特殊精餾技術(shù)

1、v普通精餾普通精餾v共沸精餾共沸精餾v萃取精餾萃取精餾v膜蒸餾膜蒸餾v分子蒸餾分子蒸餾普通精餾普通精餾閃蒸罐塔頂產(chǎn)品yAxA加熱器原料液 塔底產(chǎn)品 QBABAAAxxyyxy或減壓閥精餾原理精餾原理 利用液體混合中各組分（component）揮發(fā)性（volatility）差異，以熱能為媒介使其部分汽化。從而在氣相中富集輕組分，在液相中富集重組分達(dá)到分離提純的目的。y2x2y1x1xFx3y3(y3)xDtx(y)xFx1y1x2y2y3x3多次部分氣化和多次部分冷凝多次部分氣化和多次部分冷凝y 1x 1y 2x 2y 2x 2x 1y 1隨著分離器級數(shù)的增加，隨著分離器級數(shù)的增加，分離效率越高

2、；分離效率越高；沿塔向上溫度逐漸降低；沿塔向上溫度逐漸降低；頂端冷凝器的部分冷凝液頂端冷凝器的部分冷凝液的的“回流回流”保證提供保證提供“冷冷源源”；底端加熱器的；底端加熱器的“蒸氣蒸氣”則保證提供則保證提供“熱源熱源”。結(jié)論：頂部回流及底部氣化是結(jié)論：頂部回流及底部氣化是保證精餾過程穩(wěn)定操作的必不保證精餾過程穩(wěn)定操作的必不可缺少的條件?？扇鄙俚臈l件。料液, xF Feed塔頂產(chǎn)品, xDO v e r h e a d product塔底產(chǎn)品, xWBottoms product液相回流Liquid reflux汽相回流Vapor reflux精餾段Rectifying section提餾段S

3、tripping section再沸器Reboiler冷凝器condenser精餾塔和精餾操作流程精餾塔和精餾操作流程推動力推動力xnyn+1,tn+1tn 精餾操作不使用一連串的分離器，采用圓柱型的塔器。以板式塔為精餾操作不使用一連串的分離器，采用圓柱型的塔器。以板式塔為例：從上一層流下來的液相與下一層上升的蒸氣在本層相遇，進(jìn)行著例：從上一層流下來的液相與下一層上升的蒸氣在本層相遇，進(jìn)行著“熱熱”與與“質(zhì)質(zhì)”的交換。每一層塔板猶如一級分離器的交換。每一層塔板猶如一級分離器xn-1ynyn+1xn提餾段提餾段：下降液體中的下降液體中的輕組分向汽相傳遞，而汽輕組分向汽相傳遞，而汽相中的重組分向液

4、相傳遞相中的重組分向液相傳遞，從而完成下降液體重組，從而完成下降液體重組分的提濃。分的提濃。精餾段精餾段：汽相中的重組汽相中的重組分向液相傳遞，而液相中分向液相傳遞，而液相中的輕組分向汽相傳遞，從的輕組分向汽相傳遞，從而完成上升蒸氣的精制。而完成上升蒸氣的精制。料液, xF Feed塔頂產(chǎn)品, xDOverhead product塔底產(chǎn)品, xWBottoms product液相回流Liquid reflux汽相回流Vapor reflux精餾段Rectifying section提餾段Stripping section再沸器Reboiler冷凝器condenser二、精餾操作流程二、精餾操作

5、流程在精餾的操作流程中，除關(guān)鍵設(shè)備在精餾的操作流程中，除關(guān)鍵設(shè)備精餾塔精餾塔外，還需配備：外，還需配備： 冷凝裝置冷凝裝置 全凝器：冷凝全部的蒸汽全凝器：冷凝全部的蒸汽分凝器分凝器蒸氣直接加熱：無釜蒸氣直接加熱：無釜塔釜：蛇形管加熱器直接置于塔底塔釜：蛇形管加熱器直接置于塔底 再沸器：換熱器置于塔外再沸器：換熱器置于塔外 加熱裝置加熱裝置 注注:每一個(gè)分凝器、塔釜或再沸器相當(dāng)于一塊理論板每一個(gè)分凝器、塔釜或再沸器相當(dāng)于一塊理論板 另外另外, ,流程中可能還須配置其他部件：用于料液加熱的預(yù)熱流程中可能還須配置其他部件：用于料液加熱的預(yù)熱器、輸送原料或回流液的泵、存放原料及成品器、輸送原料或回流液

