分离

1讨论泡点、露点在精馏过程中对于确定平衡组成的作用，并分别给出泡点、露点的确定。 在一定压力下液体混合物开始沸腾产生气泡的温度称为该液体在该压力下的泡点，泡点也就是混合蒸汽全部冷凝成液体的温度。在一定压力下某汽体混合物开始冷凝出现液滴时的温度称为该汽体在该压力下的露点，露点也就是该组成的液体完全汽化时的温度。在总压一定的条件下只要已知泡点温度，即可从相平衡数据中查出各个纯组分的饱和蒸汽压，再用相平衡方程式计算出液相组成和汽相组成。反之，若已知液相组成就可算出泡点温度，已知汽相组成就可求出露点温度。 当一个有C个组分的理想液体混合物达到操作压力P下的泡点温度时，气液相平衡关系式为：yi=KiXi，气相各组分之和为1即∑yi=1，用试差法求泡点温度：先假定一个泡点温度，然后由已知的压力P及所假设的温度T找出各组分的相平衡常数Ki，再由已知的液相组成算出各组分的气相组成yi，最后以各组分之和是否等于1来判断温度是否正确。若∑yi＞1，说明说设温度偏高，Ki值太大；若∑yi＜1，说明说设温度偏低，Ki值太小；当∑yi=1条件不满足时必须重新假设温度，计算相应的Ki和yi值，直到满足∑yi-1＜ε为止,ε为允许误差一般取0.01。 当一个有C个组分的理想液体混合物达到操作压力P下的露点温度时，气液相平衡关系式为：Xi=yi/Ki，液相各组分之和为1即∑Xi=1，用试差法求露点温度：先假定一个露点温度，然后由已知的压力P及所假设的温度T找出各组分的平衡常数Ki，再由已知的气相组成算出各组分的液相组成Xi，最后以各组分之和是否等于1来判断温度是否正确。若∑Xi＞1，说明说设温度偏低，Ki值太小；若∑Xi＜1，所设温度偏高，Ki值太大；当不满足条件∑Xi=1时必须重新假设温度，计算相应的Ki和xi值，直到满足∑Xi-1＜ε为止,ε为允许误差一般取0.01。 2、简述反应精馏的定义、适用范围和优点，并给出几个反应精馏应用实例。 定义：反应精馏就是在进行反应的同时用精馏方法分离出产物的过程。 范围：通常用在组分的挥发度很接近但化学性质存在差异的混合物。 优点：1，破坏了可逆反应平衡，增加了反应的选择性和转化率，使反应速度提高，从而提高了生产能力。2，精馏过程可以利用反应热，节省了能量。3，反应器和精馏塔合成一个设备，节省投资。4，对某些难分离的物系，可以获得较纯的产品。 应用实例：（1）烯烃选择性加氢-----已经证明,反应精馏可使不需要的烯烃杂质选择加氢,使其失去化学活性或不有利于精馏分离去除。目前,可应用反应精馏技术的有:丁二烯、戊二烯及己二烯选择性加氢。 （2）叠合过程-----采用反应精馏技术可使烯烃分子有选择的叠合,因为精密的温度控制和反应段的宽分布将减少非理想产品的二聚物、三聚物或高聚物的生成,丁烯叠合的反应精馏工艺目前已获工业许可。 （3）酯转移-----某些化学反应所使用的酸具有腐蚀性。为了避免酸性腐蚀,可以以酯的形式引入酸。例如,甲酸甲酯分解会生成甲酸和甲醇,而甲酸一旦形成就被平衡反应消耗掉,这样避免了甲酸的腐蚀。 （4）氧化脱氢-----如有合适的催化剂,就可使异丁烷氧化脱氢生成异丁烯。 （5）醚化反应-----甲基叔丁基醚(MTBE)是应用CD技术第一个取得工业成功的产品,该过程与传统相比具有无反应器的外部循环和冷却;通过预反应有效脱除催化剂毒物。延长催化剂的使用寿命;充分利用反应放出的热量,反应物转化率高以及产品纯度高等特点。 （6）酯化和水解------乙酸甲酯合成与水解的催化精馏工艺是近年来国内外研究和开发的热门话,由于乙酸和甲醇的酯化受化学平衡的限制,且物系中有多个共沸物,故传统流程十分复杂,需多个反应器和精馏塔。 （7）环氧化物的水解------与环氧乙烷水解生产乙二醇类似,环氧丙烷水解生产丙二醇。水和环氧乙烷分别在反应段上和下进料。由于环氧乙烷的高度挥发性,塔中反应区的环氧乙烷浓度低,低的反应物浓度和快速从反应区移出产物抑制了二乙二醇的产生,华东理工大学与湖南化工院连手开发了生产丙二醇的反应精馏工艺,在云南玉溪天山化工有限公司建成6000L/ a装置,运行良好,转化率达到99. 