分離過(guò)程的節(jié)能優(yōu)化與集成

1、1傳傳 質(zhì)質(zhì) 分分 離離 過(guò)過(guò) 程程237.1.3 熱力學(xué)效率和凈功消耗熱力學(xué)效率和凈功消耗4 表征能量被利用的程度有兩類(lèi)效率：表征能量被利用的程度有兩類(lèi)效率：基于熱力學(xué)第一定律的熱效率和基于熱基于熱力學(xué)第一定律的熱效率和基于熱力學(xué)第二定律的熱力學(xué)效率。力學(xué)第二定律的熱力學(xué)效率。 熱效率只反映出過(guò)程中能量在數(shù)量熱效率只反映出過(guò)程中能量在數(shù)量上被利用的程度，并未反映出能量轉(zhuǎn)換上被利用的程度，并未反映出能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中能量品位上的變化。過(guò)程中能量品位上的變化。 5 熱力學(xué)效率熱力學(xué)效率反映了過(guò)程中有效反映了過(guò)程中有效能被利用的程度，它是能量在數(shù)量能被利用的程度，它是能量在數(shù)量上和品位上被利用的綜合反

2、映，更上和品位上被利用的綜合反映，更準(zhǔn)確地反映了過(guò)程的完善程度。準(zhǔn)確地反映了過(guò)程的完善程度。熱熱力學(xué)效率又稱(chēng)為有效能效率力學(xué)效率又稱(chēng)為有效能效率。6定義：定義： 分離過(guò)程中系統(tǒng)有效能的改變與過(guò)程分離過(guò)程中系統(tǒng)有效能的改變與過(guò)程所消耗的凈功之比。所消耗的凈功之比。 (7-13)分離過(guò)程的熱力學(xué)效率分離過(guò)程的熱力學(xué)效率)/(netsepWB7 通常分離過(guò)程所需能量大多通常分離過(guò)程所需能量大多是以是以熱能熱能的形式提供，在這種的形式提供，在這種情況下最好是以過(guò)程所消耗的情況下最好是以過(guò)程所消耗的凈功凈功來(lái)計(jì)算消耗的能量。來(lái)計(jì)算消耗的能量。 8 要降低分離過(guò)程的能耗，提高要降低分離過(guò)程的能耗，提高其熱

3、力學(xué)效率，就應(yīng)采取措施減小其熱力學(xué)效率，就應(yīng)采取措施減小過(guò)程的有效能損失。有效能損失是過(guò)程的有效能損失。有效能損失是由過(guò)程的不可逆性引起的。由過(guò)程的不可逆性引起的。irrsepnetSTBW0)/(netsepWB9（1）流體流動(dòng)產(chǎn)生壓力降；）流體流動(dòng)產(chǎn)生壓力降；（2）塔內(nèi)氣相和液相間存在溫差，再沸器和）塔內(nèi)氣相和液相間存在溫差，再沸器和冷凝器中傳熱介質(zhì)和物料之間存在溫差；冷凝器中傳熱介質(zhì)和物料之間存在溫差；（3）氣相和液相濃度與平衡濃度存在差異。）氣相和液相濃度與平衡濃度存在差異。精餾過(guò)程的不可逆性表現(xiàn)在精餾過(guò)程的不可逆性表現(xiàn)在：？提高熱力學(xué)效率？提高熱力學(xué)效率10增大塔徑增大塔徑 1）降低

4、壓力降降低壓力降降低液層高度降低液層高度設(shè)備投資設(shè)備投資塔板效率塔板效率改進(jìn)方式：改進(jìn)方式：1. 選擇合適的塔徑、液層高度選擇合適的塔徑、液層高度 2. 改板式塔為高效填料塔改板式塔為高效填料塔11“可逆精餾可逆精餾” 2）減小溫差和濃差減小溫差和濃差減小傳熱和傳質(zhì)推動(dòng)力減小傳熱和傳質(zhì)推動(dòng)力無(wú)限多平衡級(jí)，無(wú)限多中間再沸器和冷凝器無(wú)限多平衡級(jí)，無(wú)限多中間再沸器和冷凝器無(wú)實(shí)用價(jià)值無(wú)實(shí)用價(jià)值12精餾過(guò)程節(jié)能的途徑精餾過(guò)程節(jié)能的途徑單個(gè)精餾塔的調(diào)優(yōu)節(jié)能單個(gè)精餾塔的調(diào)優(yōu)節(jié)能精餾系統(tǒng)的綜合優(yōu)化節(jié)能精餾系統(tǒng)的綜合優(yōu)化節(jié)能精餾系統(tǒng)與整個(gè)工藝過(guò)程的綜合優(yōu)化節(jié)能精餾系統(tǒng)與整個(gè)工藝過(guò)程的綜合優(yōu)化節(jié)能13單個(gè)精餾塔的

5、調(diào)優(yōu)節(jié)能單個(gè)精餾塔的調(diào)優(yōu)節(jié)能1 1）降低再沸器的傳熱溫差，利用載熱體來(lái)加熱，降低成本；）降低再沸器的傳熱溫差，利用載熱體來(lái)加熱，降低成本；2 2）降低冷凝器的傳熱溫差，回收高溫位熱量，或利用初級(jí)冷凝）降低冷凝器的傳熱溫差，回收高溫位熱量，或利用初級(jí)冷凝器回收熱量，再用第二冷凝器冷卻出料和回流到最終溫度；器回收熱量，再用第二冷凝器冷卻出料和回流到最終溫度；3 3）通過(guò)側(cè)線(xiàn)采出回收熱量；）通過(guò)側(cè)線(xiàn)采出回收熱量；4 4）塔盤(pán)改造，增加塔板數(shù)，減小回流比，改造塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)）塔盤(pán)改造，增加塔板數(shù)，減小回流比，改造塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如使用高效填料代替板式塔盤(pán)）；（如使用高效填料代替板式塔盤(pán)）；5 5）加料狀態(tài)

6、最佳化；）加料狀態(tài)最佳化；6 6）降低壓力降；）降低壓力降；7 7）適宜的進(jìn)料位置，保證分離純度并減小回流比；）適宜的進(jìn)料位置，保證分離純度并減小回流比；8 8）良好的保溫；）良好的保溫；9 9）設(shè)置中間再沸器和中間冷凝器，使用不同品位的熱源和冷源；）設(shè)置中間再沸器和中間冷凝器，使用不同品位的熱源和冷源；1010）采用多股進(jìn)料；）采用多股進(jìn)料；1111）對(duì)進(jìn)料、產(chǎn)品和釜液的顯熱回收利用。）對(duì)進(jìn)料、產(chǎn)品和釜液的顯熱回收利用。14精餾系統(tǒng)的綜合優(yōu)化節(jié)能精餾系統(tǒng)的綜合優(yōu)化節(jié)能1 1）采用最佳分離序列；）采用最佳分離序列；2 2）采用最優(yōu)熱集成精餾序列；）采用最優(yōu)熱集成精餾序列；3 3）采用熱泵精餾；

