特殊精馏技术综述

化工传质课程读书报告题目：特殊蒸馏技术综述学生姓名学院名称化工学院专业化学工程与工艺学号2013年 12月 20日目录一、精馏概述1.1精馏原理1.2精馏评价二、特殊精馏概述三、特殊精馏的分类及应用3.1共沸精馏3.1.1共沸精馏特点3.1.2共沸精馏分类3.1.3共沸精馏技术的应用及研究3.1.4小结3.2萃取精馏3.2.1萃取精馏的原理3.2.2萃取精馏的分类3.2.3萃取精馏在实际中应用3.2.4小结3.3溶盐精馏3.3.1精馏原理3.3.2精馏现状3.3.3小结3.4热泵精馏3.4.1热泵精馏技术的应用现状3.4.2热泵精馏技术在煤焦化精馏的应用及前景3.4.3小结3.5超重力催化反映精馏3.5.1超重力催化反应精馏概述3.5.2精馏原理3.5.3超重力催化精馏合成乙酸正丁酯3.5.4小结四、总结一、精馏概述1.1精馏原理双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。

典型的精馏设备是连续精馏装置（图1），包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。

精馏塔供汽液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸气得到部分冷凝,部分凝液作为回流液返回塔底,其余馏出液是塔顶产品。

位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。

进料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降，进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升。

在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。

液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。

对不形成恒沸物的物系，只要设计和操作得当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。

进料口以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段；进料口以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分，称为提馏段。

两段操作的结合，使液体混合物中的两个组分较完全地分离，生产出所需纯度的两种产品。

当使n组分混合液较完全地分离而取得n个高纯度单组分产品时，须有n-1个塔。

1.2操作评价评价精馏操作的主要指标是：①产品的纯度。

板式塔中的塔板数或填充塔中填料层高度，以及料液加入的位置和回流比等，对产品纯度均有一定影响。

调节回流比是精馏塔操作中用来控制产品纯度的主要手段。

②组分回收率。

这是产品中组分含量与料液中组分含量之比。

③操作总费用。

主要包括再沸器的加热费用、冷凝器的冷却费用和精馏设备的折旧费，操作时变动回流比，直接影响前两项费用。

此外，即使同样的加热量和冷却量，加热费用和冷却费用还随着沸腾温度和冷凝温度而变化，特别当不使用水蒸气作为加热剂或者不能用空气或冷却水作为冷却剂时，这两项费用将大大增加。

选择适当的操作压力，有时可避免使用高温加热剂或低温冷却剂（或冷冻剂），但却增添加压或抽真空的操作费用。

二、特殊精馏概述在实际化工精馏过程中，当待分离组分之间形成共沸物或相对挥发度接近1时，用普通精馏是无法实现分离或是在经济上是不合理的。

因此，通过向体系中加入一种适当的新组分，并且通过其与原体系中各组分的不同作用，改变组分之间的相对挥发度，使系统变得易于分离；亦或是通过改变一些精馏塔内的物理条件，来改变组分之间的相对挥发度，从而使系统变得更易分离，这类既加入能量分离剂又加入质量分离剂，或者是通过极端物理条件达到分离目的的精馏称为特殊精馏或称增强精馏。

三、特殊精馏的分离及应用按照增强精馏的操作条件，可将特殊精馏分为添加剂精馏和极端条件精馏。

根据我所查找到的资料，我将分别叙述添加剂精馏中的共沸精馏和萃取精馏；以及极端条件精馏中的热泵精馏和超重力催化反应精馏。

3.1共沸精馏3.1.1共沸精馏特点(1)共沸精馏所用的共沸剂必须与待分离组分的一个或两个形成共沸物，因此可供选择的共沸剂有限。

(2)共沸精馏的共沸剂大都从塔顶蒸出，消耗热能较大，只有当共沸物中共沸剂的含量甚少，与共沸剂形成共沸物的组分在原料中含量也少时，共沸精馏的操作才比较经济。

(3)共沸精馏即可用于连续操作也可用于间歇操作。

(4)在同样压力下操作，共沸精馏的操作温度较低，比其它精馏更适于分离热敏性物料。

3.1.2共沸精馏分类1、均相共沸精馏分离二元均相共沸物常用的方法是通过加入一种共沸剂，使其改变原混合物的性质，再进行三元物系的分离。

当共沸剂与原溶液中某组分形成二元共沸物时，三元物系的泡点温度面上会出现脊(谷)，致使稳态精馏塔内浓度分布呈复杂状况，精馏产物的分布局限在某一浓度区域内而背离一般的精馏规律，称这种现象为精馏分区。

