文档文库

手机版

投诉建议

首页 > 特殊精馏技术综述(DOC)

特殊精馏技术综述(DOC)

发布时间：2018-09-17 13:57:49 来源：文档文库

小中大

字号：

手机查看

化工传质课程读书报告

题目：特殊蒸馏技术综述

学生姓名

学院名称化工学院

专业化学工程与工艺

学号

2013年 12月 20日

一、精馏概述

1.1精馏原理

1.2精馏评价

二、特殊精馏概述

三、特殊精馏的分类及应用

1

2

3

3.1 共沸精馏

3.1.1 共沸精馏特点

3.1.2 共沸精馏分类

3.1.3 共沸精馏技术的应用及研究

3.1.4 小结

3.2 萃取精馏

3.2.1 萃取精馏的原理

3.2.2 萃取精馏的分类

3.2.3 萃取精馏在实际中应用

3.2.4 小结

3.3溶盐精馏

3.3.1精馏原理

3.3.2精馏现状

3.3.3小结

3.4热泵精馏

3.4.1热泵精馏技术的应用现状

3.4.2热泵精馏技术在煤焦化精馏的应用及前景

3.4.3小结

3.5超重力催化反映精馏

3.5.1超重力催化反应精馏概述

3.5.2精馏原理

3.5.3超重力催化精馏合成乙酸正丁酯

3.5.4小结

四、总结

一、精馏概述

1.1精馏原理

双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。典型的精馏设备是连续精馏装置（图1），包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。精馏塔供汽液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸气得到部分冷凝,部分凝液作为回流液返回塔底,其余馏出液是塔顶产品。位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。进料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降，进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升。在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。对不形成恒沸物的物系，只要设计和操作得当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。进料口以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段；进料口以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分，称为提馏段。两段操作的结合，使液体混合物中的两个组分较完全地分离，生产出所需纯度的两种产品。当使n组分混合液较完全地分离而取得n个高纯度单组分产品时，须有n-1个塔。

1.2操作评价

评价精馏操作的主要指标是：①产品的纯度。板式塔中的塔板数或填充塔中填料层高度，以及料液加入的位置和回流比等，对产品纯度均有一定影响。调节回流比是精馏塔操作中用来控制产品纯度的主要手段。②组分回收率。这是产品中组分含量与料液中组分含量之比。③操作总费用。主要包括再沸器的加热费用、冷凝器的冷却费用和精馏设备的折旧费，操作时变动回流比，直接影响前两项费用。此外，即使同样的加热量和冷却量，加热费用和冷却费用还随着沸腾温度和冷凝温度而变化，特别当不使用水蒸气作为加热剂或者不能用空气或冷却水作为冷却剂时，这两项费用将大大增加。选择适当的操作压力，有时可避免使用高温加热剂或低温冷却剂（或冷冻剂），但却增添加压或抽真空的操作费用。

二、特殊精馏概述

在实际化工精馏过程中，当待分离组分之间形成共沸物或相对挥发度接近1时，用普通精馏是无法实现分离或是在经济上是不合理的。因此，通过向体系中加入一种适当的新组分，并且通过其与原体系中各组分的不同作用，改变组分之间的相对挥发度，使系统变得易于分离；亦或是通过改变一些精馏塔内的物理条件，来改变组分之间的相对挥发度，从而使系统变得更易分离，这类既加入能量分离剂又加入质量分离剂，或者是通过极端物理条件达到分离目的的精馏称为特殊精馏或称增强精馏。

三、特殊精馏的分离及应用

按照增强精馏的操作条件，可将特殊精馏分为添加剂精馏和极端条件精馏。根据我所查找到的资料，我将分别叙述添加剂精馏中的共沸精馏和萃取精馏；以及极端条件精馏中的热泵精馏和超重力催化反应精馏。