6、的泵、存放原料及成品/ /半成品的儲槽、半成品的儲槽、產(chǎn)品的冷卻器等輔助設(shè)備產(chǎn)品的冷卻器等輔助設(shè)備蒸氣直接加熱的連續(xù)精餾蒸氣直接加熱的連續(xù)精餾有分凝器的連續(xù)精餾有分凝器的連續(xù)精餾FDWV蒸氣FDWL多級逆流接觸多級逆流接觸板式塔板式塔 板式塔內(nèi)相鄰幾塊板的溫度、組成的關(guān)系為板式塔內(nèi)相鄰幾塊板的溫度、組成的關(guān)系為 離開各板的汽、液兩相的濃度取離開各板的汽、液兩相的濃度取決于板上汽、液兩相接觸傳質(zhì)速決于板上汽、液兩相接觸傳質(zhì)速率。由于板上的鼓泡傳質(zhì)過程非率。由于板上的鼓泡傳質(zhì)過程非常復(fù)雜，故難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行常復(fù)雜，故難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。描述。111111nnnnnnnnnyyyxxxtttn

7、-1 tn-1ntnn+1tn+1yn+2yn+1ynyn-1xn-2xn-1xnxn+1連續(xù)逆流接觸連續(xù)逆流接觸填料塔填料塔 氣體自下向上流動，液體自上氣體自下向上流動，液體自上向下流動。氣、液兩相在填料向下流動。氣、液兩相在填料表面密切接觸，完成了傳質(zhì)和表面密切接觸，完成了傳質(zhì)和傳熱。傳熱。連續(xù)精餾的必要條件連續(xù)精餾的必要條件v塔頂不斷回流塔頂不斷回流v塔底不斷產(chǎn)生蒸汽塔底不斷產(chǎn)生蒸汽FDW共沸精餾共沸精餾一、共沸劑的特性一、共沸劑的特性二、共沸劑的選擇二、共沸劑的選擇三、共沸精餾流程三、共沸精餾流程四、共沸精餾舉例四、共沸精餾舉例一、共沸劑的特性v共沸物的形成對于采用精餾方法分離混合物的

8、條件有很大的影響v共沸物可以使二元的，也可以是多元的；可以是易揮發(fā)的塔頂產(chǎn)品，也可以是難揮發(fā)的塔底產(chǎn)品，最好是前者v多元系較二元系情況復(fù)雜的多共沸精餾又稱共沸精餾又稱恒沸精餾恒沸精餾分離原理分離原理： 在一些難以用普通精餾方法分離的體系中加入一個(gè)在一些難以用普通精餾方法分離的體系中加入一個(gè)新的組分，共沸劑與待分離關(guān)鍵組分形成共沸物，而使新的組分，共沸劑與待分離關(guān)鍵組分形成共沸物，而使體系中的組分得到分離。體系中的組分得到分離。稱為共沸物、夾帶劑，攜帶劑稱為共沸物、夾帶劑，攜帶劑影響原溶液組分的相對揮發(fā)度影響原溶液組分的相對揮發(fā)度二、共沸劑的選擇二、共沸劑的選擇（1 1）顯著影響關(guān)鍵組分的汽液平

