第七章其它分離技術(shù)和分離過程的選擇

1、第七章第七章 其它分離技術(shù)和分離過程的選擇其它分離技術(shù)和分離過程的選擇 7.1 7.1 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)7.2 7.2 吸附分離吸附分離7.3 7.3 反應(yīng)精餾反應(yīng)精餾7.4 7.4 分離過程的選擇分離過程的選擇7.1 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)1、膜分離的概念：、膜分離的概念： 利用膜的選擇性（孔徑大小），以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動(dòng)力，因溶液中各組分透過膜的遷移速率不同而實(shí)現(xiàn)分離的一種技術(shù)。2、膜分離技術(shù)的類型和定義 膜分離過程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)透過或被截留于膜的過程，近似于篩分過程，依據(jù)濾膜孔徑大小而達(dá)到物質(zhì)分離的目的，故而可以按分離粒子大小進(jìn)行分類：（1）微濾：）微濾：以多孔細(xì)小薄膜為過濾介

2、質(zhì)，壓力為推動(dòng)力，使不溶性物質(zhì)得以分離的操作，孔徑分布范圍在0.02514m之間；（2）超濾：）超濾：分離介質(zhì)同上，但孔徑更小，為0.0010.02 m，分離推動(dòng)力仍為壓力差，適合于分離酶、蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)；（3）反滲透）反滲透：是一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作，孔徑范圍在0.00010.001 m之間；（由于分離的溶劑分子往往很小，不能忽略滲透壓的作用，故而成為反滲透）；（4）納濾：）納濾：以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離3001000小分子量的膜分離過程，孔徑分布在平均2nm（5）電滲析）電滲析：以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，從溶液中脫除或富集電解

3、質(zhì)的膜分離操作； 膜分離具有分離溫度低，無相變，能耗低等特點(diǎn)。常見膜分離過程見p205表7-17.1.1分離用膜和膜分離設(shè)備一、膜的種類1、膜的定義、膜的定義 在一種流體相內(nèi)或兩個(gè)流體相之間有一薄層凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔開來成為兩部分，這一薄層物質(zhì)稱為膜。u膜本身是均一的一相或由兩相以上凝聚物構(gòu)成的復(fù)合體u被膜分開的流體相物質(zhì)是液體或氣體u膜的厚度應(yīng)在0.5mm以下，否則不能稱其為膜。2、膜的分類 按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜、按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜納濾膜 按膜結(jié)構(gòu)：對(duì)稱性膜、不對(duì)稱膜、復(fù)合膜按膜結(jié)構(gòu)：對(duì)稱性膜、不對(duì)稱膜、復(fù)合膜 按材料分：合成有機(jī)聚合物膜、無機(jī)

4、材料膜按材料分：合成有機(jī)聚合物膜、無機(jī)材料膜分離系數(shù)分離系數(shù)aaaaxxyy11通量衰減系數(shù)mmjj0截留率截留率r%100fpfcccr3、對(duì)膜材料的特性的要求 對(duì)于不同種類的膜都有一個(gè)基本要求對(duì)于不同種類的膜都有一個(gè)基本要求：（1）耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較高的壓力，一般膜分離操作的壓力范圍在高的壓力，一般膜分離操作的壓力范圍在0.10.5mpa反滲透膜的壓力更高反滲透膜的壓力更高，約為，約為110mpa（2）耐高溫耐高溫: :高通量帶來的溫度升高和清洗的需要高通量帶來的溫度升高和清洗的需要（3）耐酸堿：防止分離過程中，以及清洗過程中的

5、耐酸堿：防止分離過程中，以及清洗過程中的水解；水解；（4）化學(xué)相容性：保持膜的穩(wěn)定性；化學(xué)相容性：保持膜的穩(wěn)定性；（5）生物相容性：防止生物大分子的變性；生物相容性：防止生物大分子的變性；（6）成本低；成本低；4、各種膜材料 有機(jī)高分子膜：有機(jī)高分子膜：纖維素酯膜、縮合系聚合物（聚砜類）、纖維素酯膜、縮合系聚合物（聚砜類）、聚烯烴及其共聚物、脂肪族或芳香族聚聚烯烴及其共聚物、脂肪族或芳香族聚酰胺類聚合物、全氟磺酸共聚物和全氟酰胺類聚合物、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物、聚碳酸酯；羧酸共聚物、聚碳酸酯； 無機(jī)多孔膜：陶瓷膜無機(jī)多孔膜：陶瓷膜二、膜分離設(shè)備共同的特點(diǎn)共同的特點(diǎn)盡可能大的膜表面積可靠