1

2

3

3.1 共沸精馏

3.1.1 共沸精馏特点

(1)共沸精馏所用的共沸剂必须与待分离组分的一个或两个形成共沸物，因此可供选择的共沸剂有限。

(2)共沸精馏的共沸剂大都从塔顶蒸出，消耗热能较大，只有当共沸物中共沸剂的含量甚少，与共沸剂形成共沸物的组分在原料中含量也少时，共沸精馏的操作才比较经济。

(3)共沸精馏即可用于连续操作也可用于间歇操作。

(4)在同样压力下操作，共沸精馏的操作温度较低，比其它精馏更适于分离热敏性物料。

3.1.2 共沸精馏分类

1、均相共沸精馏

分离二元均相共沸物常用的方法是通过加入一种共沸剂，使其改变原混合物的性质，再进行三元物系的分离。当共沸剂与原溶液中某组分形成二元共沸物时，三元物系的泡点温度面上会出现脊(谷)，致使稳态精馏塔内浓度分布呈复杂状况，精馏产物的分布局限在某一浓度区域内而背离一般的精馏规律，称这种现象为精馏分区。共沸精馏分区特性将成为设计分离流程和确定精馏工艺条件时不可回避的问题。从精馏塔温度分布具有单调性的角度出发，人们曾一度认为泡点温度面上的脊和谷是精馏分区的边界，简单蒸馏的剩余衄线和连续精馏沿塔高的浓度分布曲线均不会通过脊(谷)。仅在近几年，一些研究者才在理解共沸精馏产物分区性质方面做一些工作，但还未见有关浓度分布通过脊(谷)的实验研究报道。

2、非均相共沸精馏

非均相间歇共沸精馏是间歇精馏和共沸精馏的耦合过程，具有设备简单、可单塔分离多组分混合物和通用性强的优点。非均相共沸精馏由于在塔顶有富含共沸剂回流，可以降低回流比，共沸剂的用量远远小于萃取精馏，同时还可能完成在萃取精馏中不能完成的分离任务。非均相共沸精馏的主要设备是精馏塔、塔顶冷凝器和分相器。共沸物可以在分相器中分为两个不互溶的液层：富含共沸剂的液层回流；另一液层采出，从而以很经济的方式实现了共沸物的分离。与均相共沸精馏相比，非均相间歇共沸精馏在分相器中实现液液分层，可以减小共沸剂回收塔的工作，特殊情况下还可实现单塔操作。与连续非均相共沸精馏比较，它具有比较灵活的回流比操作策略，具有更大的操作弹性。但是，由于各参数随时间变化和液液平衡计算的困难，以及复杂的回流控制等多方面的原因，导致了设计、模拟和控制的难度，使该过程在被广泛应用的同时，人们对它的认识不如对共沸物精馏的均相过程和连续过程那么深入，相关的文献报道很少。

1

2

3

3.1

3.1.1

3.1.2

3.1.3 共沸精馏技术的应用及研究

脱除混合物中的水和回收苯酚供缩合反应循环使用，是双酚A生产工艺中非常重要的单元操作。由于苯酚和水能形成共沸物，因此不能用普通精馏

方法将它们分离。刘金海¨ 在苯酚一水物系中加入了一种共沸剂甲苯，用共沸精馏法实现了苯酚一水混合物的分离。分离后的水可以直接送到生化装置进行处理，苯酚回收供反应系统循环使用。

崔艳萍等用剩余曲线图(RCM)方法对丙酮一甲基异丙基酮(MIPK)一水三元非均相共沸物系进行分析，提出通过利用中间液一液分离器，在一个塔中实现丙酮、MIPK、水的分离。结合残余曲线、蒸馏边界线、精馏段和提馏段浓度轮廓线、中间液一液分离器相平衡线等曲线对提出的丙酮、MIPK、水三元物系非均相共沸精馏过程进行了详细的分析，对非均相共沸精馏过程的设计和操作都将会起到重要的作用。以MIPK生产中的分离过程为例，建立了节能型精馏流程，结果表明：该流程可以节省设备投资，简化操作，降低生产成本。

岳国君等以工业酒精为原料，采用间歇共沸精馏方法制取无水乙醇，考察了共沸剂类型、共沸剂用量、共沸精馏时间等因素对分离效果的影响。实验结果表明：采用环己烷作共沸剂，共沸剂的实际加入量与理论加入量之比约为1．23：1和共沸精馏时间为135min左右时，制得的无水乙醇浓度(质量分率)可以达到99．88％。

