高等分离工程小论文

1、分离工程大作业 学院：化学化工与环境学部 班级：化工1103班 姓名：张超 学号：1101010319高等分离工程小论文【摘要】精馏技术因其独特的优势在化工工业中日益受到重视，已在多个领域实现了工业化，对某些新领域的开发也取得了一定的进展。本文从理论和实际两方面对精馏做了简单的介绍，包括定义、分类、原理、应用等方面，本文也对已在工业生产中占有一定的地位特殊精馏做了详细的介绍，旨在更进一步了解有关精馏方面的问题。【关键词】精馏 精馏原理 特殊精馏【正文】混合物的分离是化工生产中的重要过程。精馏馏是分离液体混合物的典型单元操作。它是通过加热造成气、液两物系，利用物系中各组成部分挥发度不同的特性以实

2、现分离的目的。1. 精馏概念同时多次进行部分气化和部分冷凝的方法，使混合液较完全分离，获得接近纯组分的单元操作。精馏是工业上应用最广的液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。1.1 精馏的分类 （1）根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏；（2）根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏；（3）根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏，包括萃取精馏、恒沸精馏、加盐精馏，变压精馏和分子蒸馏。此外，若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。普通精馏1.2 精馏原理在精馏过程中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液在塔板上多次部分

3、汽化部分冷凝，进行传热与传质，使混合液达到一定程度的分离。回流是精馏操作的必要条件，塔顶的回流量与采出量之比称为回流比。回流比是精馏操作的主要参数，它的大小直接影响精馏操作的分离效果和能耗。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则需要无穷多块塔板，在工业上是不可行的。若在全回流下操作，既无任何产品的采出，也无任何原料的加入，塔顶的冷凝液全部返回到塔中，这在生产中也无任何意义。但是，由于此时所需理论板数最少，易于达到稳定，故常在科学研究及工业装置的开停车及排除故障时采用。通常回流比取最小回流比的1.22.0倍。1.2.1多次部分冷凝 如图：将组成为XF，温度为TA的混合液加热到气液共存区，使其

4、部分气化，并将气液两相分开，气相组成为Y1 ，液相组成为X1 ，且Y1XfX1 ，部分分离。 将产生的组成为Y1 的饱和蒸汽部分冷凝到T1 出现新的气液平衡，气相组成为Y2，液相组成为X2 且Y2 Y1 。再将温度为T1 组成为Y2 的饱和蒸汽冷凝到T2 出现新平衡，气相组成为Y3 ，Y3 Y1 。1.2.2多次部分汽化 将组成为X1 的饱和液体加热T3，使其部分气化，这时又出现新的气液平衡，将气液两相分开，液相组成为X2 。再将组成为X2 的饱和液体部分气化，如此类推，最终可得易挥发组分浓度很低，接近于纯净的难挥发组分的液相。 1.2.3精馏的相图解释将第一级溶液部分汽化所得气相产品在冷凝后

5、再在第二级中进行部分汽化所得气相组成y2，且y2必大于y1.可见这种部分汽化的次数（即级数）愈多，所得到的蒸汽浓度也愈高，最后可得到几乎为纯态的易挥发组分。同理，若将从各分离器得到的液相产品分别进行多次部分汽化和分离，那么这种级数愈多，得到液相产品的组分愈低，最后可得到几乎纯态的难挥发组分。1.3装置缺陷及解决原理基于以上理论我们不难理解精馏的原理，但是实际的精馏操作却存在以下两个问题：（1） 分离过程得到许多中间馏分，影响纯产品的收率；（2） 设备庞杂，能量消耗大。因此，上述流程工业上是不可能利用的。只有想办法解决了上两个问题后才能加以采用。在实验室中和工业生产中又是怎样解决这个问题的呢？

6、现阶段我们采用了经典的回流操作，此方法能有效地解决中间馏分多和能源消耗大的缺点，下面我们来看看回流操作流程。由图可知，第二级液相产品组成X2小于第一级原料液组成Xf 。但两者较为接近，因此X2可返回与Xf相混合。同时，让第三级所产生的中间产品X3与第二级的料液Y1混合，这样就消除了中间产品，提高了最后产品的收率。此外，当第一级所产生蒸气Y1与第三级下降的液相X3直接混合时，由于液体温度T3低于气相温度T1，因此高温蒸气将加热低温的液体，而使液体部分气化，而蒸气本身则被冷却冷凝。因此，不同温度且互不平衡的气液两相接触时，避孕药然会同时产生传热和使质的双重作用，所以使上一级液相回流（如液相X3）与

