精餾在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

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(jìn)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(zhǎng)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(jí)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(duì)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：Distillationistheuseofthedifferenceinthevolatilecomponentsofthemixturewereseparatedintheoperationunit,itiswidelyusedinindustrialproduction,andallthelong-termseparationdominates.Inchemicalengineering,themosttypicalandmostimportantmulti-stageseparationprocessisdistillationprocess,avarietyofenergy-saving,specialdistillationseparationprocessesarerapiddevelopment.Thisarticlewilldistillationtechnologyprinciple,thedevelopment,applicationandprospectstomakediscussionsandonseveralnewdistillationprocess,distillationtechnologyhasbeendesignedtoenablethedevelopmentandwiderapplication.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(xiàng)體系，利用液體混合物各組分揮發(fā)性的差別或沸點(diǎn)的差別實(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)（即苯的沸點(diǎn)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(dá)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(shí)現(xiàn)了初步分離。多次進(jìn)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(jì)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(kuò)展為化學(xué)工業(yè)中的主要分離方法,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)備不斷在化工過程中,有許多溶液組分的沸點(diǎn)很相近或相對(duì)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(diǎn)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(gè)組分有較強(qiáng)交互作用、而與另一個(gè)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(diǎn):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(duì)揮發(fā)度有較顯著的變化。萃取劑的沸點(diǎn)要適宜,若沸點(diǎn)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。一般萃取劑的沸點(diǎn)比原組分的沸點(diǎn)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(diǎn)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(jì)角度考慮:共沸劑能與被分離組分形成共沸物,且沸點(diǎn)要與純組分的沸點(diǎn)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)中常用的兩個(gè)單元操作,它們通常是在單獨(dú)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(jìn)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(gè)過程結(jié)合在于一個(gè)設(shè)備中進(jìn)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(duì)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(kuò)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)(ReactiveDistillation,簡(jiǎn)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(jìn)行的一種耦合過程。[7]自此項(xiàng)技術(shù)提出以來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)它的研究經(jīng)歷了純實(shí)驗(yàn)、簡(jiǎn)單的圖解和計(jì)算以及在計(jì)算機(jī)上用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬等不同階段。反應(yīng)精餾最大優(yōu)勢(shì)在于反應(yīng)過程的進(jìn)行和反應(yīng)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移是在同時(shí)進(jìn)行的。對(duì)可逆反應(yīng)來說,反應(yīng)產(chǎn)物及時(shí)轉(zhuǎn)移出反應(yīng)區(qū)可以驅(qū)動(dòng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行,另外對(duì)于平衡反應(yīng),也會(huì)得到較高的轉(zhuǎn)化率。反應(yīng)精餾的優(yōu)點(diǎn)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(shí)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)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/(mmHg)的真空下操作。若操作真空度有所降低(即絕對(duì)壓力略增加),則冷、熱兩面的距離有時(shí)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(jì)計(jì)算時(shí)需加入校正系數(shù)。2.2.5催化精餾催化精餾（CatalyticDistillation,簡(jiǎn)稱CD）是反應(yīng)精餾（ReactiveDistillation,簡(jiǎn)稱RD）的一個(gè)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(gè)設(shè)備即催化精餾塔中進(jìn)行,是一種有效的化工過程強(qiáng)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(gè)過程,使反應(yīng)物的反應(yīng)和反應(yīng)產(chǎn)物的分離同時(shí)進(jìn)行,二者彼此強(qiáng)化。結(jié)語(yǔ)化工生產(chǎn)過程中所遇到的液體物料有許多是兩個(gè)或兩個(gè)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(duì)粗產(chǎn)品進(jìn)行純化或?qū)⑷軇┗厥蘸吞峒?，例如：石油煉制品的切割，有機(jī)合成產(chǎn)品的得提純，溶劑的回收和廢液排放前的達(dá)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，廣泛地應(yīng)用于化工、石油、醫(yī)藥、食品、冶金及環(huán)保等領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)：[l]化學(xué)工程手冊(cè)編委會(huì).化學(xué)工程手冊(cè)第H篇,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,