精馏分离技术研究新进展
探讨甲醇热泵精馏新工艺
2017年04月探讨甲醇热泵精馏新工艺刘立轩（东华工程科技股份有限公司，安徽合肥230024）摘要:甲醇的精馏过程是保证其产品质量的重要环节，而该过程中的能耗也是影响其生产成本的关键因素。
传统精馏设备体积大，能耗高。
相比之下，热泵精馏技术已成为降低能耗与清洁产能的重要技术之一。
热泵技术主要应用于商业建筑与工业生产等行业领域。
热泵精馏技术包括蒸汽压缩机式热泵精馏、蒸汽喷射式热泵精馏和吸收式热泵精馏。
甲醇热泵精馏则属于蒸汽压缩机式热泵精馏中的分割式热泵精馏。
甲醇热泵精馏工艺的节能效果显著，经济效益可观，操作相对简单。
然而甲醇热泵精馏技术在实际生产中会受到许多因素的影响，如精馏塔顶与塔底温差大，参考数据不足，初期投资较大等。
提高热泵能效比与输出温度是甲醇热泵精馏工艺的发展方向。
甲醇热泵精馏工艺具有广阔的工业应用前景。
关键词:甲醇热泵精馏；工艺原理；经济效益分析能源问题已经是世界各国共同关注的重点问题。
在能源短缺的客观条件下，热泵精馏的节能效果在化工和石油产业中愈来愈受到认可。
与传统的精馏技术不同，热泵利用精馏塔内气相和液相不断转换所产生的能量以达到连续高效的循环制热效果。
经过几十年的发展，热泵技术也划分出不同的类型，以满足不同条件下分离提纯的需求。
其中，分割式热泵精馏工艺有着较大的创新和广泛的应用。
以甲醇热泵精馏技术为代表，该技术具有节能降耗效果理想和适用温差较大等技术优点，本研究就甲醇热泵精馏技术的工艺原理、优缺点、发展趋势以及经济效益方面进行具体分析。
1热泵精馏技术1.1热泵精馏技术类型热泵精馏技术实际上是传递热量的技术。
热能从低温区域逆向传递到高温区域。
其中，利用热泵传递到高温区域的热量要远远高于装置自身运行所需要消耗的能量。
热泵精馏装置对其相配备的设备具有很高的要求以满足这种逆向供热方式。
适用于不同设备类型和不同物料分离的热泵精馏工艺流程可分为三种技术类型：吸收式热泵精馏、蒸汽压缩机式热泵精馏以及蒸汽喷射式热泵精馏。
国内催化精馏技术研究进展及应用
馏 过 程 的研究 。在 非 均 相 催 化 精 馏 过 程 中 ， 化 粒 催 子 布 于精 馏塔 中 ， 既 有 加 速 组 分 间 化 学 反 应 的 作 它 用， 又兼 有填 料 的 作 用 。 因而 催 化 粒 子 在 精 馏 塔 中
的 装 填 方 式 对 催 化 精 馏 效 果 具 有 很 大 的 影 响 ， 时 刷
Ｌｃ ｎ ｉｇ公 司 于 １ ７ ｉｅ ｓｎ ９ ８年起 开 发催 化 精馏 技 术 ，
１８ ９ １年 建 成 了 Ｆ产 甲 基 叔 丁 基 醚 （ Ｊ ＭＴＢ ） ３ ｋ Ｅ ６ ５ ｇ的
应产 物再 进 入精 馏 段 进 行 精 馏 ， 常 催 化精 馏 塔 可 通 分为 精馏 段 、 应精 馏段 和提 馏 段 三 个 部 分 。进 料 反 位置 及 操作 压力 、 应 段 位置 、 反 回流形 式 和 回流 比 等 操作 条 件 ， 取决 于物 料 的挥 发 度＿ ｌ 。 国外 研 究 开 发 了多 种 催化 精馏 塔 结 构 ， 目前 较
一
１１ 催化 精馏 塔 ．
个 塔 内 同 时 进 行 的 一 种 化 工 操 作 过 程 ＿ ］ 该 技 ｊ 。
按 反 应 和精 馏 结 合 方 式 的不 同 ， 化 精 馏 塔 可 催
分 为 两 种 结 构 形 式 口 第 一 种 ， 应 和 精 馏 同 时 进 引： 反
