精馏在化工生产中的应用

精馏在化工生产中的应用

摘要

精馏是利用混合物中各组分挥发度的差异进行分离的操作单元。它被广泛地应用于工业生产中,并且在所有的分离方法中长期占据着主导地位。在化学工程中,最典型和最重要的多级分离过程是精馏过程,各种节能的、特殊的精馏分离流程得到快速的发展。本文将对精馏技术的原理、发展、应用及前景做出讨论,并浅谈几种新型的精馏工艺,旨在使精馏技术得到更广泛的发展和应用。

Abstract：Distillation is the use of the difference in the volatile components of the mixture were separated in the operation unit,it is widely used in industrial production,and all the long-term separation dominates.In chemical engineering, the most typical and most important multi-stage separation process is distillation process, a variety of energy-saving, special distillation separation processes are rapid development.This article will distillation technology principle, the development, application and prospects to make discussions and on several new distillation process,distillation technology has been designed to enable the development and wider application.

1.蒸馏与精馏的原理

液体具有挥发而成为蒸汽的能力。各种液体的挥发能力不同，因此，液体混合物汽化后所生成的蒸汽组成与原来液体的组成是有差别的。蒸馏是通过加热造成气液两项体系，利用液体混合物各组分挥发性的

差别或沸点的差别实现组分的分离提纯的一种操作。若将混合液加热令其部分部分汽化，则挥发性高的组分，即沸点低的组分（称为易挥发组分或轻组分）在汽相中的浓度比液相中的浓度要高；而挥发性低的组分，即沸点叫高的组分（称为难挥发组分或重组分）在液相中的浓度要比在汽相中的高。例如：在容器中将苯和甲苯的混合液加热使之部分汽化，由于苯的挥发性能比甲苯强（即苯的沸点比甲苯的低），汽化出来的蒸汽中苯的浓度必然比原来的液体中的要高。当汽，液两相达到平衡后，将蒸汽抽出并使之冷凝，则得到的冷凝液中苯的含量比原来溶液要高。留下的残液中，甲苯的含量要比原来的溶液要高。这样混合液就实现了初步分离。多次进行部分汽化或部分冷凝以后，最终可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分，这就叫做精馏。

2.精馏的概念及发展

精馏过程是分离液体混合物的一种方法,在石油炼制、石油化工及化学工业中占有重要的地位,一般在化工厂的基建投资中通常占有50一90%的比重。为此了解分离过程,选择、设计和分析分离过程中的各参数是非常重要的。[1] 蒸馏是有着悠久的历史的单元操作,早在公元初,人们已应用蒸馏来提浓酒精饮料。9世纪初,相继出现了泡罩塔填料塔和筛板塔。本世纪初,蒸馏技术已从酒精的提浓扩展为化学工业中的主要分离方法,广泛应用于原油分离制取各种油品。随着石油工业、化学工业的发展,特别是石油化工的发展,无论在精馏装置的规模上,还是在分离的难度上,都提出了更高的要求,新型分离设备不断涌

现,各种节能的、特殊的精馏分离流程得到发展,精馏的设计方法逐步实现了规范化,先进的精馏优化控制方案不断被开发并获得应用,精馏技术的发展已达到了相当成熟的程度。

3.精馏主要设备及过程

精馏过程的主要设备有：精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设备等。精馏塔以进料板为界，上部为精馏段，下部为提留段。一定温度和压力的料液进入精馏塔后，轻组分在精馏段逐渐浓缩，离开塔顶后全部冷凝进入回流罐，一部分作为塔顶产品（也叫馏出液），另一部分被送入塔内作为回流液。回流液的目的是补充塔板上的轻组分，使塔板上的液体组成保持稳定，保证精馏操作连续稳定地进行。而重组分在提留段中浓缩后，一部分作为塔釜产品（也叫残液），一部分则经再沸器加热后送回塔中，为精馏操作提供一定量连续上升的蒸气气流。

4．精馏几种简单分类及特点

（l）平衡闪蒸气化和部分冷凝单级分离过程即为一般闪蒸过程和部分冷凝过程,进料以某种方式被加热使其发生部分气化,经过减压装置,在闪蒸塔内使汽液两相迅速分离,得到含易挥发组分较多的蒸气,称为闪蒸过程。若与之相反,把蒸气进料部分冷凝,得到含难挥发组分较多的液体,称为部分冷凝过程。在上述过程中,如果气、液两相有足够的时间与紧密接触而达到了平衡状态,则这种方式称为平衡气化或平衡冷凝,适应于对分离纯度要求不高的场合。

2)逐次气化

也称“微分蒸馏”即一定量的混合液体在釜中被加热使之逐渐进行气化,产生的蒸气被引出,并经过冷却后将其收集起来。微分蒸馏是一种非稳态过程,分离程度不高,工业应用很少,一般多在实验室分析中使用。

2.1.1连续多级蒸馏多级连续蒸馏即精馏,是化工装置中常用的蒸馏方法,进料连续地引入某一中间位置的板上,该板液体组成大体与进料组成相同,塔顶、塔底连续引出合格产品，塔顶设有冷凝器使蒸气冷凝并部分回流,塔底有再沸器产生蒸气送回塔内。蒸馏塔内建立温度和浓度梯度"连续多级蒸馏的分离效果远优于平衡气化和微分蒸馏。

2.1.2分批蒸馏

在许多化工过程中,所处理的液体混合物可能要分批进行,或者是产量小,或者是浓度经常改变,或者是要求用同一个塔分离多组分混合物成为几个不同馏分等。此时,需采用分批蒸馏(或称间歇蒸馏)首先将被分离的原料液整批全部装入蒸馏塔的塔釜中,然后通过塔釜加热,使所产生的蒸气进入塔内逐渐上升,然后在塔顶冷凝,部分采出作为塔顶产品,与单级的微分蒸馏不同,分批蒸馏可以是多级的,并采用部分冷凝液作为液体回流,使塔内气!液保持接触,这与连续蒸馏类似。在操作过程中,塔釜中的液体连续减少,塔顶产品在馏出液接收罐中积累。分批蒸馏可以通过改变回流比或压力,以达到馏出不同馏分的目的。它属于一种不稳态过程,适用于小型、多品种产品的工厂。

2.2特殊蒸馏

2.2.1萃取蒸馏