7、）采用熱泵精餾；4 4）采用多效精餾流程；）采用多效精餾流程；5 5）采用熱耦合精餾。）采用熱耦合精餾。15精餾系統(tǒng)與整個(gè)工藝過(guò)程的綜合優(yōu)化節(jié)能精餾系統(tǒng)與整個(gè)工藝過(guò)程的綜合優(yōu)化節(jié)能 將整個(gè)工藝系統(tǒng)過(guò)程中各處的能將整個(gè)工藝系統(tǒng)過(guò)程中各處的能量統(tǒng)一起來(lái)考慮，綜合利用，提高整量統(tǒng)一起來(lái)考慮，綜合利用，提高整個(gè)過(guò)程的用能效率，達(dá)到最大程度的個(gè)過(guò)程的用能效率，達(dá)到最大程度的節(jié)省能量。節(jié)省能量。 167.2.1 精餾塔的多股進(jìn)料和側(cè)線(xiàn)采出精餾塔的多股進(jìn)料和側(cè)線(xiàn)采出Distillation Columns with Multi-feeds and Multi-sidestreams17分離對(duì)象：分離對(duì)象：組

8、分相同，濃度不同的多股料液組分相同，濃度不同的多股料液一、多股進(jìn)料一、多股進(jìn)料分離方法：分離方法：多個(gè)常規(guī)精餾塔分別處理多股料液多個(gè)常規(guī)精餾塔分別處理多股料液多股料液混合后進(jìn)入同一精餾塔多股料液混合后進(jìn)入同一精餾塔多股料液從不同位置進(jìn)入同一精餾塔多股料液從不同位置進(jìn)入同一精餾塔18例：組分相同，濃度不同的兩股二元混合物例：組分相同，濃度不同的兩股二元混合物 兩塔式兩塔式設(shè)備費(fèi)用較高設(shè)備費(fèi)用較高19例：組分相同，濃度不同的兩股二元混合物例：組分相同，濃度不同的兩股二元混合物 進(jìn)料液混合一塔式進(jìn)料液混合一塔式兩段進(jìn)料一塔式兩段進(jìn)料一塔式20例：組分相同，濃度不同的兩股二元混合物例：組分相同，濃度不

9、同的兩股二元混合物 進(jìn)料液混合一塔式進(jìn)料液混合一塔式兩段進(jìn)料一塔式兩段進(jìn)料一塔式操作線(xiàn)更接近平衡線(xiàn)，傳質(zhì)和操作線(xiàn)更接近平衡線(xiàn)，傳質(zhì)和傳熱推動(dòng)力減小，熱力學(xué)效率傳熱推動(dòng)力減小，熱力學(xué)效率提高，但所需塔板數(shù)增加。提高，但所需塔板數(shù)增加。21 對(duì)于多元混合物的分離，若其中某對(duì)于多元混合物的分離，若其中某一個(gè)或某幾個(gè)組分的含量較少或?qū)M一個(gè)或某幾個(gè)組分的含量較少或?qū)M分間的切割要求不是很?chē)?yán)格時(shí)，可考分間的切割要求不是很?chē)?yán)格時(shí)，可考慮采用慮采用側(cè)線(xiàn)采出側(cè)線(xiàn)采出的方式代替多個(gè)相鄰的方式代替多個(gè)相鄰的常規(guī)塔，從而降低基建投資和操作的常規(guī)塔，從而降低基建投資和操作費(fèi)用。費(fèi)用。二、側(cè)線(xiàn)塔二、側(cè)線(xiàn)塔22若第一個(gè)塔

10、為若第一個(gè)塔為A/BC切割塔，則側(cè)線(xiàn)切割塔，則側(cè)線(xiàn)出料位置在進(jìn)料板之下；出料位置在進(jìn)料板之下；側(cè)線(xiàn)出料位置的確定側(cè)線(xiàn)出料位置的確定以三元物系（組分以三元物系（組分A、B、C）為例：）為例：若第一個(gè)塔為若第一個(gè)塔為AB/C切割塔，則側(cè)線(xiàn)切割塔，則側(cè)線(xiàn)出料位置在進(jìn)料板之上。出料位置在進(jìn)料板之上。23 當(dāng)側(cè)線(xiàn)出料位置在進(jìn)當(dāng)側(cè)線(xiàn)出料位置在進(jìn)料板之上，主要產(chǎn)品是料板之上，主要產(chǎn)品是B，且相對(duì)揮發(fā)度且相對(duì)揮發(fā)度ACBC時(shí)，側(cè)線(xiàn)出料中時(shí)，側(cè)線(xiàn)出料中B的最大的最大濃度和濃度和A的最小濃度由進(jìn)的最小濃度由進(jìn)料組成所決定，與塔頂料組成所決定，與塔頂至側(cè)線(xiàn)板之間的板數(shù)和至側(cè)線(xiàn)板之間的板數(shù)和回流比無(wú)關(guān)?；亓鞅葻o(wú)關(guān)。2

11、47.2.2 熱泵精餾熱泵精餾Heat Pump Distillation 25 通過(guò)外加功將熱量自低位傳至高位的通過(guò)外加功將熱量自低位傳至高位的系統(tǒng)稱(chēng)為系統(tǒng)稱(chēng)為熱泵系統(tǒng)熱泵系統(tǒng)。What is Heat Pump System? 將溫度較低的塔頂蒸將溫度較低的塔頂蒸汽經(jīng)過(guò)壓縮升溫后作為汽經(jīng)過(guò)壓縮升溫后作為塔底再沸器的熱源，稱(chēng)塔底再沸器的熱源，稱(chēng)為為熱泵精餾熱泵精餾。What is Heat Pump System?26熱泵的形式：熱泵的形式：閉式熱泵閉式熱泵開(kāi)式熱泵開(kāi)式熱泵27 用外界的工作介質(zhì)為用外界的工作介質(zhì)為冷劑冷劑，液態(tài)冷劑在冷凝，液態(tài)冷劑在冷凝器中蒸發(fā)，使塔頂物料器中蒸發(fā)，使塔頂物