9%,选择性为93%,单耗为0. 853L/ L。 3.简述萃取精馏和共沸精馏的共同点和区别，说明萃取剂和共沸剂在精馏操作中的作用，给出萃取剂和共沸剂的选取原则。 共同点：两种方法都是在被分离溶液中加入第三组分以改变原溶液中各组分间的相对挥发度而实现分离的。 区别：（1）共沸精馏中加入的共沸剂必须与原溶液中的一个或几个组分形成共沸物，而萃取精馏中的溶剂无此限制，共沸剂的选择范围相对较窄；（2）共沸精馏中共沸剂以汽态离塔，消耗的潜热较多，萃取精馏中萃取剂基本不变化，因此共沸精馏的能耗一般比萃取精馏大；（3）在同样压力下，共沸精馏的操作温度通常比萃取精馏低，故共沸精馏更适用于分离热敏性物料；（4）共沸精馏可连续操作，也可间歇操作，萃取精馏一般只能连续操作。 萃取剂作用：萃取剂分子和混合物系中的不同分子发生不同的作用，从而改变沸点相近或能形成共沸物的混合物系中原有组分的相对挥发度。 共沸剂的作用：1 降低反应-共沸精馏塔整体泡点温度，并使塔的温度序列满足反应-共沸精馏的要求。2 与水形成低沸点非均相共沸物，可以采用油相回流水相采出方法减少溶剂用量。 共沸剂的选择原则：（1）必须能与被分离物系中一个或几个组分形成具有最低沸点的恒沸物，这是最基本的一条。（2）对改变被分离物系组分间的相对挥发度足够有效，加入共沸组分后所形成的恒沸物，其沸点温度与被分离组分沸点间的假别愈大，共沸精馏越容易进行。这往往在所选择的共沸组分的沸点相当接近于被分离组分的沸点时能实现。（3）其有效的分离作用而不需要很多的共沸组分。恒沸物中被分离组分的含量愈高，则共沸组分的用量愈少，汽化共沸组分所消耗的热能也就愈少，精馏就愈经济。（4）共沸组分易分离和回收。（5）共沸组分的性质稳定面对设备的腐蚀性要小，对人体的毒性要小。（6）合理的挥发性。（7）价格低廉。 萃取剂的选择原则：（1）萃取剂的选择性要大。即加入少量溶剂后即能大幅度地增加溶液的相对挥发度；（2）萃取剂对被分离组分的溶解度要大，这样塔板上的液体才能形成均相，不会分层。（3）萃取剂的沸点应比被分离组分的沸点高的多，否则萃取剂易从塔顶挥发损失掉。（4）热稳定性、化学稳定性要好，无毒性，不腐蚀设备。（5）回收容易，价廉易得。 4、 论述萃取的概念，并给出萃取剂选择需考虑的因素。 概念：将选定的某种溶剂（液体或超临界流体）将加入到含目标产物的混合物中，根据混合物中不同组分在该溶剂中溶解度的不同，将所需要的组分分离出来，这个操作过程即为萃取。 因素：（1）溶剂应对溶质有较强的溶解能力，这样，单位产品的溶剂用量可以减少，后继的精馏分离的能耗可以降低；（2）溶剂对组分A、B应有较高的选择性，这样才易于获得高纯度产品（3）溶剂与被分离组分A之间的相对挥发度要高（通常都选用高沸点溶剂），这样可使后继的精馏分离所需要的回流比较小（4）溶剂在被分离混合物中的溶解度要小，这将使萃余相中溶剂回收的费用减少。 5、什么是膜以及膜分离技术？结合下图简述渗透汽化膜分离过程原理。并给出膜分离中分离因子、渗透通量、分离指数的定义。 膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。 膜分离技术是以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电压差等）时，使原料侧组分选择性得透过膜，以达到分离提纯的目的的技术。 渗透汽化是利用致密高聚物膜对液体混合物中组分的溶解扩散性能的不同实现组分分离的一种膜过程(如图1-1所示)。液体混合物原料经加热器加热到一定温度后,在常压下送入膜分离器与膜接触,在膜的下游侧用抽真空或载气吹扫的方法维持低压。渗透物组分在膜两侧的蒸汽分压差(或化学位梯度)的作用下透过膜,并在膜的下游侧汽化,被冷凝成液体而除去。不能透过膜的截留物流出膜分离器。 渗透通量：膜分离过程中，单位时间内单位膜面积上的物质透过量。