精馏与吸收在实际中的应用
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精馏与吸收在实际中的应用
一 精馏的分类
精馏：在同一个设备内实现物料多次部分气 化与部分冷凝以取得较完善分离效果的一 种蒸馏操作。 分类：连续精馏、间接精馏、特殊精馏 按操作压力分：常压精馏、减压精馏、加压 精馏 特殊精馏分为：萃取精馏、共沸精馏、溶盐 精馏、反应精馏、分子蒸馏
萃取精馏
1 定义：向精馏塔顶连续加入高沸点添加剂， 改变料液中被分离组分间的相对挥发度，使 普通精馏难以分离的液体混合物变得易于分 离的一种特殊精馏方法。 间歇萃取精馏是一个新兴的研究课题，它不 仅具有间歇精馏的优点，如设备通用性强、 操作灵活、单塔可分离多个产品等，而且还 具有萃取精馏可分离近沸点或共沸物物系的 优点，是近年来非常活跃的研究和开发领域。 在实际应用中是一种快速有效的萃取剂选择 方法。
萃取精馏的添加剂(又称萃取剂)的选择原则是： ①选择性高，即加入少量添加剂就可大幅度增加组 分间的相对挥发度； ②挥发度小，即具有比料液组分高得多的沸点； ③与原料液有足够的互溶度，在塔板上不出现液体 分相现象； ④来源充足,价格便宜,水和某些极性有机化合物是最 常用的添加剂。 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、酮、有机酸 及其他烃类氧化物等的分离。
3、分子从蒸发表面向冷凝面飞射 、 蒸气分子从蒸发面向冷凝面飞射的过程中， 可能彼此相互碰撞，也可能和残存于两面之间的 空气分子发生碰撞。由于蒸发分子远重于空气分 子，且大都具有相同的运动方向，所以它们自身 碰撞对飞射方向和蒸发速度影响不大。而残气分 子在两面间呈杂乱无章的热运动状态，故残气分 子数目的多少是影响飞射方向和蒸发速度的主要 因素。 4、分子在冷凝面上冷凝 、 只要保证冷热两面间有足够的温度差（一般 为70~100℃），冷凝表面的形式合理且光滑则认 为冷凝步骤可以在瞬间完成，所以选择合理冷凝 器的形式相当重要。
6 应用
（一）食品工业 1、单甘酯的生产 2、鱼油的精制 3、油脂脱酸 4、高碳醇的精制 （二）在精细化工中的应用 1、芳香油的提纯 2、高聚物中间体的纯化 3、羊毛脂的提取 （三）医药工业
3 条件
1、 残余气体的分压必须很低，使残余气体的平均自由 程长度是蒸馏器和冷凝器表面之间距离的倍数。 2、 在饱和压力下，蒸汽分子的平均自由程长度必须 与蒸发器和冷凝器表面之间距离具有相同的数量 级。 分子蒸馏 在这此理想的条件下，蒸发在没有任何障碍的情况下从残 余气体分子中发生。所有蒸汽分子在没有遇到其它分子 和返回到液体过程中到达冷凝器表面。蒸发速度在所处 的温度下达到可能的最大值。蒸发速度与压力成正比， 因而，分子蒸馏的馏出液量相对比较小。 在大中型短程蒸馏中，冷凝器和加热表面之间的距离 约为20~50mm，残余气体的压力为10-3mbar时，残余气 体分子的平均自由程长度约为2倍长。短程蒸馏器完全 能满足分子蒸馏的所有必要条件。
分子蒸馏
1 原理：分子蒸馏是一种特殊的液--液分离技术，它 不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不 同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。 2 过程： 1、 1、分子从液相主体向蒸发表面扩散 通常，液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的 主要因素，所以应尽量减薄液层厚度及强化液层的 流动。 2、分子在液层表面上的自由蒸发 、 蒸发速度随着温度的升高而上升，但分离因素有 时却随着温度的升高而降低，所以，应以被加工物 质的热稳定性为前提，选择经济合理的蒸分离，分子蒸馏可以在任 何温度下进行，只要冷热两面间存在着温度差，就能达 到分离目的。 