物理化学论文--化工生产中的精馏工艺
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甲醇精馏技术一.内容提要甲醇最早由木材和木质素干馏制的,所以俗称木醇。
化学分子式CH30H,无色、透明高度挥发、易燃液体。
近年来,世界甲醇的生产能力发挥速度较快。
甲醇工业的迅速发展,是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂,广泛用于有机合成、染料、医药和国防等工业。
由甲醇转化为汽油方法的研究成果,从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。
甲醇工业已成为化学工业中一个重要的领域。
关键词:甲醇精馏物料衡算目录1甲醇精馏工艺简概 (1)1.1甲醇的性质于用途 (1)1.1.1甲醇性质 (1)1.1.2甲醇用途 (1)1.2甲醇精馏工艺概况 (2)1.2.1工序任务 (2)1.2.2装置工艺 (2)1.2.3工艺参数选择 (2)2甲醇精馏生产工艺设计与计算 (4)2.1物料衡算 (4)2.2回流比确定 (5)2.3理论塔板数计算 (6)3 精馏设备图简介 (8)总结 (12)参考文献 (13)致谢.......................................................................错误!未定义书签。
附图纸. (15)1甲醇精馏工艺简概1.1甲醇的性质于用途1.1.1甲醇性质甲醇又名木醇,是一种最简单的饱和醇。
甲醇是无色有酒精气味易挥发的液体,熔点-93.9°C、沸点64.7°C,能溶于水和许多有机溶剂。
甲醇有毒,大量饮用会导致死亡。
甲醇易燃,其蒸气与空气能形成爆炸混合物,甲醇完全燃烧生成二氧化碳和水蒸气,同时放出热量:2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O甲醇有较强的毒性,对人体的神经系统和血液系统影响最大,它经消化道、呼吸道或者皮肤摄入都会产生毒性反应,甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。
甲醇中毒后,通常可以用乙醇解读法。
其原理是因为甲醇本身无毒,而代谢产物有毒,因此可以通过抑制代谢的方法来解毒。
甲醇和乙醇在人体的代谢都是同一种酶,而这种酶和乙醇更具亲和力,甲醇中毒者,可以通过饮用烈性酒(酒精毒通常在60度以上)的方式来缓解甲醇代谢,进而使之排除体外,而甲醇已经代谢产生的甲酸,可以通过服用小苏打(碳酸氢钠)来中和。
1 化工分离工程论文浅谈萃取精馏和共沸精馏前言在化工生产中常常会遇到欲分离的组分之间的相对挥发度接近于 1 或者形成共沸物的系统。
应用一般的精馏方法分离这种系统或者在经济上是不合理的。
或者在技术上是不可能的如向这种溶液中加入一个新的组分,通过它对原溶液中各组分的不同作用,改变它们之间的相对挥发度,系统变得易于分离,这类既加入能量分离剂又加入质量分离剂的精馏过程称为特殊精馏。
故需要对特殊的精馏,即萃取精馏、共沸精馏的特点进行相应的了解,让这两种特别的精馏方法更好地为人类做贡献。
1 萃取精馏1.1 萃取精馏原理溶剂在萃取精馏中的作用是使原有组分的相对挥发度按所希望的方向改变,并有尽可能大的相对挥发度。
当被分离物系的非理想性较大,且在一定浓度范围 2 难以分离时,加入溶剂后,原有组分的浓度均下降,而减弱了它们之间的相互作用,只要溶剂的浓度足够大,就突出了两组分蒸汽压的差异对相对挥发度的贡献,实现了原物系的分离。
在该情况下,溶剂主要起了稀释作用。
当原有两组分 A 和B 的沸点相近,非理想性不大时,若相对挥发度接近于1,则用普通精馏也无法分离。
加入溶剂后,溶剂与组分 A 形成具有较强正偏差的非理想溶液,与组分 B 形成负偏差溶液或理想溶液,从而提高了组分A 对组分B 的相对挥发度,以实现原有两组分的分离。
溶剂的作用在于对不同组分相互作用的强弱有较大差异。
1.2 萃取精馏过程分析(1)汽液流率:由于溶剂的沸点高,流率较大,在下流过程中溶剂温升会冷凝一定量的上升蒸汽,导致塔内汽相流率越往上走越小,液相流率越往下流越大。
溶剂存在下,塔内的液汽比大于脱溶剂情况下的液汽比;各板下流的溶剂流率均大于加入的溶剂流率;汽相流率、液相流率都是越往上越小。
(2)浓度分布。