9、衡關(guān)系；顯著影響關(guān)鍵組分的汽液平衡關(guān)系；（2）共沸劑容易分離和回收；）共沸劑容易分離和回收；（3）用量少，汽化潛熱低；）用量少，汽化潛熱低；（4）與進(jìn)料組分互溶，不生成兩相，不與進(jìn)料）與進(jìn)料組分互溶，不生成兩相，不與進(jìn)料 中組分起化學(xué)反應(yīng)；中組分起化學(xué)反應(yīng)；（5） 無腐蝕、無毒；無腐蝕、無毒；（6）價(jià)廉易得。價(jià)廉易得。 例如：以水為共沸劑，本身的回收價(jià)值并不大，但如被分離共沸物的組分是有價(jià)值的物質(zhì)，仍然有將水與共沸物組分分離的必要。最好是形成一最低沸點(diǎn)共沸物，可以有較低的操作溫度共沸劑的沸點(diǎn)一般比原料沸點(diǎn)低1040，便于分離共沸劑與待分離組分應(yīng)是完全互溶的，不致因液相分層而破壞塔的正常操作二元

10、非均相共沸物精餾二元非均相共沸物精餾 如果二組分能夠形成非均相共沸物，那么不必另加如果二組分能夠形成非均相共沸物，那么不必另加共沸劑便可實(shí)現(xiàn)二組分的完全分離。共沸劑便可實(shí)現(xiàn)二組分的完全分離。 三、共沸精餾流程三、共沸精餾流程分離非均相共沸物的流程分離非均相共沸物的流程X1XwXb共沸物Xa四、共沸精餾舉例工業(yè)酒精恒沸精餾（用苯作恒沸劑）制取無水酒精。工業(yè)酒精恒沸精餾（用苯作恒沸劑）制取無水酒精。乙醇乙醇-水二元水二元恒沸物（恒沸點(diǎn)恒沸物（恒沸點(diǎn)78.15，乙醇摩爾分率為，乙醇摩爾分率為0.894） 三元恒沸物：苯： 0.539乙醇：0.228水： 0.233沸點(diǎn)：64.85上層苯相苯： 0.7

11、45乙醇：0.217少量水下層水相苯： 0.0428乙醇：0.35其余為水無水酒精水恒沸精餾塔分層器乙醇回收塔苯回收塔冷凝器冷凝器三元非均相恒沸物三元非均相恒沸物稀乙醇水溶液二元恒沸物二元恒沸物乙醇水恒沸物反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾的簡介反應(yīng)精餾的簡介v 化工生產(chǎn)中，反應(yīng)和分離兩種操作通?；どa(chǎn)中，反應(yīng)和分離兩種操作通常分別在兩類單獨(dú)的設(shè)備中進(jìn)行。若能將兩分別在兩類單獨(dú)的設(shè)備中進(jìn)行。若能將兩者結(jié)合起來，在一個(gè)設(shè)備中同時(shí)進(jìn)行，將者結(jié)合起來，在一個(gè)設(shè)備中同時(shí)進(jìn)行，將反應(yīng)生成的產(chǎn)物或中間產(chǎn)物及時(shí)分離，則反應(yīng)生成的產(chǎn)物或中間產(chǎn)物及時(shí)分離，則可以提高產(chǎn)品的收率，同時(shí)又可利用反應(yīng)可以提高產(chǎn)品的收率，同時(shí)又

12、可利用反應(yīng)熱供產(chǎn)品分離，達(dá)到節(jié)能的目的。熱供產(chǎn)品分離，達(dá)到節(jié)能的目的。 v1選擇性高選擇性高;v2使可逆反應(yīng)回收率提高使可逆反應(yīng)回收率提高; v3溫度易于控制，避免出現(xiàn)熱點(diǎn)問題溫度易于控制，避免出現(xiàn)熱點(diǎn)問題;v4縮短反應(yīng)時(shí)間，強(qiáng)化設(shè)備生產(chǎn)能力縮短反應(yīng)時(shí)間，強(qiáng)化設(shè)備生產(chǎn)能力;v5能耗低能耗低v6操作費(fèi)用低操作費(fèi)用低;投資少。投資少。反應(yīng)精餾的優(yōu)點(diǎn)反應(yīng)精餾的優(yōu)點(diǎn)反應(yīng)精餾原理反應(yīng)精餾原理 反應(yīng)精餾就是在進(jìn)行反應(yīng)的同時(shí)用精餾的方法分離出產(chǎn)物的過程。原理原理：對于可逆反應(yīng)，當(dāng)某一產(chǎn)物的揮發(fā)度大于反應(yīng)物時(shí)，如果將該產(chǎn)物從液相中蒸出，則可破壞原有的平衡，使反應(yīng)繼續(xù)向生成物的方向進(jìn)行，因而可提高單程轉(zhuǎn)化率，在