渗透通量=渗透系数×推动力，式中的渗透系数为单位时间内单位膜面积上在单位推动力作用下的物质透过量。 分离指数：分离因子与渗透通量的乘积　 分离因子：膜对液体混合物或气体混合物的选择性。 Ｘｉ、Ｘｊ分别为原液中组分i和组分j的含量; Ｙｉ、Yj分别为渗透液中组分i和组分j的含量 6.简述渗透汽化传质机理。 一般认为PV全过程分为三步：(1) 液体混合物在膜表面的选择性吸附，此过程与分离组分和膜材料的热力学性质有关，是热力学过程；(2) 溶解于膜内的组分在膜内的扩散，涉及到速率问题，是动力学过程；(3) 渗透组分在膜下游的汽化，膜下游的高真空度使得这一过程的传质阻力可以忽略。Pv分离过程主要通过前两步的传递竞争实现。 7.CO2吸收技术主要包括哪些？有机胺法吸收的特点是什么？MDEA法吸收CO2的机理及方程是什么？ 技术主要有 吸收分离法、吸附分离法、膜法、富氧燃烧技术、低温蒸馏法、化学链燃烧技术和电化学法等。 吸收技术：物理吸收、膜吸收、低温吸收和化学吸收。 特点：吸收量大、吸收效果好、成本低、洗涤剂可循环使用并能回收高纯产品等。 机理：MDEA为叔胺，只含有一个叔胺氮原子，其上不含有活泼氢原子，因而不能与CO2直接作用，必须在有水存在的条件下才能与CO2作用，方程式为： 由于CO2与H2O的反应受液膜控制，反应速率极慢，是MDEA与CO2反应的控制步骤，反应生成不稳定的两性离子。为了加快反应，我们加入活化剂，活化剂中含有伯胺或仲胺氮原子，伯胺或仲胺与CO2可直接反应，主要生成较稳定的氨基甲酸盐，方程式为： 从方程中可以看到，加入活化剂（R’2NH）改变了反应历程，起到向MDEA传递CO2的作用，反应后可再生，具有循环催化的功效，从而加快了吸收速率，增强了胺液的吸收效果，使尾气浓度降低。 8． 结合下图解释变压精馏的原理，并在图中画出变压精馏分离过程。 在连续过程中，串联的两塔在不同压力下运行。不同压力下塔顶馏出的共沸物在两塔间回流，如图1．2。间歇变压精馏只需一个塔就可完成整个过程。假如从混合物A和B最终要得到的是组分A。不同压力下的丁一x—y图见图1．1。如图1．1所示，该塔的原始进料为F，初始操作压力为P1，组分B从塔底排出，同时塔顶馏出的是组成接近压力P1下的共沸物的混合物D1。然后将D1返回塔继续精馏，但操作压力为P2。经过该过程后，能从塔釜得到纯组分A，同时塔顶馏出的为组成接近压力P2下的共沸物的混合物D2。为达到高回收率，需多次重复该过程。 基本原理：最低共沸物的组成随压力变化而变化，即压力在减小的条件下，摩尔蒸发热小的成分就会增多。（文献一） 基本原理：很多共沸混合物的共沸组成会随压强的变化而明显改变，所以在理论上可以通过改变压强的方法来分离，如图1二元物系A+B在不同压力下的汽液平衡图。变压精馏就是利用这一特性，采用两个不同压力操作的双塔精馏流程，实现二元混合物的分离如图2。（文献二） 9、解释说明变温和变压吸附原理，并举出相应的工业化 应用实例。 变压吸附原理：利用吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异和一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随压力的变化而变化的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。 变压吸附脱碳技术就是根据变压吸附的原理，在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附原料气中的CO2等杂质组分，而氢气、氮气、甲烷等不易吸附的组分则通过吸附床层由吸附器顶部排出，从而实现气体混合物的分离，而通过降低吸附床的压力是被吸附的CO2等组分脱附解吸，使吸附剂得到再生。 变温吸附的基本原理是利用吸附剂对杂质组分的吸附容量随温度的不同而存在差异以及吸附剂的选择吸附特性，达到气体分离、净化目的。 变温吸附法回收二氧化碳技术的成功应用，为二氧化碳的回收利用提供了一条经济有效的途径。 