6、的支撐裝置可引出透過液膜表面濃度差極化達(dá)到最小1、板框式膜器特點(diǎn)：過濾板相對(duì)獨(dú)立、過濾面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、便于清洗，檢修和換膜。但耐受壓力低，適于超濾單元操作2、卷式膜器、卷式膜器特點(diǎn)：膜面積大、湍流情況良好、適用于反滲透3、管式膜器、管式膜器特點(diǎn)：無需支撐物，可耐受高壓，設(shè)備結(jié)構(gòu)得到簡化可用于反滲透、超濾、微濾7.1.2 反滲透（ro)一、基本原理 反滲透是利用反滲透膜選擇性地只能透過溶劑而截留離子物質(zhì)的的性質(zhì)，對(duì)溶液施加壓力克服溶劑滲透壓，使溶劑從溶液中透過反滲透膜而分離出來的過程。1、滲透 滲透是由于化學(xué)位存在梯度而引起的自發(fā)擴(kuò)散現(xiàn)象。溶液中水的化學(xué)勢純水的化學(xué)勢1,ptartptptln

7、11,純水的 a 1,溶液中 水的活度a 1,即rtlna2t時(shí)，溶質(zhì)將透過膜。膜上毛細(xì)孔徑2t時(shí)得到最大的純水滲透量，此孔徑稱為臨界孔徑。 膜表面的物理化學(xué)性質(zhì)和合適的孔徑為實(shí)現(xiàn)反滲透的必要條件。通過膜的滲透量：pajw溶質(zhì)滲透量22mammaimiwaaxcxcdj 若xmai和xma2分別與溶液濃度xai和xa2呈線性平衡關(guān)系。mamaxkccx 222aaimaaaiimaacckdxcxckdj三、濃差極化 在反滲透過程中，因膜的選擇性透過，溶劑從高壓側(cè)透過膜到低壓側(cè)，溶質(zhì)則大部分被攔截積累在膜高壓側(cè)表面上溶質(zhì)的“聚集濃縮作用”造成由膜表面到主體溶液之間的濃度梯度，引起溶質(zhì)從膜表面通

8、過邊界層向主體溶液的擴(kuò)散，這種現(xiàn)象稱為濃差極化。1、濃差極化定義xmaixai邊界層膜xa1xma2xa2jxa1xacz=0z=1ja xa2dzdxcdawa穩(wěn)態(tài)過程，在截面、間對(duì)溶質(zhì)a作物料衡算021aawaajxdzdxcdjx從z=0（xa=xa1)到zl(xa=xai) 積分aiaxxaaalwaxxdxcdjdz120ckjcdjlxxxxwaaaaai212lnckjxxxxaaaaiexp212反滲透過程截留率高xaixa1xa2，則ckjxxaaiexp1xaixa1叫作濃差極化比，比值大，濃差極化嚴(yán)重。2、濃差極化對(duì)過程的不利影響（1）因膜表面滲透壓的升高將導(dǎo)致溶劑通量下

9、降；（2）溶質(zhì)通過膜的通量上升；（3）溶質(zhì)在膜表面的濃度超過其溶度積而形成沉淀并堵塞膜孔和減少容積通量（4）導(dǎo)致膜分離性能改變（5）出現(xiàn)膜污染，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致反滲透膜透水性大大下降，甚至消失。3、減小濃差極化危害的措施有效途徑是提高傳質(zhì)系數(shù)，常用措施有：提高料液流速；增強(qiáng)料液湍動(dòng)程度；提高操作溫度；對(duì)膜面進(jìn)行定期清洗。4、滲透通量的影響因素（1）操作壓差（2）溫度（3）料液流速（4）料液的濃縮程度（5）膜材料與結(jié)構(gòu)四、反滲透過程工藝流程 分為一級(jí)一段循環(huán)式、一級(jí)一段連續(xù)式和一級(jí)多段連續(xù)式多種。p211圖7-97.1.3 超濾（uf） 所用膜為聚砜、聚酰胺、聚丙所用膜為聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸

10、酯、聚偏氟乙烯和醋酸纖維烯腈、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯和醋酸纖維素等制成的不對(duì)稱膜。表面活性層孔徑素等制成的不對(duì)稱膜。表面活性層孔徑120nm，截留分子量，截留分子量500的大分子和的大分子和膠體微粒，操作壓差膠體微粒，操作壓差0.10.5mpa 。 超濾常用于純水制造、工業(yè)排放超濾常用于純水制造、工業(yè)排放廢水的處理、和產(chǎn)品加工，在化工、醫(yī)藥、廢水的處理、和產(chǎn)品加工，在化工、醫(yī)藥、食品、輕工、機(jī)械和電子工業(yè)廣泛應(yīng)用。食品、輕工、機(jī)械和電子工業(yè)廣泛應(yīng)用。一、超濾的通量和濃差極化1、通量pajv超濾xs小，小可忽略，溶劑通量溶質(zhì)隨溶劑透過膜的通量fvpvscrjcjj12、濃差極化 與反滲透類似，溶質(zhì)