7、下一级的气相（如气相Y1）直接接触，就可以变为如图工业上所采用的流程，而省去了中间加热器和冷凝器。 从上分析可知，将每一级中间产品迫回到下一级中，不仅可提离产品的收率，且是过程进行的必不可少条件。例如，对第二级而言，如没有液体X3回流到Y1中，而又无中间加热器和冷嘲热冷凝器，那么就不含有溶液的部分气化和蒸气的部分冷凝，第二级也就没有分离作用。显然，每一级都需有回流液，那么，对于最上一级（图中第三级）而言，将Y3冷凝后不是全部作为产品，而把其中一部分返回与Y2相混合，这是最简单的回流方法。通常，将引回设备的部分产品称为回流。因此，回流是保证精馏过程连续稳定操作必不可少的条件之一。 上面分析是增浓

8、混合液中易挥发组分的情况。对增浓难挥发组分来说，原理是完全相同的。此时，将加热器移至底部，使难挥发组分组成最高的蒸发进入最下一级，显然这部分蒸气只能由最下一级下降的液体部分气化而得到，此时气化所需的热量由加热器（称为再沸器）供给。所以在再沸器中，溶液的部分气化而产生上升蒸气，如同设备上部回流一样，是精馏得以连续稳定操作的另一个必不可少条件。1.4精馏的工业生产装置如图所示为典型的连续精馏流程装置简图。由图可知，原料液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液与上升蒸气互相接触，进行使热和使质过程。操

9、作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（斧残液），部分液体气化，产生生升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液体，蓁部分经冷却器冷却后被送出作为塔顶产品（馏出液）。装置部件的作用 塔顶冷凝器的作用: 获得塔顶产品及保证有适宜的液相回流。 再沸器的作用: 提供一定量的上升蒸气流. 保证精馏过程连续稳定操作。 精馏段:加料板以上的塔段.上升汽相中重组分向液相传递，液相中轻组分向汽相传递，完成上升蒸气轻组分精制。 提馏段:加料板及其以下的塔段.下降液体中轻组分向汽相传递，汽相中重组分向液相传递，完成下降液体重组分提浓。间歇精馏操作流程装置与连续

10、精馏不同的是原料液一次加入塔斧中，而不是连续加入精馏塔。因此间歇精馏只有精馏段，而没有提馏段。同时，因间歇精馏斧液浓度不断地变化，故产品组成也逐渐降低。当斧中的液体过到规定的组成后，精馏操作即被停止。2.特殊精馏特殊精馏包括：反应精馏、分子精馏、膜精馏、渗透精馏、萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏等。只选取几个进行讨论。2.1 反应精馏反应精馏(Reactive Distillation简称RD)是蒸馏技术中的一个特殊领域。它是化学反应与精馏分离两种过程相耦合的化工过程。反应精馏工艺与传统生产工艺相比，具有选择性高、转化率高、生产能力高、产品纯度高、投资少、操作费用低、能耗低等特点1。反应精馏技术的

11、使用也有如下限制：精馏必须是分离反应物和产物的可行方法；化学反应必须是液相反应，催化剂应该充分润湿；反应停留时间不能过长；反应温度和泡点温度一致；反应不能是强吸热反应；催化剂寿命至少12 a2；在同一设备中进行的反应精馏耦合过程要求化学反应和精馏过程的操作工况(温度和压力)一致。在研究和开发反应精馏工艺时，对这些限制应给予充分注意。2.1.1反应精馏工艺的开发方法反应精馏的开发步骤如图2所示当设想用反应精馏工艺取代常规的反应分离工艺或用反应精馏开发新产品时，首先要判断该物系是否具备采用反应精馏的基本条件，不存在制约反应精馏的限制，然后，通过查阅文献，实验测定等多种渠道获得所研究物系有关化学反应