溶剂在塔内浓度分布分为四段: 1)溶剂回收段: 2)精馏段: 3)提馏段: 4)塔釜:1.3 萃取剂萃取剂就是用于萃取的溶剂两种液体互不相溶,需要萃取的物质在两液体中溶解度差别很大的时候可以进行萃取。
烟台大学化学化工学院化学工程与工艺专业课程设计苯-甲苯体系筛板塔精馏装置的设计专业:化学工程与工艺年级:化111-1姓名:蔡海刚学号:201169501129指导教师:丁海燕指导教师签字化工课程设计任务书一:设计题目:苯-甲苯体系浮阀塔精馏装置的设计二:设计任务:1原料名称:苯-甲苯二元均相混合物2原料组成:含38%(重量百分比,下同)3产品要求:产品中苯含量不低于99%残液中苯含量不高于1%4生产能力:年产量12万吨/年5操作条件:进料状态:泡点操作压力:常压加热蒸汽压力:1.33Mpa(表压)冷却水温度:进口35℃,出口45℃(每年按300天计算,24小时/天)目录第一章前言 (4)1.1 精馏及精馏流程 (4)1.2 精馏的分类 (5)1.3 精馏操作的特点 (5)第二章工艺流程简图及相关物性参数 (7)2.1板式塔的简略图 (7)2.2相关物性参数 (7)第三章精馏塔设计 (10)3.1 全塔物料衡算 (10)3.1.1原料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 (100)3.1.2原料液及塔顶底产品的平均摩尔质量 (100)3.1.3料液及塔顶底产品的摩尔流率 (111)3.2 塔板数的确定 (111)3.2.1操作回流比的确定 (111)3.2.2精馏塔的汽、液相负荷 (122)3.2.3理论塔板数的确定 (132)3.3 塔的操作工艺条件及计算 (12)3.3.1平均压强 (13)3.3.2平均温度 (15)3.3.3平均分子量 (15)3.3.4 液体的平均粘度 (15)3.3.5液相平均表面张力 (16)3.4 精馏塔的塔塔径的计算 (17)3.5 塔板工艺结构尺寸的设计与计算 (22)3.5.1溢流装置计算 (22)3.5.2塔板布置 (24)3.5.3 塔板的流体力学性能的校核 (26)3.6 塔板负荷性能图 (29)3.6.1漏液线 (29)3.6.2 雾沫夹带线 (29)3.6.3 液相负荷下限线 (30)3.6.4 液相负荷上限线 (30)3.6.5液泛线 (31)第四章附属设备的选型及计算 (33)4.1 塔顶冷凝器 (33)4.2 塔釜再沸器 (36)4.3进料预热器 (38)4.4离心泵的选择 (41)4.5 塔高 (41)第五章浮阀塔板工艺设计结果 (423)参考文献 (44)课程设计心得 (45)第一章前言1.1 精馏及精馏流程精馏是多级分离过程,即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。
精馏技术的发展及应用XX系XX班XX 学号:XX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。
关键词:精馏技术,多级分离过程,优化控制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. Keywords:distillation, multi-stage separation process, optimal control一、精馏的概念与基本原理1、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。
有关理论板数及全塔效率的计算和讨论摘 要:本文根据逐板计算法和图示法求全回流条件下和不同回流比条件下的全塔效率和单板效率,并对塔板效率的影响因素作了讨论。
关键词:精馏,全回流,不同回流比,全塔效率,理论板数0 前言精馏是指在化工、轻工等生产过程中采用多次平衡级(或接触级)的蒸馏过程来实现混合液的高纯度分离的一种常见的单元操作。
在板式精馏塔中,由塔釜产生的蒸汽沿塔身逐板上升,与来自塔顶逐板下降的回流液在塔板上实现多次接触,进行传热与传质,使混合液达到一定程度的分离。
回流是精馏操作得以实现的基础,是精馏操作的重要参数之一,它的大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。
此外,不同进料位置、不同进料浓度、不同进料量等同样影响着精馏操作的分离效果。
在塔设备的实际操作中,由于受到传质时间和传质面积的限制以及其它一些因素的影响,一般不可能达到汽液平衡状态,实际塔板的分离作用低于理论塔板,因此,可以利用全塔效率和单板效率来表示塔的分离效果。