11、被膜截留在膜前造成積累，出現(xiàn)溶質(zhì)向料液主體擴(kuò)散。 對(duì)穩(wěn)態(tài)過程，在截面、間對(duì)溶質(zhì)作物料衡算dxdcdcjcjpvvjv，cpcmdxdcdcbjvc自邊界層邊緣(x=0)到膜表面(x=)積分kjdjccccccdcddxjccdcddxjvvpbpmccpvpvmbexpexp0 濃差極化使膜表面處溶質(zhì)濃度提高，導(dǎo)致r和jv降低。超濾中，因溶質(zhì)分子大，d小，濃差極化比較嚴(yán)重，cmcb，以致達(dá)飽和而形成凝膠層，此時(shí)r增大而jv大大降低。二、影響滲透量的因素1、操作壓差為超濾的推動(dòng)力 ，對(duì)jv起決定性作用。vjp純水rm小rm大cb增加 不同rm下溶劑通量與壓差關(guān)系見圖。 臨界通量，jv不隨壓差增加

12、而增加。 料液濃度cb關(guān)系，cb增大，臨界通量減小。超濾操作壓力常控制在接近臨界通量的壓差。2、料液速度 超濾多錯(cuò)流操作，流速高，傳質(zhì)系數(shù)大，濃差極化減輕滲通量增加。但壓差大能耗高。3、溫度 t高，液體粘度小，d大，傳質(zhì)系數(shù)高，jv大，在膜及料液允許時(shí)盡量采用較高的溫度。4、截留液濃度 濃度大，粘度大，邊界層厚度大，易形成凝膠jv降低。因此對(duì)固體濃度有一最大允許值。三、超濾流程 所用膜組件由板框式、螺旋卷式、管式和中空纖維等。 流程分為間歇式和連續(xù)式兩類。膜組件滲透液循環(huán)液料液（1）間歇操作開式回路（3）多級(jí)連續(xù)操作循環(huán)液滲透液膜組件料液（2）間歇操作閉式回路7.1.4 電滲析 電滲析技術(shù)是在

13、直流電場的作用下，產(chǎn)電滲析技術(shù)是在直流電場的作用下，產(chǎn)生陰陽離子的定向遷移，由于離子交換生陰陽離子的定向遷移，由于離子交換膜的阻隔作用，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化和濃縮，膜的阻隔作用，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化和濃縮，分離推動(dòng)力是靜電引力。分離推動(dòng)力是靜電引力。一、電滲析的基本原理一、電滲析的基本原理 離子交換膜為由高分子材料制成的具有離子交換團(tuán)的薄膜。陽膜帶負(fù)電荷的固定基團(tuán)吸引溶液中帶正電荷的粒子，；陰膜帶正電荷的固定基團(tuán)吸引溶液中帶負(fù)電荷的粒子，而排斥溶液中帶負(fù)電荷的粒子。膜具有選擇性。電滲析的基本條件（1）直流電場使溶液中陽、陰離子作定向運(yùn)動(dòng)，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極；（2）離子交換膜的選擇性透過，溶液中

14、離子作反離子遷移。二、電滲析過程中的傳遞過程（1）反離子遷移（2）同名離子遷移（3）電介質(zhì)的濃差擴(kuò)散（4）水的滲透（5）滲漏（6）水的電滲析三、電極反應(yīng)和電極電位四、離子交換膜的選擇透過度 電極反應(yīng)是指溶液中離子在電極表面上得到或失去電子而產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)。電極單位是電極與電解質(zhì)溶液間的電位差。離子遷移數(shù)某一種離子在膜內(nèi)遷移量與全部離子在膜內(nèi)遷移量的的比值。如陰膜-nacl溶液體系中同名離子遷移數(shù)clnanaclnananaqqqccct反離子遷移數(shù)clnaclclnaclclqqqccct 膜的選擇透過度p為反離子在膜內(nèi)遷移數(shù)世紀(jì)增值與理想增值之比。%1001%100gggggggttttt

15、ttp 通常要求使用的離子交換透過膜選擇透過度大于85。反離子遷移數(shù)大于0.9。五、濃差極化和極限電流密度五、濃差極化和極限電流密度六、電滲析器流程 多采用板框式電滲析器，流程可分為連續(xù)式和間歇式，連續(xù)流程又有二級(jí)電滲析器和三級(jí)電滲析器，見書p218。7.1.5 氣體膜分離一、基本原理u 是指利用氣體混合物中各組分在致密膜中滲透速率是指利用氣體混合物中各組分在致密膜中滲透速率的不同而使各組分分離的過程的不同而使各組分分離的過程 氣體膜分離的機(jī)理由多種，按溶解-擴(kuò)散模型過程分三步：（1）在膜高壓側(cè)，氣體混合物中的滲透組分溶解在膜表面上；（2）溶解在膜表面的組分從膜高壓側(cè)通過分子擴(kuò)散傳遞到膜的低壓