12、和分离过程的基础数据，在此基础上进行概念设计，探讨采用反应精馏工艺的可行性，确定原则流程。上述开发阶段称之为可行性研究，是进一步开展实验研究和模拟计算的基础和先决条件。在完成可行性研究后，按实验室研究、中试实验等实验手段以及在热力学、动力学、传递性质基础数据测定基础上的数学模拟，2条途径进行开发，实验和模拟工作相辅相成，不断深化和完善，实现过程的最优化。在确定反应精馏过程的优越性和有效性并得到较适宜的工艺条件后可实施过程放大。2.1.2反应精馏的工业应用反应精馏技术适用于多种类型的反应，如连串反应，可逆反应，但更多应用于转化率受化学平衡限制的反应体系。目前，该技术工业规模的应用仅仅限于醚化、酯

13、化、水解和烷基化等反应，下面就反应精馏在化工生产中的应用作简要叙述。（1）烷基化乙烯与苯烷基化的CD塔由2部分组成，上部装填特殊设计的捆扎包，内装Y型分子筛，下部安装精馏塔板，乙烯从催化剂层低部进料，苯从回流罐进塔，过程的特点是反应温度受泡点温度制约，避免反应区热点的生成，提高了催化剂的寿命；副产物二异丙苯和三异丙苯返回CD塔，与苯进行烯烃转移反应生成更多的异丙苯；消除了大量苯的循环；反应放热有效利用。与传统工艺比较，CD过程节能50 ，投资降低25 。美国CDTECH公司开发了生产乙苯的CD过程，现有2套工业生产装置，总生产能力约850 kt/a。丙烯与苯烷基化的CD工艺与上述过程相似，也是

14、美国CDTECH公司开发的CD技术，催化剂为Y、ct，或p型分子筛，催化剂寿命大于2a，由于CD有效地提高了与催化剂接触的液相主体中苯乙烯的摩尔比，故异丙苯收率超过99 ，目前有2套工业装置在运行，一套在俄罗斯的Nizhny Novgrod，生产能力为170 kt/a。另一套在中国台湾化学品和纤维公司，生产能力240 kt/a3。（2）醚化反应甲基叔丁基醚(MTBE)是应用CD技术第1个取得工业化成功的产品。该过程与传统流程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。美国CR& L公司首先开发

15、了MTBE催化精馏技术，并于1981年在Charter International Oil公司的Huston炼油厂建成日产2226m。MTBE的工业生产装置，异丁烯转化率大于99.9，比固定床提高3 4。类似的醚化工业过程还有甲基叔戊基醚(TAME)，乙基叔丁基醚(ETBE)等的生产。CD TAME过程的转化率大于90，比固定床提高20。2.2 萃取精馏2.2.1萃取精馏原理萃取精馏作为一种分离络合物、近沸点混合物及其他低相对挥发度混合物技术,在石油化学工业中的1 ,3-丁二烯的分离、芳烃抽提、乙醇/水分离、环己烷提纯等过程得到广泛的应用。它是通过向精馏塔中加入1 种或2 种可以与分离混合物相

16、溶的溶剂,提高了待分离组分的相对挥发度4 ,从而达到分离沸点相近组分的目的。虽然萃取精馏一方面增加了被分离组分之间的相对挥发度，使分离能够得以进行，但是，另一方面带来的最大缺点是溶剂比大，从而导致生产能力提高遇到困难，而且过程能耗大。为了解决这一弊端，对萃取精馏过程的研究一般是从“流”即萃取精馏流程安排、萃取精馏塔的塔板结构和“场”即分离剂或溶剂的选择出发，对萃取精馏分离过程不断发展和完善。萃取精馏主要用于那些加入添加剂后，因相对挥发度增大所节省的费用，足以补偿添加剂本身及其回收操作所需费用的场合。萃取精馏最初用于丁烷与丁烯以及丁烯与丁二烯等混合物的分离。目前，萃取精馏比恒沸精馏更广泛地用于醛