屈文江研究了以正己烷作为共沸剂，采用间歇共沸精馏法回收该厂生产废水中乙醇的过程，得到了该条件下间歇共沸精馏的流程，以及共沸剂正己烷与乙醇的最佳配比5(质量比)、回收水相中的共沸剂正己烷和原料乙醇时适宜的回流比为7～8等操作参数。实验结果证明，该方法可行并且是经济的。

白鹏等采用间歇共沸精馏方法分离正己烷和乙酸乙酯形成最低共沸物，丙酮为共沸剂，实验结果表明：丙酮和正己烷的质量比为1．15时，正己烷和乙酸乙酯的收率最高，分别达75．15％和73．89％。通过实验绘制正己烷一乙酸乙酯一丙酮三元物系的剩余曲线，确定了正己烷一乙酸乙酯共沸物系分离步骤：共沸精馏塔中馏出丙酮和正己烷的共沸物和高纯度的乙酸乙酯。

魏奇业等运用剩余曲线图(RCM)方法对异丙醇一步法甲基异丁基酮分离过程进行分析，提出利用非均相共沸精馏方法进行甲基异丁基酮合成液的分离。通过改变液一液分离器的操作条件，提高脱水效率；通过设置回收塔和回收塔中间液一液分离器，将异丙醇和水除去，并提高甲基异丁基酮收率。研究表明，该工艺流程结构简单，脱水效果好，设备投资低，甲基异丁基酮收率高。

王吉红等利用共沸精馏的方法，对比选择不同共沸剂进行高纯度吡啶回收的理论和实验研究，设计出合适的工艺流程和工艺条件，得到了满意的结果。并在实验数据的指导下设计建立了一套工业装置，得到了纯度大于99．5％的吡啶产品。实践证明，用共沸精馏的原理所设计的分离工艺对于处理一系列含水共沸物系是行之有效的。

3.1.4 小结

综上所述，共沸精馏技术是一种分离工艺的重要手段，它可改变物系的相对挥发度，从而使物系达到分离的目的。特别是非均相问歇共沸精馏具有设备简单、共沸剂用量小、效率高、操作灵活等优点，它还可与传统分离过程相结合(如萃取精馏)，建立新

的耦合过程强化分离效果。随着科学技术的进步，共沸精馏技术有望发挥更大的作用，特别是在制药溶剂回收和精细化工等方面有广泛的应用前景，但其过程机理和操作控制还有待于进一步深化研究。

3.2 萃取精馏

3.2.1 萃取精馏的原理

在基本有机化工生产中，经常会遇到组分的相对挥发度比较接近，组分之间也存在形成共沸物的可能性。若采用普通精馏的方法进行分离，将很困难，或者不可能。对于这类物系，可以采用特殊精馏方法，向被分离物系中加入第三种组分，改变被分离组分的活度系数，增加组分之间的相对挥发度，达到分离的目的。如果加入的溶剂与原系统中的一些轻组分形成最低共沸物，溶剂与轻组分将以共沸物形式从塔顶蒸出，塔底得到重组分，这种操作称为共沸精馏；如果加入的溶剂不与原系统中的任一组分形成共沸物，其沸点又较任一组分的沸点高，溶剂与重组分将随釜液离开精馏塔，塔顶得到轻组分，这种操作称为萃取精馏。

1

2

3

3.1

3.2

3.2.1

3.2.2 萃取精馏的分类

1、连续萃取精馏

连续萃取精溜过程中，进料、溶剂的加入及回收都是连续的。连续萃取精馏一般采用双塔操作，第一个塔是萃取精馏塔，被分离的物料由塔的中部连续进入塔内，而溶剂则在靠近塔顶的部位连续加人。在萃取精馏塔内易挥发组分由塔顶馏出，而难挥发组分和溶剂由塔底馏出并进入溶剂回收塔。在溶剂回收塔内，可使难挥发组分与溶剂得到分离，难挥发组分由塔顶馏出，而溶剂由塔底馏出并循环回送至萃取精馏塔。

2、间歇萃取精馏

间歇萃取精馏是近年来兴起的新的研究方向，由于间歇萃取精馏具有间歇精馏和萃取精馏的优点，近年来引起了一些学者的注意。间歇萃取精馏比连续萃取精馏复杂得多，其流程及操作方法与连续萃取精馏不同。间歇萃取精馏的操作步骤如下：不加溶剂进行全回流操作；加溶剂进行全回流操作；加溶剂进行有限回流比操作；有限回流操作，停止向萃取精馏塔加溶剂。恒塔顶组成操作包括3种方法：