16、側(cè)；（3）在膜低壓側(cè)表面的組分解吸到氣相。二、影響滲透通量與分離系數(shù)的因素1、膜材料2、膜厚度 活性厚度小，滲透通量大。通常制成具有極薄（小于500埃）致密活性層的非對(duì)稱性膜和復(fù)合膜。，3、溫度 t上升，滲透通量增加。4、壓力 p上升，滲透通量增加。四、氣體膜分離的應(yīng)用1、工業(yè)氣體中氫的回收2、氧氮分離3、天然氣中氦的提取4、二氧化碳的分離四、氣體分離膜與設(shè)備1、氣體分離膜（1）阻力復(fù)合膜（2）起分離作用的超薄膜與多孔性及膜形成的復(fù)合膜2、氣體膜分離設(shè)備（1）中空纖維管式膜器（2）卷式膜器五、氣體膜分離流程 當(dāng)分離要求高時(shí)，需采用多個(gè)膜分離器串聯(lián)使用。 常見組合方式有：1、簡單級(jí)聯(lián)2、精餾級(jí)聯(lián)

17、3、提餾級(jí)聯(lián)4、完全級(jí)聯(lián)7.1.6 液膜分離液膜分離是將第三種液體粘成膜狀以分離兩個(gè)液相，由于液膜的選擇性透過性，原料液的某些組分透過膜進(jìn)入接收液，實(shí)現(xiàn)三組分的分離。7.2 吸附分離吸附分離7.3 反應(yīng)精餾 反應(yīng)精餾一方面成為提高分離效率而將反應(yīng)與精餾相結(jié)合的一種分離操作，另一方面則成為提高反應(yīng)收率而借助于精餾分離手段的一種反應(yīng)過程。 反應(yīng)精餾是在進(jìn)行反應(yīng)的同時(shí)，用精餾方法分離產(chǎn)物的過程。反應(yīng)精餾概念1921年提出；20世紀(jì)3060年代針對(duì)某些特定體系的工藝進(jìn)行研究；60年代開始對(duì)反應(yīng)精餾的一般規(guī)律進(jìn)行研究。 反應(yīng)精餾的優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)精餾的優(yōu)點(diǎn)：（1）可增加反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性；（2）提高反應(yīng)速度

18、，增大生產(chǎn)能力；（3）利用反應(yīng)熱，節(jié)省能量；（4）節(jié)省設(shè)備投資；（5）對(duì)某些難分離物系，可利用反應(yīng)精餾獲得較純產(chǎn)品。7.3.1 反應(yīng)精餾的應(yīng)用一、利用精餾促進(jìn)反應(yīng)的反應(yīng)精餾1、對(duì)于可逆反應(yīng)、對(duì)于可逆反應(yīng) 醋 酸 甲醋 酸 甲酯酯醋酸醋酸硫酸硫酸不純物不純物自不純物回自不純物回收塔返回收塔返回甲醇甲醇水水 應(yīng)用反應(yīng)精餾可在一定應(yīng)用反應(yīng)精餾可在一定程度上變可逆反應(yīng)為不可逆程度上變可逆反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，且可到很純的產(chǎn)物。反應(yīng)，且可到很純的產(chǎn)物。如如1983年開發(fā)的反應(yīng)精餾生年開發(fā)的反應(yīng)精餾生產(chǎn)醋酸甲酯的工藝產(chǎn)醋酸甲酯的工藝。 ohcoochchohchcoohchsoh2333342 2、 對(duì)于連串

19、反應(yīng)對(duì)于連串反應(yīng)arsrs當(dāng)s為目的產(chǎn)物 原料首先生成中間產(chǎn)物r，在進(jìn)一步得到目的產(chǎn)物s，兩步反應(yīng)條件一般不同，傳統(tǒng)工藝需在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，有時(shí)尚需中間產(chǎn)物的精餾。反應(yīng)精餾可使反應(yīng)在同一塔設(shè)備的兩個(gè)反應(yīng)區(qū)進(jìn)行，同時(shí)利用精餾作用提供合適的濃度和溫度分布，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高收率和產(chǎn)品純度。當(dāng)r為目的產(chǎn)物，可利用反應(yīng)精餾的分離作用，把r盡快移出反應(yīng)區(qū)，避免副反應(yīng)進(jìn)行。二、利用反應(yīng)促進(jìn)精餾的反應(yīng)精餾 如分離沸點(diǎn)相近的同分異構(gòu)體，可利用其與反應(yīng)添加劑反應(yīng)能力的差異，通過反應(yīng)精餾而實(shí)現(xiàn)異構(gòu)體的分離。此時(shí)往往需要雙塔，在1塔加入第三組分，使其與異構(gòu)體之一優(yōu)先發(fā)生可逆反應(yīng)生成難揮發(fā)的化合物，不反應(yīng)的異構(gòu)體自

