精餾在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、 精餾在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 摘要 精餾是利用混合物中各組分揮發(fā)度的差異進行分離的操作單元。它被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中,并且在所有的分離方法中長期占據(jù)著主導(dǎo)地位。在化學(xué)工程中,最典型和最重要的多級分離過程是精餾過程,各種節(jié)能的、特殊的精餾分離流程得到快速的發(fā)展。本文將對精餾技術(shù)的原理、發(fā)展、應(yīng)用及前景做出討論, 并淺談幾種新型的精餾工藝,旨在使精餾技術(shù)得到更廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。Abstract：Distillation is the use of the difference in the volatile components of the mixture were separated in th

2、e operation unit,it is widely used in industrial production,and all the long-term separation dominates.In chemical engineering, the most typical and most important multi-stage separation process is distillation process, a variety of energy-saving, special distillation separation processes are rapid

3、development.This article will distillation technology principle, the development, application and prospects to make discussions and on several new distillation process,distillation technology has been designed to enable the development and wider application.1.蒸餾與精餾的原理液體具有揮發(fā)而成為蒸汽的能力。各種液體的揮發(fā)能力不同，因此，液體

4、混合物汽化后所生成的蒸汽組成與原來液體的組成是有差別的。蒸餾是通過加熱造成氣液兩項體系，利用液體混合物各組分揮發(fā)性的差別或沸點的差別實現(xiàn)組分的分離提純的一種操作。若將混合液加熱令其部分部分汽化，則揮發(fā)性高的組分，即沸點低的組分（稱為易揮發(fā)組分或輕組分）在汽相中的濃度比液相中的濃度要高；而揮發(fā)性低的組分，即沸點叫高的組分（稱為難揮發(fā)組分或重組分）在液相中的濃度要比在汽相中的高。例如：在容器中將苯和甲苯的混合液加熱使之部分汽化，由于苯的揮發(fā)性能比甲苯強（即苯的沸點比甲苯的低），汽化出來的蒸汽中苯的濃度必然比原來的液體中的要高。當(dāng)汽，液兩相達到平衡后，將蒸汽抽出并使之冷凝，則得到的冷凝液中苯的含量比

5、原來溶液要高。留下的殘液中，甲苯的含量要比原來的溶液要高。這樣混合液就實現(xiàn)了初步分離。多次進行部分汽化或部分冷凝以后，最終可以在汽相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分，這就叫做精餾。2. 精餾的概念及發(fā)展精餾過程是分離液體混合物的一種方法,在石油煉制、石油化工及化學(xué)工業(yè)中占有重 要的地位,一般在化工廠的基建投資中通常占有50一90%的比重。為此了解分離過程,選擇、設(shè)計和分析分離過程中的各參數(shù)是非常重要的。1 蒸餾是有著悠久的歷史的單元操作,早在公元初,人們已應(yīng)用蒸餾來提濃酒精飲料。9世紀(jì)初,相繼出現(xiàn)了泡罩塔填料塔和篩板塔。本世紀(jì)初,蒸餾技術(shù)已從酒精的提濃擴展為化學(xué)工業(yè)中的主

6、要分離方法,廣泛應(yīng)用于原油分離制取各種油品。隨著石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,特別是石油化工的發(fā)展,無論在精餾裝置的規(guī)模上,還是在分離的難度上,都提出了更高的要求,新型分離設(shè)備不斷涌現(xiàn),各種節(jié)能的、特殊的精餾分離流程得到發(fā)展,精餾的設(shè)計方法逐步實現(xiàn)了規(guī)范化,先進的精餾優(yōu)化控制方案不斷被開發(fā)并獲得應(yīng)用,精餾技術(shù)的發(fā)展已達到了相當(dāng)成熟的程度。3.精餾主要設(shè)備及過程精餾過程的主要設(shè)備有：精餾塔、再沸器、冷凝器、回流罐和輸送設(shè)備等。精餾塔以進料板為界，上部為精餾段，下部為提留段。一定溫度和壓力的料液進入精餾塔后，輕組分在精餾段逐漸濃縮，離開塔頂后全部冷凝進入回流罐，一部分作為塔頂產(chǎn)品（也叫餾出液），另一部