17、、酮、有机酸及其他烃类氧化物等的分离。萃取精馏中溶剂的选择占有十分重要的地位，萃取精馏采用的溶剂具有沸点高、相对不易挥发,并与其他组分不易形成络合物的特点。萃取精馏一般采用单一溶剂作为萃取剂,近年来开始采用混合溶剂策略5 ,通过对2 ,3- 二甲基戊烷和环己烷、环戊烷和2 ,2- 二甲基丁烷、苯乙烯和邻二甲苯分离体系试验研究表明,混合溶剂提高了分离过程选择性,降低了理论塔板数。2.2.2萃取精馏法分离碳酸二甲酯和甲醇22分离碳酸二甲酯和甲醇共沸物的方法有低温结晶法、膜分离法、共沸精馏法、加压精馏法和萃取精馏法，中萃取精馏法无论是在经济效益,还是在操作、安全方面都优于其他方法。取剂的选择对萃取精

18、馏的实现有重要影响，剂有氯苯、邻二甲苯、水、糠醛、草酸二甲酯等。于该体系，取精馏流程主要包括3个塔：第1个塔进行初馏，到共沸组成的混合物；第2 个塔进行萃取精馏；第3个塔实现目标产品与萃取剂的分离以及萃取剂的回收。上述体系虽然比较有效，但设备投资较大，并且由于甲醇和碳酸二甲酯形成正偏差溶液，出现最小恒沸点，且该恒沸点和甲醇的沸点差只有0.19，这给初馏塔内的分离带来了困难。本研究因此试图省去初馏塔，即反应后的物料，经过简单的处理之后直接进入萃取精馏塔，利用萃取剂来打破二元共沸物体系，分离出目标产品，以期达到简化流程，提高分离效率的目的。实验装置及流程三塔体系的实验流程如图1 所示。将尿素醇解法

19、制得的碳酸二甲酯初产品（含有甲醇和碳酸二甲酯, 碳酸二甲酯的质量分数91.45 %）经恒流泵从初馏塔的中部加入，待塔连续稳定操作大约1h 后，取样测定塔顶和塔底出料组成。萃取精馏塔中，碳酸二甲酯和甲醇混合液经恒流泵从塔的中部进料口加入，萃取剂邻二甲苯从塔顶偏下部加入。在塔中部的萃取段，向下流动的邻二甲苯和上升的碳酸二甲酯、甲醇气流形成逆流流动，经充分接触，得到较纯的甲醇经塔顶馏出。碳酸二甲酯和邻二甲苯混合物从塔底出料，经冷却后从萃取剂再生塔的中部进料口进入，在塔内二者得到很好的分离,塔顶出料为较纯的碳酸二甲酯，塔底得到高纯度的邻二甲苯。萃取剂邻二甲苯可以循环使用三塔体系采用共沸进料，两塔体系采

20、用非共沸进料。非共沸进料是尿素醇解法制得的碳酸二甲酯初产品w (DMC) = 91.45 %。共沸进料为经初馏得到的碳酸二甲酯和甲醇共沸物w (DMC) = 29.19 %。2.2.3萃取精馏技术的工业应用裂解汽油回收和苯乙烯提纯裂解汽油副产品中含有丰富的石油化工化合物,如果对其进行提纯并加以充分利用,将产生相当大的经济效益。由于这些组分沸点接近,形成了络合物,采用传统分离方法很难将其分离。而萃取精馏技术的发展为其提供了可能,萃取精馏技术通常用于从裂解汽油的轻组分中提纯丁二烯和异戊二烯,实际上也可以用于从C8 料中有效分离苯乙烯。传统的裂解过程存在一个加氢工艺步骤,该步骤中一方面存在结焦问题,

21、同时,反应也需要大量的氢源。近年研究表明,苯乙烯是结焦的根源之一,降低苯乙烯含量是解决结焦较好的方法。采用混合溶剂进行的萃取精馏技术6 ,可以以较小的成本实现苯乙烯的提取,因此,萃取精馏技术应用一方面使得苯乙烯从燃料产品转化为石化产品,价值得到提升。另外,加氢处理氢消耗减少,结焦问题得到解决。2.3 加盐萃取精馏萃取精馏存在溶剂用量大,能量消耗大等缺点,进而增加了操作成本,抵消了由于加入溶剂提高相对挥发度而使理论塔板数减少的效果。溶盐精馏也可以分离有恒沸点的溶液,它将非挥发的盐加入具有恒沸点的溶液中,通过盐效应来影响体系的相对挥发度,从而达到分离的目的。这种方法虽然效果显著,但存在着盐的回收、

