定组

5、成后，精馏停止。w无提馏段。w精馏段：全部的塔段w馏出液组成不断变化，在塔底上升蒸汽量和塔顶回流液量恒定的条件下，馏出液组成不断降低。92.影响分离的主要因素物性参数：相对挥发度设备参数：理论塔板数、持液量操作参数：回流比、塔压、蒸发速率10a：物性参数jijjiijiKKxyxy/相对挥发度：汽相逸度：液相逸度：pyfiViVipxfiLiLi0iiiLifxf汽液相平衡：LiViff相平衡常数：ViLiiiixyKpfxyKViiiiii011在工程实际应用中：020112pp)(lnTCBAps12b：设备参数理论塔板数测定方法：二元物系正庚烷甲基环己烷或苯四氯化碳，使精馏塔在规定的压力

6、和上升蒸汽流速下全回流操作，稳定运行足够长的时间，当塔顶浓度稳定不变，即全塔达到平衡状态时，同时测定塔顶和塔底浓度，然后代人芬斯克公式计算所得的塔板数即为所测条件下的理论塔板数。ln/ )11ln(BBCCxxxxN13持液量由三部分构成：塔身持液量（塔板或填料上的存液）、塔顶持液量（冷凝器和回流管线内存液）和回流罐持液量。 作用：作用：由于塔内持液，使得沿塔身建立浓度梯度的过程需要一定时间，即必然需要一定的开工时间，持液量越大，开工时间越长。由于塔内存有持液，使分离难度加大。a. 由于塔内持液具有一定质量，具有组分的“吞吐”作用，宛如回转运动的飞轮，起着延缓塔内浓度变化的作用。14C：操作参

7、数操作压力：根据装置供热条件、待分离物料的沸点范围以及热敏稳定限制三方面综合考虑。回流比：最重要的操作控制参数，直接决定产品纯度、收率、操作时间以及过渡馏分量。上升蒸汽流速：增大上升蒸汽流速，填料的理论塔板数会下降。153.间歇精馏的计算忽略塔内持液，恒回流比R：)(BCBxddDxdt内，馏出液浓度从xC下降至xC-dxC，得产品dD因为：dBdD所以：dBxBdxdBxBBC)(BCBxxdBBdx积分得：1100BxxBBCBBBxxdxBdB1001lnBBxxBCBxxdxBB16取1/（xC-xB）-xB进行图解积分产品量：10BBD101100BBxBxBxBBD)(11010B

8、BVRLVBBT产品平均浓度：操作时间：17182.产品收率的计算P1W1P2FxF)1(1,DxP)2(2,DxP)1(1,WxW物料平衡：21PPF)2(12)1(111DDFxPxPFx)2(22)1(212DDFxPxPFx19考虑和不考虑过渡馏分“重蒸”，形成两种产品收率。一次收率：总收率：00BxDxeD00BxWexDxeWD)1 (00BxWxeeW主要反映塔设备的分离能力，6080综合考虑塔设备的分离能力和操作控制水平，8595205.间歇共沸精馏与间歇萃取精馏例如： 乙醇水溶液在总压 时有最低恒沸点 ，恒沸物组成摩尔分率 （重量百分率为95.6%），用前述普通精馏方法，最多

9、只能分离得到接近恒沸组成的酒精，这就是工业酒精中含乙醇只能达到95% （重量百分率）的 原 因。 atmp115.78Mt894. 0Mx21用普通间歇精馏难以分离的物系必须采用特殊精馏的方法分离。特殊精馏的基本原理是：在双组分溶液中加入第三组分，以改变原双组分物系的非理想性或提高其相对挥发度 而实现分离。根据第三组分所起作用的不同，又可分为间歇共沸蒸馏和间歇萃取精馏。22间歇共沸精馏在A、B双组分恒沸溶液或相对挥发度很小的双组分溶液中加入称为挟带剂的第三组分C，此挟带剂C与原溶液中一个或两个组分形成新的恒沸物（AC或ABC），新的恒沸物的沸点比纯组分B（或A）或原恒沸物（AB）的沸点低得多，

10、使溶液变成“恒沸物纯组分”的精馏，其相对挥发度大而易于分离。例如：23乙醇-水恒沸物+苯（挟带剂）乙醇-水-苯三元恒沸物+纯乙醇 A+B（AB）+C（ABC）+A（ABC）组成：A（乙醇）0.228，B（水）0.233，C（苯）0.539 （ABC）中水对乙醇摩尔比 ，故只要有足量的苯作为挟带剂，在精馏时水将全部集中于三元恒沸物（ABC）中从塔顶带出，而塔底产品为无水酒精。作为挟带剂的苯在系统中循环使用，补充损失的苯量在正常情况下低于无水酒精产量的千分之一。除苯以外，乙醇水溶液恒沸精馏的挟带剂还可以用戊烷、三氯乙烯等。xx022. 1228. 0233. 024间歇共沸精馏挟带剂的选择 在间歇