术最 早 由 Ｂ ｃｈ ｕ 于 １ ２ 年 提 出 ，０世 纪 ７ ａｃ ａ ｓ ９１ ２ ０年 代 中期 ， ａ ｔ ｎＫｏ ａ Ｅ ｓｍａ ｄ ｋ公 司 首先 实现 了酯 化 和 萃 取 精馏 相 结 合 的均相 反 应精 馏 过 程 工 业化 ， ０年 代 后 ７
期 扩 展 到 非 均 相 体 系 一 美 国 Ｃ ｅ ｃｌＲ ｓａｃ 。 ｈ ｍｉ ｅｅ ｒｈ ａ
化工精馏高效节能技术的开发及应用
化工精馏高效节能技术的开发及应用化工精馏是一种将混合物分离成纯净组分的重要工艺。
传统的精馏过程需要大量的能源和设备投入，对环境造成了严重污染。
为了减少能源消耗和环境污染，近年来，许多高效节能的化工精馏技术得到了开发和应用。
过程集成是一种有效的高效节能技术。
通过在不同的精馏塔之间进行热、质量和能量的流动，可以有效地减少能源消耗。
过程集成不仅可以减少热量的需求，还可以减少外部操作材料的消耗和废物产生。
采用反向工程设计方法，将热质合适的塔纳入某一塔内，从而实现能量和物质的流动，提高精馏过程的能效。
新型的精馏塔设计也是高效节能的重要技术。
传统的精馏塔结构往往有许多内置的板式结构，这些板式结构会导致液体在塔内的阻力增大，从而增加了能量消耗。
目前，研究人员已经开发出了一种新型的精馏塔设计，即用填料代替板式结构。
填料结构不仅可以提供更大的表面积用于传递热量和物质，还可以减少液体在塔内的阻力，从而减少了能源消耗。
使用先进的控制技术也可以实现高效节能的化工精馏。
通过使用先进的模型预测和优化方法，可以实时调整操作条件和控制参数，以提高精馏过程的效率和能源利用率。
采用模型预测控制技术，可以根据实时测量数据和模型预测结果，调整进料流量、塔内温度和压力等操作参数，实现精确控制和节能。
使用先进的节能设备也可以实现高效节能的化工精馏。
采用高效换热器，可以实现余热的回收利用，从而减少能源消耗。
采用节能泵和节能压缩机，可以减少能源消耗和运行成本。
还可以使用先进的分离膜和吸附剂等技术，实现低温混合物的分离和提纯，减少能源消耗和废物产生。
开发和应用高效节能的化工精馏技术对于减少能源消耗和环境污染具有重要意义。
通过过程集成、新型精馏塔设计、先进的控制技术和节能设备的应用，可以实现精馏过程的高效节能，为化工行业的可持续发展做出贡献。
乙酸与甲醇酯化反应精馏技术的研究
乙酸与甲醇酯化反应精馏技术的研究随着化工行业的不断发展，酯化反应作为一种重要的有机合成方法，被广泛应用于生产中。
乙酸与甲醇酯化反应是其中的一种重要酯化反应，其产物乙酸甲酯在工业上有着广泛的用途。
而精馏技术作为一种分离纯化混合物的重要方法，对乙酸与甲醇酯化反应产物的分离提纯具有重要意义。
乙酸与甲醇酯化反应精馏技术的研究对于提高产物纯度、减少能源消耗、提高工艺经济性具有重要意义。
一、乙酸与甲醇酯化反应的反应机理在乙酸与甲醇酯化反应中，乙酸和甲醇发生酯化反应，生成乙酸甲酯和水。
乙酸与甲醇在催化剂的作用下发生酯化反应，生成乙酸甲酯和水的过程遵循以下反应机理：CH3COOH + CH3OH → CH3COOCH3 + H2O乙酸与甲醇在催化剂的作用下发生酯化反应，生成乙酸甲酯和水。
二、乙酸与甲醇酯化反应产物的精馏技术1. 精馏工艺原理精馏是一种利用物质在沸点差异的基础上进行分离的方法。
对于乙酸与甲醇酯化反应产物的精馏，可以利用乙酸甲酯和水的沸点差异进行分离。
在反应产物中，乙酸甲酯的沸点为57℃，而水的沸点为100℃，因此可以利用这一差异进行精馏分离。