20、塔頂餾出反應(yīng)添加劑和反應(yīng)產(chǎn)物從塔釜出料進(jìn)入2塔，該塔中反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)生可逆反應(yīng)，通過精餾作用塔頂采出異構(gòu)體，塔釜出料為反應(yīng)添加劑再循環(huán)至1塔。同分異構(gòu)體a+b第三組分異構(gòu)體a異構(gòu)體b該類反應(yīng)精餾的基本條件該類反應(yīng)精餾的基本條件： 1）反應(yīng)是快速可逆的，反應(yīng)產(chǎn)物僅存于塔內(nèi)，不污染產(chǎn)品； 2）添加劑必須選擇性地與異構(gòu)體之一反應(yīng)； 3）添加劑、異構(gòu)體和反應(yīng)產(chǎn)物沸點(diǎn)間關(guān)系符合精餾要求。 三、三、 催化精餾催化精餾 實(shí)質(zhì)是非均相催化反應(yīng)精餾，即將催化劑填充于精餾塔中，它既起加速反應(yīng)的催化作用，又作為填料起分離作用。其具有反應(yīng)精餾的全部特點(diǎn)，既適用于可逆反應(yīng)，又適用于連串反應(yīng)。mtbe（甲基叔丁基醚）催化精餾

21、流程，反應(yīng)放熱用于產(chǎn)物分離上，有明顯節(jié)能效果，水電汽消耗僅為傳統(tǒng)工藝的60。1、預(yù)反應(yīng)器 2、催化精餾塔3、水洗塔4、甲醇回收塔甲醇c4原料c4餾分 對(duì)受平衡限制的反應(yīng)，催化精餾可大大超過固定床的xe。相對(duì)于固定床反應(yīng)器，催化精餾的另一優(yōu)點(diǎn)是由于精餾作用移出物系中較重的污染物使催化劑保持清潔，延長了催化劑壽命。催化精餾塔有精餾段、提餾段和反應(yīng)段組成，反應(yīng)段裝填催化劑是催化反應(yīng)精餾技術(shù)的關(guān)鍵，催化劑在塔內(nèi)裝填方式需滿足以下以條件： 1）使反應(yīng)段的催化劑床層有足夠的自由空間，提供汽液相流通通道，以進(jìn)行氣液傳質(zhì)，這些空間的分離效果和阻力降應(yīng)與一般填料相近； 2 ）具有足夠的表面積進(jìn)行催化反應(yīng)； 3）

22、允許催化劑顆粒的膨脹和收縮，而不損傷催化劑； 4）結(jié)構(gòu)簡單便于更換。7.3.2 反應(yīng)精餾過程反應(yīng)精餾過程一、反應(yīng)精餾流程 反應(yīng)精餾進(jìn)料位置取決于反應(yīng)與氣液平衡的性質(zhì)，確定進(jìn)料位置的原則是 ： 1）保證反應(yīng)物與催化劑充分接觸； 2）保證一定的反應(yīng)停留時(shí)間； 3）保證達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)物的分離。據(jù)反應(yīng)類型和反應(yīng)物、產(chǎn)物的關(guān)系有以下幾種流程：（3） 反應(yīng)，或 若c為目的產(chǎn)物， ，則進(jìn)料位置在塔中部；dcadcadac（1）反應(yīng) ，若 ，則進(jìn)料位置在塔下部甚至塔釜進(jìn)料，產(chǎn)物c為餾出液，塔釜不出料或出料很少 ca ac（2）反應(yīng) ，若 ，則進(jìn)料位置在塔上部甚至塔頂進(jìn)料并在全回流下操作，塔釜為產(chǎn)品；ca aca

23、cca(1)(2)acd(3)（4）反應(yīng) ，則進(jìn)料位置a在塔下部，b在塔上部，b進(jìn)料口以上為精餾段，a進(jìn)料口以下為提餾段，b與a間為反應(yīng)段（b與a也可在塔中部同時(shí)進(jìn)料）；dcbadbacdcba（5）反應(yīng) ， 則進(jìn)料位置b在塔頂部，a在塔下部。dcbaacd(4)bbd+c(5)a 對(duì)于催化精餾，cat放于反應(yīng)物含量最大的區(qū)域。例如：1）在異戊烯醚脫醚催化精餾塔內(nèi) ，應(yīng)使沸點(diǎn)最低的產(chǎn)物異戊烯盡快離開反應(yīng)段，由于其與醚的沸點(diǎn)差小，所以需要較大的精餾段，而另一產(chǎn)物醇易與醚分離，則催化劑裝于塔的下部。 異戊烯異戊烯醚醚異戊異戊烯烯醇醇2 ） 異 丙 苯生產(chǎn)的情況與之相反，催化劑裝于塔的上部。苯苯丙烯

24、丙烯異丙苯異丙苯過量甲過量甲醇或異醇或異丁烯丁烯甲醇甲醇混合混合c4mtbe3）mtbe生產(chǎn)希望mtbe迅速離開反應(yīng)區(qū)，又要移走過量甲醇以防生成二甲醚，所以催化劑裝于塔中部。二、二、反應(yīng)精餾過程的物理化學(xué)基礎(chǔ)反應(yīng)精餾過程的物理化學(xué)基礎(chǔ)1、相平衡及反應(yīng)共沸物、相平衡及反應(yīng)共沸物相平衡較普通精餾復(fù)雜，物系多為非理想物系，且常形成共沸物。2、動(dòng)力學(xué)對(duì)反應(yīng)精餾剩余曲線的影響、動(dòng)力學(xué)對(duì)反應(yīng)精餾剩余曲線的影響（見（見p152155） 三、三、反應(yīng)精餾過程分析反應(yīng)精餾過程分析1、反應(yīng)精餾塔內(nèi)含量和溫度分布、反應(yīng)精餾塔內(nèi)含量和溫度分布 塔內(nèi)含量及溫度由于含量、溫度及反應(yīng)速率相互影響，與普通精餾相比，塔內(nèi)含量及