1 原理1.1 理论板的概念所谓理论板是指离开这种板的气液两相互成平衡,而且塔板上的液相组成也可视为均匀一致的。
对任意层理论板n 而言,离开该板的液相组成n x 与气相组成n y 符合平衡关系。
实际上,由于塔板上气液间接触面积和接触时间是有限的,因此在任何型式的塔板上气液两相都难以达到平衡状态,也就是说理论板是不存在的。
理论板仅是作为衡量实际板分离效率的依据和标准,它是一种理想板。
通常,在设计中先求得理论板层数,然后用塔板效率予以校正,即可求得实际板层数。
若已知某系统的气液平衡关系,则离开理论板的气液两相组成n y 与n x 之间的关系即已确定。
由任意板下降液体的组成n x 及由它的下一层板上升的蒸气组成1+n y 之间的关系,从而塔内各板的气液相组成可逐板予以确定,由此即可求得在指定分离要求下的理论板层数。
而1+n y 与n x 间的关系是由精馏条件所决定的,这种关系可由物料衡算求得,并称之为操作关系。
年产3万吨甲醇精馏工艺设计及研究The technical design and research of30kt/amethanoldistillation目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)引言 (1)第1章文献综述 (2)1.1研究背景 (2)1.1.1课题的提出 (2)1.1.2课题的内容 (2)1.1.3课题的方法 (2)1.1.4课题的目的 (2)1.2甲醇的简介 (2)1.2.1甲醇的性质 (2)1.2.2甲醇的用途及其发展 (3)1.3甲醇精馏工艺主要精馏工艺 (4)1.3.1甲醇精馏工艺发展 (4)1.3.2甲醇主要精馏工艺的介绍 (4)1.3.3双塔与三塔精馏技术比较 (5) (6)1.4.1预精馏系统 (6)1.4.2 加压精馏系统 (6)1.4.3常压精馏系统 (6)1.5 甲醇三塔精馏工艺流程操作控制 (7)第2章甲醇精馏工段物料及热量横算 (9)2.1甲醇三塔精馏工艺物料衡算 (9)2.1.1预塔物料衡算 (9)2.1.2加压塔物料衡算 (10)2.1.3常压塔物料衡算 (11)2.1.4粗甲醇中甲醇回收率 (12)2.2 常压精馏塔的能量衡算 (12)第3章常压塔实际塔板数及塔径设计 (16)3.1 常压塔实际塔板数计算 (16)3.1.1常压塔理论塔板数的计算 (16)3.1.2常压塔实际塔板数的计算 (18)3.2塔高的计算 (18)第4章浮阀塔塔盘工艺设计 (20)4.1塔高设计 (20)4.2溢流堰设计 (20)4.3降液管设计 (21)4.4塔板布置及浮阀数目与排列 (22)4.4.1浮阀数目计算 (22)4.4.2浮阀数排列 (23)4.5 塔板流体力学验算及校核 (23)4.5.1气相通过浮阀塔的压降计算 (23)4.5.2降液管液泛校核 (24)4.5.3 液体在降液管内停留时间 (25)4.5.4 雾沫夹带量校核 (25)4.5.5塔板负荷性能 (26)第5章辅助设备的设计 (28)5.1 再沸器与贮罐的设计 (28)5.2接管设计 (28)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)年产3万吨甲醇精馏工艺设计及研究摘要:甲醇是基本的有机化工原料,是碳一化学工业的基础产品,在国民经济中占有重要地位。
化工精馏毕业设计论文化工精馏毕业设计论文引言化工精馏是一种常见的分离技术,广泛应用于石油、化工、制药等领域。
本文将探讨化工精馏的原理、设备和优化方法,并结合实际案例进行分析,旨在为毕业设计的完成提供一定的参考。
一、化工精馏的原理化工精馏是一种基于物质的挥发性差异实现分离的技术。
其原理基于物质的沸点差异,通过加热混合物使其部分汽化,然后在塔内进行冷凝和液体回流,最终得到不同组分的纯品。
二、化工精馏的设备化工精馏设备主要包括塔、加热器、冷凝器和分离器等。
其中,塔是实现分离的核心部件,常见的塔有板式塔和填料塔两种。
板式塔通过多层板块将混合物与蒸汽交互接触,实现分离;填料塔则通过填充物增加接触面积,提高分离效果。
三、化工精馏的优化方法化工精馏的优化方法主要包括操作参数的调整、塔内结构的改进和能量消耗的降低等。
首先,通过调整操作参数如塔顶温度、回流比等,可以实现对产品纯度和产量的控制。
其次,改进塔内结构如增加板块数目、改变板块形状等,可以提高分离效率。
最后,降低能量消耗可以通过优化加热和冷却系统、回收废热等方式实现。