（1）溶剂的进料速率保持不变，改变回流比；(2)保持回流比恒定，改变溶剂的进料速率，此方法在理论上是可行的，但在实践中却难以实现；(3)同时改变回流比和溶剂进料速率。

1

2

3

3.1

3.2

3.2.1

3.2.2

3.2.3 萃取精馏在实际中应用

1、醇类物系

加盐萃取精馏最早被应用在无水乙醇的生产中。段占庭等"以无水乙醇为制取对象，分别采用含氯化钠、氯化钙、醋酸钾等9种盐的乙二醇溶液为溶剂，测定了相关的汽液平衡数据，经过比较，优选出了醋酸钾一乙二醇复合溶剂，用于工业制备乙醇。实践表明，乙二醇的用量减少了75％～80％，相同产量的操作时间比普通精馏缩短了65％～75％。赵林秀等用改进的汽液平衡釜测定了101．3kPa下醋酸甲酯一甲醇物系在萃取剂和盐存在下的相对挥发度，测定了全浓度范围内的汽液平衡数据，并进行了加盐萃取精馏工艺的实验。结果表明，水作为萃取剂，加入醋酸钾，可提高醋酸甲酯一甲醇物系的相对挥发度，加盐萃取精馏比普通精馏有优势，当溶剂体积比为1:1时，萃取精馏塔塔顶采出的醋酸甲酯的质量分数可达到99％以上，萃取剂回收率达98％，盐可全部回收。异丙醇和水形成共沸物系，共沸点为80.3℃[6]。为获得高纯度的异丙醇，柳阳等采用间歇加盐的萃取方式，以含盐乙二醇溶剂为萃取剂，考察了盐的类型、回流比、溶剂比等因素对异丙醇一水混合液精馏分离效果的影响，小型工艺试验装置的操作结果表明，在回流比0.5、溶剂比0.625、萃取剂进料速率20mL/min的条件下，异丙醇质量分数可达98.87％，能够满足工厂生产的要求。

2、非极性物系

加盐萃取精馏不仅可以分离极性组分，也可以应用在非极性组分的分离过程中。而对于分离非极性物系，加盐萃取精馏研究的报道较少。碳四组分中丁二烯是合成橡胶的重要单体，工业上生产丁二烯最具竞争力的方法是萃取精馏法。萃取精馏的缺点是溶剂比大，大溶剂量降低了塔的生产能力和塔板效率，所以降低溶剂比、提高溶剂分离能力，对分离过程的技术指标有重要的影响。目前常用的溶剂是：乙腈、Ⅳ一甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺。在此基础上，碳四抽提溶剂改性不仅对丁二烯的生产具有积极意义，而且对于烃类物系的萃取精馏分离具有参考和推广价值。雷志刚等副开展了一系列碳四组分的加盐萃取精馏实验，考察了盐的类型、浓度及温度对碳四组分间相对挥发度的影响。结果表明，加盐DMF比纯DMF从碳四组分中分离丁二烯的效果明显，丁二烯萃取精馏塔工艺计算的结果表明，加盐DMF可以有效地降低能耗，与纯DMF相比再沸器和冷凝器负荷分别节省17.5％和8.0％。有资料表明对乙腈萃取精馏分离碳四的助溶剂进行计算机辅助分子设计，将分子设计分为有机物和盐类分别进行，比较设计结果后认为，乙腈加盐能够有效地提高碳四组分间的相对挥发度，并且NaSCN和KSCN是最优的助溶剂。萃取精馏的计算机辅助分子设计能够减少实验的工作量。