25、溫度分布都有“反?！爆F(xiàn)象，會(huì)在塔內(nèi)某位置出現(xiàn)極值點(diǎn)。2、回流比和理論級(jí)數(shù)、回流比和理論級(jí)數(shù)回流比和理論級(jí)數(shù)只在一定范圍內(nèi)有補(bǔ)償作用。當(dāng)反應(yīng)速率控制時(shí)，由于體系的約束關(guān)系增加了，系統(tǒng)自由度減少了，r和nt間不存在彼此消長關(guān)系，而為確定值。不存在最小回流比。3、停留時(shí)間和進(jìn)料位置、停留時(shí)間和進(jìn)料位置 （1） 停留時(shí)間影響反應(yīng)情況 為保證反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)塔段要有足夠的液層，一般情況下反應(yīng)段堰高大于其它段，因反應(yīng)速率快，停留時(shí)間仍遠(yuǎn)小于非反應(yīng)精餾的反應(yīng)時(shí)間。（2） 進(jìn)料位置 相對(duì)揮發(fā)度大的反應(yīng)物和催化劑自塔下部加入，反之自塔上部加入。4、反應(yīng)精餾的特點(diǎn)、反應(yīng)精餾的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 選擇性高； 轉(zhuǎn)化率高； 生

26、產(chǎn)能力高； 產(chǎn)品純度高； 能耗低（反應(yīng)熱用于精餾，吸熱反應(yīng)減少熱損失）； 投資??； 系統(tǒng)容易控制，可通過改變p來改變反應(yīng)溫度。反應(yīng)精餾局限性：反應(yīng)精餾局限性： 僅適用于反應(yīng)過程和物系的精餾可在同一溫度條件下進(jìn)行的工藝過程； 根據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物大小有四種類型：可用反應(yīng)精餾技術(shù)的 2211產(chǎn)物反應(yīng)物反應(yīng)物產(chǎn)物反應(yīng)物產(chǎn)物反應(yīng)物產(chǎn)物均，或均不能用反應(yīng)精餾技術(shù)的 21212211產(chǎn)物產(chǎn)物反應(yīng)物反應(yīng)物反應(yīng)物產(chǎn)物產(chǎn)物反應(yīng)物7.4 加鹽精餾加鹽精餾 7.4.1鹽對(duì)汽液平衡的影響鹽對(duì)汽液平衡的影響 利用“鹽效應(yīng)”加入第三組分鹽后，可增大有機(jī)物的相對(duì)揮發(fā)度，影響汽液平衡，強(qiáng)化精餾進(jìn)行 7.4.2 溶鹽精餾溶鹽精餾（

27、1） 將固體鹽加入回流液中，塔頂?shù)眉儺a(chǎn)品；（2） 將鹽溶液與回流液混合；（3） 將鹽加到再沸器中，其破壞共沸物的作用；加入鹽的幾種方式：加入鹽的幾種方式： 溶鹽精餾的優(yōu)點(diǎn)： （1）鹽類完全不揮發(fā)，不存在冷凝汽化問題，能耗較少； （2）鹽效應(yīng)改變相對(duì)揮發(fā)度顯著，用量少，節(jié)省投資能耗。不足：鹽的溶解和回收循環(huán)輸送比較困難。7.4.3 加鹽萃取精餾加鹽萃取精餾 除了欲分離組分外，還有液體溶劑和溶鹽，為四元物系，氣液平衡由實(shí)驗(yàn)測定。 其流程與溶鹽精餾完全相同。7.4 分離過程選擇的方法分離過程選擇的方法 7.4.17.4.1、可行性、可行性 應(yīng)用該方法是否可能獲得所期望的結(jié)果應(yīng)用該方法是否可能獲得所期

28、望的結(jié)果 是否具備該過程所需的條件，包括溫度、是否具備該過程所需的條件，包括溫度、壓力、端電壓或其他壓力、端電壓或其他 當(dāng)同時(shí)有幾個(gè)分離方法可供選用時(shí)，應(yīng)當(dāng)同時(shí)有幾個(gè)分離方法可供選用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行評(píng)比擇優(yōu)進(jìn)行評(píng)比擇優(yōu) 將多組分系統(tǒng)分離為幾種較純的產(chǎn)品時(shí)，將多組分系統(tǒng)分離為幾種較純的產(chǎn)品時(shí)，要注意所采用的分離路線問題要注意所采用的分離路線問題 7.4.27.4.2分離過程類別的選擇分離過程類別的選擇 對(duì)多級(jí)分離過程，應(yīng)首先選擇平衡分離過程，對(duì)多級(jí)分離過程，應(yīng)首先選擇平衡分離過程，再選擇速率控制過程再選擇速率控制過程 平衡分離過程中應(yīng)首先選擇能量分離劑的分平衡分離過程中應(yīng)首先選擇能量分離劑的分離過程，