四、实际案例分析以石油精炼过程中的脱硫装置为例,探讨化工精馏在实际工程中的应用。
脱硫装置中,石油中的硫化物需要被去除,而硫化物与其他组分的沸点接近,难以通过传统的精馏方法实现分离。
因此,可以采用辅助剂的方式,如添加氨水,与硫化物反应生成易挥发的氨基硫化物,再通过精馏将其分离出来。
结论化工精馏作为一种常见的分离技术,在石油、化工、制药等领域具有广泛应用。
通过了解其原理、设备和优化方法,可以更好地应用于实际工程中。
在毕业设计中,可以选择适当的案例进行分析和研究,以提高设计的质量和实用性。
参考文献:[1] Smith R. Chemical Process Design and Integration[M]. John Wiley & Sons, 2005.[2] Henley E J, Seader J D. Equilibrium-Stage Separation Operations in Chemical Engineering[M]. John Wiley & Sons, 1981.。
关于甲醇精馏的毕业论文甲醇精馏的毕业论文引言:甲醇是一种重要的化工原料,广泛应用于化学工业、能源领域等。
甲醇的纯度对于其应用性能至关重要,而精馏是一种常用的分离技术,可用于提高甲醇的纯度。
因此,研究甲醇精馏是非常有意义的。
本论文旨在探讨甲醇精馏的原理、方法以及影响因素等方面内容,为甲醇精馏工业实践提供参考和指导。
一、甲醇精馏的原理甲醇精馏是一种基于不同物质的沸点差异性,对混合物进行分离的方法。
甲醇与其他组分之间的沸点差越大,分离越容易。
通过加热混合物,使其沸腾并产生蒸汽,然后将蒸汽冷凝成液体,即可实现甲醇的纯度提高。
二、甲醇精馏的方法1. 简单精馏法:适用于两种具有较大沸点差异的组分分离。
通过加热混合物,其中沸点较低的组分首先蒸发,然后冷凝成液体,最终得到甲醇的纯品。
2. 高效精馏法:适用于沸点接近的组分分离,可通过多级返馏来增加馏出液纯度。
高效精馏法主要基于馏出液和回流液之间的沸点差异,通过回收部分回流液来提高分离效果。
3. 萃取精馏法:适用于两种密度差别较大的组分分离。
通过在精馏塔中加入萃取剂,将混合物根据密度差分为两个相,然后进行分离。
三、影响甲醇精馏效果的因素1. 混合物组分浓度:混合物中甲醇的浓度越高,蒸发时生成的蒸汽中甲醇的含量越高,精馏效果越好。
2. 精馏塔设计:精馏塔设计对甲醇精馏效果有重要影响。
合理选择精馏塔的塔板数、塔板间距等参数,能够提高甲醇的回收率和纯度。
3. 加热方式:加热方式对甲醇精馏的效果也有一定影响。
采用蒸汽加热方式的精馏设备,能够提高加热速度和加热均匀性,有利于甲醇的分离。
四、甲醇精馏过程的优化1. 优化精馏塔结构:通过调整精馏塔的塔体结构和内部填料,可以改善甲醇精馏的分离效果。
2. 控制操作条件:合理控制操作参数,如进料温度、流量、回流比等,可以提高甲醇的纯度和回收率。
3. 增加塔板数目:增加精馏塔的塔板数目,可以提高组分的分离效果。
结论:甲醇精馏是一种常见的分离技术,可用于提高甲醇的纯度。
课程设计40万吨煤制甲醇精馏工艺设计摘要甲醇是煤化工中非常重要的有机产品,在甲醇合成工业生产过程中,粗甲醇的精制不仅是决定甲醇产品质量的重要工序,而且也是影响甲醇生产成本的关键因素之一。
换热器是化工生产中重要的通用热工设备之一,管壳式换热器以其结构简单、牢固、操作弹性大等特点被广泛应用于工业生产中。
本文的研究对象是四塔甲醇精馏工艺,与传统工艺相比新工艺能够节约能量,节约软水;但是同时新工艺增加了系统的藕合程度,加强了塔之间的关联性,提高了系统对于进料波动的响应的复杂性,给控制带来了很大的难题。
为了能够实现新工艺的工业应用,对新工艺进行详细的研究。
关键词:甲醇精馏,Aspen Plus模拟,换热器计算,设备选型目录摘要 (II)前言 (IV)第一章文献综述 ............................................... - 6 -............................................................ - 6 - ............................................................ - 6 - ........................................................ - 6 -1.2 甲醇的简介.............................................. - 6 -1.3 甲醇精馏流程发展........................................ - 7 -1.3.1 工艺流程概述 ...................................... - 7 -1.3.2 典型的工艺流程 .................................... - 7 -1.3.3 影响精馏操作的因素与调节 ......................... - 10 - 第二章甲醇精馏工段物料衡算 ................................... - 11 -2.1 甲醇精馏原理........................................... - 11 -2.1.1 预精馏塔的作用 ................................... - 11 -2.1.2 加碱对甲醇精馏的改善 ............................. - 11 -2.1.3 萃取精馏在甲醇精馏中的应用 ....................... - 12 -2.1.4 回流比的选择 ..................................... - 12 -2.2 四塔精馏工段工艺的物料衡算............................. - 12 -2.2.1 甲醇精馏工段物料衡算任务 ......................... - 12 -2.2.2 甲醇精馏工段物料衡算计算原理[18] ................... - 13 -2.2.3 甲醇精馏工段物料衡算 ............................. - 13 - 第三章常压塔冷却器的设计 ..................................... - 18 - ........................................................... - 18 -[18]......................................................... - 18 -....................................................... - 18 -3.2.2 工艺结构尺寸 ..................................... - 19 -....................................................... - 20 - ....................................................... - 21 - ........................................................... - 21 -3.4 确定折流挡板形状和尺寸................................. - 25 -3.5 波形膨胀节............................................. - 25 -3.6 设备主要附件的选择[17].................................. - 25 -3.6.1 接管及法兰的选型 ................................ - 25 -3.6.2 左管板的选型 .................................... - 27 -3.6.3 换热管的选择 .................................... - 28 -3.6.4 左管箱短节的选择 ................................. - 28 -3.6.5 左管箱封头的选择 ................................ - 28 -3.6.6 左管箱隔板的选择 ................................ - 29 -3.6.7 左管箱法兰和密封垫片的选型 ...................... - 29 -3.6.8 右管板 .......................................... - 29 -3.6.9 右管箱设计 ..................................... - 29 -3.6.10 鞍座的选型 ..................................... - 30 -3.7 设计结果一览表........................................ - 30 -第四章结论 ................................................... - 30 -参考文献 ...................................................... - 31 -致谢 ........................................................ - 33 -前言甲醇是重要的有机基本产品,用途非常广泛。
化工过程分离与精馏技术研究在化工产业中,分离和精馏技术是非常重要的,可将混合的化学物质分离成纯度高的单一成分,从而提高产量和品质。
在这篇文章中,我们将探讨一些与化工过程分离和精馏技术相关的话题,包括这些技术的原理、类型和应用。
一、分离技术的原理分离技术利用化学物质之间的物理和化学属性来将它们从混合物中分离出来。
这些属性包括溶解度、沸点、熔点、极性、分子大小和电荷等。
这些属性使各种物质在混合物中具有不同的行为,并且可以利用这些特点将它们分离开来。
例如,氧化铜和氧化铁在磁场中会产生不同的反应,可以通过磁性分离法将它们分离开来。
然而,这种技术只适用于那些在磁场中表现出磁性行为的物质。
在不同的情况下,可以采用不同的分离技术来分离不同的化学物质。
二、分离技术的类型1. 蒸馏蒸馏是一种利用两种或多种液体混合物在不同温度下沸点差异原理进行分离的技术。
蒸馏可以分为常压蒸馏和减压蒸馏两种。
常压蒸馏是指在常压下进行的蒸馏,适用于那些沸点相差较大且易挥发的物质。
减压蒸馏是指在减压条件下进行的蒸馏,适用于那些沸点接近且不易挥发的物质。
2. 萃取萃取是一种用溶剂将混合物中所需物质分离出来的技术。
在此过程中,选择合适的溶剂是非常重要的,因为它能够与所需物质形成相容性好的混合溶液,同时与其他物质发生化学反应程度很小。
3. 结晶过滤结晶过滤是将溶解在溶剂中的物质通过强制结晶的方式从溶液中分离出来的技术。
这种技术广泛应用于制药产业和化学合成中。
三、精馏技术的原理及类型精馏技术采用相同原则,但用于更高级别的分离。
在精馏过程中,将混合物分成两个或更多的组分,并将它们分离成高度纯净的单一物质。
这些单一物质往往用于高级化学品和药物的合成。
精馏技术可以分为批次精馏和连续精馏两种。
批次精馏是一种适用于反应原料的高品质生产,并有时用于生产非常具有能源和水耗费的专利产品。
其中,批次精馏技术也可以分为复蒸馏和简单蒸馏两种。
复蒸馏是指将两个相似沸点的物质分离开,其中一个物质被分离到反应器,而另一个物质被回收。
物理化学论文化工生产中的精馏工艺姓名:学号:学院:专业:年级:指导老师:联系方式:电子信箱:2011年12月13日摘要: (2)关键词: (3)0.引言 (3)1.概述 (3)2.原理 (3)3.分类 (3)3.1添加剂精馏 (4)3.1.1萃取精馏 (4)3.1.2共沸精馏 (4)3.1.3加盐精馏 (4)3.1.4催促精馏 (4)3.2复合(或耦合)精馏 (4)3.2.1反应精馏 (4)3.2.2催化精馏 (4)3.2.3吸附精馏 (5)3.2.4膜精馏 (5)3.2.5结晶精馏 (5)3.3非常规条件下的精馏 (5)3.3.1真空精馏 (5)3.3.2分子(短程)精馏 (6)3.3.3超纯物质精制与超低含盐物质的提取和分离 (6)3.4恒沸精馏 (6)3.5萃取精馏 (6)3.6催化精馏 (7)3.7抽提精馏 (7)3.8热泵精馏 (7)4.应用 (7)5.精馏的操作评价 (8)5.1产品的纯度 (8)5.2组分回收率 (8)5.3操作总费用 (8)6.精馏的计算 (8)6.1图解法 (8)6.2捷算法 (8)6.3精馏 (9)6.4严格计算法 (9)7.结束语 (9)8.参考文献 (10)摘要:精馏是化工生产中常用的分离方法,是石油化工、炼油生产过程中的一个十分重要的环节,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,其目的是将混合物中各组成部分分离出来,达到规定的纯度。
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。