2. 精馏塔结构在乙酸与甲醇酯化反应产物的精馏过程中，精馏塔是起关键作用的设备。
精馏塔通常由进料口、塔板、回流器、冷凝器等部分组成。
其中，塔板是用来实现气液两相接触和传质的关键部件，其结构对于精馏效果具有重要影响。
三、乙酸与甲醇酯化反应精馏技术的关键问题1. 催化剂选择在乙酸与甲醇酯化反应中，催化剂的选择对反应速率和产物纯度有着重要影响。
常用的催化剂有硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾等。
2. 反应条件控制反应温度、压力等条件的控制对于酯化反应的选择和产物纯度都有着重要影响。
适当的反应条件能够提高反应速率和产物纯度。
3. 精馏工艺优化精馏塔的结构设计和操作条件的优化对于乙酸与甲醇酯化反应产物的分离提纯具有重要影响。
合理的精馏工艺能够提高产物的纯度和提高工艺经济性。
四、乙酸与甲醇酯化反应精馏技术的发展趋势1. 新型催化剂的研究随着化工技术的不断发展，新型的高效催化剂的研究将会成为乙酸与甲醇酯化反应精馏技术研究的关键方向。
化工精馏高效节能技术的开发及应用
化工精馏高效节能技术的开发及应用化工精馏是一种常用的分离技术，广泛应用于石油、化工、医药等领域。
传统的化工精馏存在能耗高、操作复杂、产品纯度难以满足精细化要求等问题，急需开发高效节能的精馏技术。
近年来，为了提高精馏的能效，降低能耗，化工行业引入了一系列高效节能的技术。
如气液两相微粒渗透技术，通过在精馏塔中加入微粒，利用微粒的表面积增大和两相之间的协同效应，达到提高传质效率的目的。
该技术在工业大规模应用中，能够实现传质效率提高20%以上，蒸馏能耗降低10%以上。
还有传统的微粒萃取技术、蒸馏渣油、蒸馏石油杀青油提质技术等也取得了显著的节能效果。
还有一些新型的高效节能精馏技术正在不断开发和应用。
比如利用脉动折流板技术，可以显著提高精馏塔的传质效率。
采用波浪折流板或弯曲折流板能够增加折流板表面积，增强液体的湍流，从而加强传质的效果。
研究表明，采用脉动折流板技术后，传质效率可提高30%以上，能耗降低10%以上。
利用新型的填料材料，如金属泡沫、陶瓷球等，改善塔内流态，也是节能精馏的有效手段。
高效节能的精馏技术在化工领域的应用是广泛的。
在石油化工行业中，精馏是炼油和石化生产的重要环节，通过使用高效节能的精馏技术，可以提高产品品质，降低生产成本。
在有机合成领域，利用精馏可以有效分离和纯化有机化合物，提高产品纯度和收率。
在医药领域，精馏被广泛应用于制药工艺的中间体和原料药的纯化过程中，通过使用高效节能的精馏技术，可以提高产品纯度，降低工艺成本，确保产品的质量和安全性。
随着科技的进步，高效节能的精馏技术在化工领域的开发和应用越来越受到重视。
通过采用新型的精馏技术，可以提高传质效率，降低能耗，改善产品品质，降低生产成本，实现可持续发展。
化学工程中的分离技术发展趋势
化学工程中的分离技术发展趋势化学工程是一门研究化学原理和工业应用之间相互关系的学科。
在这一领域中，分离技术起着至关重要的作用。
分离技术是将混合物中的组分分离并纯化的过程，它在化学工程的许多方面都有广泛的应用。
随着科学技术的不断进步，分离技术也在不断发展。
本文将讨论分离技术的发展趋势，以及如何改善化学工程的效率和可持续性。
一种主要的分离技术是蒸馏。
蒸馏是利用组分的不同沸点来分离液体混合物的方法。
