特殊精馏技术

精馏技术普通精馏共沸精馏萃取精馏膜蒸馏分子蒸馏普通精馏闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液塔底产品Q减压阀精馏原理利用液体混合中各组分〔component〕挥发性〔volatility〕差异，以热能为媒介使其局部汽化。从而在气相中富集轻组分，在液相中富集重组分到达别离提纯的目的。y2x2y1x1xFx3y3(y3)xDtx(y)xFx1y1x2y2y3x3多次部分气化和多次部分冷凝y

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1★随着别离器级数的增加，别离效率越高；★沿塔向上温度逐渐降低；★顶端冷凝器的局部冷凝液的“回流〞保证提供“冷源〞；底端加热器的“蒸气〞那么保证提供“热源〞。结论：顶部回流及底部气化是保证精馏过程稳定操作的必不可缺少的条件。料液,xFFeed塔顶产品,xDOverheadproduct塔底产品,xWBottomsproduct液相回流Liquidreflux汽相回流Vaporreflux精馏段Rectifyingsection提馏段Strippingsection再沸器Reboiler冷凝器condenser精馏塔和精馏操作流程推动力xn<xn-1,yn>yn+1,tn+1>tn精馏操作不使用一连串的别离器，采用圆柱型的塔器。以板式塔为例：从上一层流下来的液相与下一层上升的蒸气在本层相遇，进行着“热〞与“质〞的交换。每一层塔板犹如一级别离器xn-1ynyn+1xn提馏段：下降液体中的轻组分向汽相传递，而汽相中的重组分向液相传递，从而完成下降液体重组分的提浓。精馏段：汽相中的重组分向液相传递，而液相中的轻组分向汽相传递，从而完成上升蒸气的精制。料液,xFFeed塔顶产品,xDOverheadproduct塔底产品,xWBottomsproduct液相回流Liquidreflux汽相回流Vaporreflux精馏段Rectifyingsection提馏段Strippingsection再沸器Reboiler冷凝器condenser二、精馏操作流程在精馏的操作流程中，除关键设备精馏塔外，还需配备：

冷凝装置全凝器：冷凝全部的蒸汽

分凝器蒸气直接加热：无釜

塔釜：蛇形管加热器直接置于塔底

再沸器：换热器置于塔外加热装置注:每一个分凝器、塔釜或再沸器相当于一块理论板另外,流程中可能还须配置其他部件：用于料液加热的预热器、输送原料或回流液的泵、存放原料及成品/半成品的储槽、产品的冷却器等辅助设备蒸气直接加热的连续精馏有分凝器的连续精馏FDWV’蒸气FDWL多级逆流接触——板式塔

板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系为离开各板的汽、液两相的浓度取决于板上汽、液两相接触传质速率。由于板上的鼓泡传质过程非常复杂，故难以用数学模型进行描述。n-1

