恒沸精馏

恒沸精馏
姓名：杨慧霞
班级：2012011601
学号：1221215377 指导老师：叶超群
恒沸精馏
恒沸精馏是一些难用普通精馏方法分离的体系中加入一新的组分（称为挟带剂），挟带剂与待分离关键组分形成恒沸物（该恒沸物可以是二元的，也可以是多元的；可以是易挥发的塔顶产品，也可以是难挥发的塔底产品；但最好是前者），而使原体系中的组分得到分离。

恒沸精馏与萃取精馏一样，都是多组分非理想溶液的精馏。

一，恒沸精馏挟带剂的要求
恒沸精馏挟带剂至少应与待分离组分之一形成恒沸物，且最好是形成一最低恒沸物，可以有较低的操作温度：在操作温度，压力及塔内组成条件下挟带剂与待分离组分是完全互溶的。

一个理想的挟带剂应具有以下性质：
（1）当分离两沸点相近的组分或一最高沸点恒沸物时，所选择的挟带剂应具有下列性质之一：
（i）挟带剂与其中一个组分形成一最低点恒沸物。

（ii）挟带剂与两个待分离组分分别形成两个最低沸点恒沸物，其中一恒沸物比另一恒沸物有足够低的沸点。

（2）当分离最低沸点恒沸物时，所选择的挟带剂应具有下列性质之一：
（i）挟带剂与其中之一形成最低沸点恒沸物，且沸点比之原料恒沸物的沸点低很多。

（ii）挟带剂与原料组分形成一三元最低沸点恒沸物，其沸点比原料恒沸物的沸点低得多，且三元恒沸物中两个待分离组分之比有较大差别。

二恒沸精馏流程
以分离乙醇-水恒沸物为例，可在其中加入苯作添加剂，加入苯之后的溶液形成了苯-水-乙醇的三组分非均相恒沸物。

恒沸精馏采用如图所示的流程，在恒沸精馏塔Ⅰ中部加入接近恒沸组成的乙醇-水溶液，塔顶加入苯。

精馏时，沸点最低的三组分恒沸物由塔顶蒸出，经冷凝并冷却至较低的温度后在分层器中分层。

各组分基本成分表如下：
乙醇-苯-水三元共沸物性质
项目共沸点℃乙醇％水％苯％
64.85 18.5 7.4 74.1
乙醇-苯-
水
乙醇-苯68.24 32.7 0.0 67.63
苯-水69.25 8.83 8.83 91.17
乙醇-水78.15 95.57 74.43 0.0
其中苯相回流入Ⅰ塔作回流，苯作为挟带剂循环使用。

Ⅰ塔釜液为高纯度乙醇。

分层器中的水相进入塔Ⅱ以回收其中的苯。

Ⅱ塔塔顶所得的恒沸物并入分层器，塔底为稀乙醇-水溶液，可用普通精馏塔Ⅲ回收其中的乙醇，塔釜废水弃去。

下面简单介绍一些恒沸精馏的原则流程，从流程中可以看出，恒沸精馏塔本身并无特殊，但挟带剂的回收处理却占有相当的比重。

（i）二元非均相恒沸物的分离
如丁醇-水体系的相图中；新鲜原料浓度低于一定值时，应先进入分层器分层，如高于一定值则可以直接送入醇塔，其原理流程如下图所示：
（ii）塔顶产品为三元恒沸物的分离
含水乙醇用苯做挟带剂脱水的流程是典型的三元恒沸物分离流程。

如图所示：
三，恒沸精馏的应用前景与市场预测
随着政府刺激内需政策效应的逐渐显现以及国际经济形势的好转，恒沸精馏塔下游行业进入新一轮景气周期从而带来恒沸精馏塔市场需求的膨胀，恒沸精馏塔行业的销售回升明显，供求关系得到改善，行业盈利能力稳步提升。

同时，在国家“十二五”规划和产业结构调整的大方针下，恒沸精馏塔面临巨大的市场投资机遇，行业有望迎来新的发展契机。

例如：无水乙醇用途广泛。

近年来,石油价格不断升高,节约石油资源的举措已列入国家科技发展计划纲要,我国北方一些省区正在推广车用无水乙醇项目。

无论是从装备的投入,还是从操作费用及能耗来看,乙醇、苯和水(EBW)三元恒沸体系生产无水乙醇的工艺均具显著优越性。

与乙醇、环己烷和水三元恒沸体系生产无水乙醇的工艺相比,前者EBW体系的主塔需要27块左右理论板,后者需35块以上,所以后者塔板数比前者多;从塔负荷来讲,后者主塔的负荷也略大于前者,并且后者的回收塔的能耗和主塔接近,而前者的回收塔能耗只有主塔的1/5左右,所以后者能耗比前者大很多。

这主要是由于苯的带水能力强,并易于和水分离。

但苯有较大的毒性,所以无水乙醇中要求苯的质量浓度很低。

无水酒精又称燃料乙醇, 是指含水量很少的酒精, 一般酒精体积分数大于992%, 广泛用于化学试剂、医学、农药、油漆、颜料、化妆品、香料、国防工业、电子工业、航天工业等许多行业。