然而，传统蒸馏方法存在能耗高、设备复杂、操作不灵活等问题。
因此，人们开始研究新的蒸馏技术。
一种被广泛研究的新型蒸馏技术是精馏。
精馏是通过改变压力来实现分离的，并降低能耗。
此外，超临界流体萃取和膜蒸馏等新型蒸馏技术也引起了人们的关注。
这些新技术在提高蒸馏效率和降低成本方面具有潜力。
除了蒸馏，膜分离也是化学工程中常用的分离技术之一。
膜分离是利用膜的选择性分离性能来分离混合物的方法。
传统的膜分离技术存在膜通量低、膜污染和膜寿命短等问题。
为了改善这些问题，人们开始研究新型的膜材料和膜结构。
纳米技术在膜分离领域的应用为提高膜通量和选择性提供了新的可能性。
此外，人们还研究了电化学膜分离和渗透压驱动膜分离等新型膜分离技术。
这些新技术在提高分离效率和降低能耗方面具有巨大潜力。
此外，离子交换也是一种非常重要的分离技术。
在离子交换过程中，通过选择性吸附和解吸离子来实现对溶液中离子的分离。
然而，传统的离子交换技术存在操作困难和产生大量废弃物等问题。
因此，人们开始研究新的离子交换技术。
吸附剂固定床离子交换技术是一种新型的离子交换技术，它通过固定床和流体化床来减少操作困难和空间占用。
此外，电渗析和薄膜离子交换等新型离子交换技术也在不断发展。
这些新技术在提高分离效率和减少废弃物产生方面具有广阔的应用前景。
最后，超临界流体技术也是化学工程中分离技术的重要领域。
超临界流体是介于气体和液体之间的状态，具有很高的扩散性、可溶性和低表面张力。
超临界流体技术在分离和提纯天然气、石油和药物等领域具有广泛应用。
甲醇精馏工艺技术现状与创新
甲醇精馏工艺技术现状与创新甲醇精馏工艺是甲醇生产装置中的一个重要工序，为了保障甲醇的质量，在生产过程中必须要对相应工艺进行有效控制。
基于这种背景，本文对甲醇精馏工艺技术现状与创新措施进行了相应分析和探讨，望能为相关人员提供借鉴和参考。
标签：甲醇精馏工艺；技术现状；创新研究甲醇是当前的一种重要有机化工原料，其衍生物以及下游产品众多，所以社会甲醇需求也不断增长。
甲醇精馏工艺是家畜生产的重要环节之一，对于甲醇的生产质量具有重要影响。
随着甲醇需求的增长，降低甲醇生产消耗以及提升加快春生产质量逐渐为人们所重视，所以对甲醇精馏工艺技术现状与创新的研究十分必要。
1 甲醇精馏工艺技术现状分析1.1 单塔精馏工艺技术单塔精馏工艺技术比较适用于对质量要求不高的燃料及甲醇加工制作，这种工艺方法是采用铜系催化低压法合成甲醇工艺，其操作工艺只需要一台主精馏塔即可。
在采用这种工艺进行甲醇制作时，对于其原材料也具有一定的要求，一般来说需要原材料粗甲醇中具有较少的还原性杂质，并且对二甲醚含量要求也较少，从而保障甲醇加工效果。
1.2 双塔精馏工艺技术双塔精馏工艺相较于单塔精馏工艺而言，具有一定的技术优势，除了主精馏塔外，该技术还需要配备一个托醚塔，从而保障制作工艺的正常进行。
并且这种工艺具有流程简单、操作方面等特点，对于甲醇制作的生产投资需求也较低。
双塔精馏工艺可以满足工艺优质品的需求，利用该工艺进行甲醇生产时，可以将精甲醇中的乙醇含量控制在400-500mg/kg之间。
双塔精馏工艺的对于原材料的要即便是粗甲醇中二甲醚等轻组分以及还原性杂质含量较低的粗甲醇也可以满足生产加工的原材料需求[1]。
1.3 三塔精馏工艺技术三塔精馏工艺顾名思义就是采用脱醚塔、加压精馏塔和常压精进行甲醇加工制作的工艺技术，这种工艺技术对于能量的利用更为合理，可以充分将加压塔塔顶冷凝潜热作为常压塔塔底再沸器的热源，形成双效精馏的能量转换形式，使能量转化在压塔塔顶和常压塔塔底之间完成，从而达到解决能量的效果。