tn-1ntnn+1tn+1yn+2yn+1ynyn-1xn-2xn-1xnxn+1连续逆流接触——填料塔

气体自下向上流动，液体自上向下流动。气、液两相在填料外表密切接触，完成了传质和传热。连续精馏的必要条件塔顶不断回流塔底不断产生蒸汽FDW共沸精馏一、共沸剂的特性二、共沸剂的选择三、共沸精馏流程四、共沸精馏举例一、共沸剂的特性共沸物的形成对于采用精馏方法别离混合物的条件有很大的影响共沸物可以使二元的，也可以是多元的；可以是易挥发的塔顶产品，也可以是难挥发的塔底产品，最好是前者多元系较二元系情况复杂的多共沸精馏又称恒沸精馏别离原理：在一些难以用普通精馏方法别离的体系中参加一个新的组分，共沸剂与待别离关键组分形成共沸物，而使体系中的组分得到别离。称为共沸物、夹带剂，携带剂影响原溶液组分的相对挥发度二、共沸剂的选择〔1〕显著影响关键组分的汽液平衡关系；〔2〕共沸剂容易别离和回收；〔3〕用量少，汽化潜热低；〔4〕与进料组分互溶，不生成两相，不与进料中组分起化学反响；〔5〕无腐蚀、无毒；〔6〕价廉易得。例如：以水为共沸剂，本身的回收价值并不大，但如被别离共沸物的组分是有价值的物质，仍然有将水与共沸物组分别离的必要。最好是形成一最低沸点共沸物，可以有较低的操作温度共沸剂的沸点一般比原料沸点低10~40℃，便于别离共沸剂与待别离组分应是完全互溶的，不致因液相分层而破坏塔的正常操作二元非均相共沸物精馏如果二组分能够形成非均相共沸物，那么不必另加共沸剂便可实现二组分的完全别离。三、共沸精馏流程分离非均相共沸物的流程X1XwXb共沸物Xa四、共沸精馏举例工业酒精恒沸精馏〔用苯作恒沸剂〕制取无水酒精。乙醇-水二元恒沸物〔恒沸点78.15℃，乙醇摩尔分率为0.894〕三元恒沸物：苯：0.539乙醇：0.228水：0.233沸点：64.85℃上层苯相苯：0.745乙醇：0.217少量水下层水相苯：0.0428乙醇：0.35其余为水无水酒精水恒沸精馏塔分层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响精馏反响精馏的简介化工生产中，反响和别离两种操作通常分别在两类单独的设备中进行。假设能将两者结合起来，在一个设备中同时进行，将反响生成的产物或中间产物及时别离，那么可以提高产品的收率，同时又可利用反响热供产品别离，到达节能的目的。［1］选择性高;［2］使可逆反响回收率提高;［3］温度易于控制，防止出现热点问题;［4］缩短反响时间，强化设备生产能力;［5］能耗低［6］操作费用低;投资少。反响精馏的优点反响精馏原理反响精馏就是在进行反响的同时用精馏的方法别离出产物的过程。原理：对于可逆反响，当某一产物的挥发度大于反响物时，如果将该产物从液相中蒸出，那么可破坏原有的平衡，使反响继续向生成物的方向进行，因而可提高单程转化率，在一定程度上变可逆为不可逆反响。反响根本流程图原料预处理反应分离产品反应-分离耦合技术催化（反应）精馏膜反应反响精馏的根本要求(1)化学反响必须在液相中进行(2)在操作压力下，主反响的反响温度和目的产物的泡点温度接近，以使目的产物及时从反响体系中移出;(3)主反响不能是强吸热反响，否那么精馏操作的传热和传质会受到严重影响，会使塔板别离效率减低，甚至使精馏操作无法顺利进行;(4)主反响时间和精馏时间相比较，主反响时间不能过长，否那么精馏塔的别离能力不能得到充分利用;反响精馏的分类根据使用催化剂形态的不同，反响精馏可以分为均相反响精馏和催化精馏;根据投料操作方式，反响精馏可以分为连续反响精馏和间歇反响精馏;根据化学反响速度的快慢，反响精馏分为瞬时、快速和慢速反响精馏。工业上一个典型的催化精馏过程，甲醇和异丁烯在强酸性离子交换树脂上催化反响生成甲基叔丁基醚〔简写为MTBE〕。反响精馏举例萃取精馏萃取精馏原理向原料液中参加第三组分〔称为萃取剂或溶剂〕，以改变原有组分间的相对挥发度而得到别离。与恒沸精馏不同的是萃取剂不与原料液中任何组分形成恒沸物。萃取剂的选择①选择性强、即能使被别离组分间的相对挥发度产生比较显著的变化。

②溶解度大，能与任何浓度的原溶液完全互溶，以充分发挥各块塔板上萃取剂的作用。

③本身的挥发性小，使产品中不致混有萃取剂，也易于和另一组分别离。

④经济和平安要求。萃取精馏和普通精馏的联合流程萃取精馏—液液萃取—普通精馏联合流程萃取精馏与恒沸精馏相比较1、萃取剂比挟带剂易于选择。2、萃取剂在精馏过程中根本上不汽化，萃取精馏的耗能量较恒沸精馏少。3、萃取精馏过程中，萃取剂参加量的变动范围较大，在恒沸精馏中适宜的挟带剂量多为一定。所以萃取精馏操作较灵活，易控制。4、萃取精馏不宜采用间歇操作，而恒沸精馏可以采用间歇操作方式。5、恒沸精馏操作温度较萃取精馏低，所以恒沸精馏适用于别离热敏性溶液。苯-环乙烷溶液的萃取别离：苯沸点80.1℃，环乙烷沸点为80.73℃，其相对挥发度为0.98，苯-环乙烷溶液难于用普通精馏别离。假设在该溶液中参加沸点较高的糠醛〔沸点161.7℃〕，那么溶液的相对挥发度发生显著的变化。循环糠醛补充糠醛环己烷脱溶剂底部产品苯+环己烷（原料）溶剂分离塔萃取精馏塔冷凝器冷凝器环己烷糠醛-苯混合液苯x糠醛