12、料冷凝。汽化后的冷劑進(jìn)冷凝。汽化后的冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)增壓，然后在入壓縮機(jī)增壓，然后在壓縮機(jī)出口壓力下在再壓縮機(jī)出口壓力下在再沸器將熱量傳遞給塔釜沸器將熱量傳遞給塔釜物料，本身冷凝成液體，物料，本身冷凝成液體，如此循環(huán)。如此循環(huán)。閉式熱泵：閉式熱泵：圖圖7-5 7-5 閉式熱泵閉式熱泵1 1精餾塔，精餾塔，2 2冷凝器，冷凝器，3 3再沸器，再沸器，4 4壓縮機(jī)，壓縮機(jī)，5 5節(jié)流閥。節(jié)流閥。28開(kāi)式熱泵：開(kāi)式熱泵： 用過(guò)程本身的物料為工作介質(zhì)。用過(guò)程本身的物料為工作介質(zhì)。（1）以塔釜物料為工質(zhì)，在冷凝器汽化，取消再沸器。）以塔釜物料為工質(zhì)，在冷凝器汽化，取消再沸器。29開(kāi)式熱泵：開(kāi)式熱泵： 用過(guò)

13、程本身的物料為工作介質(zhì)。用過(guò)程本身的物料為工作介質(zhì)。（2）以塔頂物料為工質(zhì)，在再沸器冷凝，取消冷凝器。）以塔頂物料為工質(zhì)，在再沸器冷凝，取消冷凝器。30 熱泵精餾是靠消耗一定量機(jī)械能來(lái)提高熱泵精餾是靠消耗一定量機(jī)械能來(lái)提高低溫蒸汽的能位而加以利用的，因此，消耗低溫蒸汽的能位而加以利用的，因此，消耗單位機(jī)械能回收的熱量是一項(xiàng)重要指標(biāo)。顯單位機(jī)械能回收的熱量是一項(xiàng)重要指標(biāo)。顯然，對(duì)于近沸點(diǎn)混合物分離的精餾塔應(yīng)用熱然，對(duì)于近沸點(diǎn)混合物分離的精餾塔應(yīng)用熱泵精餾效果會(huì)更好。泵精餾效果會(huì)更好。 由于熱泵精餾需要增設(shè)壓縮機(jī)，又要消由于熱泵精餾需要增設(shè)壓縮機(jī)，又要消耗機(jī)械能，所以推廣應(yīng)用受到一定的限制耗機(jī)械能

14、，所以推廣應(yīng)用受到一定的限制。Notes:317.2.3 設(shè)置中間冷凝器設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾和中間再沸器的精餾Distillation with middle-condenser and middle-reboiler 32 普通精餾塔只在塔頂和塔釜對(duì)物料進(jìn)行普通精餾塔只在塔頂和塔釜對(duì)物料進(jìn)行冷凝和蒸發(fā)。如果冷凝和蒸發(fā)。如果在塔中部增置中間再沸在塔中部增置中間再沸器，把再沸器加熱量分配到塔的下段，或器，把再沸器加熱量分配到塔的下段，或者增置中間冷凝器，把冷凝器熱負(fù)荷分配者增置中間冷凝器，把冷凝器熱負(fù)荷分配到塔的上段，則可應(yīng)用較為廉價(jià)的冷源或到塔的上段，則可應(yīng)用較為廉價(jià)的冷源或者溫位

15、較低的熱源，達(dá)到節(jié)能的效果。者溫位較低的熱源，達(dá)到節(jié)能的效果。 溫度是熱能品質(zhì)的度量，即使熱負(fù)荷在溫度是熱能品質(zhì)的度量，即使熱負(fù)荷在數(shù)量上沒(méi)有變化，但通過(guò)數(shù)量上沒(méi)有變化，但通過(guò)調(diào)節(jié)溫度分布調(diào)節(jié)溫度分布，有可能減少過(guò)程的不可逆損失。有可能減少過(guò)程的不可逆損失。圖圖7-8 二級(jí)再沸、二級(jí)冷凝精餾塔二級(jí)再沸、二級(jí)冷凝精餾塔347.2.4 精餾過(guò)程的熱集成精餾過(guò)程的熱集成Heat-integrated Distillation Systems 35一、多效精餾一、多效精餾 Multi-effect Distillation 為節(jié)約能耗，為節(jié)約能耗，加熱劑溫度最好是略高于塔底溫加熱劑溫度最好是略高于塔底

16、溫度，而冷卻劑溫度略低于塔頂溫度度，而冷卻劑溫度略低于塔頂溫度。 而實(shí)際情況是，最方便廉價(jià)的冷卻劑是而實(shí)際情況是，最方便廉價(jià)的冷卻劑是水水或者或者空氣空氣，最常用的加熱劑是，最常用的加熱劑是水蒸氣水蒸氣，很難符合上述，很難符合上述要求，因此，精餾塔額外消耗掉不少有效能。要求，因此，精餾塔額外消耗掉不少有效能。 解決此問(wèn)題的辦法之一就是采用解決此問(wèn)題的辦法之一就是采用多效精餾多效精餾。 只要精餾塔底和塔頂?shù)臏夭畋葘?shí)際可用的加只要精餾塔底和塔頂?shù)臏夭畋葘?shí)際可用的加熱劑和冷卻劑間溫差小得多就可考慮采用多效熱劑和冷卻劑間溫差小得多就可考慮采用多效精餾。精餾。36并流并流逆流逆流平流平流多效精餾的類(lèi)型：

17、多效精餾的類(lèi)型：其中以串聯(lián)的并流裝置最為常見(jiàn)。其中以串聯(lián)的并流裝置最為常見(jiàn)。3738（1）投資的限制：）投資的限制：影響多效精餾的因素：影響多效精餾的因素：效數(shù)效數(shù)塔數(shù)塔數(shù)塔設(shè)備投資塔設(shè)備投資效數(shù)效數(shù)換熱器傳熱溫差換熱器傳熱溫差傳熱面積傳熱面積換熱器設(shè)備投資換熱器設(shè)備投資 效數(shù)的確定要綜合考慮投資費(fèi)用的增加效數(shù)的確定要綜合考慮投資費(fèi)用的增加和運(yùn)行費(fèi)用的降低。和運(yùn)行費(fèi)用的降低。 39（2）操作條件的限制：）操作條件的限制：影響多效精餾的因素影響多效精餾的因素：高壓塔高壓塔的壓力和溫度受系統(tǒng)臨界壓力和的壓力和溫度受系統(tǒng)臨界壓力和溫度、熱源的最高溫度及熱敏性物料的溫度、熱源的最高溫度及熱敏性物料的耐

18、受溫度等的限制；耐受溫度等的限制；低壓塔低壓塔往往要受塔頂冷凝器冷卻水溫度往往要受塔頂冷凝器冷卻水溫度的限制。的限制。40 一般情況下，多效精餾的一般情況下，多效精餾的效數(shù)為效數(shù)為兩效或三效兩效或三效。 與單塔精餾相比，兩效精餾與單塔精餾相比，兩效精餾可可節(jié)能節(jié)能3040%。Summary41 用物流直接傳熱來(lái)提供熱用物流直接傳熱來(lái)提供熱量，省去再沸器和（或）冷量，省去再沸器和（或）冷凝器，實(shí)現(xiàn)熱耦合凝器，實(shí)現(xiàn)熱耦合 。二、熱偶合精餾二、熱偶合精餾Thermally Coupled Distillation 42圖圖7-12 簡(jiǎn)單精餾塔熱耦合示意圖簡(jiǎn)單精餾塔熱耦合示意圖（按相對(duì)揮發(fā)度遞減順序）