热泵精馏技术进展介绍
２ １ 国内外热泵精馏技术 的研究 ．
热泵技术应用于精馏 生产中最早是 由２ ０世纪
５ ０年代 的 Ｒ ｂｎｏ ｏｉｓｎ和 Ｇｌｌ ｄ提 出 的 ， ｉｉｎ ｌａ 随后 的半 个
世纪里该技术迅 速发展。０ｉ ｉ １ｅ ａ进行 了具有蒸汽 ｖｒ 再压缩式精馏塔技术的研究 ， ｍ ｓ ．Ｇ ｂｉ 研究 Ｊ ｅ Ｇ ｅｂ ａ ｅ
维秀等 学者归 纳 了热 泵 精馏 基 本 应 用 方 式 ， 并根 据
热 泵技 术 在精 馏 过 程 中起 到 节 能 的作用 ， 高 提 热 泵输 出温度 ， 高热 泵 的能效 比 ， 提 是热 泵技术 急需
攻 克 的难题 ， 也是 热 泵 技 术 努力 的方 向。热泵 技 术
各 自特 点 、 详尽 分 析 了性 能 和应 用 条 件 的不 同。魏
Ｗ ＮＧＬ —ｕ ｎ ， Ｈ Ｎ ｉｇ—ｙｎ ，Ｑ ＵＲ Ａ ｉ ｊａ Ｚ Ａ Ｇ Ｙｎ ｉ ｇ Ｉ ｕ—ｃｅ ｈｎ
（ ｏ ｅｅｏ ｈｍｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｑ ｎ ｄｏＵ ｉ ｒｉ ｆ ｃ ｎｅａ ｄＴ ｃ ｎｌｇ ， ｉｇ ａ １Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ ｃ ｇ ｅ ｎ ， ｉｇ ａ ｎｖ ｓ ｙｏ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｙ Ｑｎ ｄｏ ｌ Ｃ ａＥ ｎ ｉ ｅ ｔ Ｓｅ ｏ ２ ６ ４ ，Ｃ ｉａ ２ Ｓ ａ ｇ ｏｇＣ ｌ ｇ ｆ ｈ ｍ ｃｌ ｅｈ ｉ ａ ｓＴ ｎ ｚｏ ２ ７ ０ ， ｈｎ ） ６ ０ ２ ｈｎ ； ． ｈ ｎ ｄｎ ｏ ｅ ｅＯ ｅ ｉａ Ｔ ｃ ｎｃ ｎ ， ｅ ｇｈ ｕ ７ ５ ０ Ｃ ｉａ ｌ Ｃ ｉ
入混合 室 ， 生成生产需 要 的中压蒸 汽 （ 一般 在 ０ ４ ａ ．ＭＰ
以下 ）供再 沸器 二 次使 用 ， 流程 最 重要 的特 点 是 ， 本 没有 转动部 件 ， 构 简 单 ， 对 蒸 气 压 有 一 定 的 要 结 仅
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精馏分离技术研究新进展赵晶莹1,李洪涛2(中国石油大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714)
摘要:本文在参考大量文献的基础上,着重介绍了各种精馏方法以及国内外发展状况,对萃取精馏和恒沸精馏方法进行比较,并对催化精馏技术的国内外研究进展做了详细介绍。关键词:分离技术;精馏方法;反应精馏中图分类号:TQ028131 文献标识码:A 文章编号:0253-4320(2008)S1-0121-04
LatestadvanceofdistillationtechnologyZHAOJing2ying,LIHong2tao(ResearchCenterofDaqingchemicalPetrochina,Daqing163714,China)