3、其他物系

针对工业上传统蒸馏法分离环己酮一水物系能耗过大的问题，邱学青等研究了含盐类的复合萃取剂对该物系的萃取分离效果，其结果表明MgC1能明显改变环己酮与水之间的互溶度，大幅度提高复合萃取剂对组分的萃取分配系数和选择性系数，为工业上环己酮的生产提纯提供了一种新的分离方法；刘思周以醋酸异丙酯为萃取剂，用加盐萃取一恒沸精馏的方法分离醋酸一水溶液。考察了不同种类的盐及其浓度对萃取剂中醋酸含量的影响，盐可以大大提高萃取剂的分配系数和选择性系数；杨金苗等分别用不同浓度的乙二醇、盐及含盐乙二醇溶液考察了对醋酸甲酯一水物系的影响，并进行汽液平衡测定。其研究结果表明，加盐萃取精馏比单纯的普通精馏、加盐精馏、萃取精馏的分离效果好。对于醋酸甲酯一水物系，通过汽液平衡实验可看出，加入盐明显提高了共沸物中醋酸甲酯的含量，可达到较好的分离效果；针对醋酸甲酯一甲醇一水物系分离难、生产能耗高的现状，杨东杰等采用MgCl2、CH3COOK和水组成的复合盐萃取剂对该物系进行分离。气相色谱分析结果表明，盐可降低醋酸甲酯在水中的溶解度。

3.2

3.2.1

3.2.2

3.2.3

3.2.4 小结

溶剂加盐是萃取精馏溶剂优化的一个重要策略。如果遇到萃取精馏分离过程，可以尝试采用加盐的方式对溶剂进行改进。在萃取精馏溶剂选择和优化过程中，由于基础溶剂和助溶剂受到诸多方面制约，使可选择范围缩小，这对选择和发现新的溶剂极为不利。在普通精馏不能完成的分离场合，应该优先考虑萃取精馏，然后是其他的特殊精馏方式和分离方法。其主要的发展方向为：一方面，可以将其与传统分离过程相结合，建立新的耦合过程强化分离效果；另一方面，多样化的萃取剂与盐的组合吸引了众多研究者在此领域进行探索，并取得了一定的进展。随着科学技术的进步，加盐萃取精馏技术有望发挥更大的作用。

3.3溶盐精馏

3.3.1精馏原理

利用的是盐效应（在弱电解质、难溶电解质和非电解质的水溶液中，加入非同离子的无机盐，能改变溶液的活度系数，从而改变离解度或溶解度）的原理，溶盐精馏中盐分离效果好，提高了萃取精馏中溶剂的分离效果，减少了溶剂比。加入易溶强电解质使难溶物质溶解度增加或使弱电解质电离度增大的效应叫盐效应。比如使平衡向沉淀溶解的方向移动，从而增大溶解度。在萃取中，使效率提高。若在难溶电解质溶液中，加入一种与难溶电解质无共同离子的电解质，将使难溶电解质的溶解度增大。这种由于加入了易溶的强电解质而增大难溶电解质溶解度的现象称作盐效应。例如BaSO在KNO溶液中的溶解度就比在纯水中稍大，并且KNO浓度越大，BaSO的溶解度也变得越大。这是因为KNO的加入使溶液中的离子强度大大增加，溶液中离子的有效浓度（即活度а）降低，使原来已达平衡时J＝的情况变为J＜，必须多溶解一些BaSO沉淀。增加溶液中相应的离子浓度才能达到新的平衡。使得溶液中BaSO沉淀减少。因此BaSO沉淀在KNO溶液中，Ba和SO离子浓度比在纯水中大。

3.3.2精馏现状

萃取精馏存在溶剂用量大，能量消耗大等缺点，进而增加了操作成本，抵消了由于加入溶剂提高相对挥发度而使理论塔板数减少的效果。溶盐精馏也可以分离有恒沸点的溶液，它将非挥发的盐加入具有恒沸点的溶液中，通过盐效应来影响体系的相对挥发度，从而达到分离的目的。这种方法虽然效果显著，但存在着盐的回收、固体物料的输送、加入的盐容易结晶堵塞管道以及闭蚀等问题，因而也限制了它的发展。因此，人们考虑把萃取与溶盐精馏两者结合起来，开发了一种新型分离方法—— 加盐萃取精馏-1、2 J 即把盐加入溶剂而形成新的萃取精馏方法。它一方面利用溶盐提高欲分离组分之间相对挥发度的突出性能，克服纯溶剂效能差、用量大的缺点；另一方面能保持液体分离剂容易循环和回收便于在工业生产上实现的优点。 Ⅱ 塾茎塑堡堡加盐萃取精馏是一种新的萃取精馏方法，其理论基础是盐效应理论。所谓盐效应是指盐加入饱和的非电介质水溶液而使其溶解度发生变化，它包括溶解度下降产生的“盐析”和溶解度增加产生的“盐溶”两种现象。目前，盐效应理论有 Debye-McAulay 静电理论、“范德华力理论”、McDevit-Long 内压力理论、黄子卿盐效应机构、Pitser 电解质溶液理论和定标粒子理论-3 J。其中比较严格和有影响的是 Deb)reMcAulay 静电理论和“范德华理论”。 “静电理论”主要考虑盐离子与水分子的静电作用，而忽略其它力的作用。它认为在三元溶液中，水分子和非电解质分子有不同的介电常数，在离子的电场信息作用下，具有较高介电常数的分子聚集在离子周围，把具有较低介电常数的分子从离子的附近驱除，这个过程使体系的吉布斯自由能发生变化。