19、（按相對(duì)揮發(fā)度遞減順序）43圖圖7-13 簡(jiǎn)單精餾塔熱耦合示意圖簡(jiǎn)單精餾塔熱耦合示意圖（按相對(duì)揮發(fā)度遞增順序）（按相對(duì)揮發(fā)度遞增順序）44 熱耦合精餾熱耦合精餾在熱力學(xué)上是最理想的流程在熱力學(xué)上是最理想的流程結(jié)構(gòu)，即可節(jié)省設(shè)備投資，又可節(jié)省能耗。結(jié)構(gòu)，即可節(jié)省設(shè)備投資，又可節(jié)省能耗。 但是，至今熱耦合精餾但是，至今熱耦合精餾并未在工業(yè)中獲并未在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用得廣泛應(yīng)用。這是由于在操作中使主、副塔。這是由于在操作中使主、副塔之間氣液分配保持設(shè)計(jì)值是較困難的；分離之間氣液分配保持設(shè)計(jì)值是較困難的；分離難度越大，其對(duì)氣液分配偏離的靈敏度越大，難度越大，其對(duì)氣液分配偏離的靈敏度越大，操作越難穩(wěn)定。

20、因此，往往只對(duì)易分離體系操作越難穩(wěn)定。因此，往往只對(duì)易分離體系才建議采用熱耦合精餾。才建議采用熱耦合精餾。45Summary單個(gè)精餾塔的調(diào)優(yōu)節(jié)能單個(gè)精餾塔的調(diào)優(yōu)節(jié)能多股進(jìn)料和側(cè)線(xiàn)采出多股進(jìn)料和側(cè)線(xiàn)采出Multi-feeds and Multi-sidestreams熱泵精餾熱泵精餾Heat Pump Distillation 設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾Middle-condenser and Middle-reboiler46Summary精餾系統(tǒng)的綜合優(yōu)化節(jié)能精餾系統(tǒng)的綜合優(yōu)化節(jié)能精餾系統(tǒng)與整個(gè)工藝過(guò)程的綜合優(yōu)化節(jié)能精餾系統(tǒng)與整個(gè)工藝過(guò)程的綜合優(yōu)化節(jié)能多

21、效精餾多效精餾 Multi-effect Distillation熱耦合精餾熱耦合精餾Thermally Coupled Distillation 477.3 分離流程的優(yōu)化分離流程的優(yōu)化Separation Process Optimization7.3.1 分離方法的選擇和分離順序數(shù)分離方法的選擇和分離順序數(shù)7.3.2 分離序列的確定分離序列的確定487.3.1 分離方法的選擇和分離順序數(shù)分離方法的選擇和分離順序數(shù)Selection of Feasible Separation Operations and the Number of Possible Separation Sequenc

22、es 49一、分離順序數(shù)一、分離順序數(shù)Number of Possible Separation Sequences圖圖7-15 三元混合物簡(jiǎn)單精餾塔分離三元混合物簡(jiǎn)單精餾塔分離 (a) 相對(duì)揮發(fā)度遞降的順序相對(duì)揮發(fā)度遞降的順序 (b) 相對(duì)揮發(fā)度遞增的順序相對(duì)揮發(fā)度遞增的順序50（1）有些情況下，只有普通精餾塔的）有些情況下，只有普通精餾塔的流程方案并非是最經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于不同的流程方案并非是最經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于不同的產(chǎn)品要求、料液濃度和分離特性產(chǎn)品要求、料液濃度和分離特性，往往，往往還需要選用其他方案，如側(cè)線(xiàn)提餾塔、還需要選用其他方案，如側(cè)線(xiàn)提餾塔、側(cè)線(xiàn)精餾塔、多效精餾塔和熱泵精餾塔側(cè)線(xiàn)精餾塔、多效

23、精餾塔和熱泵精餾塔等復(fù)雜塔及特殊精餾塔，流程方案數(shù)將等復(fù)雜塔及特殊精餾塔，流程方案數(shù)將變得更多。變得更多。Notes：51（2）除精餾外，還有其他分離方法，）除精餾外，還有其他分離方法，如萃取、吸收、吸附、膜分離等也可如萃取、吸收、吸附、膜分離等也可供選擇時(shí)，流程方案數(shù)將成倍成倍地供選擇時(shí)，流程方案數(shù)將成倍成倍地增加。增加。Notes：（3）當(dāng)采用分離劑時(shí)，往往還要考慮）當(dāng)采用分離劑時(shí)，往往還要考慮分離劑的回收和循環(huán)使用，因此，可分離劑的回收和循環(huán)使用，因此，可能的分離順序數(shù)將增加更多。能的分離順序數(shù)將增加更多。52首要任務(wù)首要任務(wù)選擇合適的分離方法，用所選分離選擇合適的分離方法，用所選分離方

24、法合成分離序列。方法合成分離序列。53二、分離方法的選擇二、分離方法的選擇Selection of Feasible Separation Operations54一、通過(guò)相的加入和創(chuàng)造來(lái)進(jìn)行分離一、通過(guò)相的加入和創(chuàng)造來(lái)進(jìn)行分離 (Phase Addition or Creation) 對(duì)于均一單相體系的分離，往往通過(guò)加對(duì)于均一單相體系的分離，往往通過(guò)加入入ESA或或/和和MSA創(chuàng)造或加入第二個(gè)不相溶創(chuàng)造或加入第二個(gè)不相溶的相來(lái)實(shí)現(xiàn)分離。的相來(lái)實(shí)現(xiàn)分離。 部分汽化和冷凝、閃蒸、蒸餾、萃取精部分汽化和冷凝、閃蒸、蒸餾、萃取精餾、共沸精餾、吸收、萃取、干燥、蒸發(fā)餾、共沸精餾、吸收、萃取、干燥、蒸發(fā)

25、、結(jié)晶、浸取、泡沫分離等。、結(jié)晶、浸取、泡沫分離等。分離方法：第一種分類(lèi)方法分離方法：第一種分類(lèi)方法55二、通過(guò)障礙物分離二、通過(guò)障礙物分離 (Barrier) 膜膜分離分離（微濾、超濾、納濾、反滲透、氣（微濾、超濾、納濾、反滲透、氣體分離、滲透蒸發(fā)和蒸汽滲透、液膜等）。體分離、滲透蒸發(fā)和蒸汽滲透、液膜等）。膜的分離機(jī)理：篩分機(jī)理（多孔膜）膜的分離機(jī)理：篩分機(jī)理（多孔膜）溶解擴(kuò)散機(jī)理（致密膜）溶解擴(kuò)散機(jī)理（致密膜）分離方法：第一種分類(lèi)方法分離方法：第一種分類(lèi)方法56三、通過(guò)固體試劑進(jìn)行分離三、通過(guò)固體試劑進(jìn)行分離 (Solid agent)固體質(zhì)量分離劑固體質(zhì)量分離劑（吸附劑、離子交換樹(shù)脂、（

