新型精馏技术及其发展趋势

新型精馏技术及其发展趋

【摘要】

本文主要介绍反应精馏和隔壁精馏技术，对其原理、优缺点及研究现状进行了综述。总结了技术中存在的问题并展望其发展前景，结果表明这是两种很有发展前景的精馏技术，在未来会有很好发展。

【关键字】

反应精馏；隔壁精馏；发展趋势

一、反应精馏

（一）、概述

反应精馏是蒸馏技术中的一个特殊领域。目前，反应精馏一方面成为提高分离效率而将反应与精馏相结合的一中分离操作，另一方面则成为提高反应收率而借助于精馏分离手段的一种反应过程。它有许多优点，可以替代某些传统工艺过程如醚化、加氢、芳烃烷基化等反应，在工业上得到了一定的重视。但长期以来，对于反应精馏的研究仅限于工艺方面，直到上世纪80年代，反应精馏的基础理论性研究才开始引起研究人员的兴趣和重视。

主要分为三种情况：用精馏促进反应，用反应促进精馏，催化精馏。

1、用精馏促进反应

用精馏促进反应，就是通过精馏不断移走反应的生成物，产物离开了反应区，从而破坏了原有的化学平衡，使反应向生成产物的方向移动，以提高反应转化率和收率。在一定程度上变可逆为不可逆，而且可得到很纯的产物。

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。

2、用反应促进精馏

在待分离的混合物溶液中加入反应夹带剂，使其有选择地与溶液中的某一组分发生快速可逆反应，以加大组分间的挥发度差异，从而能容易地用精馏方法将混合物分离。通常用于组分的挥发度很接近但化学性质存在差异的混合物。

3、催化精馏

催化精馏实质是一种非均相催化反应精馏。将催化剂填充于精馏塔中，它既起加速反应的催化作用，又作为填料起分离作用，催化精馏具有均相反应精馏的全部优点，既适合于可逆反应，也适合于连串反应。

反应精馏的原理可用下图来表示：

（二）、反应精馏技术的优点

1、选择性高,由于反应产物一旦生成即移出反应区，对于如连串反应之类的复杂反应，可抑制副反应，提高收率。

2、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，缩短反应时间，从而提高了生产能力。

3、精馏过程可以利用反应热，节省了能量，操作费用低。

4、反应器和精馏塔合成一个设备，节省投资。

5、对某些难分离的物系，可以获得较纯的产品。

6、系统容易控制，常用改变塔的操作压力来改变液体混合物的沸点（即

反应温度），从而改变反应速率和产品分布。

（三）、反应精馏技术的缺点

1、要求比较苛刻，例如：

(1)化学反应必须在液相中进行。

(2)在操作系统压力下，主反应的反应温度和目的产物的泡点温度接近，以使目的产物及时从反应体系中移出。

(3)主反应不能是强吸热反应，否则精馏操作的传热和传质会受到严重影响，会使塔板分离效率减低，甚至使精馏操作无法顺利进行。

(4)主反应时间和精馏时间相比较，主反应时间不能过长，否则精馏塔的分离能力不能得到充分利用。

(5)对于催化蒸馏，要求催化剂具有较长的使用寿命，因为频繁地更

换催化剂需要停止反应精馏操作，从而影响到生产效率，同时增加了生产成本。

(6)催化剂的装填结构不仅能使催化反应顺利进行，同时要保证精馏操作也能较好地进行。（

2.对物系有要求

所有产物的挥发度大于所有反应物的挥发度；所有反应物的挥发度大于所有产物的挥发度；所有反应物的挥发度介于产物的挥发度之间。只有这三种情况可以用反应精馏。

（四）、反应精馏的发展趋势及存在问题

1.发展历程及趋势

有关反应精馏的早期研究始于1921年，反应精馏概念由Backhaus 提出，从20世纪30年代到60年代初，主要对一些特定体系的工艺条件进行探索，并且局限于板式塔中的均相反应精馏。一直到60年代末，才开始对反应精馏的一般性规律进行研究。70年代后，开始转向反应精馏的工艺计算，同时也开始对催化精馏进行研究。20世纪80年代后，反应精馏模拟计算的研究异常活跃，为优化操作和设计装置提供了极为有力的工具，数学模型也由平衡级模型拓展到非平衡级模型进而发展到90年代末的非平衡池模型，可模拟气相和液相在级上的停留时间分布和较准确地描述反应和传质行为，是对非平衡级模型的提高和进一步完善，是非常有前途的反应精馏模型。

国内在这方面的研究起步较晚，据悉，西安交通大学已经对反应精馏和膜分离工艺进行了研究，取得了一定进展。对于某些已成熟工艺，开发其在新领域的应用也具有重要意义，如将反应精馏用于分离的工艺研究。目前，反应精馏技术已在多个领域实现了产业化，对某些新领域的开发也取得了一定进展。随着节能和环保的要求日益提高，反应精馏技术将会发挥更大作用，是解决能源危机和缓解三废污染的有效途径。结合了先进的计算机模拟工具，相信反应精馏工艺在未来几十年将会有更好的发展。

2.发展中要解决的关键问题

（1）反应物种类及反应物和产物的性质对反应精馏的影响。

（2）反应热效应对精馏过程的影响。

（3）非均相催化反应精馏过程的传递规律及其设计方法。

（4）用于精细化工生产的间歇反应精馏的非稳态特性。

二、隔壁精馏

（一）、概述

隔壁精馏塔简称DWC，DWC是在精馏塔内部设置一个垂直隔板，将精馏塔分为上段，下段，以及由隔板分开的精馏进料段及中间采出段，共四部分。

1、隔壁精馏塔塔的结构特点

对于传统的三元混合物分离，若采用简单塔分离序列，至少需要2 个精馏塔才能使其得到有效分离。而图 1 所示的隔壁塔，利用隔壁将普通精馏塔从中间分割为2 部分，隔壁巧妙的使用实现了两塔的功能及三元混合物的分离。在隔壁塔中, 进料侧为预分离段，另一端为主塔，混合物A、B、C 在预分离段经初步分离后为A、 B 和B、 C 两组混合物，A、B和B、 C 两股物流进入主塔后，塔上部将A、 B 分离,塔下部将B、 C 分离, 在塔顶得到产物A, 塔底得到产物C，中间组分B 在主塔中部采出。同时，主塔中又引出液相物流和气相物流分别返回进料侧顶部和底部，为预分离段提供液相回流和初始气相。这样，只需1 座精馏塔就可得到3 个纯组分，同时还可节省1个蒸馏塔及其附属设备，如再沸器、冷凝器、塔顶回流泵及管道，而且占地面积也相应减少。一般来说,与传统的两简单塔分离序列相比，隔壁塔的能耗及设备投资均可降低30%左右。

2、隔壁精馏塔的节能原理

（1）避免了中间组分的返混效应。在常规两塔分离序列中，塔 1 提馏段内随着轻组分A 浓度的降低，中间组分 B 的浓度逐渐增加，但在靠近塔釜处，由于重组分C 浓度增加，中间 B 组分浓度在达到最大值后逐渐减小，即组分 B 在该塔中发生返混，这也是该塔分离效率较低的重要原因。与之相反，在隔壁塔中，经预分离段分离后的A、 B 和B、 C 两组混合物进入主塔后做进一步分离,其中，中间 B 组分在塔中浓度达到最大时采出，这就有效避免了两塔流程中的返混现象。