13、一定程度上變可逆為不可逆反應(yīng)。反應(yīng)基本流程圖反應(yīng)基本流程圖原料預(yù)處理反 應(yīng)分 離產(chǎn) 品反應(yīng)-分離耦合技術(shù)催化（反應(yīng)）精餾膜 反 應(yīng)反應(yīng)精餾的基本要求反應(yīng)精餾的基本要求(1)化學(xué)反應(yīng)必須在液相中進(jìn)行(2)在操作壓力下，主反應(yīng)的反應(yīng)溫度和目的產(chǎn)物的泡點(diǎn)溫度接近，以使目的產(chǎn)物及時(shí)從反應(yīng)體系中移出;(3)主反應(yīng)不能是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，否則精餾操作的傳熱和傳質(zhì)會受到嚴(yán)重影響，會使塔板分離效率減低，甚至使精餾操作無法順利進(jìn)行;(4)主反應(yīng)時(shí)間和精餾時(shí)間相比較，主反應(yīng)時(shí)間不能過長，否則精餾塔的分離能力不能得到充分利用; 反應(yīng)精餾的分類反應(yīng)精餾的分類v根據(jù)使用根據(jù)使用催化劑形態(tài)催化劑形態(tài)的不同，反應(yīng)精餾可的不同，反

14、應(yīng)精餾可以分為以分為均相反應(yīng)精餾均相反應(yīng)精餾和和催化精餾催化精餾;v根據(jù)根據(jù)投料操作方式投料操作方式，反應(yīng)精餾可以分為，反應(yīng)精餾可以分為連連續(xù)反應(yīng)精餾續(xù)反應(yīng)精餾和和間歇反應(yīng)精餾間歇反應(yīng)精餾;v根據(jù)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度的快慢，反應(yīng)精餾分為的快慢，反應(yīng)精餾分為瞬時(shí)瞬時(shí)、快速快速和和慢速慢速反應(yīng)精餾。反應(yīng)精餾。 工業(yè)上一個(gè)典型的催化精餾過程，甲醇和異丁烯在強(qiáng)酸性離子交換樹脂上催化反應(yīng)生成甲基叔丁基醚（簡寫為MTBE）。（ A）圖 9 3 9 M T BE催 化 精 餾 分 離 工 藝 流 程 1 催 化 精 餾 塔 ； 2 水 洗 塔 ； 3 甲 醇 回 收 塔 ；提餾段12甲 苯反應(yīng)段精餾

15、段甲 醇異 丁 烯異 丁 烯甲 醇 水成 品 M T BE32水反應(yīng)精餾舉例萃取精餾萃取精餾萃取精餾原理萃取精餾原理 向原料液中加入第三組分（稱為萃取劑或溶向原料液中加入第三組分（稱為萃取劑或溶劑），以改變原有組分間的相對揮發(fā)度而得到分劑），以改變原有組分間的相對揮發(fā)度而得到分離。與恒沸精餾不同的是萃取劑離。與恒沸精餾不同的是萃取劑不不與原料液中任與原料液中任何組分何組分形成恒沸物。形成恒沸物。 萃取劑的選擇萃取劑的選擇 萃取精餾和普通精餾的聯(lián)合流程萃取精餾和普通精餾的聯(lián)合流程（ 循環(huán) ）溶 劑烴2+溶劑 （多元 醇 ）萃取塔水+醇烴2水水烴 1烴 2烴 1萃取精餾塔溶劑回收塔萃 取 精 餾