26、吸附劑、離子交換樹(shù)脂、色譜固定相）色譜固定相）吸附、再生吸附、再生（變壓吸附、變溫吸附）、（變壓吸附、變溫吸附）、分子印跡、離子交換、分子印跡、離子交換、色譜（色譜（凝膠色譜、離子交換色譜、親和色譜）凝膠色譜、離子交換色譜、親和色譜）分離方法：第一種分類(lèi)方法分離方法：第一種分類(lèi)方法57四、通過(guò)外場(chǎng)或梯度四、通過(guò)外場(chǎng)或梯度 (External Field or gradient)離心、電解、電滲析、電泳、場(chǎng)流動(dòng)分級(jí)離心、電解、電滲析、電泳、場(chǎng)流動(dòng)分級(jí)（離心力場(chǎng)、電場(chǎng)、電場(chǎng)和膜、在力場(chǎng)下的（離心力場(chǎng)、電場(chǎng)、電場(chǎng)和膜、在力場(chǎng)下的層流流動(dòng)）層流流動(dòng)）分離方法：第一種分類(lèi)方法分離方法：第一種分類(lèi)方法58

27、精餾是一個(gè)使用精餾是一個(gè)使用能量分離劑能量分離劑的過(guò)程；的過(guò)程；操作方便，技術(shù)、理論和應(yīng)用均成熟；操作方便，技術(shù)、理論和應(yīng)用均成熟；適合于不同規(guī)模尤其是大規(guī)模分離；適合于不同規(guī)模尤其是大規(guī)模分離；通常需能位等級(jí)很低的分離劑即可。通常需能位等級(jí)很低的分離劑即可。 精餾是化工過(guò)程中最為常用的分離過(guò)程精餾是化工過(guò)程中最為常用的分離過(guò)程59Summary1. Almost all the industrial chemical processes include equipment for separating chemicals contained in the process feed(s) an

28、d/or produced in reactors within the process. 幾乎所有的化工過(guò)程都包含著用以分離原料和產(chǎn)品的分幾乎所有的化工過(guò)程都包含著用以分離原料和產(chǎn)品的分離設(shè)備。離設(shè)備。60Summary2. More than 30 different separation operations are commercially important. 30多種的分離過(guò)程已經(jīng)工業(yè)化。多種的分離過(guò)程已經(jīng)工業(yè)化。61Summary3. The extent of separation achievable by a particular separation operation

29、depends on exploitation of the differences in certain properties of the species. 一個(gè)特定分離過(guò)程的分離程度取決于對(duì)待分離組分之間一個(gè)特定分離過(guò)程的分離程度取決于對(duì)待分離組分之間性質(zhì)（分子性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)、傳遞性質(zhì)）差別的開(kāi)發(fā)性質(zhì)（分子性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)、傳遞性質(zhì)）差別的開(kāi)發(fā)程度。程度。62Summary4. The more widely used separation operations involve the transfer of species between two phases, one of whi

30、ch is created by energy transfer or the reduction of pressure, or by introduction as a MSA. 應(yīng)用最廣泛的分離過(guò)程是相平衡分離過(guò)程，通過(guò)應(yīng)用最廣泛的分離過(guò)程是相平衡分離過(guò)程，通過(guò)能量分離能量分離劑或質(zhì)量分離劑劑或質(zhì)量分離劑產(chǎn)生兩相體系。產(chǎn)生兩相體系。63Summary5. Less commonly used separation operations are based on the use of a barrier, a solid agent, or a force field to cause s

31、pecies being separated to diffuse at different rates and/or to be selectively absorbed or adsorbed. 應(yīng)用相對(duì)較少的分離過(guò)程是引入應(yīng)用相對(duì)較少的分離過(guò)程是引入障礙物、固體分離劑、外障礙物、固體分離劑、外場(chǎng)場(chǎng)的分離過(guò)程。的分離過(guò)程。64Summary6. For a sequence, system, or train of separators, overall component recoveies and product purities are of prime importance and

32、 are related by material balances to the individual split ratio values for the separators in the system. 分離操作依據(jù)分離操作依據(jù)質(zhì)量平衡質(zhì)量平衡（物料平衡、物料衡算）；組分的（物料平衡、物料衡算）；組分的回收率或產(chǎn)品純度回收率或產(chǎn)品純度，即組分的分離程度通常用分離因子來(lái)，即組分的分離程度通常用分離因子來(lái)描述。描述。65Summary7. Some separation operations, such as absorption, are capable of only a specifi

33、ed degree of separation for a single species. Other separation operations, such as distillation, can effect a sharp split between two so-called key components. 某些分離操作（如吸收）只能規(guī)定一個(gè)組分的分離程度，某些分離操作（如吸收）只能規(guī)定一個(gè)組分的分離程度，而另一些分離操作（如精餾）則可規(guī)定而另一些分離操作（如精餾）則可規(guī)定兩個(gè)關(guān)鍵組分的分兩個(gè)關(guān)鍵組分的分離程度離程度。66Summary8. For given feed(s) and

34、 product specifications, the best separation process must frequently be selected from among a number of feasible candidates. The cost of recovering and purifying a chemical depends on its concentration in the feed mixture. The extent of industrial use of a separation operation depends on the technol

35、ogical maturity of the operation. 分離過(guò)程的成本主要取決于分離過(guò)程的成本主要取決于組分在原料中的含量組分在原料中的含量，其工業(yè)，其工業(yè)應(yīng)用程度主要取決于技術(shù)成熟度。應(yīng)用程度主要取決于技術(shù)成熟度。677.3.2 分離序列的確定分離序列的確定Determination of Separation Sequence68探試合成法探試合成法調(diào)優(yōu)合成法調(diào)優(yōu)合成法最優(yōu)化算法最優(yōu)化算法分離序列的確定分離序列的確定需要采用非線(xiàn)性混合整數(shù)規(guī)劃需要采用非線(xiàn)性混合整數(shù)規(guī)劃的算法進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，計(jì)算工的算法進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，計(jì)算工作量大，對(duì)組分?jǐn)?shù)較多的分離作量大，對(duì)組分?jǐn)?shù)較多的分離問(wèn)題尚無(wú)