3.3.3小结

溶盐精馏也可以分离有恒沸点的溶液，它将非挥发的盐加入具有恒沸点的溶液中，通过盐效应来影响体系的相对挥发度，从而达到分离的目的。这种方法虽然效果显著，但存在着盐的回收、固体物料的输送、加入的盐容易结晶堵塞管道以及闭蚀等问题，因而也限制了它的发展。随着科学技术的进步，共沸精馏技术有望发挥更大的作用，特别是在制药溶剂回收和精细化工等方面有广泛的应用前景，但其过程机理和操作控制还有待于进一步深化研究。

3.4热泵精馏

3.4.1热泵精馏技术的应用现状

精馏是化工过程最常用的分离方法，但在常规精馏中，塔釜需要外界热源提供热能，塔顶蒸汽潜热需要冷却剂转移，造成塔顶能量得不到利用，系统热力学效率低。因此人们提出许多节能措施⋯，热泵精馏就是一个最明显的节能方案。热泵精馏技术是将精馏塔与热泵循环相结合，利用热泵系统中的压缩机把热量从温度较低的塔顶输送到温度较高的塔底的一种技术。瑞士的Sulzer 公司于2O世纪80年代在乙苯一苯乙烯等精馏装置使用了热泵，取得了节约能耗70％的效果，可见热泵精馏的节能效果非常显著。我国在热泵精馏方面的研究开发工作正逐步展开，秦正龙、朱平等分析了常用热泵精馏流程的特点和其应用条件口；魏奇业等采用动态模拟技术对热泵精馏控制系统的动态特性进行了分析，使控制方案具有较强的抗扰动能力；另外，热泵精馏在醋酸丁酯、DMF、乙醇等物系分离应用中都取得了很好的节能效果。然而，热泵精馏在煤焦化行业中还未有应用，作为化工生产的重要分支，煤焦化行业积极开展热泵精馏节能研究和开发工作意义重大。

1

2

3

3.1

3.2

3.3

3.3.1

3.4.2热泵精馏技术在煤焦化精馏的应用及前景

从经济性出发，对塔顶回流量和采出量较大的精馏系统引入热泵精馏技术才具有价值。热泵精馏以工质来源可分为两大类：一种是以塔中物料为工质的直接式热泵精馏；另一种是以额外循环物料为工质的间接式热泵精馏。Ranade和Chao等的研究指出直接式是最经济的热泵方案，既最大限度地节约了能量，又省去了昂贵的换热设备。

1、间接热泵精馏技术在工业萘精馏中的应用

以单炉单塔工业萘精馏装置为例，精馏塔塔顶温度为198℃ ，即471 K(T1)，塔底温度为270 ℃，即543 K(T2)，进料量为4 t/h，回流量为8.5 t/h。由于塔顶和塔底物料都不具备作为热泵循环工质的基本要求，只能选择间接式热泵精馏流程。每消耗单位数量的功所能提供的热量，可以用热泵性能系数COP来表示，即COP = T2／(T2-T1)=7.54。热泵的COP=η(压缩机效率0．8)×COPMAX=6.03。以Et产40 t工业萘的精馏装置为例，热泵精馏可实现年节约冷却水208.57万t，年节约煤气909．43万m3。，而年耗电仅为539.74万kW•h。与常规精馏相比，间接式热泵精馏技术每年可节省能耗费用191.97万元，节能效率达34.3％。