29、其熱力學(xué)效率較高離過程，其熱力學(xué)效率較高 精餾是首先考慮的對(duì)象精餾是首先考慮的對(duì)象 不采用精餾操作的因素是不采用精餾操作的因素是 產(chǎn)品因受熱而損害（表現(xiàn)在產(chǎn)品的變質(zhì)、變產(chǎn)品因受熱而損害（表現(xiàn)在產(chǎn)品的變質(zhì)、變色、聚合等方面），分離因子接近于色、聚合等方面），分離因子接近于1，以及，以及需要苛刻的精餾條件需要苛刻的精餾條件 對(duì)于分離因子較大的系統(tǒng)，應(yīng)盡量采用對(duì)于分離因子較大的系統(tǒng)，應(yīng)盡量采用單級(jí)和級(jí)數(shù)不多的分離過程單級(jí)和級(jí)數(shù)不多的分離過程 可利用各種組分的分子在添加劑的影響可利用各種組分的分子在添加劑的影響下所具有的不同遷移速率的這一特性，下所具有的不同遷移速率的這一特性，優(yōu)先采用速率控制分離過程

30、。如膜分離優(yōu)先采用速率控制分離過程。如膜分離過程過程 帶有固相的分離過程帶有固相的分離過程, 采用增加管道切采用增加管道切換裝置的模擬移動(dòng)床和多柱串聯(lián)吸附分換裝置的模擬移動(dòng)床和多柱串聯(lián)吸附分離離, 可連續(xù)化可連續(xù)化7.4.37.4.3生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品價(jià)格生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品價(jià)格 分離過程的生產(chǎn)規(guī)模與分離方法的選擇相關(guān)分離過程的生產(chǎn)規(guī)模與分離方法的選擇相關(guān) 如大規(guī)模的空氣分離裝置（空氣處理量超過如大規(guī)模的空氣分離裝置（空氣處理量超過2832m2832m3 3h h），采用低溫精餾過程最經(jīng)濟(jì)，而），采用低溫精餾過程最經(jīng)濟(jì)，而小規(guī)模的空分裝置則采用變壓吸附或中空纖維小規(guī)模的空分裝置則采用變壓吸附或中空纖維氣

31、體滲透分離等方法更為經(jīng)濟(jì)氣體滲透分離等方法更為經(jīng)濟(jì) 產(chǎn)品價(jià)格會(huì)影響對(duì)分離方法的取舍產(chǎn)品價(jià)格會(huì)影響對(duì)分離方法的取舍 主要分離過程在單生產(chǎn)線操作時(shí)的最大生主要分離過程在單生產(chǎn)線操作時(shí)的最大生產(chǎn)能力產(chǎn)能力 7.4.4產(chǎn)品熱敏性和物性與分子性質(zhì) 在分離過程中因受熱而損害（表現(xiàn)在產(chǎn)品的變質(zhì)、在分離過程中因受熱而損害（表現(xiàn)在產(chǎn)品的變質(zhì)、變色、聚合等方面變色、聚合等方面) )，應(yīng)選用速率控制分離過程，應(yīng)選用速率控制分離過程 分離因子反映了被分離物質(zhì)可測的宏觀性質(zhì)的差分離因子反映了被分離物質(zhì)可測的宏觀性質(zhì)的差異；異；分子的特性分子的特性( (分子的體積、形狀、偶極矩、分子的體積、形狀、偶極矩、極化強(qiáng)度、電荷和

32、化學(xué)性質(zhì)極化強(qiáng)度、電荷和化學(xué)性質(zhì) ) )影響分離因子影響分離因子不同的分子性質(zhì)對(duì)分離因子的影響 1決定性作用；決定性作用；2重要作用；重要作用；3次要作用；次要作用；4作用??；作用小；0無作用無作用 對(duì)于任何給定的混合物，按分子性質(zhì)及其宏對(duì)于任何給定的混合物，按分子性質(zhì)及其宏觀性質(zhì)的差異選擇可能的分離過程觀性質(zhì)的差異選擇可能的分離過程 如果混合物中各組分的極性相差很大，有可如果混合物中各組分的極性相差很大，有可能采用精餾過程能采用精餾過程 如果各組分的揮發(fā)度相差不大，可能采用極如果各組分的揮發(fā)度相差不大，可能采用極性溶劑進(jìn)行萃取或萃取精餾性溶劑進(jìn)行萃取或萃取精餾 如果極性大的分子以很低的濃度存

