高等分离工程--反应精馏
化工分离工程 重点
精馏是借助多级平衡手段提高产品（液体混合物）纯度的一种蒸馏操作。
精馏操作的原理是利用待分离组分间的相对挥发度的差异，通过逐级平衡实现组分分离。
普通精馏不适合于以下状况的物料：1、相对挥发度接近1的组分；2、待分离组分间形成恒沸物；3、待分离组分是热敏物质；4、待分离组分是难挥发组分，且含量低。
理论板符合以下三条假设：1）进入该板的不平衡物流在其间充分接触传质，使离开该板的汽液两相物流间达到了相平衡；2）在该板上发生接触的汽液两相各自完全均匀，板上各点汽相浓度和液相浓度各自都相同；3）该板上充分接触后的汽液两相实现了完全机械分离，不存在夹带、泄漏。
相平衡常数K组分i 的相平衡常数定义为：Wilson 方程特点：1、仅需用二元参数即能预计多元系的活度系数；2、适用范围广，对极性互溶系统有较高的正确度；3、活度系数方程包括了温度影响。
缺点：不能预计液液平衡时的活度系数。
NRTL 方程特点：1、适用于汽液平衡（VLE ），也适用于液液平衡（LLE ）；2、需要有关二元系的三个模型参数才能预测多元相平衡；3汽液平衡的预测精度比威尔逊差，含水系统预计精度甚好。
UNIQUAC 方程 特点：具有NRTL 的优点，适用于分子大小相差悬殊的混合物。
关键组分：进料中按分离要求选取的两个组分（大多是挥发度相邻的两个组分），它们对物系的分离起着控制作用，且它们塔顶或塔底产品中的回收率或含量通常是给定的，因而在设计计算中起着决定性作用。
挥发度大的为轻关键组分，挥发度小的称重关键组分。
芬斯克方程：用于计算全回流操作时，达到规定分离要求所需要的最少理论板数Nm 。
恩德吾特方程：用来估计达到规定分离要求所需的最小回流比。
吉利兰关联式：常用的特殊精馏① 萃取精馏：添加萃取剂改变体系中各组分的汽液平衡关系。
② 恒沸精馏：添加物与分离组分形成恒沸物改变汽液平衡关系。
③反应精馏：添加物与体系中的某组分反应生成新物质，从而改变原分离体系的汽液平衡关系。
反应精馏操作流程
反应精馏操作流程Distillation is a commonly used process in the chemical industry for separating mixtures based on the differences in their volatilities. 反应精馏是化工行业常用的一种过程，用于根据混合物中不同组分的挥发性差异来进行分离。
It is a crucial step in the production of chemicals, fuels, and pharmaceuticals. 这是化学品、燃料和药品生产中的一个关键步骤。
The distillation process involves heating a liquid mixture to create vapor and then condensing the vapor back into a liquid. 该精馏过程涉及将液体混合物加热以产生蒸汽，然后将蒸汽冷凝回液体。
This separation is based on the differences in boiling points of the components in the mixture. 这种分离是基于混合物中组分的沸点差异。
In a typical distillation setup, the liquid mixture is heated in a distillation flask, and the resulting vapor travels through a column where it is cooled and condensed. 在典型的精馏装置中，液体混合物在精馏烧瓶中加热，产生的蒸汽通过一个柱子传输，在那里被冷却和冷凝。
The condensed liquid is collected in a receiving flask, and the components are separated based on their different volatilities. 冷凝液被收集在接收烧瓶中，根据它们不同的挥发性来分离组分。
分离工程第七章 其它分离方法6
表 溶质-溶剂基团相互作用的罗宾斯
基团
组
与拉乌尔定律的偏差
号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
结合氢的给予体 酚
1 0 0 － 0 －－－－－ － － －
酸、硫醇
2 0 0 － 0 －－ 0 0 0 0 － －
醇、水
3 －－ 0 ＋＋ 0 －－－ － － －
从固体或液体中提取出待分离的高沸点或热敏性
物质的新型萃取技术。
• 萃取原理
超临界流体具有选择性 溶解物质的能力，并随着临 界条件（T，P）而变化。超 临界流体可从混合物中有选 择地溶解其中的某些组分， 然后通过减压，升温或吸附 将其分离析出。
• 超临界流体:处于临 界温度和临界压力 之上的物质状态。
当用炭分子筛作为吸附剂时，由于空气 中氧与氮分子的动力直径不同，氧在吸附剂 孔道中的扩散系数比氮要大两个数量级