2、直接热泵精馏技术在粗/轻苯精制中的应用

在煤焦化化学产品加工中，苯类物质的提纯是非常重要一环。为保证塔顶苯产品的纯度，精馏操作时控制的回流量较大。以日处理粗/轻苯100t的精馏装置为例，精馏塔塔顶温度84℃ ，塔底温度128℃，进料量4.5 ,回流量3.2 ,选择塔顶物料作为热泵循环工质，采用直接式热泵精馏流程，热泵的COP为7.29。热泵精馏可实现年节约冷却水183.41万t，年节约煤气682.07万m3 ，而年耗电仅为335.05万kW•h。与常规精馏相比，间接式热泵精馏技术每年可节省能耗费用204.91万元，节能效率达47.4％。

1

2

3

3.1

3.2

3.3

3.3.1

3.3.2

3.4.3小结

热泵精馏技术通过塔顶低品质热的升级利用，能最大限度地降低煤气和循环冷却水消耗，与常规工艺相比，热泵精馏应用于工业萘精馏和苯精制中可分别达到降低能耗34.3％和47.4％的效果，且增加热泵系统时不需改变原精馏塔的工艺操作参数。所以，经过对系统设备投资与节能效果权衡后仍有较好经济效果时，热泵精馏技术可以用于现有的煤焦化精馏装置的节能改造。

3.5超重力催化反应精馏

3.5.1超重力催化反应精馏概述

反应精馏过程是指将催化反应和精馏过程在一个设备内进行的边反应边分离的技术，常称之为催化反应精馏技术。该技术自提出以来经历了很大的发展，从对特定体系的工艺探索、模型模拟和最优化，到现在反应精馏可用于酯化、异构化等许多化工过程中。反应精馏技术因其所具有的诸多优点而被广泛应用，国内外对反应精馏技术的研究和应用都十分重视，此技术水平直接关系到产品的质量、生产效率及能耗的高低。因此，现有反应精馏技术的提高将会大大促进化学工业发展并显著提高其经济效益。然而，现有反应精馏技术大多借鉴传统塔器形式，传质效率难以大幅度提高，使得反应精馏技术的应用还有所限制。因此，对这项技术的改进显得尤为重要。

超重力技术是一种被广泛研究的较前沿的分离技术，具有物料停留时间短、微观混合均匀、持液量小，操作弹性大等优点，能够极大的强化传质过程，因此可以有效的解决传统催化精馏塔器设备的不足。超重力旋转填料床(RPB)是实现这一技术的主要设备。由于超重力技术的这些优点，使得RPB在精馏应用等方面呈现出独特的优势。在精馏单元操作方面，Kelleher等对环己烷一正庚烷体系进行了全回流试验，发现RPB分离效果相当于每m 25块理论塔板数，并建立了传质模型，但RPB由于受机械结构限制，在旋转的填料中难以设置进料管，无法在单台RPB中实现连续精馏操作。陈建峰等发明一种新型多级逆流式超重力旋转床，对RPB进行了改造，可在单台设备中进行连续精馏操作，并取得了很好的精馏效果。

本法将超重力技术的优势与催化精馏技术相结合，以超重力旋转床代替催化反应精馏塔，弥补传统塔器形式的不足。

1

2

3

3.1

3.2

3.3

3.4

3.4.1

3.5.2精馏原理（以合成乙酸正丁酯为例）

催化精馏操作中，催化剂填料随旋转床转子的高速旋转做周向运动，反应物经预热后从上层转子第二圈与第三圈之间的位置进入床内，被转子高速旋转产生的巨大剪切力撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，同时以很高的径向速度撞击在催化剂表面，与催化剂充分接触并发生反应，再经过金属丝网填料碰到静止的器壁后落下，从位于底部的液体出口流到再沸器。由再沸器上升的蒸汽主要为酯一醇一水混合物和一部分乙酸，由气体人口进入旋转床内，在压力作用下经填料层和催化剂层进入内腔，由于转子的高速旋转而与液相充分接触。在催化剂层正丁醇蒸汽与乙酸充分接触发生反应，乙酸正丁酯一水混合蒸汽经填料层继续上升并由中心出口排出到冷凝器，冷凝液体进入分水器，水由分水器分出从而加快反应向右进行，有机相则从塔顶回流至旋转床内，经由转子时少量的丁醇再次被反应，最终在塔底得到粗酯产品。在此过程中，液体在高分散、强混合及界面快速更新的环境下与气体充分接触，极大的强化了传质和反应过程。