22、固体物料的输送、加入的盐容易结晶堵塞管道以及闭蚀等问题,因而也限制了它的发展。因此,人们考虑把萃取与溶盐精馏两者结合起来,开发了一种新型分离方法加盐萃取精馏78 。即把盐加入溶剂而形成新的萃取精馏方法。它一方面利用溶盐提高欲分离组分之间相对挥发度的突出性能,克服纯溶剂效能差、用量大的缺点；另一方面能保持液体分离剂容易循环和回收,便于在工业生产上实现的优点。它不但用于分离极性体系,而且也可以用于分离非极性体系。2.3.1加盐萃取精馏原理加盐萃取精馏是一种新的萃取精馏方法,其理论基础是盐效应理论。所谓盐效应是指盐加入饱和的非电介质水溶液而使其溶解度发生变化,它包括溶解度下降产生的“盐析”和溶解度增

23、加产生的“盐溶”两种现象。目前,盐效应理论有Debye McAulay 静电理论、“范德华力理论”、McDevit Long 内压力理论、黄子卿盐效应机构、Pitser 电解质溶液理论和定标粒子理论911 。其中比较严格和有影响的是Debye McAulay 静电理论和“范德华理论”。“静电理论”主要考虑盐离子与水分子的静电作用,而忽略其它力的作用。它认为在三元溶液中,水分子和非电解质分子有不同的介电常数,在离子的电场信息作用下,具有较高介电常数的分子聚集在离子周围,把具有较低介电常数的分子从离子的附近驱除,这个过程使体系的吉布斯自由能发生变化,因而改变了各组分的活度系数。“静电理论”是只考虑

24、了静电力,而忽略了其它力的作用,同时在理论推导方面也采用了许多简化的假设。尽管如此,静电理论在盐效应的定性研究方面起了指导作用。“范德华力理论”综合考虑了盐与水,盐离子与非极性分子间,以及非极性分子间的相互作用能。这些相互作用能中属于范德华能的有: 偶极子与偶极子的相互作用取向能; 偶极子与感生偶极子的相互作用感生能; 非极性分子与原子间的相互作用能色散能。在这3 种范德华能中色散能是最重要的,尤其是对大盐离子与有机分子间色散力起主要作用。这一理论可以克服静电理论的不足,但“范德华力”理论仍处于定性阶段。目前,盐效应理论中定标粒子理沦是比较新的一种提法,该理论从热力学和统计力学出发进行理论推导

25、,物理意义明确；能用容易找到的分子参数计算盐效应常数,使用起来很方便;其公式及处理方法不仅对室温下的气体溶质,而且对室温下为液体的溶质也仍能适用。2.3.2加盐萃取精馏技术的关键盐类选择和盐类浓度大小选择是每一个研究人员必须注意的两个问题。(1) 盐类选择不同的盐对同一体系的盐效应不同。所加入的盐应在某组分中溶解度较小,并能使该组分的蒸气压增加得更多。根据这一点,在选择盐的种类时,要选那些在挥发性较小的组分中溶解度较大的盐来进行研究。(2) 盐浓度大小的选择相同的盐在不同浓度下对同一体系的盐效应大小也不同。一般说来,随着浓度的增大,盐效应亦愈大。所以,在比较不同盐的盐效应时,都倾向于用盐的饱和

26、浓度,以便观察到最大的盐效应。2.3.3加盐萃取精馏工业应用-制取无水乙醇吉化有机合成厂双庆化工有限公司12采用乙二醇加盐萃取精馏的方法,经中试开发成功后,建成生产装置,己生产出的无水乙醇产品达到了国家级分析纯标准。与国外的乙二醇萃取精馏制无水乙醇的方法相比,此法具有工艺流程短,加盐后的乙二醇溶剂比可减少4-5倍，塔高可降低3-4倍,投资费用低等特点。加盐萃取精馏除了应用于乙醇水体系的分离,还可以运用其它体系的分离。如燕山石化公司和清华大学工程化学系合作进行加盐萃取精制提纯叔丁醇的研究,并且进行了中试研究。研究结果表明加盐萃取精馏能使产品纯度大于99 %。加盐萃取精馏研究重点目前,加盐萃取精馏