2、普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程，液相和气相间可 以形成相平衡状态；而分子蒸馏过程 分子蒸馏 中，从蒸发表面逸出的分子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， 所以，分子蒸馏过程是不可逆的。 3、普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象；分子蒸馏过程是液层表 面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。 4、表示普通蒸馏分离能力的分离因素与组元的蒸汽压之 比有关，表示分子蒸馏分离能力的分离因素则与组元的 蒸汽压和分子量之比有关，并可由相对蒸发速度求出。
但采用这种方法必须具备一定的条件： ①生成物的沸点必须高于或低于反应物； ②在精馏温度下不会导致副反应等不利影响的增加。 目前在工业上主要应用于酯类（如乙酸乙酯）的生 产。 用反应促进精馏，就是在混合物中加入一种能与 被分离组分发生可逆化学反应的物质（第三组分）， 以提高其相对挥发度，使精馏容易进行。如在混合 二甲苯中加入异丙苯钠，后者与对二甲苯和间二甲 苯反应生成对二甲苯钠和间二甲苯钠,两者反应平衡 常数相差很大,可使对二甲苯与间二甲苯的相对挥发 度增大很多。这种方法对增大相对挥发度比较有效。 但由于第三组分的回收和循环使用比较困难，使其 应用受到限制。
6. 没有沸腾鼓泡现象，分子蒸馏是液层表面上的自 由蒸发，在低压力下进行，液体中无溶解的空气， 因此在蒸馏过程中不能使整个液体沸腾，没有鼓泡 现象。 7. 无毒、无害、无污染、无残留，可得到纯净安全 的产物，且操作工艺简单，设备少。分子蒸馏技术 能分离常规蒸馏不易分离的物质。 8. 分子蒸馏设备价格昂贵，分子蒸馏装置必须保证 体系压力达到的高真空度，对材料密封要求较高， 且蒸发面和冷凝面之间的距离要适中，设备加工难 度大，造价高。 9. 产品耗能小，由于分子蒸馏整个分离过热损失少， 且由于分子蒸馏装置独特的结构形式,内部压强极低, 内部阻力远比常规蒸馏小,因而可大大节省能耗。
5 优点
1. 蒸馏温度低，分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操 作的，只要存在温度差就可以达到分离目的，这是分子 蒸馏与常规蒸馏的本质区别。 2. 蒸馏真空度高，分子蒸馏装置其内部可以获得很高的真 空度，通常分子蒸馏在很低的压强下进行操作，因此物 料不易氧化受损。 3. 蒸馏液膜薄,传热效率高。 , 4. 物料受热时间短，受加热的液面与加冷凝面之间的距离 小于轻分子的平均自由程，所以由液面逸出的轻分子几 乎未经碰撞就达到冷凝面。因此，蒸馏物料受热时间短， 在蒸馏温度下停留时间一般 分子蒸馏几秒至几十秒之 间，减少了物料热分解的机会。 5. 分离程度更高，分子蒸馏能分离常规不易分开的物质
反应精馏
1 定义：反应精馏就是在进行反应的同时用 精馏方法分离出产物的过程。 2 原理：对于可逆反应，当某一产物的挥发 度大于反应物时，如果将该产物从液相中 蒸出，则可破坏原有的平衡，使反应继续 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反应为不可逆 反应。
3 应用：化工生产中，反应和分离两种操作通 常分别在两类单独的设备中进行。若能将两者结 合起来，在一个设备中同时进行，将反应生成的 产物或中间产物及时分离，则可以提高产品的收 率，同时又可利用反应热供产品分离，达到节能 的目的。 4 优点：1 破坏了可逆反应平衡，增加了反应的 选择性和转化率，使反应速度提高，从而提高了 生产能力。 2 精馏过程可以利用反应热，节省了能量。 3 反应器和精馏塔合成一个设备，节省投资。 4 对某些难分离的物系，可以获得较纯的产 品。
共沸精馏
1 定义：在精馏过程中共沸剂将以共沸物的形 式从塔顶蒸出，塔釜则得到无水乙醇。这种 方法就称作共沸精馏。 2 范围： 如果双组分溶液A、B的相对挥发度 很小，或具有均相恒沸物，此时可加入某种 添加剂C（又称挟带剂）进行精馏。此挟带剂 C与原溶液中的一个或两个组分形成新的恒沸 物（AC或ABC），该恒沸物与纯组分B（或A） 之间的沸点差较大，从而可较容易地通过精 馏获得纯B（或A）。