9． 根据醋酸甲酯反应精馏工艺，论述醋酸甲酯反应精馏塔中可以分为几段，各段发生的主要反应和主要作用分别是什么? 反应精馏塔自下而上分为四段:气提段、反应段、萃取段和精馏段。各段的主要反应和作用如下: 气提段:主要分离反应生成的水与未反应原料甲醇的混合物。经气提段分离后，水从塔底排出，甲醇向上进入反应段，继续参与酷化反应，从而有效提高原料甲醇的转化率。 反应段:甲醇与来自萃取段的醋酸主要在反应段进行酷化反应。由于沸点的不同，甲醇向上流动、醋酸整向下流动,二者在催化剂的作用下，在反应塔板上发生酷化反应，生成水和醋酸甲醋。由于产物醋酸甲酷的沸点低于原料甲醇和醋酸，生成的醋酸甲酷率先从塔板的液相反应体系中分离出来，汽化进入上层塔板，打破了化学平衡的限制，使醋化反应向生成醋酸甲酷的方向进行,促进了酷化反应的向右进行。 萃取段:从反应段顶部来的醋酸甲酷及其共沸物进入萃取段。醋酸在萃取段既是反应物又是萃取剂。作为反应物，醋酸与 MeOAc/Me0H共沸物中的MeOH进行酷化反应，打破了MeOAc/MeOH的共沸组成，作为萃取剂， MeOAc/HZO共沸物中的HZO溶解到醋酸中，打破了MeOAc/HZO共沸组成。由于萃取段的巧妙设置，复杂的共沸物得到有效分离。 精馏段:主要分离醋酸甲醋和原料醋酸，可得到纯度为99.5节比%的醋酸甲酷。醋酸甲酷和醋酸的沸点相差较大，二者的分离相对较易。 11．什么是聚结分离技术，常见的液-液聚结分离技术有哪些？聚结分离技术的机理为什么？ 1聚结分离法也称为粗粒化分离法，它是让油液通过一个装有聚结填充物的装置，油液中的小水滴会由小变大，在重力和油液流动的冲击力作用下，粒径增大的水滴脱离聚结材料表面而下沉, 液--液聚结分离技术是指使乳状液中的分散相聚结长大并进而实现与连续相分离的技术。 2（1）重力场聚结（2）电场聚结（3）超声波聚结（4）旋流场聚结 3对于聚结机理的研究现在还不完全成熟，一般认为有浸润聚结和碰撞聚结两种方式 （1）碰撞聚结机理 液滴碰撞聚结的前提是在外部流场的作用下，为两个或几个液滴的碰撞提供了一定的几率，同时，碰撞需要一定的接触时间和撞击力。液滴碰撞过程中，在两个或几个液滴之间形成了一个极薄的膜，膜的厚度一般在10-3-10-4cm之间。在碰撞后一般会发生以下四种可能:①碰撞后又相互弹回;②碰撞后膜破裂聚合成一个更大的颗粒;③聚合先形成一个更大的颗粒后又分开;④碰撞时发生破碎，分成更多颗粒。碰撞聚结发生的条件是促使聚结发生的碰撞力超过连续相和分散 相之间的界面张力，并不会发生碰撞破碎。 (2)、润湿聚结机理 凝聚态物体表面上的一种流体取代另一种流体的过程称之为润湿作用，如液体将固体表面的气体取代;一种液体将固体上的另一种液体取代;一种液体将与其不相溶的另一种液体表面上的气体取代等。润湿分为粘湿、铺张和浸润。润湿是一种表面现象。润湿的过程能否进行由构成润湿体系的两相物质的表(界)面性质决定。 12．指出筛板塔复合性能图中各条直线的定义，并讨论这几条线的确定方法。 答：图中线1为过量液沫夹带线。该线通常是以液沫夹带量eV=0.1kg液体/kg干空气为依据确定的。气、液负荷点位于线1上方，表示液沫夹带量过大，已不宜采用。 图中线2为漏液线。气液负荷点位于线2下方，表明漏液已足以使板效率大幅度下降。漏液线是由不同液体流量下的漏液点组成，其位置可根据漏液点气速确定。 图中线3为溢流液泛线。气液负荷点位于线3的右上方，塔内将出现溢流液泛。此线的位置可根据溢流液泛的产生条件确定。 图中线4为液量下限线。液量小于该下限，板上液体流动严重不均而导致板效率急剧下降。此线为一垂直线，对于平顶直堰，其位置可根据hOW=6㎜确定。 图中线5为液量上限线。液量超过此上限，液体在降液管内的停留时间过短，液流中的气泡夹带现象大量发生，以致出现溢流液泛。通常液体在降液管内的实际平均停留时间不小于3~5s。因此液体流量的上限可由下式计算 ≮3~5式中 Lmax——液体流量上限，m3/sHT——板间距，m；Af——管截面积，m2