16、-液 夜 萃 取 -普 通 精 餾 聯(lián) 合 流 程萃取精餾液液萃取普通精餾聯(lián)合流程萃取精餾與恒沸精餾相比較萃取精餾與恒沸精餾相比較1、萃取劑比挾帶劑易于選擇。、萃取劑比挾帶劑易于選擇。2、萃取劑在精餾過程中基本上不汽化，萃取精餾的耗能、萃取劑在精餾過程中基本上不汽化，萃取精餾的耗能量較恒沸精餾少。量較恒沸精餾少。3、萃取精餾過程中，萃取劑加入量的變動范圍較大，在、萃取精餾過程中，萃取劑加入量的變動范圍較大，在恒沸精餾中適宜的挾帶劑量多為一定。所以萃取精餾操恒沸精餾中適宜的挾帶劑量多為一定。所以萃取精餾操作較靈活，易控制。作較靈活，易控制。4、萃取精餾不宜采用間歇操作，而恒沸精餾可以采用間、萃取

17、精餾不宜采用間歇操作，而恒沸精餾可以采用間歇操作方式。歇操作方式。5、恒沸精餾操作溫度較萃取精餾低，所以恒沸精餾適用、恒沸精餾操作溫度較萃取精餾低，所以恒沸精餾適用于分離熱敏性溶液。于分離熱敏性溶液。苯苯- -環(huán)乙烷溶液的萃取分離：環(huán)乙烷溶液的萃取分離：苯沸點(diǎn)苯沸點(diǎn) 80.1，環(huán)乙烷沸點(diǎn)為，環(huán)乙烷沸點(diǎn)為 80.73，其相對揮發(fā)度為，其相對揮發(fā)度為 0.98，苯，苯- -環(huán)乙烷溶液難于用普通精餾分離。若在該溶液中加入沸點(diǎn)較高的糠環(huán)乙烷溶液難于用普通精餾分離。若在該溶液中加入沸點(diǎn)較高的糠醛（沸點(diǎn)醛（沸點(diǎn)161.7），則溶液的相對揮發(fā)度發(fā)生顯著的變化。），則溶液的相對揮發(fā)度發(fā)生顯著的變化。 循環(huán)糠醛

18、補(bǔ)充糠醛環(huán)己烷脫溶劑底部產(chǎn)品苯+環(huán)己烷（原料）溶劑分離塔萃取精餾塔冷凝器冷凝器環(huán)己烷糠醛-苯混合液苯x糠醛0.00.980.21.380.41.860.52.070.62.360.72.7萃取精餾舉例膜膜 蒸蒸 餾餾LiquidLiquid(gas)膜沒有分離功能，只是提供兩相的接觸的界面。H2OCO2N2膜吸收(K2CO3)(NaOH)膜蒸餾過程的特征1 所用的膜是疏水微孔膜。2 膜不能被所處理的液體潤濕。3 在膜孔內(nèi)沒有毛細(xì)管冷凝現(xiàn)象發(fā)生。4 只有蒸汽能通過膜孔傳質(zhì)。5 所用的膜不能改變所處理液體中所有組份的氣液平衡。6 膜至少有一面與所處理的液體接觸。7 對于任何組份，該膜過程的推動力是