一 精馏的分类
精馏：在同一个设备内实现物料多次部分气 化与部分冷凝以取得较完善分离效果的一 种蒸馏操作。 分类：连续精馏、间接精馏、特殊精馏 按操作压力分：常压精馏、减压精馏、加压 精馏 特殊精馏分为：萃取精馏、共沸精馏、溶盐 精馏、反应精馏、分子蒸馏
萃取精馏
1 定义：向精馏塔顶连续加入高沸点添加剂， 改变料液中被分离组分间的相对挥发度，使 普通精馏难以分离的液体混合物变得易于分 离的一种特殊精馏方法。 间歇萃取精馏是一个新兴的研究课题，它不 仅具有间歇精馏的优点，如设备通用性强、 操作灵活、单塔可分离多个产品等，而且还 具有萃取精馏可分离近沸点或共沸物物系的 优点，是近年来非常活跃的研究和开发领域。 在实际应用中是一种快速有效的萃取剂选择 方法。
萃取精馏的添加剂(又称萃取剂)的选择原则是： ①选择性高，即加入少量添加剂就可大幅度增加组 分间的相对挥发度； ②挥发度小，即具有比料液组分高得多的沸点； ③与原料液有足够的互溶度，在塔板上不出现液体 分相现象； ④来源充足,价格便宜,水和某些极性有机化合物是最 常用的添加剂。 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、酮、有机酸 及其他烃类氧化物等的分离。
3、分子从蒸发表面向冷凝面飞射 、 蒸气分子从蒸发面向冷凝面飞射的过程中， 可能彼此相互碰撞，也可能和残存于两面之间的 空气分子发生碰撞。由于蒸发分子远重于空气分 子，且大都具有相同的运动方向，所以它们自身 碰撞对飞射方向和蒸发速度影响不大。而残气分 子在两面间呈杂乱无章的热运动状态，故残气分 子数目的多少是影响飞射方向和蒸发速度的主要 因素。 4、分子在冷凝面上冷凝 、 只要保证冷热两面间有足够的温度差（一般 为70~100℃），冷凝表面的形式合理且光滑则认 为冷凝步骤可以在瞬间完成，所以选择合理冷凝 器的形式相当重要。
6 应用
（一）食品工业 1、单甘酯的生产 2、鱼油的精制 3、油脂脱酸 4、高碳醇的精制 （二）在精细化工中的应用 1、芳香油的提纯 2、高聚物中间体的纯化 3、羊毛脂的提取 （三）医药工业
3 条件
1、 残余气体的分压必须很低，使残余气体的平均自由 程长度是蒸馏器和冷凝器表面之间距离的倍数。 2、 在饱和压力下，蒸汽分子的平均自由程长度必须 与蒸发器和冷凝器表面之间距离具有相同的数量 级。 分子蒸馏 在这此理想的条件下，蒸发在没有任何障碍的情况下从残 余气体分子中发生。所有蒸汽分子在没有遇到其它分子 和返回到液体过程中到达冷凝器表面。蒸发速度在所处 的温度下达到可能的最大值。蒸发速度与压力成正比， 因而，分子蒸馏的馏出液量相对比较小。 在大中型短程蒸馏中，冷凝器和加热表面之间的距离 约为20~50mm，残余气体的压力为10-3mbar时，残余气 体分子的平均自由程长度约为2倍长。短程蒸馏器完全 能满足分子蒸馏的所有必要条件。
分子蒸馏
1 原理：分子蒸馏是一种特殊的液--液分离技术，它 不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理，而是靠不 同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。 2 过程： 1、 1、分子从液相主体向蒸发表面扩散 通常，液相中的扩散速度是控制分子蒸馏速度的 主要因素，所以应尽量减薄液层厚度及强化液层的 流动。 2、分子在液层表面上的自由蒸发 、 蒸发速度随着温度的升高而上升，但分离因素有 时却随着温度的升高而降低，所以，应以被加工物 质的热稳定性为前提，选择经济合理的蒸分离，分子蒸馏可以在任 何温度下进行，只要冷热两面间存在着温度差，就能达 到分离目的。 2、普通蒸馏是蒸发与冷凝的可逆过程，液相和气相间可 以形成相平衡状态；而分子蒸馏过程 分子蒸馏 中，从蒸发表面逸出的分子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， 所以，分子蒸馏过程是不可逆的。 3、普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象；分子蒸馏过程是液层表 面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。 4、表示普通蒸馏分离能力的分离因素与组元的蒸汽压之 比有关，表示分子蒸馏分离能力的分离因素则与组元的 蒸汽压和分子量之比有关，并可由相对蒸发速度求出。
