浅谈精馏技术研究进展与工业应用

浅谈精馏技术研究进展与工业应用

精馏是化学工业中应用最广泛的关键共性技术，广泛应用于石油、化工、化肥、制药、环境保护等行业。精馏具有应用广泛、技术成熟等优点，但存在设备投资大、分离能耗高等问题。文章介绍了精馏原理，分析了工业常用精馏技术应用，探讨了节能高效精馏技术开发的措施。

标签：精馏技术；研究进展；节能研究

引言

精馏是化工生产中常用的分离方法，它是利用液体混合物各组分的挥发度差异进行分离的操作过程。精馏技术已经过100 多年的发展，并成为目前应用最广泛的一种分离技术，在化学工业、石油化工、精细化工、轻工化工、煤化工、食品工业、医药工业、原子能工业、冶金工业等领域都有广泛的应用。

1 精馏原理

精馏过程一般在精馏塔内进行，其精馏过程一般为原料液自塔的中部某适当位置进入塔内，在塔顶设有冷凝器来将塔顶蒸汽冷凝，形成的冷凝液部分作为回流液，其余作为馏出液而排出精馏塔。该装置以进料口为分界岭，其上部为精馏段，该区域内上升蒸汽与回流液之间不停的通过逆流接触而进行着物质传递，实现易挥发组分的增浓，加料口下段为提馏段，塔底装有再沸器用来加热液体产生蒸汽，蒸汽在上升过程中与下降的液体进行逆流接触并进行物质传递，从而使不能挥发的组分富集于塔底，最终作为塔底产品排出。

2 工业常用精馏技术应用研究

2.1 催化精馏

催化精馏是将固体催化剂以适当的形式填充与塔内从而实现催化反应及精馏分离在同一个塔内连续进行，其原理是借助于分离与反应的耦合来强化反应与分离。该工艺大部分反应在该反应段内进行，塔内设置既起到催化反应作用同时也起分离填料作用，近年来相继出现了MTBE，TAME 及ETBE等技术。对催化精馏而言，反应段固体催化剂的选择及填充方式是其关键环节，由于催化剂表面积越大则催化效果越好，因此从该角度而言催化剂颗粒越小越好，但颗粒过小则其难以装填，同时又增大了蒸汽上升阻力，影响精馏分离过程，同时由于不同的反应体系在相同的反应塔内的传质扩散机理以及反应动力学和热力学均不相同，所以应有针对性的选择催化剂及其包装结构。

2.2 反应精馏

反应精馏技术是将反应过程和精馏过程在同一设备内进行耦合的过程，其可

以代替醚化、加氢以及酷化等反应。反应精馏根据反应体系及催化剂不同而分为均相反应精馏和非均相反应精馏。均相反应精馏是指反应仅发生在气液两相界而上，采用均相催化剂或不施加催化剂的工艺，该工艺在反应物没有特殊要求的情况下其反应塔内填料类型及方式可以相同，即不严格区分反应段、精馏段和提馏段。由于该工艺仅适用于不加催化剂或只能采用均相催化剂的可逆反应过程，因此其应用范围相应受到限制，同时加入催化剂时而临将催化剂从产品中脱除或回收的问题，因此其后续难度在很大程度上被增加，因此近年来该种工艺被催化蒸馏所取代。

2.3 添加剂精馏

苯取精馏。其是在反应器内添加苯取剂来加速反应进行，该种工艺在石油化工行业如1，3 一丁二烯、芳烃抽提、乙醇一水分离技术上得到广泛应用。加盐精馏。该种工艺的关键环节是加盐体系气液平衡，同时该种工艺在理论上还不成熟，对所用盐的选择缺乏知道与标准，同时对加盐能够提高相对挥发度的机理尚不能解释。

2.4 复合精馏

膜精餾。其是将膜与精馏过程结合的分离方法，一般是用疏水性微孔膜将两种不同温度的溶液分离，实现较高温度的液体内容易挥发的物质以气态的形式透过膜进入另一侧并冷凝。该工艺不需要复杂的蒸馏系统即可得到纯净的馏出液。其具有单位体积的蒸发而积大、对设备要求低并且反应过程中溶液浓度变化小的特点，同时其能在常压和较低温度下进行，并且其可以利用工业余热、地热以及太阳能等作为热源圈。结晶精馏。该工艺不仅能有效的解决易结晶物质在分离过程中以晶体形式析出而堵塞装置的难题，并可以提高产品的纯度以及加大传质推动力、强化精馏过程等优点。

3 节能高效精馏技术开发的措施

3.1 完善操作条件

在化工生产中，若想顺利进行混合物的分离，就必须更好的满足和完善精馏塔运行的条件。精馏塔的主要操作条件包括操作压力、温度、踏板压降、进料温度、回流温度、塔顶塔底采出量、组分分割程度等，由于塔的操作压力往往是预定的，其他条件必须结合实际情况进行设置，以确保分离的最大化值，获得最小冷凝负荷和再沸负荷，实现节约精馏能耗的目的。

3.2 充分利用中间换热装置节能

由于精馏塔底部与顶部存在较大的温度差异，可以通过增加中间热换器使冷热量达到均衡状态。一旦精馏塔上部温度出现了大幅度上升或者下降，可以在精馏段某踏板间设置冷凝器，用低品位冷剂作为冷源，从而达到节省主冷凝器高品位剂量的目标，有利于降低能耗。如果精馏塔低部温度变化明显，可以在提馏段

某踏板间设置中间再沸器，通过减少再沸器高品位热量的消耗来降低精馏塔热能，从而有效的提高热效率，实现最佳的节能效果。

3.3 多塔精馏分离序列的优化

在化工精馏过程中，为降低后续设备材质要求，确保稳定操作，应除去容易造成系统腐蚀和结焦的部分。将进料分为分子数接近的两股流，根据塔顶和塔底1：1 的分馏比例设置，按照塔顶产品挥发度以此递减的顺序逐个回收，结合各组分沸点的差异，进行高效的分馏。相对无热集成技术，精馏流程采用热集成技术减少了50%的操作成本投入，且塔系热集成技术获得的效果更加显著。

4 结语

我国精馏技术的研究水平已接近或达到国际先进水平，许多先进技术也在大型化工中得到了应用，但在化工生产中，所使用的精馏技术大都很原始，技术含量低。这一方面是因为化工生产的多样性与复杂性造成的，但更重要的是因为精馏作为分离手段，还没有引起足够的重视，往往只是作为一个附属过程，而且由于化工的生产特点，企业也不重视生产过程的能耗水平及环保指标。提高精馏水平，对于降低化工过程的能耗，提高生产效率有重要意义。同时先进的精馏技术，还可大幅度提高产品的质量，减少生产过程中的废品率，提高原料的利用率，并可极大促进绿色精细化工的发展。

参考文献：

[1]李苏雅，王文建.塔板技术应用研究进展[J].化工技术与开发，2011，40（12）：30-34.