27、的理论研究主要集中于盐效应的预测和萃取精馏的萃取溶剂筛选两方面,这也是应用加盐萃取精馏进行分离的关键。由于加盐萃取精馏在原有待分离体系中既引入了萃取溶剂又引入了助分离剂盐,使得体系变得复杂起来,即使原来最为简单的二元混合物也变成了四元体系。况且,不同的盐对同一体系的盐效应不同,相同的盐在不同浓度下对同一体系的盐效应也不相同,这就需要积累大量的实验数据以对盐的选择、盐浓度的选择及加盐萃取剂对极性和非极性体系相平衡的影响规律作进一步的理论探索,这是加盐萃取精馏技术的难点,也是研究工作的重点。虽然加盐萃取精馏技术尤其是盐效应预测理论上还有很多亟待完善的地方,使得工业化的工作没有通用的理论模型作指导,

28、而只能以具体的实验来推动,但随着人们对加盐萃取精馏分离技术研究的不断深入,该技术必将更加成熟完善,并以其特有的优点带来化工分离过程的更大范围的革新。2.4 恒沸精馏恒沸精馏又称共沸精馏。在被分离的物系中加入共沸剂（或者称共沸组分），该共沸剂必须能和物系中一个或几个组分形成具有最低沸点的恒沸物，以至于使需要分离的集中物质间的沸点差（或相对挥发度）增大。在精馏时，共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸出，工业上把这种操作称为恒沸精馏。2.4.1恒沸精馏原理下面以制取无水酒精为例，说明恒沸精馏的过程原理，水和酒精能形成具有恒沸点的混合物，所以用普通的精馏方法不能获得纯度超过96%（体积）的乙醇，若在酒

29、精和水的溶液中加入共沸组分-苯，则可构成各种恒沸混合物，但以酒精、苯和水所组成的三组分恒沸混合物的沸点为最低（64.84）。当精馏温度在64.85时，酒精、苯和水的三元混合物首先被蒸出；温度升至68.25时，蒸出的是酒精与苯的二元恒沸混合物；随着温度继续上升，苯与水的二元恒沸混合物和酒精与水的二元恒沸混合物也先后蒸出，这些恒沸物把水从塔顶带出，在塔釜可以获得无水酒精。工业上广泛地用于生产无水酒精的方法，就是根据此原理。在生产无水酒精过程中, 体系是作为双组分溶液来考虑。由于形成均相恒沸物, 制取无水酒精, 必须添加夹带剂(如苯、环己烷、戊烷等) 形成新的三元体系, 该三元体系与纯组分酒精(或水

30、) 之间的沸点差较大, 从而可较容易地通过精馏获得纯度很高的乙醇。2.4.2共沸组分选择的原则（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）共沸组分的性质稳定面对设备的腐蚀性要小，对人体的毒性要小。（5）

31、共沸组分易分离和回收、价格低廉。恒沸精馏的过程中，所加入的共沸组分必须从塔顶蒸出，而后冷凝分离，循环使用。因而恒沸精馏消耗的能量（包括汽化共沸剂的热量和输送物料的电能）较多。2.4.3恒沸蒸馏技术特点恒沸精馏的主要特点是：机械化程度高,产量大, 质量好, 消耗低等13。生产无水酒精, 产量大, 质量高, 损耗少, 自动化程度高。成本较其它方法低, 恒沸精馏适用于从塔顶蒸出较少的产品和从塔釜排出较多的产品的情况，因为在上述情况下萃取组分或共沸组分的加入量相对的较少，能量消耗也随之较少。2.4.3恒沸精馏法生产无水酒精无水酒精的生产方法很多,包括生石灰脱水法、盐脱水法、萃取蒸馏法、分子筛制取法、真

32、空蒸馏法、淀粉吸附法、离子交换树脂法、恒沸精馏法等。但目前能形成规模化生产、机械化程度高、产量大、质量好、消耗低的方法只有恒沸精馏法。无水酒精的生产恒沸精馏的原理恒沸精馏是在常压下无法制取无水酒精的情况下,采用向酒精溶液添加夹带剂(如苯、环己烯、戊烷等) 进行精馏,夹带剂与酒精溶液中的乙醇、水形成三元共沸物, 该三元共沸物与纯组分酒精(或水) 之间的沸点差较大,从而可较容易地通过精馏获得纯度很高的酒精。以环己烷为例:环己烷、乙醇和水形成三元共沸物,沸点62.1, 比乙醇的78.3或乙醇水溶液的恒沸点78.15都要低得多,在精馏时从塔顶馏出。三元恒沸物的组成(质量比W%) 为环己烷76 % ,