关键词:恒沸精馏;萃取精馏;催化精馏;抽提精馏;热泵精馏;化工生产0.引言近年来快速发展起来的精馏技术以其在化工生产中极大地降低投资和生产操作成本的优势引起了人们的广泛关注,且越来越多的应用在化工生产过程中。
以下内容将介绍精馏技术的分类及应用。
1.概述混合物的分离是化工生产中的重要过程。
蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。
它是通过加热造成气、液两物系,利用物系中各组成部分挥发度不同的特性以实现分离的目的。
按蒸馏方式可将蒸馏分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏和特殊精馏。
下面将详细介绍精馏技术。
2.原理在连续精馏塔内,原料液自塔的中部某适当位置连续地加人塔内,塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝。
冷凝液的一部分作为回流液,其余作为塔顶产品(馏出液)连续排出。
加料位置以部分是精馏段,此段内上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递,使易挥发组分不断增浓。
加料位置以下部分是提馏段,塔底装有再沸器(蒸馏釜),以加热液体产生蒸汽,汽沿塔上升,与下降的液体逆流接触并进行物质传递,使难挥发组分不断富集,并于塔底连续排出,作为塔底产品。
3.分类按操作方式可将精馏分为连续精馏和间歇精馏。
按操作设备可将精馏分为板式塔精馏、填料版精馏、隔板精馏。
按操作条件可将精馏分为添加剂精馏和复合(或耦合)精馏和非常规条件下的精馏。
3.1添加剂精馏3.1.1萃取精馏萃取精馏技术出现至今已有近60年的历程,随着各种新技术的发展,萃取分离技术不断改进优化,新型萃取分离技术不断出现并完善,这项技术在未来具有广阔的发展前景。
丁忠福闭等人利用超临界Coz萃取一精馏技术,以林蛙卵油为原料,萃取获得林蛙卵油,腥味基本消除。
另外,萃取精馏在石油化学工业中的1,3一丁二烯的分离、芳烃抽提、乙醇一水分离、环己烷提纯等过程也得到广泛的应用.3.1.2共沸精馏目前共沸精馏应用到了洗油组分的提取工艺上.3.1.3加盐精馏几十年来,加盐萃取精馏愈来愈受到加拿大、日本、前苏联等国科技人员的重视。
在我国,加盐体系气液平衡的研究已在许多高等院校和科研部门进行,说明这种新的精馏工艺有很大的吸引力,是萃取精馏的一种新的发展方向。
但目前加盐萃取精馏溶液理论方面的研究还非常缺乏,对盐的选择缺乏理论指导,加盐提高相对挥发度的机理不清楚。
3.1.4催促精馏催促精馏也是通过在精馏体系中加人第三组分(催促剂),以促进原料中各组分的分离。
催促精馏不同于萃取精馏,第三组分是从塔顶馏出,并且不与原料发生共沸。
3.2复合(或耦合)精馏3.2.1反应精馏反应精馏技术经历了几十年的发展,因其独特的优势而在化学工业中日益受到重视。
反应精馏与其它单元藕合的可行性和有效性,已经得到了证实图。
目前,反应精馏操作已在石油化工生产方面得到了应用,其中在甲基叔丁基醚(MT-BE)和乙基叔丁基醚(ETBE)等合成工艺中的应用已全部工业化。
3.2.2催化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。
自从催化反应精馏技术成功应用于MTBE的合成过程后,许多新的催化精馏过程被开发成功,应用越来越广泛。
宋少光等已经成功地将该技术应用于丙二醇乙醚的合成,高纯度异丁烯的生产过程采用催化精馏技术已获成功。
催化精馏技术在聚乙烯醇生产中的应用可大幅度降低物料在回收工段塔系中的循环,可达到节能降耗、优化工艺的目的。
此外,催化精馏还可应用于二聚、水合、脱水、氧化、胺转化和烷基化反应等领域。
催化精馏是一种改进工艺的重要手段。
但只有当反应与精馏的条件相适合时,二者才能藕合。
3.2.3吸附精馏大连理工大学张永春等立足于CO:回收、精制技术,成功开发出吸附精馏法回收CO:新工艺,并推广应用到生产过程中。
3.2.4膜精馏膜精馏是将膜与精馏过程相结合的分离方法。
膜精馏就是用疏水性微孔膜将两种不同温度的溶液分开,较高温度溶液中易挥发的物质呈气态透过膜进人另一侧并冷凝的分离过程。