19、該組份在氣相中的分壓差。蒸餾對膜的要求蒸餾對膜的要求基本要求：疏水性 微孔性孔徑：P=2cos/R 孔徑0.10.5m, 孔隙率6080膜蒸餾原理：膜蒸餾原理：當(dāng)多孔疏水膜的一側(cè)流過熱水溶液，另一側(cè)流過低溫冷水時(shí)，由于膜的疏水性，當(dāng)膜兩側(cè)壓力相近時(shí)，水不會從膜孔中通過，但高溫側(cè)水溶液在膜表面產(chǎn)生的水蒸氣在膜兩側(cè)蒸汽壓差的推動下可以通過膜孔，進(jìn)入低溫側(cè)并冷凝。膜膜蒸蒸餾餾示示意意圖圖整個(gè)傳遞過程包括三個(gè)步驟：整個(gè)傳遞過程包括三個(gè)步驟：1）高溫側(cè)蒸發(fā)；高溫側(cè)蒸發(fā)；2）蒸氣分子通過疏水膜孔進(jìn)行傳遞；蒸氣分子通過疏水膜孔進(jìn)行傳遞；3）低溫低冷凝。低溫低冷凝。 接觸的方式接觸的方式膜蒸餾的操作方式膜蒸餾

20、的操作方式直接接觸式（DCMD）氣隙式（AGMD）減壓式（真空式）（VMD）氣流吹掃式（SGMD）膜蒸餾的操作方式示意圖直接接觸式直接接觸式氣隙式氣隙式減壓式（真空式）減壓式（真空式）氣流吹掃式氣流吹掃式膜蒸餾的傳質(zhì)機(jī)理J = KmP （Km值的預(yù)測）氣態(tài)分子通過多孔介質(zhì)的三種機(jī)理： Knudsen擴(kuò)散，分子擴(kuò)散，Poiseuuille流動機(jī)理的選擇取決于分子運(yùn)動自由程()和膜孔徑(dp)的對比： dp 時(shí)采用Knudsen擴(kuò)散描述由于存在孔徑分布，需要不同機(jī)理的組合，其中Knudsen擴(kuò)散起主要作用。濃度極化和溫度極化濃度極化濃度極化：待分離的混合物中某些組分優(yōu)先透過膜后，另一組分被截留，并

21、在靠近膜表面的邊界層中積累，透過組分在邊界層中的濃度則下降。溫度極化溫度極化：某一組分在膜-液界面蒸發(fā)所需要的蒸發(fā)熱取自溶液，從而在與膜相鄰的液膜中形成溫度梯度。膜蒸餾操作流程圖膜蒸餾操作流程圖膜蒸餾技術(shù)的應(yīng)用膜蒸餾技術(shù)的應(yīng)用1、海水和苦咸水脫鹽制飲用水2、化學(xué)物質(zhì)的濃縮與回收3、水溶液中揮發(fā)性溶質(zhì)的脫除和回收4、果汁、食品的濃縮5、廢水處理分子蒸餾分子蒸餾分子蒸餾分子蒸餾 分子蒸餾（Molecular distillation）又稱短程蒸餾（ short path distillation） 蒸餾在高真空下進(jìn)行，根據(jù)分子運(yùn)動平均自由程的差別，使液體在遠(yuǎn)低于沸點(diǎn)的溫度下蒸餾分離，受熱時(shí)間短，特

22、別適于處理高沸點(diǎn)及熱敏性的物系?；驹砘驹韛分子自由程的差異不同的分子由于有著不同的分子有效直徑,它們的平均自由程也不相同,即不同種類液體混合物的分子受熱后從液面逸出，不與其它分子發(fā)生碰撞所運(yùn)行的距離是不相同的。一般來講, 輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小。從而利用這一原理進(jìn)行分離提純。v蒸餾過程由五步組成：v（1）蒸餾器加熱面上形成厚度均勻的液膜；v（2）液膜表面上的分子在高真空，遠(yuǎn)低于沸點(diǎn)的溫度下自由蒸發(fā)；v（3）蒸發(fā)分子向冷凝面的運(yùn)動；v（4）蒸發(fā)分子在冷凝面上的冷凝；v（5）餾出物和沒有蒸發(fā)的重組分的收集。真空系統(tǒng)物料入口加熱器蒸余物餾出物圖7-25 分子蒸餾原理示意圖冷凝器分子蒸餾的原理圖及過程分子蒸餾的原理圖及過程 分子蒸餾