0.00.980.21.380.41.860.52.070.62.360.72.7萃取精馏举例膜蒸馏LiquidLiquid(gas)膜没有别离功能，只是提供两相的接触的界面。H2OCO2N2膜吸收(K2CO3)(NaOH)膜蒸馏过程的特征1所用的膜是疏水微孔膜。2膜不能被所处理的液体润湿。3在膜孔内没有毛细管冷凝现象发生。4只有蒸汽能通过膜孔传质。5所用的膜不能改变所处理液体中所有组份的气液平衡。6膜至少有一面与所处理的液体接触。7对于任何组份，该膜过程的推动力是该组份在气相中的分压差。蒸馏对膜的要求根本要求：疏水性微孔性孔径：P=2γcosθ/R孔径0.1－0.5μm,孔隙率60－80％膜蒸馏原理：当多孔疏水膜的一侧流过热水溶液，另一侧流过低温冷水时，由于膜的疏水性，当膜两侧压力相近时，水不会从膜孔中通过，但高温侧水溶液在膜外表产生的水蒸气在膜两侧蒸汽压差的推动下可以通过膜孔，进入低温侧并冷凝。膜蒸馏示意图整个传递过程包括三个步骤：1〕高温侧蒸发；2〕蒸气分子通过疏水膜孔进行传递；3〕低温低冷凝。接触的方式膜蒸馏的操作方式直接接触式〔DCMD〕气隙式〔AGMD〕减压式〔真空式〕〔VMD〕气流吹扫式〔SGMD〕膜蒸馏的操作方式示意图直接接触式气隙式减压式〔真空式〕气流吹扫式膜蒸馏的传质机理J=Km×△P〔Km值的预测〕气态分子通过多孔介质的三种机理：Knudsen扩散，分子扩散，Poiseuuille流动机理的选择取决于分子运动自由程(λ)和膜孔径(dp)的比照：λ<<dp时采用Poiseuuille流动描述λ>>dp时采用Knudsen扩散描述由于存在孔径分布，需要不同机理的组合，其中Knudsen扩散起主要作用。浓度极化和温度极化浓度极化：待别离的混合物中某些组分优先透过膜后，另一组分被截留，并在靠近膜外表的边界层中积累，透过组分在边界层中的浓度那么下降。温度极化：某一组分在膜-液界面蒸发所需要的蒸发热取自溶液，从而在与膜相邻的液膜中形成温度梯度。膜蒸馏操作流程图膜蒸馏技术的应用1、海水和苦咸水脱盐制饮用水2、化学物质的浓缩与回收3、水溶液中挥发性溶质的脱除和回收4、果汁、食品的浓缩5、废水处理分子蒸馏分子蒸馏分子蒸馏〔Moleculardistillation〕又称短程蒸馏〔shortpathdistillation〕蒸馏在高真空下进行，根据分子运动平均自由程的差异，使液体在远低于沸点的温度下蒸馏别离，受热时间短，特别适于处理高沸点及热敏性的物系。根本原理分子自由程的差异 不同的分子由于有着不同的分子有效直径,它们的平均自由程也不相同,即不同种类液体混合物的分子受热后从液面逸出，不与其它分子发生碰撞所运行的距离是不相同的。一般来讲,轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小。从而利用这一原理进行别离提纯。蒸馏过程由五步组成：〔1〕蒸馏器加热面上形成厚度均匀的液膜；〔2〕液膜外表上的分子在高真空，远低于沸点的温度下自由蒸发；〔3〕蒸发分子向冷凝面的运动；〔4〕蒸发分子在冷凝面上的冷凝；〔5〕馏出物和没有蒸发的重组分的收集。分子蒸馏的原理图及过程

分子蒸馏装置流程

分子蒸馏系统由加热系统、冷凝器及高真空系统组成。蒸馏压强低常规真空蒸(精)馏装置；存在填料或塔板的阻力,系统很难获得较高的真空度,而分子蒸馏装置内部结构比较简单,压降极小,可以获得相对较高的真空度,分子蒸馏的操作压强一般为0.1～1Pa，有利于物料在更低的温度下别离。蒸馏温度低分子蒸馏是利用不同组分的分子逸出液面后的平均自由程不同的性质来实现别离的,可在远低于沸点的温度下进行操作,物料并不需要沸腾，更有利于节约能源。技术特点技术特点物料受热时间短分子蒸馏装置加热面与冷凝面的距离小于轻分子的平均自由程，从液面逸出的轻分子几乎未经碰撞就到达冷凝面，