它的另外一个重要领域是, 将无水酒精加添加剂形成变性燃料乙醇, 并以一定比例与汽油调和, 形成车用乙醇汽油, 用作点燃式内燃机的燃料。

乙醇不仅是一种优良燃料, 也是一种优良的燃油品质改善剂。

它的主要特性可以概括为 4 个方面: 是燃油氧化处理的增氧剂, 使汽油增加内氧, 燃烧充分, 达到节能和环保目的; 具有极好的抗爆性能, 调和辛烷值一般都在120 以上, 可有效提高汽油的抗爆指数( 辛烷值) ; 在新标准汽油中, 还可以经济有效地降低芳烃、烯烃含量, 降低炼油厂的改造费用; 以农作物发酵法生产的燃料乙醇, 具有和矿物燃料相似的燃料性能, 其生产原料为生物质能, 因而在整个自然界这个大系统中, 乙醇的整个生产和消费过程可形成无污染和非常清洁的闭路循环过程。

1 燃料乙醇生产方法
燃料乙醇的生产方法很多, 包括生石灰脱水法、盐脱水法、( 溶盐) 萃取蒸馏法、分子筛制取法、真空蒸馏法、淀粉吸附法、离子交换树脂法、恒沸精馏法等[ 3~ 7] 。

无水酒精的大规模生产方法或工艺主要有恒沸精馏、萃取蒸馏和现代分子筛3 种方法, 这3种大规模生产方法各有利弊。

开发无水酒精新工艺, 关键在于如何利用新技术降低生产成本, 形成既节能又环保的生产工艺。

无水酒精生产具有能耗大的特点, 本文作者将恒沸精馏与热泵技术两种成熟技术有机地结合起来, 开发出热泵恒沸精馏生产新工艺, 大大降低了生产能耗, 发展出一种具有经济- 节能- 环保多重效益的新工艺。

2 热泵恒沸精馏工艺技术
2.1 传统恒沸精馏生产无水酒精工艺方法传统恒沸精馏工艺是在常压下无法制取无水酒精的情况下, 向酒精溶液添加夹带剂( 如苯、环己烷、戊烷等) 进行精馏, 夹带剂与酒精溶液中的乙醇、水形成三元共沸物。

该三元共沸物与纯组分酒精( 或水) 之间的沸点差较大, 从而可较容易地通过精馏获得纯度很高的酒精。

传统的恒沸精馏法已形成规模化、机械化程度很高的无水酒精生产工艺, 且产量大、质量好、生产稳定、技术成熟, 其能耗低于萃取蒸馏法, 比目前推广应用的分子筛制取法操作成本更低。

当然, 这种成熟生产工艺, 也有其缺点, 主要是能耗还不是太理想, 且夹带剂在生产操作不当时会引起环境污染。

2.2 热泵恒沸精馏生产无水酒精新工艺热泵恒沸精馏生产新工艺其物流系统全封闭操作, 正常生产无任何产品废物及环境污染由于恒沸精馏( 以苯为例, 常压) 的脱水塔上下温差只有13 , 完全符合热泵经济性要求, 针对恒沸精馏法能耗大的不足, 将恒沸精馏与热泵技术两种成熟的技术有机地结合起来, 开发出热泵恒沸精馏生产新工艺: 将传统恒沸精馏工艺中的酒精脱水塔塔顶苯- 乙醇- 水三元共沸物蒸气( 646 ) 不经过冷凝, 直接通过热泵压缩机加压升温到100 , 作为乙醇脱水塔塔釜再沸器热源; 冷凝液靠压缩机升温时带来的压力送入高位凝液分层器, 上层富苯相作为酒精脱水塔塔顶回流, 下层富水相自流入夹带剂( 苯) 回收塔回收夹带剂; 夹带剂回收塔底部乙醇和水再送入酒精回收塔。

酒精回收塔塔顶乙醇- 水二元恒沸物蒸气( 78 ) 同样不经过冷凝, 由热泵压缩机加压升温( 120 ) 作为酒精回收塔塔釜( 103 ) 再沸器热源。

冷凝液部分作为回流, 其余作为原料酒精利用。

将恒沸精馏与热泵技术两种成熟的技术有机地结合起来而形成的热泵恒沸精馏生产新工艺, 大大降低了生产能耗, 是一种具有经济- 节能- 环保多重效益的新工艺, 可减轻对环境的热污染, 也是一种清洁生产工艺。

用热泵恒沸精馏工艺替换传统恒沸精馏工艺, 具有巨大的经济效益和社会效益, 特别是对于缺水地区其优势更大。

可以说恒沸精馏在工业上的应用超乎我们的想象。

恒沸精馏技术将对世界工业发展做出巨大贡献。

参考文献：《萃取精馏及恒沸精馏》赵承朴编高等教育出版社1998年11月第一版《有机化工分离工程》许其佑等编华东化工学院出版社1990年六月第一版
《传质分离工程》刘家琪主编。