共沸精馏分区特性将成为设计分离流程和确定精馏工艺条件时不可回避的问题。

从精馏塔温度分布具有单调性的角度出发，人们曾一度认为泡点温度面上的脊和谷是精馏分区的边界，简单蒸馏的剩余衄线和连续精馏沿塔高的浓度分布曲线均不会通过脊(谷)。

仅在近几年，一些研究者才在理解共沸精馏产物分区性质方面做一些工作，但还未见有关浓度分布通过脊(谷)的实验研究报道。

2、非均相共沸精馏非均相间歇共沸精馏是间歇精馏和共沸精馏的耦合过程，具有设备简单、可单塔分离多组分混合物和通用性强的优点。

非均相共沸精馏由于在塔顶有富含共沸剂回流，可以降低回流比，共沸剂的用量远远小于萃取精馏，同时还可能完成在萃取精馏中不能完成的分离任务。

非均相共沸精馏的主要设备是精馏塔、塔顶冷凝器和分相器。

共沸物可以在分相器中分为两个不互溶的液层：富含共沸剂的液层回流；另一液层采出，从而以很经济的方式实现了共沸物的分离。

与均相共沸精馏相比，非均相间歇共沸精馏在分相器中实现液液分层，可以减小共沸剂回收塔的工作，特殊情况下还可实现单塔操作。

与连续非均相共沸精馏比较，它具有比较灵活的回流比操作策略，具有更大的操作弹性。

但是，由于各参数随时间变化和液液平衡计算的困难，以及复杂的回流控制等多方面的原因，导致了设计、模拟和控制的难度，使该过程在被广泛应用的同时，人们对它的认识不如对共沸物精馏的均相过程和连续过程那么深入，相关的文献报道很少。

3.1.3共沸精馏技术的应用及研究脱除混合物中的水和回收苯酚供缩合反应循环使用，是双酚A生产工艺中非常重要的单元操作。

由于苯酚和水能形成共沸物，因此不能用普通精馏方法将它们分离。

刘金海¨在苯酚一水物系中加入了一种共沸剂甲苯，用共沸精馏法实现了苯酚一水混合物的分离。

分离后的水可以直接送到生化装置进行处理，苯酚回收供反应系统循环使用。

崔艳萍等用剩余曲线图(RCM)方法对丙酮一甲基异丙基酮(MIPK)一水三元非均相共沸物系进行分析，提出通过利用中间液一液分离器，在一个塔中实现丙酮、MIPK、水的分离。

结合残余曲线、蒸馏边界线、精馏段和提馏段浓度轮廓线、中间液一液分离器相平衡线等曲线对提出的丙酮、MIPK、水三元物系非均相共沸精馏过程进行了详细的分析，对非均相共沸精馏过程的设计和操作都将会起到重要的作用。

以MIPK生产中的分离过程为例，建立了节能型精馏流程，结果表明：该流程可以节省设备投资，简化操作，降低生产成本。

岳国君等以工业酒精为原料，采用间歇共沸精馏方法制取无水乙醇，考察了共沸剂类型、共沸剂用量、共沸精馏时间等因素对分离效果的影响。

实验结果表明：采用环己烷作共沸剂，共沸剂的实际加入量与理论加入量之比约为1．23：1和共沸精馏时间为135min左右时，制得的无水乙醇浓度(质量分率)可以达到99．88％。

屈文江研究了以正己烷作为共沸剂，采用间歇共沸精馏法回收该厂生产废水中乙醇的过程，得到了该条件下间歇共沸精馏的流程，以及共沸剂正己烷与乙醇的最佳配比5(质量比)、回收水相中的共沸剂正己烷和原料乙醇时适宜的回流比为7～8等操作参数。