33、乙醇17 % , 水7 % , 其中水对乙醇的质量比为0.41 , 比乙醇水恒沸物的这一质量比0.046 要大得多。故只要有足量的环己烷作为夹带剂,在精馏时水将全部集中于三元恒沸物中从塔顶馏出,塔底产品为无水酒精。恒沸精馏生产无水酒精工艺流程图(见图1)工艺说明：该无水酒精生产系统有3 个主要设备: 脱水塔、分离器和回收塔。脱水塔的作用是脱水,它接收96 %(v/ v) 酒精和环己烷,在该塔顶部是由酒精、水、环己烷形成三元共沸物,塔底部为无水酒精。分离器主要接收来至脱水塔顶部的三元共沸物的冷凝液,分成轻、重两相,轻相含有多量的环己烷回脱水塔,重相含有多量的水入回收塔(轻相与重相的组成见表1)

34、。回收塔的作用是回收环己烷及酒精。2.5变压精馏（PSD）变压精馏（PSD）是分离共沸混合物的有效方法，是利用二元混合体系对拉乌尔定律产生偏差的特点，改变压力可以打破常压下形成的二元共沸点，改变共沸物组成，可以在塔顶或塔底得到一个高纯度组分14-15。例如异丙醇 二异丙醚二元共沸物分离工艺16，就是利用变压精馏进行分离的。变压精馏分离异丙醇二异丙醚二元共沸物由于异丙醇二异丙醚形成二元共沸物，应用常规的精馏方法难以对其进行有效的分离，需要采用特殊精馏或者其它分离方式。特殊精馏方式有恒沸精馏、萃取精馏、加盐精馏、变压精馏等17。萃取精馏引入了其它的有机溶剂后处理工序较麻烦，恒沸精馏加入了共沸剂，增

35、加了后处理工序和能耗18。寻找一种合适的工艺精制提纯得到精二异丙醚产品，提高产品的附加值，同时增加异丙醇装置的经济效益具有重要意义。应用ASPEN PLUS 模拟软件研究采用变压精馏工艺分离异丙醇 二异丙醚的可行性，通过模拟研究该工艺分离得到的二异丙醚产品纯度达到了99.5%以上。异丙醇和二异丙醚体系对拉乌尔定律产生负偏差，利用该特点拟用负压 常压两塔串联操作实现二元组分的分离，该物系在不同压力下的汽液平衡相图如图1 所示。从图1 中可以看出常压下IPA -DIPE共沸组成( 质量分数) 为IPA: 15%、DIPE: 85%，随着压力的降低IPA 在液相中的含量减少，偏离了常压下的共沸点，形

36、成了新的共沸组成，如图2 所示。压力为25kPa 时， IPA -DIPE共沸组成为IPA: 5.5%、DIPE:94.5%。由于负压条件下共沸组成点位于常压条件下共沸组成点的右侧，因此在负压条件下精馏接近常压共沸组成的混合物料时，塔顶得到负压条件下的共沸物，塔底为高纯度的异丙醇产品，负压塔顶共沸物再在常压条件下精馏，塔底得到高纯度的二异丙醚产品，塔顶物料可以返回负压塔继续精馏。通过两塔变压精馏操作在两塔底分别得到异丙醇和二异丙醚产品。3 精馏流程根据分离物系的特性，提出了如下变压精馏的工艺流程。T1 为负压塔，设定塔的操作压力为25kPa，塔2 为常压塔，操作压力为100kPa，具体工艺流程