当干燥的空气通过装填了炭分子筛吸附 剂颗粒的固定床吸附塔时，空气中的氧被迅 速吸附，而氮分子大多数随气流带出吸附塔。
只要吸附剂装填量足够多，就有可能得 到纯度较高的产品氮气，通常氮的浓度可以 达到99.5%(摩尔分数)
除去的污染物
染料
进水中有机物浓度，
mg／L
200
出水浓度，mg／L 无颜色
流速，m3／min 接触时间，min 活性炭规格，mm
1.32 40-44 12×40
活性炭用量，m3 56.6
567 杀虫剂
50-200
酚＜1 0.36 53 12×40 8吨／塔
720
378.5
16000
酚
多元醇
炼油废水COD
醚、氧化物、亚砜
反应精馏加盐精馏汇总
➢ 反应精馏分离异构体的过程是在双塔中完成的。
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3.3.1 反应精馏的应用
(2) 利用反应促进精馏
✓ 加入第三组分到1塔中，使之选择性地与异构体之一优先 发生可逆反应生成难挥发的化合物，不反应的异构体从塔顶 馏出。
✓反应添加剂和反应产物
IPNa
从塔釜出料进入2塔，在该
Px
Mx
塔中反应产物发生逆反应，
Px, Mx
通过精馏作用，塔顶采出
异构体，塔釜出料为反应
添加剂，再循环至1塔。
✓ ②具有足够的表面积进行催化反应； ✓ ③允许催化剂颗粒的膨胀和收缩，而不损伤催化剂； ✓ ④结构简单，便于更换。
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3.3.1 反应精馏的应用
催化剂在塔内的装填方式必须满足：
✓ ①使反应段的催化剂床层有足够的自由空间，提供汽液相的 流动通道，以进行液相反应和气液传质；
✓ ①反应产物不断移出反应区，有利于反应正向进行， 使反应转化率和选择性提高；
✓ ②由于反应产物不断离开反应区，反应区内反应物浓 度较高，增加了反应速度，提高了生产能力；
✓ ③充分利用了反应热，节约能量。
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3.3.1 反应精馏的应用
(2) 利用反应促进精馏
✓ ②具有足够的表面积进行催化反应； ✓ ③允许催化剂颗粒的膨胀和收缩，而不损伤催化剂； ✓ ④结构简单，便于更换。
c5馏分分离工艺技术之国内部分
胡競民白希耐一、裂解C5馏分分离现状1．双环戊二烯产品的分离国内一般通过加热和蒸馏的方法从裂解C5馏分中分离出工业级双环戊二烯，再由工业级双环戊二烯制取高纯度的双环戊二烯产品。
⑴精馏将工业级的双环戊二烯（80%纯度）通过减压蒸馏塔，在一定的塔高和一定回流比下进行蒸馏。
根据工业级双环戊二烯的组成不同，蒸馏操作可以是一台塔或者二台塔串联操作。
例如上海石化的分离装置采用一台塔，有的化工厂要获得高纯度的双环戊二烯产品则采用两台塔。
精馏获得的双环戊二烯纯度一般在90%～94%。
⑵解聚-二聚-蒸馏通过解聚-二聚-蒸馏法获得的双环戊二烯产品的纯度均比较高，一般在96%～98%，有的还可达到99%左右。
目前国内公布了很多有关该方法的专利技术，并已有1000t/a的工业规模装置，装置采用带搅拌的釜式结构，工艺流程简单，操作方便。
2．异戊二烯的分离国内实现工业化的异戊二烯分离技术为溶剂二甲基甲酰胺（DMF）萃取蒸馏法。
此外，业界在共沸精馏、反应精馏、加氢分离、一段萃取、共沸和萃取结合工艺等进行了很多研发工作，取得了一定成绩和进展。
二、新型C5分离工艺的开发1．C5馏分的加氢分离工艺C5馏分中含有大量的不饱和烃,根据产品用途的不同,可通过选择加氢或全加氢将其转化为烯烃或烷烃,再通过分离加以利用。
目前国内已利用由裂解汽油加氢装置得到的混合C5烷烃开发了新型C5烷烃分离工艺。
该工艺由加氢和烷烃分离过程组成,可同时得到环戊烷、异戊烷和正戊烷。
其工艺投资小,操作费用少,能耗低,可依市场需求灵活调整产品方案。
2．反应精馏技术采用反应精馏技术从C5馏分中分离双烯烃的方法,即将C5馏分进行反应精馏,使环戊二烯发生二聚反应, 异戊二烯由塔顶分离出去,物料经精馏分离得到间戊二烯、双环戊二烯和异戊二烯。
针对现有技术在脱除环戊二烯过程中存在的问题,反应精馏技术有其独特之处：(1)由于在脱除环戊二烯过程中能有效抑制除环戊二烯二聚反应外的其他二聚反应，因而减少了副产物的生成，既提高了双环戊二烯产品的质量又减少了C5双烯的损失；(2)由一个反应精馏塔替代现有技术中的二聚反应器和预脱重塔，简化了工艺流程和操作；(3)由于简化了工艺流程，减少了设备的投资，降低了生产过程中的能耗。
反应精馏工艺流程
反应精馏工艺流程Distillation is a commonly used separation process in the chemical industry. It involves the separation of components in a liquid mixture based on the differences in their boiling points. Distillation is a crucial process in industries such as oil refining, chemical manufacturing, and pharmaceutical production. 反应精馏是化工行业常用的分离工艺，它通过依据不同组分的沸点差异来分离液体混合物中的组分。