36、法確定。問(wèn)題尚無(wú)法確定。69根據(jù)探試規(guī)則合成分離序列的方法。根據(jù)探試規(guī)則合成分離序列的方法。一、探試合成法一、探試合成法 Trial Method探試規(guī)則是根據(jù)多年積累的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)過(guò)程的探試規(guī)則是根據(jù)多年積累的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行半定量分析所得的一些結(jié)論。熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行半定量分析所得的一些結(jié)論。探試法能迅速得出一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)較優(yōu)方案。探試法能迅速得出一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)較優(yōu)方案。探試規(guī)則僅適用于簡(jiǎn)單清晰切割塔，即只探試規(guī)則僅適用于簡(jiǎn)單清晰切割塔，即只有一個(gè)進(jìn)料，兩個(gè)出料，進(jìn)料組分只出現(xiàn)有一個(gè)進(jìn)料，兩個(gè)出料，進(jìn)料組分只出現(xiàn)在一個(gè)出料中的精餾塔。在一個(gè)出料中的精餾塔。70 不同的流程往往有各自不同

37、的優(yōu)缺點(diǎn)，不同的流程往往有各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)，這些優(yōu)缺點(diǎn)因不同情況而異，因此，這些優(yōu)缺點(diǎn)因不同情況而異，因此，分離分離方案的取舍不僅取決于每個(gè)塔系本身能耗方案的取舍不僅取決于每個(gè)塔系本身能耗的高低，而且還取決于不同分離流程所引的高低，而且還取決于不同分離流程所引起的其他工藝部分能耗的變化起的其他工藝部分能耗的變化。分離流程。分離流程的最終確定必須結(jié)合過(guò)程特點(diǎn)對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)的最終確定必須結(jié)合過(guò)程特點(diǎn)對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行分析和計(jì)算，得到全面而正確的結(jié)論。行分析和計(jì)算，得到全面而正確的結(jié)論。Note：71一、調(diào)優(yōu)合成法一、調(diào)優(yōu)合成法 Optimization Method 以某個(gè)初始的流程為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)一系列以某個(gè)

38、初始的流程為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)一系列修正而合成接近最優(yōu)系統(tǒng)的方法。修正而合成接近最優(yōu)系統(tǒng)的方法。具體步驟：具體步驟： 利用已有流程或根據(jù)探試規(guī)則確定初步流程；利用已有流程或根據(jù)探試規(guī)則確定初步流程； 根據(jù)調(diào)優(yōu)規(guī)則開(kāi)發(fā)當(dāng)前流程所允許的結(jié)構(gòu)變化；根據(jù)調(diào)優(yōu)規(guī)則開(kāi)發(fā)當(dāng)前流程所允許的結(jié)構(gòu)變化； 對(duì)得到的各種結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析，確定替代方對(duì)得到的各種結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析，確定替代方 案，并選擇其中最優(yōu)的方案作為改進(jìn)方案；案，并選擇其中最優(yōu)的方案作為改進(jìn)方案； 以改進(jìn)的方案為基礎(chǔ)，再進(jìn)行分析，作進(jìn)一步以改進(jìn)的方案為基礎(chǔ)，再進(jìn)行分析，作進(jìn)一步 的改進(jìn)，如此反復(fù)進(jìn)行直到不再改動(dòng)為止。的改進(jìn)，如此反復(fù)進(jìn)行直到不再改動(dòng)為止。72

39、 有效性：有效性： 根據(jù)調(diào)優(yōu)規(guī)則所產(chǎn)生的所有分離序列都根據(jù)調(diào)優(yōu)規(guī)則所產(chǎn)生的所有分離序列都 應(yīng)當(dāng)是可行的；應(yīng)當(dāng)是可行的；調(diào)優(yōu)規(guī)則，應(yīng)當(dāng)具有下列特性：調(diào)優(yōu)規(guī)則，應(yīng)當(dāng)具有下列特性： 完備性：完備性： 從任意初始流程開(kāi)始，反復(fù)應(yīng)用調(diào)優(yōu)規(guī)則從任意初始流程開(kāi)始，反復(fù)應(yīng)用調(diào)優(yōu)規(guī)則 能產(chǎn)生所有可能的流程；能產(chǎn)生所有可能的流程； 直觀(guān)合理性：直觀(guān)合理性： 根據(jù)調(diào)優(yōu)規(guī)則所產(chǎn)生的流程與當(dāng)前進(jìn)行根據(jù)調(diào)優(yōu)規(guī)則所產(chǎn)生的流程與當(dāng)前進(jìn)行 調(diào)優(yōu)的流程沒(méi)有顯著的區(qū)別。調(diào)優(yōu)的流程沒(méi)有顯著的區(qū)別。73選擇適宜的最優(yōu)的分離方法時(shí)應(yīng)考慮選擇適宜的最優(yōu)的分離方法時(shí)應(yīng)考慮： Summary（1）可行性）可行性（2）產(chǎn)品的價(jià)值）產(chǎn)品的價(jià)值（3

40、）產(chǎn)品的損壞）產(chǎn)品的損壞（4）過(guò)程的優(yōu)缺點(diǎn)）過(guò)程的優(yōu)缺點(diǎn)（5）分子性質(zhì)）分子性質(zhì)（6）經(jīng)驗(yàn)）經(jīng)驗(yàn)在分離方法和設(shè)備在分離方法和設(shè)備選定后，操作中的選定后，操作中的波動(dòng)和應(yīng)對(duì)措施也波動(dòng)和應(yīng)對(duì)措施也是非常重要的。是非常重要的。747.4 分離流程的集成分離流程的集成Separation Process Integration7.4.1 反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾 Reactive Distillation7.4.2-1 精餾與萃取的集成精餾與萃取的集成7.4.2-2 精餾與膜分離過(guò)程的集成精餾與膜分離過(guò)程的集成 75 化學(xué)吸收化學(xué)吸收 化學(xué)萃取化學(xué)萃取 反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾 膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器 控制釋放控制釋放 膜

41、生物傳感器膜生物傳感器分離過(guò)程與反應(yīng)過(guò)程的耦合分離過(guò)程與反應(yīng)過(guò)程的耦合76 共沸精餾萃取共沸精餾萃取 共沸精餾萃取精餾共沸精餾萃取精餾 滲透蒸發(fā)精餾滲透蒸發(fā)精餾 滲透蒸發(fā)吸附滲透蒸發(fā)吸附 滲透蒸發(fā)吸收滲透蒸發(fā)吸收 蒸汽滲透精餾蒸汽滲透精餾分離過(guò)程與分離過(guò)程的耦合分離過(guò)程與分離過(guò)程的耦合777.4.1 反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾Reactive Distillation787.4.1 反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾在反應(yīng)同時(shí)，用精餾方法分離產(chǎn)物的過(guò)程。在反應(yīng)同時(shí)，用精餾方法分離產(chǎn)物的過(guò)程。類(lèi)型：類(lèi)型： （1）利用精餾促進(jìn)反應(yīng)；）利用精餾促進(jìn)反應(yīng)； （2）通過(guò)反應(yīng)來(lái)促進(jìn)精餾分離。）通過(guò)反應(yīng)來(lái)促進(jìn)精餾分離。催化精餾：催化精