7、分被送入塔內(nèi)作為回流液?；亓饕旱哪康氖茄a充塔板上的輕組分，使塔板上的液體組成保持穩(wěn)定，保證精餾操作連續(xù)穩(wěn)定地進行。而重組分在提留段中濃縮后，一部分作為塔釜產(chǎn)品（也叫殘液），一部分則經(jīng)再沸器加熱后送回塔中，為精餾操作提供一定量連續(xù)上升的蒸氣氣流。4精餾幾種簡單分類及特點（l）平衡閃蒸氣化和部分冷凝 單級分離過程即為一般閃蒸過程和部分冷凝過程,進料以某種方式被加熱使其發(fā)生部分氣化,經(jīng)過減壓裝置,在閃蒸塔內(nèi)使汽液兩相迅速分離,得到含易揮發(fā)組分較多的蒸氣,稱為閃蒸過程。若與之相反,把蒸氣進料部分冷凝,得到含難揮發(fā)組分較多的液體,稱為部分冷凝過程。在上述過程中,如果氣、液兩相有足夠的時間與緊密接觸而達到

8、了平衡狀態(tài),則這種方式稱為平衡氣化或平衡冷凝,適應(yīng)于對分離純度要求不高的場合。2)逐次氣化 也稱“微分蒸餾”即一定量的混合液體在釜中被加熱使之逐漸進行氣化,產(chǎn)生的蒸氣被引出,并經(jīng)過冷卻后將其收集起來。微分蒸餾是一種非穩(wěn)態(tài)過程,分離程度不高,工業(yè)應(yīng)用很少,一般多在實驗室分析中使用。2.1.1連續(xù)多級蒸餾 多級連續(xù)蒸餾即精餾,是化工裝置中常用的蒸餾方法,進料連續(xù)地引入某一中間位置的板上,該板液體組成大體與進料組成相同,塔頂、塔底連續(xù)引出合格產(chǎn)品，塔頂設(shè)有冷凝器使蒸氣冷凝并部分回流,塔底有再沸器產(chǎn)生蒸氣送回塔內(nèi)。蒸餾塔內(nèi)建立溫度和濃度梯度連續(xù)多級蒸餾的分離效果遠優(yōu)于平衡氣化和微分蒸餾。 2.1.2分

9、批蒸餾 在許多化工過程中,所處理的液體混合物可能要分批進行,或者是產(chǎn)量小,或者是濃度經(jīng)常改變,或者是要求用同一個塔分離多組分混合物成為幾個不同餾分等。此時,需采用分批蒸餾(或稱間歇蒸餾)首先將被分離的原料液整批全部裝入蒸餾塔的塔釜中,然后通過塔釜加熱,使所產(chǎn)生的蒸氣進入塔內(nèi)逐漸上升,然后在塔頂冷凝,部分采出作為塔頂產(chǎn)品,與單級的微分蒸餾不同,分批蒸餾可以是多級的,并采用部分冷凝液作為液體回流,使塔內(nèi)氣!液保持接觸,這與連續(xù)蒸餾類似。在操作過程中,塔釜中的液體連續(xù)減少,塔頂產(chǎn)品在餾出液接收罐中積累。分批蒸餾可以通過改變回流比或壓力,以達到餾出不同餾分的目的。它屬于一種不穩(wěn)態(tài)過程,適用于小型、多品

10、種產(chǎn)品的工廠。2.2特殊蒸餾 2.2.1萃取蒸餾在化工過程中,有許多溶液組分的沸點很相近或相對揮發(fā)度很接近于 1,用常規(guī)蒸餾的 方法需要很多的板數(shù),萃取蒸餾就是用加入第三組分的方法,分離沸點相差微小的溶液,加入的第三組分稱為萃取劑。溶劑是萃取精餾技術(shù)的關(guān)鍵或核心,不同的分離體系必須采用不同的溶劑,根據(jù)被分離體系的性質(zhì),溶劑應(yīng)與被分離體系的某一個組分有較強交互作用、而與另一個被分離組分有較弱交互作用。6 萃取劑的選擇要考慮以下幾點:萃取劑的選擇性要大,即萃取劑的加入應(yīng)使原組分間的相對揮發(fā)度有較顯著的變化。萃取劑的沸點要適宜,若沸點太低,萃取劑容易被分離產(chǎn)品所帶走,增大了萃取劑的消耗量。一般萃取劑

11、的沸點比原組分的沸點都高。不與任一組分形成共沸物或化學(xué)反應(yīng),否則溶劑回收就比較復(fù)雜。萃取劑的溶解性也要好。2.2.2共沸蒸餾(恒沸蒸餾) 大部分非理想混合物,由于分子間相互作用力的結(jié)果,往往有共沸現(xiàn)象產(chǎn)生,用一般的 蒸餾方法不能把它們分離,共沸蒸餾是通過加入第三組分的辦法,分離最低恒沸物,最高恒沸物或沸點相近的物系,加入的第三組分通常稱為共沸劑或挾帶劑。從分離和經(jīng)濟角度考慮: 共沸劑能與被分離組分形成共沸物,且沸點要與純組分的沸點有足夠大的差別。在共沸物中每份共沸劑所挾帶的組分要盡可能高,這樣共沸劑的用量少,熱耗也少,共沸劑容易分離和回收。2.2.3反應(yīng)蒸餾 化學(xué)反應(yīng)和蒸餾是化工生產(chǎn)中常用的兩