反应精馏在石油精炼、化学制造和制药生产等行业中起着至关重要的作用。
The distillation process begins by heating the liquid mixture in a distillation column. As the mixture is heated, the components with lower boiling points vaporize first and rise to the top of the column. The vapor is then condensed back into liquid form and collected as a distillate. The components with higher boiling points remain in the liquid phase and are drained out as bottoms. 反应精馏工艺始于加热反应器内的液体混合物，随着混合物的加热，沸点较低的组分首先蒸发并上升到塔顶。
化工分离工程PPT课件
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
一、膜种类
二
天然膜 生物膜
、
天然物质改性膜 人工膜 无机膜 金属膜
设 备
非金属膜 有机膜 均质膜
微孔膜
管卷板 式式框
式
非对称性膜
复合膜
离子交换膜
➢ 膜性能：
1.分离透过性
a. 透过通量
单位时间通过单位膜面积的物理量。
b. 分离效率 用截留率表示： （R）
截留率：表示膜对溶质的截留能力，可用
操作中：
阳膜中带负电荷的基团“R SO3 ” 吸引溶液中带正电荷的离子，排斥带负电荷 的离子；
阴膜中带正电荷的基团“R N (CH3 )3 ” 吸引带负电荷的离子，排斥带正电荷的 离子
这种现象称：反粒子迁移
即：与膜所带电荷相反的离子穿过膜的现象 称反粒子迁移。
+++++++++++
1
Na
新型分离技术
第一节 膜分离技术 第二节 吸附分离 第三节 反应精馏
第一节 膜分离技术
➢ 膜的作用：
选择渗透
➢ 适用：
1.热敏性物质 ——可常温操作
2.特殊溶液 ——可用于大分子、无机盐、蛋
白质溶液等
第一节 膜分离技术
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5
分离用膜和膜分离设备 反渗透 超滤与微滤 电渗析 其它膜分离
J — 时间时的渗透通量 kg / m 2 h m — 率减系数（小数）
2. 物化稳定性
强度、耐温、耐压性等
二、分离设备 （1）板框式膜具
↑↑
（2）卷式膜具 由四层组成
反应精馏制乙酸乙酯(详细参考)
实验一反应精馏法制乙酸乙酯一、实验目的1.了解反应精馏是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程。
2.掌握反应精馏的操作。
3.能进行全塔物料衡算和塔操作的过程分析。
4.了解反应精馏与常规精馏的区别。
5.学会分析塔内物料组成。
二、实验原理反应精馏过程不同于一般精馏，它既有精馏的物理相变之传递现象，又有物质变性的化学反应现象。
反应精馏对下列两种情况特别适用：（1）可逆平衡反应。
一般情况下，反应受平衡影响，转化率只能维护在平衡转化的水平；但是，若生成物中有低沸点或高沸点物质存在，则精馏过程可使其连续地从系统中排出，结果超过平衡转化率，大大提高了效率。
（2）异构体混合物分离。
通常因它们的沸点接近，靠一般精馏方法不易分离提纯，若异构体中某组分能发生化学反应并能生成沸点不同的物质，这时可在过程中得以分离。
对于本实验来说，适于第一种情况，但但该反应若无催化剂存在，单独采用反应精馏存在也达不到高效分离的目的，这是因为反应速度非常缓慢，故一般都用催化反应方式。
酸是有效的催化剂，常用硫酸。
本实验是以乙酸和乙醇为原料，在催化剂作用下生成乙酸乙酯的可逆反应。
反应的方程式为：CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5+H2O实验的进料有两种方式：一是直接从塔釜进料；另一种是在塔的某处进料。
前者有间歇和连续式操作；后者只有连续式。
可认为反应精馏的分离塔也是反应器。
若采用塔釜进料的间歇式操作，反应只在塔釜内进行。
由于乙酸在气相中有缔合作用，除乙酸外，其它三个组分形成三元或二元共沸物。
水－酯，水－醇共沸物沸点较低，醇和酯能不断地从塔顶排出。
由于乙酸的沸点较高，不能进入到塔体，故塔体内共有3组分，即水、乙醇、乙酸乙酯。
本实验采用间歇式进料方式，物料衡算式和热量衡算式为：（1）物料衡算方程对第j块理论板上的i组分进行物料衡算如下（2）气液平衡方程对平衡级上某组分i的有如下平衡关系：每块板上组成的总和应符合下式：（3）反应速率方程（4）热量衡算方程对平衡级进行热量衡算，最终得到下式：三、实验装置及实验流程示意图实验装置如图2所示。