实验结果证明，该方法可行并且是经济的。

白鹏等采用间歇共沸精馏方法分离正己烷和乙酸乙酯形成最低共沸物，丙酮为共沸剂，实验结果表明：丙酮和正己烷的质量比为1．15时，正己烷和乙酸乙酯的收率最高，分别达75．15％和73．89％。

通过实验绘制正己烷一乙酸乙酯一丙酮三元物系的剩余曲线，确定了正己烷一乙酸乙酯共沸物系分离步骤：共沸精馏塔中馏出丙酮和正己烷的共沸物和高纯度的乙酸乙酯。

魏奇业等运用剩余曲线图(RCM)方法对异丙醇一步法甲基异丁基酮分离过程进行分析，提出利用非均相共沸精馏方法进行甲基异丁基酮合成液的分离。

通过改变液一液分离器的操作条件，提高脱水效率；通过设置回收塔和回收塔中间液一液分离器，将异丙醇和水除去，并提高甲基异丁基酮收率。

研究表明，该工艺流程结构简单，脱水效果好，设备投资低，甲基异丁基酮收率高。

王吉红等利用共沸精馏的方法，对比选择不同共沸剂进行高纯度吡啶回收的理论和实验研究，设计出合适的工艺流程和工艺条件，得到了满意的结果。

并在实验数据的指导下设计建立了一套工业装置，得到了纯度大于99．5％的吡啶产品。

实践证明，用共沸精馏的原理所设计的分离工艺对于处理一系列含水共沸物系是行之有效的。

3.1.4小结综上所述，共沸精馏技术是一种分离工艺的重要手段，它可改变物系的相对挥发度，从而使物系达到分离的目的。

特别是非均相问歇共沸精馏具有设备简单、共沸剂用量小、效率高、操作灵活等优点，它还可与传统分离过程相结合(如萃取精馏)，建立新的耦合过程强化分离效果。

随着科学技术的进步，共沸精馏技术有望发挥更大的作用，特别是在制药溶剂回收和精细化工等方面有广泛的应用前景，但其过程机理和操作控制还有待于进一步深化研究。

3.2萃取精馏3.2.1萃取精馏的原理在基本有机化工生产中，经常会遇到组分的相对挥发度比较接近，组分之间也存在形成共沸物的可能性。

若采用普通精馏的方法进行分离，将很困难，或者不可能。

对于这类物系，可以采用特殊精馏方法，向被分离物系中加入第三种组分，改变被分离组分的活度系数，增加组分之间的相对挥发度，达到分离的目的。

如果加入的溶剂与原系统中的一些轻组分形成最低共沸物，溶剂与轻组分将以共沸物形式从塔顶蒸出，塔底得到重组分，这种操作称为共沸精馏；如果加入的溶剂不与原系统中的任一组分形成共沸物，其沸点又较任一组分的沸点高，溶剂与重组分将随釜液离开精馏塔，塔顶得到轻组分，这种操作称为萃取精馏。

3.2.2萃取精馏的分类1、连续萃取精馏连续萃取精溜过程中，进料、溶剂的加入及回收都是连续的。

连续萃取精馏一般采用双塔操作，第一个塔是萃取精馏塔，被分离的物料由塔的中部连续进入塔内，而溶剂则在靠近塔顶的部位连续加人。

在萃取精馏塔内易挥发组分由塔顶馏出，而难挥发组分和溶剂由塔底馏出并进入溶剂回收塔。

在溶剂回收塔内，可使难挥发组分与溶剂得到分离，难挥发组分由塔顶馏出，而溶剂由塔底馏出并循环回送至萃取精馏塔。

2、间歇萃取精馏间歇萃取精馏是近年来兴起的新的研究方向，由于间歇萃取精馏具有间歇精馏和萃取精馏的优点，近年来引起了一些学者的注意。

间歇萃取精馏比连续萃取精馏复杂得多，其流程及操作方法与连续萃取精馏不同。