37、如图3 所示。4 负压 常压分离异丙醇和二异丙醚的模拟结果假设原料进料组成为含有20% 的异丙醇、80%的二异丙醚，流量为1000kg /h，分离要求得到纯度均大于99.5% 的异丙醇和二异丙醚组分。进料温度为25，负压塔的操作压力为25kPa，塔板数为30，常压塔的操作压力为100kPa，塔板数为也为30。在初设的操作参数下模拟计算考察分离结果如表1表2 所示。表1 中为流程中各物流的流量组成数据，从模拟结果来看，通过该精馏流程分离提纯后在T1 底得到精异丙醇产品，在T2 底得到精二异丙醚产品，纯度均在99.5%以上，满足要求。总之，变压精馏（PSD）就是利用共沸点对压力的敏感性，通过改变压

38、力来改变体系共沸点和共沸组成的特殊精馏方法。通过两塔在不同的压力下进行操作，实现含有共沸物系的分离，与膜分离和萃取精馏法相比，不仅工艺简单、不会引入其他杂质，而且节能19。2.6 分子蒸馏分子蒸馏20是一种在高真空(0.110 Pa)条件下进行的液液分离技术，又称为短程蒸馏，具有蒸馏温度低、真空度高、物料受热时间短、分离程度高等特点，且分离过程为不可逆过程，不存在沸腾和鼓泡现象，因而特别适合于高沸点、热敏性和易氧化物质的分离。目前，分子蒸馏已被成功地应用于制药、石油化工、食品、化妆品、农业等领域。2.6.1分子蒸馏原理分子蒸馏是利用分子平均自由程的差异来分离液体混合物的，其基本原理如图1 所示

39、。待分离物料在加热板上形成均匀液膜，经加热，料液分子由液膜表面自由逸出。在与加热板平行处设一冷凝板，冷凝板的温度低于加热板，且与加热板之间的距离小于轻组分分子的平均自由程而大于重组分分子的平均自由程。这样由液膜表面逸出的大部分轻组分分子能够到达冷凝面并被冷凝成液体，而重组分分子则不能到达冷凝面，故又重新返回至液膜中，从而可实现轻重组分的分离。 分子蒸馏一般经以下4 个步骤：（1）分子从液相主体向蒸发面扩散；（2）分子从蒸发面（加热面）上自由蒸发；（3）分子从蒸发面向冷凝面飞射，在飞射过程中，可能与残存空气分子碰撞，也可能相互碰撞，但只要有合适真空度，使蒸发分子平均自由程大于或等于两面（蒸发面与

40、冷凝面）之间距离即可，过高提高真空度毫无意义；（4）分子在冷凝面上冷凝，冷凝面形状合理且光滑，从而完成对该物质分子分离提取。2.6.2分子蒸馏技术特点从分子蒸馏的技术原理及设备设计的形式看,分子蒸馏技术具有如下一些优点:1 蒸馏温度低常规蒸馏是依靠物料中不同物质的沸点差进行分离的,因此料液必须加热至沸腾。而分子蒸馏是利用不同种类的分子受热逸出液面后的平均自由程的不同来实现分离的,只要蒸汽分子由液相逸出就可实现分离,可在远低于沸点的温度下进行操作,是一个没有沸腾的蒸发过程。由此可见,分子蒸馏技术更有利于节约能源,特别适用于一些高沸点热敏性物料的分离,且可以分离常规蒸馏中难以分离的共沸混合物。2

41、蒸馏压强低常规蒸馏装置存在填料或塔板的阻力而难获得较高的真空度,而分子蒸馏本身是必须降低蒸馏体系的压强来获得足够大的分子运动平均自由程。分子蒸馏装置内部结构比较简单,整个体系可以获得很高的真空度(一般只有0. 1331 Pa) ,物料不易氧化受损且有利于沸点温度降低。3 受热时间短分子蒸馏技术要求加热面与冷凝面间的距离小于轻分子的平均自由程,距离很小且轻分子由液面逸出后几乎未发生碰撞即射向冷凝面,受热时间极短(0. 110 s) ，从而在很大程度上避免了物料的分解或聚合,降低热损伤,使产品的收率大幅度提高。 4 分离程度高分子蒸馏常常用来分离常规蒸馏不易分开的物质，对用两种方法均能分离的物质而言,分子蒸馏的分离程度更高。5 不可逆性分子蒸馏过程中,轻分子从蒸发表面逸出直接飞射到冷凝面上,中间不与其它分子发生碰撞,理论上没有返回蒸发面的可能性,为不可逆过程，使得分离效率远