3.5.3超重力催化精馏合成乙酸正丁酯

将装有催化剂的玻璃纤维袋以一定方式分布装填在超重力旋转床转子内腔中，装填密度为336 kg/m 。根据前人实验结果,丁醇稍有过量,可以提高乙酸转化率,同时有利于酯-醇-水形成共沸物，及时蒸出反应生成的水分，所以本实验中在进料罐中加入酸醇比为1：1.1的原料30 L，其中乙酸量为190 mol，预热至100～110℃，以15 L/h混合进料至旋转床，以出现回流作为反应起点开始计时并以10L/h的流量循环，反应产物经塔顶冷凝器冷凝至分水器中分层，有机相经回流至RPB内，使产物中少量的醇被继续反应掉，水相不断分出，促使反应向产物方向进行，至反应不再生成水(分水器水相液位不再上升或变化极小)判断反应结束。实验过程中控制塔顶温度为95℃ ，以保证酯-醇-水共沸物经RPB腔体上升至冷凝器，控制塔底温度为115℃左右，以保证原料被蒸发至RPB腔体参加反应，同时保证在塔底得到纯的乙酸正丁酯，隔0.5 h取一次样，并以气相色谱跟踪检测，实验中主要考察了影响RPB性能的重要因素转子速度对反应结果的影响。同时，为了进一步考察超重力环境对催化剂催化效率的影响程度，设计催化精馏实验对比验证超重力技术在此方面的优势。实验温度、原料摩尔比等基本条件均与RPB实验相同，催化剂量按RPB实验催化剂装填量比例，即原料乙酸总质量的8.7％投入，对比试验，验证超重力技术在此方面的优势。

3.5.4小结

(1)利用新型超重力旋转床催化反应精馏装置，以阳离子交换树脂作催化剂填料，原料摩尔比为n(乙酸)：n(正丁醇)=1：1.1，乙酸和正丁醇混合预热至100～110℃进料，控制塔顶温度为95℃ ，塔底温度为115℃，催化精馏合成了乙酸正丁酯。在此实验条件下，RPB最佳转子转速为700～800 r/min，乙酸转化率达到88％以上。

(2)在相同的实验条件下，催化精馏实验中，乙酸转化率为60％，明显劣于旋转床实验结果，且酯纯度远低于旋转床实验结果，表明超重力技术提高了催化精馏过程中催化剂的催化效率，强化了表面传质和反应过程。

(3)应用新型超重力旋转床进行催化精馏是可行的，催化剂装填方便并得到最大程度利用；设备操作简单，占地面积小，节省了空间和维修费用。

四、总结

通过对于资料的学习，我了解到特殊精馏并不是完全背离精馏原理的一种技术，而是在普通精馏的基础上，通过添加物料或者改变反应的外界条件来对其进行改进的一种技术。而现今特殊精馏已经完全应用于实际的生产过程中，除了我上面提到的，还有真空精馏技术在提纯对甲基苯乙酮中的应用、回收高浓度丙酮的技术，这些技术不但降低了污染，还提高了我们对于某些产物的利用度，减少了物资的消耗。

随着医学技术、生物技术、中药产业化和环境化工等领域的不断发展和兴起,人们对产品纯度的要求越来越高,对蒸馏技术提出了很多新的要求(低能耗、无污染、高纯度等) 。人们关注的热点也已转向解决普通精馏过程无法分离的问题,通过特殊精馏手段通过改变物系的性质,使组分得以分离，这种技术势必越来越受到人们的重视。未来，特殊精馏技术的研究将逐步由宏观向微观、由整体平均向局部瞬态发展；研究目标将由现象描述向过程机理转移;研究手段也将逐步高技术化,用计算机辅助程序来研究混合物的分离将一直是研究的热点;研究方法也将由传统理论向多学科交叉方面开拓。