Abstract:Byconsultingmanyliteratures,thedistillationmethodsandthecurrentdevelopmentsituationareintroduced.Theextractivedistillationandconstantboilingdistillationarecompared,andthedevelopmentofcatalyticdistillationtechnologyispresented.Keywords:separationtechnology;distillationmethod;reactivedistillation
收稿日期:2008-05-08
作者简介:赵晶莹(1978-),女,主要从事流程模拟优化工作。
1 精馏概述精馏过程的热力学基础是组分间的挥发度的差异(a>1)。按操作过程分间歇精馏和连续精馏;按操作方式分:常减压精馏、恒沸精馏、萃取精馏、反应精馏、催化精馏、抽提精馏、热泵精馏和精密精馏。常减压精馏是普通的精馏方法,恒沸精馏和萃取精馏的基本原理都是在分离的混合液中加入第3组分,以提高组分间的相对挥发度,从而用精馏的方法将它们分离。恒沸精馏和萃取精馏是根据第3组分所起的作用进行划分的。恒沸精馏和萃取精馏是采用物理方法改变原有组分的相对挥发度。近年来人们逐渐重视对于将化学反应和精馏过程结合起来的研究。这种伴有化学反应的精馏过程称为反应精馏。按照反应中是否使用催化剂可将反应精馏分为催化反应精馏过程和无催化剂的反应精馏过程,催化反应精馏过程按所用催化剂的相态又可分为均相催化反应精馏和非均相催化精馏过程,非均相催化精馏过程即为通常所讲的催化精馏(catalyticdistilla2tion)。这种非均相催化精馏过程能避免均相反应精
馏中存在的催化剂回收困难以及随之带来的腐蚀、污染等一系列问题。
2 精馏方法211 恒沸精馏在被分离的二元混合液中加入第3组分,该组分能与原溶液中的1个或者2个组分形成最低恒沸物,从而形成了“恒沸物-纯组分”的精馏体系,恒沸物从塔顶蒸出,纯组分从塔底排出,其中所添加的第3组分称为恒沸剂或夹带剂。决定恒沸精馏可行性和经济性的关键是恒沸剂的选择,对恒沸剂的要求:①与被分离组分之一(或之二)形成最低恒沸物,其沸点与另一从塔底排出的组分要有足够大的差别,一般要求大于10℃。②希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物,而且夹带组分的量要尽可能高,这样夹带剂用量较少,能耗较低。③新形成的恒沸物要易于分离,以回收其中的夹带剂。如乙醇-水恒沸精馏中静置分层的办法。④满足一般的工业要求,如热稳定、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等。夹带剂量是影响恒沸精馏过程设计的重要参数,一些学者对此进行了研究。H.W.Andersen[1]等以甲苯为夹带剂的丙酮-庚烷恒沸物系为例研究了恒沸精馏中蒸汽量、夹带剂量、组分分离效果之间的关系,提出在一定范围内增加夹带剂量时蒸汽量的变化对分离效果没有影响。Laroche等研究了以苯为夹带剂的乙醇-水分离过程,得到了改变夹带剂量时轻组分相对挥发度的变化规律。朱旭容等研究了间歇恒沸过程中以苯为夹带剂分离异丙醇一水恒沸物系时夹带剂量对分离度的影响,指出了夹带剂量变化影响产品的组成。
・121・第28卷增刊(1)现代化工June2008