但采用这种方法必须具备一定的条件： ①生成物的沸点必须高于或低于反应物； ②在精馏温度下不会导致副反应等不利影响的增加。 目前在工业上主要应用于酯类（如乙酸乙酯）的生 产。 用反应促进精馏，就是在混合物中加入一种能与 被分离组分发生可逆化学反应的物质（第三组分）， 以提高其相对挥发度，使精馏容易进行。如在混合 二甲苯中加入异丙苯钠，后者与对二甲苯和间二甲 苯反应生成对二甲苯钠和间二甲苯钠,两者反应平衡 常数相差很大,可使对二甲苯与间二甲苯的相对挥发 度增大很多。这种方法对增大相对挥发度比较有效。 但由于第三组分的回收和循环使用比较困难，使其 应用受到限制。
6. 没有沸腾鼓泡现象，分子蒸馏是液层表面上的自 由蒸发，在低压力下进行，液体中无溶解的空气， 因此在蒸馏过程中不能使整个液体沸腾，没有鼓泡 现象。 7. 无毒、无害、无污染、无残留，可得到纯净安全 的产物，且操作工艺简单，设备少。分子蒸馏技术 能分离常规蒸馏不易分离的物质。 8. 分子蒸馏设备价格昂贵，分子蒸馏装置必须保证 体系压力达到的高真空度，对材料密封要求较高， 且蒸发面和冷凝面之间的距离要适中，设备加工难 度大，造价高。 9. 产品耗能小，由于分子蒸馏整个分离过热损失少， 且由于分子蒸馏装置独特的结构形式,内部压强极低, 内部阻力远比常规蒸馏小,因而可大大节省能耗。
5 优点
1. 蒸馏温度低，分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操 作的，只要存在温度差就可以达到分离目的，这是分子 蒸馏与常规蒸馏的本质区别。 2. 蒸馏真空度高，分子蒸馏装置其内部可以获得很高的真 空度，通常分子蒸馏在很低的压强下进行操作，因此物 料不易氧化受损。 3. 蒸馏液膜薄,传热效率高。 , 4. 物料受热时间短，受加热的液面与加冷凝面之间的距离 小于轻分子的平均自由程，所以由液面逸出的轻分子几 乎未经碰撞就达到冷凝面。因此，蒸馏物料受热时间短， 在蒸馏温度下停留时间一般 分子蒸馏几秒至几十秒之 间，减少了物料热分解的机会。 5. 分离程度更高，分子蒸馏能分离常规不易分开的物质
反应精馏
1 定义：反应精馏就是在进行反应的同时用 精馏方法分离出产物的过程。 2 原理：对于可逆反应，当某一产物的挥发 度大于反应物时，如果将该产物从液相中 蒸出，则可破坏原有的平衡，使反应继续 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反应为不可逆 反应。
3 应用：化工生产中，反应和分离两种操作通 常分别在两类单独的设备中进行。若能将两者结 合起来，在一个设备中同时进行，将反应生成的 产物或中间产物及时分离，则可以提高产品的收 率，同时又可利用反应热供产品分离，达到节能 的目的。 4 优点：1 破坏了可逆反应平衡，增加了反应的 选择性和转化率，使反应速度提高，从而提高了 生产能力。 2 精馏过程可以利用反应热，节省了能量。 3 反应器和精馏塔合成一个设备，节省投资。 4 对某些难分离的物系，可以获得较纯的产 品。
共沸精馏
1 定义：在精馏过程中共沸剂将以共沸物的形 式从塔顶蒸出，塔釜则得到无水乙醇。这种 方法就称作共沸精馏。 2 范围： 如果双组分溶液A、B的相对挥发度 很小，或具有均相恒沸物，此时可加入某种 添加剂C（又称挟带剂）进行精馏。此挟带剂 C与原溶液中的一个或两个组分形成新的恒沸 物（AC或ABC），该恒沸物与纯组分B（或A） 之间的沸点差较大，从而可较容易地通过精 馏获得纯B（或A）。