42、餾： 如果反應(yīng)是在固體催化劑上進(jìn)行，將催化劑如果反應(yīng)是在固體催化劑上進(jìn)行，將催化劑填充于精餾塔中，它既起加速反應(yīng)的催化作用，填充于精餾塔中，它既起加速反應(yīng)的催化作用，又作為填料起分離作用，這種反應(yīng)精餾稱(chēng)為催又作為填料起分離作用，這種反應(yīng)精餾稱(chēng)為催化反應(yīng)精餾或催化精餾?；磻?yīng)精餾或催化精餾。797.4.1 反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾既適合于可逆反應(yīng)，也適合于連串反應(yīng)。既適合于可逆反應(yīng)，也適合于連串反應(yīng)。對(duì)于對(duì)于可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)： 利用產(chǎn)物和反應(yīng)物揮發(fā)度的差異，精餾使產(chǎn)物離開(kāi)反應(yīng)區(qū)，利用產(chǎn)物和反應(yīng)物揮發(fā)度的差異，精餾使產(chǎn)物離開(kāi)反應(yīng)區(qū)，從而破壞原有的化學(xué)平衡，使反應(yīng)向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，從而破壞原有的化學(xué)平衡

43、，使反應(yīng)向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，在一定程度上變可逆反應(yīng)為不可逆，提高轉(zhuǎn)化率，同時(shí)得到在一定程度上變可逆反應(yīng)為不可逆，提高轉(zhuǎn)化率，同時(shí)得到高純度產(chǎn)物。高純度產(chǎn)物。 例如：乙醇和醋酸的酯化反應(yīng)例如：乙醇和醋酸的酯化反應(yīng)CH3COOH + C2H5OHCH3COOC2H5 + H2O 酯、水和醇三元共沸物的沸點(diǎn)低于乙醇與醋酸的沸點(diǎn)，且酯、水和醇三元共沸物的沸點(diǎn)低于乙醇與醋酸的沸點(diǎn)，且共沸物中含醋酸乙酯共沸物中含醋酸乙酯82.6wt.%。將生成的醋酸乙酯不斷從塔。將生成的醋酸乙酯不斷從塔頂蒸出，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。頂蒸出，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。807.4.1 反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾對(duì)于對(duì)于連串反應(yīng)連串反應(yīng)： ARS S

44、為目的產(chǎn)物為目的產(chǎn)物 一般兩步反應(yīng)的溫度和反應(yīng)速度均不同，傳統(tǒng)方法是一般兩步反應(yīng)的溫度和反應(yīng)速度均不同，傳統(tǒng)方法是將兩個(gè)反應(yīng)分別在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。反應(yīng)精餾能使兩將兩個(gè)反應(yīng)分別在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。反應(yīng)精餾能使兩步反應(yīng)在同一塔設(shè)備的兩個(gè)反應(yīng)區(qū)進(jìn)行，利用精餾作用步反應(yīng)在同一塔設(shè)備的兩個(gè)反應(yīng)區(qū)進(jìn)行，利用精餾作用提供合適的濃度和溫度分布，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高收率提供合適的濃度和溫度分布，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高收率和產(chǎn)品純度。和產(chǎn)品純度。 R為目的產(chǎn)物為目的產(chǎn)物 利用反應(yīng)精餾的分離作用把產(chǎn)物利用反應(yīng)精餾的分離作用把產(chǎn)物R盡快移出反應(yīng)區(qū)，盡快移出反應(yīng)區(qū)，從而避免副反應(yīng)。從而避免副反應(yīng)。81反應(yīng)精餾工藝條件的影響

45、反應(yīng)精餾工藝條件的影響1. 進(jìn)料位置進(jìn)料位置 加料位置決定了精餾段、反應(yīng)段和提餾段的關(guān)系，對(duì)塔加料位置決定了精餾段、反應(yīng)段和提餾段的關(guān)系，對(duì)塔內(nèi)濃度分布有強(qiáng)烈的影響。內(nèi)濃度分布有強(qiáng)烈的影響。 為保證各反應(yīng)物與催化劑充分接觸和有足夠的反應(yīng)停留為保證各反應(yīng)物與催化劑充分接觸和有足夠的反應(yīng)停留時(shí)間，通常，揮發(fā)度大的反應(yīng)物在靠近塔的下部進(jìn)料，反時(shí)間，通常，揮發(fā)度大的反應(yīng)物在靠近塔的下部進(jìn)料，反之揮發(fā)度小的反應(yīng)物及催化劑在塔的上部進(jìn)料。之揮發(fā)度小的反應(yīng)物及催化劑在塔的上部進(jìn)料。 進(jìn)料位置的確定還要保證有足夠長(zhǎng)度的反應(yīng)段，達(dá)到充進(jìn)料位置的確定還要保證有足夠長(zhǎng)度的反應(yīng)段，達(dá)到充分反應(yīng)和分離產(chǎn)物的雙重目的。故

46、確定反應(yīng)精餾塔進(jìn)料位分反應(yīng)和分離產(chǎn)物的雙重目的。故確定反應(yīng)精餾塔進(jìn)料位置的原則是：保證反應(yīng)物與催化劑充分接觸；保證一置的原則是：保證反應(yīng)物與催化劑充分接觸；保證一定的反應(yīng)停留時(shí)間；保證達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)物的分離。定的反應(yīng)停留時(shí)間；保證達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)物的分離。82反應(yīng)精餾工藝條件的影響反應(yīng)精餾工藝條件的影響2. 回流比回流比 改變回流比使塔板上液相組成發(fā)生變化而改變回流比使塔板上液相組成發(fā)生變化而影響反應(yīng)，同時(shí)也改變了液體與催化劑的表影響反應(yīng)，同時(shí)也改變了液體與催化劑的表面接觸狀況和液體在反應(yīng)段的停留時(shí)間。面接觸狀況和液體在反應(yīng)段的停留時(shí)間。 反應(yīng)精餾回流比的設(shè)計(jì)計(jì)算比普通精餾計(jì)反應(yīng)精餾回流比的設(shè)計(jì)計(jì)算