膜蒸馏与传统蒸馏相比,不需复杂的蒸馏系统,且能得到更纯净的馏出液;与一般的蒸发过程比,单位体积的蒸发面积大,与反渗透比较,它对设备的要求低且过程中溶液浓度变化的影响小另外膜蒸馏过程能在常压和较低温度下操作,能利用工业余热、地热及太阳能等廉价能源,因而膜精馏被认为是一种节能高效的分离技术,为缓解能源的紧张提供了简单有效的技术方法。
3.2.5结晶精馏研究人员针对从生产乙烯的裂解渣油中提取工业萘的体系,研究了结晶精馏耦合法的可行性。
实验结果表明该方法不仅能够有效地解决易结晶物质在分离过程中晶体析出而堵塞装置系统的问题,而且可以提高产品的纯度,加大传质推动力,强化精馏过程。
此技术成功地应用到了乙酸一丙酸、硝基氛苯、人造麝香等的分离。
3.3非常规条件下的精馏3.3.1真空精馏真空精馏是指精馏过程在真空下进行的操作,常用于高沸点物质或热敏性物质的分离与提纯。
真空精馏过程在精细化学品的生产过程中有着广泛的应用,如在染料中间体的分离、天然产物的提取、香料的精制、脂肪酸的分离、高碳链烷烃的精制等过程中,都用到了真空精馏技术。
应国安采用间歇真空精馏技术,从萃余废液中回收高纯度二甲基亚矾,最终产品纯度达到了99.5%。
李书奕等人减压精馏分离苯甲酸釜残液,实现了苯甲酸釜残液的回收利用,获得了纯度为90%左右的苯甲酸卞酯产品和85%以上的芴酮产品。
3.3.2分子(短程)精馏国内对分子蒸馏技术的研究起步较晚,技术基础比较薄弱,现在还处于消化吸收及小试研究阶段,分子蒸馏器的设计也是以模仿国外同类产品为主。
在应用研究方面,一个很重要的课题就是扩大分子蒸馏技术的应用领域,尤其是对一些分离难度大的天然药物产业领域的扩张,全面提升原有产品的档次。
短程蒸馏在化学、石油化学、药物、塑料、纤维、食品和化妆品等工业中的应用被证明是一种优质、高效、经济的蒸馏分离方法,并广泛应用于橄榄油、大豆油等油脂的生产中。
3.3.3超纯物质精制与超低含盐物质的提取和分离随着化学工业及电子、半导体等工业的发展,对产品的纯度要求越来越高,这就出现了所谓的超纯物质的精制。
在这方面,精馏技术有很大的潜力和优势,因为从理论上而言,适合采用精馏技术进行分离的物系,原则是可得到接近100%纯度的产品,这也是其它分离方法难以比拟的。
3.4恒沸精馏恒沸精馏的基本原理是在分离的混合液中加入第三组分,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。
恒沸精馏时,在被分离的二元混合液中加入第三组分,该组分能与原溶液中的一个或者两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,其中所添加的第三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,恒沸剂量是影响恒沸精馏过程设计的重要参数。
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。
今后对于恒沸精馏的研究方向也将与夹带剂剂量与产品质量之间的关系为重点,达到高效高产。
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,成本更低。
3.5萃取精馏萃取精馏与恒沸精馏基本原理相同,只是根据第三组分在精馏过程中所起的作用来与恒沸精馏进行区分。
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。
虽然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,但是,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。
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寻求最佳溶剂已成为研究的方向。
在萃取精馏工艺路线以及溶剂不便改动的情况下,采用高效新型的塔板内构件,是提高萃取精馏塔生产能力的有效策略。
3.6催化精馏1921年Bacchaus首先提出了反应精馏的概念,反应精馏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,Eastman Kodak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。
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。
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。