33、在于混合如果極性大的分子以很低的濃度存在于混合物中，可采用極性吸附劑的吸附過程物中，可采用極性吸附劑的吸附過程二甲苯和乙苯的性質(zhì)二甲苯和乙苯的性質(zhì) 二甲苯異構(gòu)體的分離二甲苯異構(gòu)體的分離 相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度: 間位或?qū)ξ秽徫欢妆介g位或?qū)ξ秽徫欢妆綖闉?.16 對(duì)位間位二甲苯為對(duì)位間位二甲苯為1.02 分子形狀分子形狀: 對(duì)二甲苯是細(xì)長分子，間二對(duì)二甲苯是細(xì)長分子，間二甲苯更近于球形。且對(duì)二甲苯比其它的甲苯更近于球形。且對(duì)二甲苯比其它的異構(gòu)體有較高的凝固點(diǎn)異構(gòu)體有較高的凝固點(diǎn) 先用精餾法除去鄰二甲苯，再用結(jié)晶分先用精餾法除去鄰二甲苯，再用結(jié)晶分離離(或用分子篩吸附或用分子篩吸附)對(duì)二甲苯和間

34、二甲對(duì)二甲苯和間二甲苯苯 7.4.57.4.5分離過程設(shè)計(jì)的可靠性和獨(dú)立操作性能分離過程設(shè)計(jì)的可靠性和獨(dú)立操作性能 1、精餾、精餾 可靠的精餾設(shè)計(jì)方法和放大方法可靠的精餾設(shè)計(jì)方法和放大方法 含含m個(gè)組分的混合物在個(gè)組分的混合物在m1個(gè)塔中可得到完個(gè)塔中可得到完全的分離全的分離 2、萃取、萃取 溶劑的選擇、確定操作條件和萃取設(shè)備選型溶劑的選擇、確定操作條件和萃取設(shè)備選型等，有足夠的可靠性等，有足夠的可靠性,需在同類裝置中進(jìn)行小需在同類裝置中進(jìn)行小規(guī)模試驗(yàn)進(jìn)行放大規(guī)模試驗(yàn)進(jìn)行放大 為得到要求純度的產(chǎn)品，必須從萃取液中回為得到要求純度的產(chǎn)品，必須從萃取液中回收萃取物，常采用的輔助分離過程是精餾收萃取

35、物，常采用的輔助分離過程是精餾 3、結(jié)晶、結(jié)晶 結(jié)晶設(shè)備的設(shè)計(jì)很困難，需要在小型工業(yè)裝結(jié)晶設(shè)備的設(shè)計(jì)很困難，需要在小型工業(yè)裝置上做中試置上做中試 ，并在實(shí)際工業(yè)裝置需調(diào)整操作，并在實(shí)際工業(yè)裝置需調(diào)整操作 固體產(chǎn)品需進(jìn)行洗滌和過濾固體產(chǎn)品需進(jìn)行洗滌和過濾 4、吸附、吸附 有實(shí)測的吸附等溫線數(shù)據(jù)和能夠確定物料傳有實(shí)測的吸附等溫線數(shù)據(jù)和能夠確定物料傳質(zhì)特性的一定數(shù)量的小試結(jié)果，能夠?qū)ξ劫|(zhì)特性的一定數(shù)量的小試結(jié)果，能夠?qū)ξ皆O(shè)備和操作循環(huán)作可靠的設(shè)計(jì)設(shè)備和操作循環(huán)作可靠的設(shè)計(jì) 吸附劑需要再生吸附劑需要再生 5、反滲透、反滲透 在單個(gè)膜組件或小型實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，用實(shí)際物在單個(gè)膜組件或小型實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，用實(shí)際

36、物料進(jìn)行小試。當(dāng)小試提供了可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)料進(jìn)行小試。當(dāng)小試提供了可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)之后，反滲透設(shè)備的設(shè)計(jì)是有把握之后，反滲透設(shè)備的設(shè)計(jì)是有把握 反滲透的產(chǎn)品是純?nèi)軇┖捅粷饪s溶液，所以反滲透的產(chǎn)品是純?nèi)軇┖捅粷饪s溶液，所以它不是一個(gè)完整的分離過程它不是一個(gè)完整的分離過程 如果希望完全分離或使溶劑有高回收率，則如果希望完全分離或使溶劑有高回收率，則必須附加其它過程必須附加其它過程 6、氣體膜分離、氣體膜分離 設(shè)計(jì)的可靠性同反滲透過程設(shè)計(jì)的可靠性同反滲透過程 只采用膜分離方法達(dá)到高純度和高回收率是只采用膜分離方法達(dá)到高純度和高回收率是不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)輔助以其它分離過程不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)輔助以其它分離過程 7、超濾、超濾 設(shè)計(jì)須以廣泛的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，并需設(shè)計(jì)須以廣泛的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，并需中間試驗(yàn)中間試驗(yàn) 超濾的兩產(chǎn)品都是稀溶液，如果要求純產(chǎn)品，超濾的兩產(chǎn)品都是稀溶液，如果要求純產(chǎn)品，尚需輔助分離過程尚需輔助分離過程 8、離子交換、離子交換 在工業(yè)裝置中出現(xiàn)的床層堵塞和交換能力降在工業(yè)裝置中