47、比普通精餾計(jì)算要復(fù)雜得多，而且對(duì)平衡反應(yīng)和反應(yīng)速率算要復(fù)雜得多，而且對(duì)平衡反應(yīng)和反應(yīng)速率控制的反應(yīng)體系不同。對(duì)一定的分離任務(wù)，控制的反應(yīng)體系不同。對(duì)一定的分離任務(wù)，回流比一般只能在一定范圍內(nèi)變化?；亓鞅纫话阒荒茉谝欢ǚ秶鷥?nèi)變化。83反應(yīng)精餾工藝條件的影響反應(yīng)精餾工藝條件的影響3. 催化劑的充填方式催化劑的充填方式滿(mǎn)足的條件：滿(mǎn)足的條件：催化劑床層具有足夠的自由空間，提供氣液相催化劑床層具有足夠的自由空間，提供氣液相的流動(dòng)通道，以進(jìn)行液相反應(yīng)和氣液傳質(zhì)，并滿(mǎn)的流動(dòng)通道，以進(jìn)行液相反應(yīng)和氣液傳質(zhì)，并滿(mǎn)足設(shè)計(jì)允許的塔板壓力降；足設(shè)計(jì)允許的塔板壓力降；具有足夠的表面積進(jìn)行催化反應(yīng)；具有足夠的表面積進(jìn)行

48、催化反應(yīng)；允許催化劑顆粒的膨脹和收縮，而不損傷催化允許催化劑顆粒的膨脹和收縮，而不損傷催化劑；劑；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于更換。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于更換。 84反應(yīng)精餾的局限性反應(yīng)精餾的局限性 反應(yīng)精餾僅適用于反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)精餾僅適用于反應(yīng)過(guò)程和分離過(guò)程可在同一溫度范圍內(nèi)進(jìn)分離過(guò)程可在同一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的工藝，即在催化劑具有較高行的工藝，即在催化劑具有較高活性的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)物系能活性的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)物系能夠進(jìn)行精餾分離。夠進(jìn)行精餾分離。85反應(yīng)精餾的局限性反應(yīng)精餾的局限性 根據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物的相對(duì)揮發(fā)度大根據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物的相對(duì)揮發(fā)度大小，反應(yīng)體系可分為四種類(lèi)型：小，反應(yīng)體系可分為四種類(lèi)型： 產(chǎn)物產(chǎn)物或或 反應(yīng)

49、物反應(yīng)物； 反應(yīng)物反應(yīng)物介于介于 產(chǎn)物產(chǎn)物之間；之間； 產(chǎn)物產(chǎn)物介于介于 反應(yīng)物反應(yīng)物之間之間；(I) 產(chǎn)物產(chǎn)物 反應(yīng)物反應(yīng)物可采用可采用反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾867.4.2 精餾與其它分離過(guò)程的集成精餾與其它分離過(guò)程的集成 Integration of Distillation and Other Separation Operations87一、精餾與萃取的集成一、精餾與萃取的集成Integration of Distillation and Extraction881、萃取、萃取-共沸精餾共沸精餾Extraction-Azeotropic Distillation選擇一種溶劑，它選擇一種溶劑，

50、它既能作為萃取過(guò)既能作為萃取過(guò)程的萃取劑，又是共沸精餾的共沸程的萃取劑，又是共沸精餾的共沸劑，劑，從而避免再加入新的溶劑。從而避免再加入新的溶劑。 89例：萃取例：萃取-共沸精餾分離醋酸共沸精餾分離醋酸-水溶液水溶液 選用選用醋酸乙酯醋酸乙酯作為醋酸的萃取作為醋酸的萃取溶劑，且其與水形成非均相共沸溶劑，且其與水形成非均相共沸物，可將醋酸的濃縮與溶劑醋酸物，可將醋酸的濃縮與溶劑醋酸乙酯的再生結(jié)合在一個(gè)共沸精餾乙酯的再生結(jié)合在一個(gè)共沸精餾塔內(nèi)進(jìn)行。塔內(nèi)進(jìn)行。 90例：萃取例：萃取-共沸精餾分離醋酸共沸精餾分離醋酸-水溶液水溶液Acetic acid+H2OEAEAEAEA+acid+H+acid+

51、H2 2O OH H2 2O+O+EAEAAcetic acidH2O酯相酯相水相水相912、加鹽萃取、加鹽萃取-共沸精餾共沸精餾Salt Extraction-Azeotropic Distillation 利用利用無(wú)機(jī)鹽對(duì)有機(jī)溶劑無(wú)機(jī)鹽對(duì)有機(jī)溶劑“鹽析鹽析”效應(yīng)效應(yīng)提高萃取劑的分配系數(shù)和選提高萃取劑的分配系數(shù)和選擇性，擴(kuò)大不互溶區(qū)域，提高萃擇性，擴(kuò)大不互溶區(qū)域，提高萃取相產(chǎn)物的濃度，從而達(dá)到節(jié)能取相產(chǎn)物的濃度，從而達(dá)到節(jié)能的效果。的效果。92例：加鹽萃取例：加鹽萃取-共沸精餾分離醋酸共沸精餾分離醋酸-水溶液水溶液 選擇萃取能力和共沸帶水能力適中選擇萃取能力和共沸帶水能力適中的的醋酸異丙酯醋

52、酸異丙酯作溶劑，加入作溶劑，加入NaCl、Na2SO4、MgCl2等鹽后，醋酸的分配系等鹽后，醋酸的分配系數(shù)提高，同時(shí)三元相圖中兩相區(qū)的范圍數(shù)提高，同時(shí)三元相圖中兩相區(qū)的范圍和萃取液最高濃度增大；且在相當(dāng)大范和萃取液最高濃度增大；且在相當(dāng)大范圍內(nèi)萃余相中不含溶劑。圍內(nèi)萃余相中不含溶劑。 93表表7-5 單位醋酸能耗與原料濃度關(guān)系單位醋酸能耗與原料濃度關(guān)系原料醋酸濃度原料醋酸濃度wt醋酸的熱量消耗，醋酸的熱量消耗，kJ/kg共沸精餾共沸精餾萃取萃取-共沸精餾共沸精餾加鹽萃取加鹽萃取-共沸精餾共沸精餾 706182.9986463.987609629.8168895.317002.09450144

53、55.198912.4797693.8864021693.478938.8619719.8493033752.938982.41210768.8421%27%94二、精餾與膜分離的集成二、精餾與膜分離的集成Integration of Distillation and Membrane Process951、精餾、精餾-滲透汽化滲透汽化 Distillation-Pervaporation分離對(duì)象：分離對(duì)象：共沸物或近沸物、且兩組分含量接近。共沸物或近沸物、且兩組分含量接近。MixtureMembranebenzene/cyclohexane親苯膜親苯膜dimethyl carbonate (DMC)/methanol親甲醇膜親甲醇膜ethanol/water親水膜親水膜ethyl tert-butyl ether(ETBE)/ethanol 親乙醇膜；親水膜親乙醇膜；親水膜isopropanol/water親水膜親水膜methyl isobutyl ketone;MIBK/water親水膜親水膜methyl tert-butyl ether(MTBE)/methanol親甲醇膜親甲醇膜96例例1