2008年6月ModernChemicalIndustry现有的2类确定最小夹带剂量的方法是实验方法和做图方法。实验方法的优点是能够得到完整的实验数据,但对实验装置的精确度要求较高,实验过程也烦琐而费时;做图法是利用余留物曲线结合夹点曲线、拐点曲线来求解。做图法简单直观但仅局限于三组分,不适用于多组分物系。以环己烷(苯)为夹带剂的异丙醇一水分离过程为例,运用模拟的方法研究了夹带剂量对恒沸精馏全流程的影响,提出了新的计算最小夹带剂量方法,
并研究了最小夹带剂量与恒沸精馏塔理论塔板数之间的关系。用ASPENPLUS模拟软件以夹带剂环己烷流量为变量,对夹带剂量在全流程的影响进行了模拟研究,模拟结果如图1、图2所示。
脱水塔理论板数N=12 脱水塔理论板数N=30
1—系统总热负荷;2—换热器冷负荷
图1 夹带剂流量与热负荷关系曲线
脱水塔理论板数N=12 脱水塔理论板数N=30
1—提纯塔塔釜中的异丙醇;2—脱水塔塔釜中的水
图2 夹带剂流量与釜底醇水纯度关系曲线
从图1、图2可以看出随着夹带剂环己烷流量的增大,系统热负荷、蒸汽冷凝器冷负荷和两塔釜底水与异丙醇纯度都逐渐升高。由于提纯塔底的异丙醇纯度随夹带剂量的增大而增大,所以当确定了一定的分离要求即规定一定的提纯塔塔釜组分纯度时,必存在一与之对应的夹带剂量,称之为全流程最小夹带剂量。以回收纯度为0198的异丙醇为例,恒沸精馏全流程的最小夹带剂量约3160kg/h。研究理论板数与全流程最小夹带剂量的关系,
取水、异丙醇的纯度均不低于0198,模拟计算的结果如图3所示。1—最小夹带剂量;2—热负荷图3 塔板数与最小夹带剂量关系曲线从图3可以看出,随着提纯塔理论板数的增加,最小夹带剂量与系统热负荷逐渐下降:在塔板数小于30时,下降很快,当超过30以后最小夹带剂量与系统热负荷变化较小。这一方面说明增加理论板数可以降低最小夹带剂量和过程所需的热负荷,另一方面也说明在恒沸精馏流程中存在一个适宜的理论板数,当理论板数超过此值时,最小夹带剂量和过程所需的热负荷变化不显著。本例中适宜理论板数约为35。212 萃取精馏萃取精馏是通过向精馏系统中加入适当的质量分离剂(MSA)来显著增大相对挥发度很小或者易形成共沸物的混合物组分之间的相对挥发度,使分离易于进行,从而获得产品的一种特殊精馏技术。对于制药、废溶剂提取、精细化工等生产多为产量小、品种多的物料分离提纯,Berg[2]于1985年提出将已经在化工上应用广泛的连续萃取精馏改为采用间歇方式操作。间歇萃取精馏(BED)结合了间歇精馏与萃取精馏的诸多优点,如:设备简单,投资小;可用于同一塔分离多组分混合物成几个不同馏分;适用性强,所处理物料组成可频繁改动;通过选取适宜萃取剂,可应用于在化工、制药、精细化工等行业中普通精馏无法完成的共沸物系及相对挥发度极小的物系分离,且较恒沸精馏过程简单。由于这些特点,这种操作方式一经提出,便得到广大学者的认同和广泛研究。但是任何事物矛盾双方面是同时存在的。萃取精馏一方面增加了被分离组分之间的相对挥发度,使分离能够得以进行,另一方面带来的最大缺点是溶剂比大,从而导致生产能力提高遇到困难,而且过程能耗大。为了解决这一弊端,对萃取精馏过程的研究一般是从“流”即萃取精馏流程安排、萃取精馏塔的塔板结构和“场”即分离剂或溶剂的选择出发,对萃取精馏分离过程不断发展和完善。一般来说,萃取精馏流程和塔板结构的改进是