12、個單元操作,它們通常是在單獨的設(shè)備中完成的,反應(yīng)過程在各種形式的反應(yīng)器中進行,而未反應(yīng)的反應(yīng)物、產(chǎn)物和副產(chǎn)物則在蒸餾塔中得到分離反應(yīng)蒸餾過程即伴有化學(xué)反應(yīng)的蒸餾過程,是將反應(yīng)和蒸餾兩個過程結(jié)合在于一個設(shè)備中進行。降低設(shè)備的投資和能耗,但不是所有的反應(yīng)過程和蒸餾過程都可以合成反應(yīng)蒸餾過程。反應(yīng)蒸餾過程僅適合于反應(yīng)和蒸餾相匹配的情況,而對于高溫、高壓下的氣相反應(yīng)就不能采用。自七十年代以來,反應(yīng)蒸餾的研究不再限于均相反應(yīng),已擴大到非均相催化反應(yīng)系統(tǒng),出現(xiàn)了催化蒸餾過程,即將催化劑粒子布于蒸餾塔中,它既有加速組分間化學(xué)反應(yīng)的作用,還起到了填料的作用,其應(yīng)用將日益廣泛。 反應(yīng)精餾技術(shù)(Reactive

13、Distillation,簡稱 RD)最早由 Bacchaus 于 1921 年提出, 它是將化學(xué)反應(yīng)與精餾分離結(jié)合在同一設(shè)備中進行的一種耦合過程。7自此項技術(shù)提出以來, 國內(nèi)外學(xué)者對它的研究經(jīng)歷了純實驗、簡單的圖解和計算以及在計算機上用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型進行模擬等不同階段。反應(yīng)精餾最大優(yōu)勢在于反應(yīng)過程的進行和反應(yīng)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移是在同時進行的。對可逆反應(yīng)來說,反應(yīng)產(chǎn)物及時轉(zhuǎn)移出反應(yīng)區(qū)可以驅(qū)動反應(yīng)向正方向進行,另外對于平衡反應(yīng),也會得到較高的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)精餾的優(yōu)點可以總結(jié)為：更高的選擇性、轉(zhuǎn)化率、設(shè)備集成；更短的反應(yīng)時間；更低的能耗與投資。8 2.2.4分子蒸餾與短程蒸餾 分子蒸餾是在高真空條件下,蒸發(fā)

14、面和冷凝面的間距小于或等于被分離物料的蒸氣分子的平均自由程,由蒸發(fā)而逸出的分子,不與其它分子碰撞,毫無阻礙地奔射到并凝集在冷凝面上。通常,分子蒸餾在10-3-10-4J/(mm Hg)的真空下操作。若操作真空度有所降低(即絕對壓力略增加),則冷、熱兩面的距離有時就略大于蒸氣分子平均自由程,這種蒸餾稱為短程蒸餾。短程蒸餾與分子蒸餾一般相差不大,但在設(shè)計計算時需加入校正系數(shù)。 2.2.5催化精餾 催化精餾（Catalytic Distillation,簡稱 CD）是反應(yīng)精餾（Reactive Distillation,簡稱 RD）的一個重要分支,它將催化反應(yīng)過程和精餾分離過程這兩種常見的化工操作單元結(jié)合在同一個設(shè)備即催化精餾塔中進行,是一種有效的化工過程強化技術(shù)。9-10催化精餾耦合了催化反應(yīng)和精餾分離兩個過程,使反應(yīng)物的反應(yīng)和反應(yīng)產(chǎn)物的分離同時進行,二者彼此強化。結(jié)語化工生產(chǎn)過程中所遇到的液體物料有許多是兩個或兩個以上組分的均相液體混合物，有的是粗產(chǎn)品與其他物質(zhì)或溶劑的混合物，有的是兩種溶劑的混合物。工藝上往往要求對粗產(chǎn)品進行純化或?qū)⑷軇┗厥蘸吞峒儯纾菏蜔捴破返那懈?，有機合成產(chǎn)品的得提純，溶劑的回收和廢液排放前的達標(biāo)處理等。蒸餾是分離均相物系最常用的方法和典型的單元操作之一