11、共沸精馏中，选择适当的挟带剂是共沸精馏成败的关键，对挟带剂的要求是：挟带剂应能与被分离组分形成新的恒沸液，其恒沸点要比纯组分的沸点低，一般两者沸点差不小于10。形成的新共沸最好是非均相的，以便直接分层，减小共沸物回收的难度。新恒沸液所含挟带剂的量愈少愈好，以便减少挟带剂用量及气化、回收时所需的能量； 夹带剂应易于回收、廉价、低毒、热稳定性好以及腐蚀性小等。25间歇萃取精馏 萃取精馏和共沸精馏相似，也是向原料液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原有组分间的相对挥发度而得到分离。但不同的是要求萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点高得多，且不与组分形成恒沸液。萃取精馏常用于分离各组分沸点（挥发

12、度）差别很小的溶液。例如，在常压下苯的沸点为80.1，环乙烷的沸点为80.73，若在苯环乙烷溶液中加入萃取剂糠醛，则溶液的相对挥发度发生显著的变化，相对挥发度随萃取剂量加大而增高。 26原料液进入萃取精馏塔1中，萃取剂（糠醛）由塔1顶部加入，以便在每层板上都与苯相结合。塔顶蒸出的为环乙烷蒸汽。为回收微量的糠醛蒸汽，在塔1上部设置回收段2（若萃取剂沸点很高，也可以不设回收段）。塔底釜液为苯糠醛混合液，再将其送入苯回收塔3中。由于常压下苯沸点为80.1，糠醛的沸点为161.7，故两者很容易分离。塔3中釜液为糠醛，可循环使用。在精馏过程中，萃取剂基本上不被气化，也不与原料液形成恒沸液，这些都是有异于

13、恒沸精馏的。27选择萃取剂时，主要应考虑：v 萃取剂应使原组分间相对挥发度发生显著的变化；v 萃取剂的挥发性应低些，即其沸点应较纯组分的为高，且不与原组分形成恒沸液；v 无毒性、无腐蚀性，热稳定性好； 来源方便，价格低廉。28萃取精馏与共沸精馏的特点比较如下：v 萃取剂比挟带剂易于选择；v 萃取剂在精馏过程中基本上不气化，故萃取精馏的耗能量较恒沸精馏的为少；v 萃取精馏中，萃取剂加入量的变动范围较大，而在共沸精馏中，适宜的挟带剂量多为一定，故萃取精馏的操作较灵活，易控制；a. 共沸精馏操作温度较萃取精馏的为低，故共沸精馏较适用于分离热敏性溶液。 299.2 水蒸气蒸馏原理：水蒸气蒸馏是基于不互

14、溶液体的独立蒸汽压原理。在被分离的混合物中直接通入水蒸气后，当混合物各组分的蒸汽压和水蒸气的分压之和等于操作压力时，系统便开始沸腾。水蒸气和被分离组分的蒸汽一起蒸出，在塔顶产品和水几乎不互溶的情况下，馏出液经过冷凝后可以分层，把水除掉即得产品。30水蒸气蒸馏装置，主要由水蒸气蒸馏装置，主要由水蒸气发生器水蒸气发生器、蒸馏部分蒸馏部分、冷凝部分冷凝部分和和接受器接受器四个部分四个部分组成。组成。319.3 分子蒸馏基本原理w 根据分子运动理论，液体混合物受热后分子运动会加剧，当接受到足够能量时，就会从液面逸出成为气相分子。随着液面上方气相分子的增加，有一部分气相分子就会返回液相。在外界条件保持恒定的情况下。最终会达到分子运动的动态平衡，从宏观上看即达到了平衡。32w根据分子运动平均自由程公式，不同种类的分子，由于其分子有效直径不同，故其平均自由程也不同，即从统计学观点看，不同种类分子逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不同的。w 分子蒸馏的分离作用就是依据液体分子受热会从液面逸出，而不同种类分子逸出后，在气相中其运动平均自由程不同这一性质来实现的 。3334分子蒸馏过程 分子从液相主体到蒸发表面。 分子在液层表面上的自由蒸发。 分子从蒸发