・221・现代化工第28卷增刊(1)有限的,选择好的萃取剂或对萃取剂进行改进和优化是提高萃取精馏塔生产能力和降低能耗的最有效途径。例如:对于分离有机物和水的混合物(醇水、二甲基甲酰胺与水等)来说,采用加盐萃取精馏是一种很好的方法。因此,当前的研究热点是如何选择合适的萃取剂,选择溶剂的一般方法是先采用性质约束法(试验法、经验筛选法和活度系数法)划定分离混合物系所需溶剂的大致范围,对于一个被分离物系,通过这种方法往往可以得到多个适用的溶剂,然后应用计算机优化方法(计算机辅助分子设计方法、人工神经网络方法)寻求最佳溶剂已成为研究的方向。萃取精馏的溶剂选择需要满足以下条件:①高选择性;②溶剂的挥发度要远低于所需要分离的物系中最高沸点组分的挥发度,从而使萃取剂的回收易于实现;③价廉易得;④毒性小,腐蚀性小,对环境的污染少;⑤良好的热稳定性和化学稳定性;⑥相容性好。溶剂须和被分离组分具有较大的溶解度。高选择性的溶剂对萃取精馏来说是至关重要的,只有采用高选择性的溶剂才能使萃取精馏的操作成本和设备投资达到最小,溶剂的选择是萃取精馏技术的核心。213 反应(催化)精馏1921年Bacchaus首先提出了反应精馏的概念,反应精馏(RD,reactivedistillation)是将化学反应与精馏分离结合在同一设备中进行的一种耦合过程。20世纪70年代中期,EastmanKodak[3]公司首先实现了酯化和萃取精馏相结合的均相反应精馏过程工业化,70年代后期扩展到非均相体系。美国ChemicalResearch&Licensing公司于1978年起开发催化精馏技术,1981年建成了635kg/d的甲基叔丁基醚(MTBE)催化精馏装置。由于世界对MTBE需求量不断增加,从而使该技术受到了广泛关注。反应精馏对反应物和产物的挥发度的要求为:①产物的挥发度比反应物的挥发度都大或都小;②反应物的挥发度介于产物的挥发度之间。只有这样采用反应精馏才能收到良好的效果。反应精馏技术与传统的反应和精馏技术相比,具有显著的优点:①反应和精馏过程在一个设备内完成,投资少、操作费用低、节能;②反应和精馏同时进行,不仅改进了精馏性能,而且借助精馏的分离作用,提高了反应转化率和选择性;③通过即时移走反应产物,能克服可逆反应的化学平衡转化率的限制,或提高串联或平行反应的选择性;④温度易于控制,避免出现“热点”问题;⑤缩短反应时间,提高生产能力。反应精馏最早应用于甲基叔丁基醚(MTBE)和乙基叔丁基醚(ETBE)等合成工艺中,现已广泛应用于酯化、异构化、烷基化、叠合过程、烯烃选择性加氢、氧化脱氢、碳一化学和其他反应过程。但是反应精馏过程的应用是有其局限性的,它只适用于化学反应和精馏过程可在同样温度和压力范围内进行的工艺过程。此外,在反应和精馏相互耦合过程中,还有许多的问题,如精细化工生产的间歇反应精馏非稳态特性、反应和精馏过程的最佳匹配、固体催化剂失活引起的操作困难、开发通用的反应精馏过程模拟软件和设计方法等方面,都有待进一步研究。因此,当前对反应精馏的研究主要集中在催化剂的选择、催化剂的装填形式、反应精馏塔内的反应动力学、热力学和流体力学的研究、反应精馏的工艺优化以及如何找出反应精馏过程中的气液平衡关系,以指导工业化生产。催化精馏过程中伴有化学反应的过程,由于分离和反应的强烈交互作用,使得该过程的理论模拟和工程设计变得繁杂,过程的影响因素很多,对其研究比传统的反应和精馏要困难得多。虽然催化精馏技术很早就提出了,但到目前为止,仍未建立完整的理论体系。自20世纪80年代以来,国外在催化精馏技术的基础性研究、工艺开发和应用等方面已取得了显著的成果。近10年来,国内学者对催化精馏技术进行了大量深入的研究,在反应精馏塔、催化剂、数学模型等方面取得了很大进展[4]。(1)催化精馏塔