新型精餾化工技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

1、新型精餾化工技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用組員：徐博、李江川、陳寧反應(yīng)精餾 原理：反應(yīng)精餾就是在進(jìn)行反應(yīng)的同時用精餾方法分離出產(chǎn)物的過程。伴有化學(xué)反應(yīng)的精餾方法,有的用精餾促進(jìn)反應(yīng),有的用反應(yīng)促進(jìn)精餾。用精餾促進(jìn)反應(yīng)，就是通過精餾不斷移走反應(yīng)的生成物，以提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和收率。如醇加酸生成酯和水的酯化反應(yīng)是一種可逆反應(yīng)，將這個反應(yīng)放在精餾塔中進(jìn)行時，一邊進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，一邊進(jìn)行精餾，及時分離出生成物酯和水。這樣可使反應(yīng)持續(xù)向酯化的方向進(jìn)行。這種精餾在同一設(shè)備內(nèi)完成化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)物的分離，使設(shè)備投資和操作費用大為降低。 優(yōu)點： 1、破壞了可逆反應(yīng)平衡，增加了反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率，使反應(yīng)速度提高，從而提高了生產(chǎn)能力。

2、2、精餾過程可以利用反應(yīng)熱，節(jié)省了能量。 3、反應(yīng)器和精餾塔合成一個設(shè)備，節(jié)省投資。 4、對某些難分離的物系，可以獲得較純的產(chǎn)品。毛細(xì)管精餾 工業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的共沸物,如生物燃料無水乙醇的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的乙醇2水的共沸物,用普通的精餾方法根本無法分離精制得到無水乙醇,雖可用共沸精餾、萃取精餾和滲透蒸發(fā)等一些特殊方法進(jìn)行分離,但用這些方法能耗高、設(shè)備投資大,即是能量密集型的操作單元,具有較高的生產(chǎn)成本。毛細(xì)管精餾可以在一個分離塔裝置內(nèi)進(jìn)行,僅依靠塔內(nèi)件的特殊作用就可以改變共沸物系的氣液平衡關(guān)系,使共沸點消失,該分離技術(shù)不需要使用外加的共沸劑,所以也就不需要共沸劑的回收分離塔,不僅節(jié)能而

3、且減少了分離過程溶劑的損耗和排放,對環(huán)境是友好的。毛細(xì)管精餾比傳統(tǒng)的填料塔和板式塔精餾技術(shù)具有分離共沸物系的優(yōu)勢,主要是由于其獨特的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的共沸物系氣液兩相流動的接觸方式及氣液平衡關(guān)系的不同。 毛細(xì)管精餾的理論基礎(chǔ) 毛細(xì)管精餾主要是利用多毛細(xì)孔固體介質(zhì)如多孔毛細(xì)管板或填料的表面與液體混合物各組分分子的相互作用力而產(chǎn)生的一種精餾技術(shù)。由于液體組分間極性的差異,導(dǎo)致多毛細(xì)孔固體介質(zhì)與混合物各組分間所產(chǎn)生的相互作用力的大小不同,相應(yīng)地改變了液體混合物各組分間的相互性質(zhì)如組分間的氣液平衡、活度和相對揮發(fā)度等性質(zhì),從而達(dá)到精餾分離的目的。超重力精餾 超重力精餾技術(shù)的核心折流式旋轉(zhuǎn)床 作為超重力精

4、餾技術(shù)核心的折流式旋轉(zhuǎn)床。折流式旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)子為動靜部件組合結(jié)構(gòu),其中動部件為動盤和動折流圈(圈上開有小孔),靜部件為靜盤和靜折流圈。動靜兩組折流圈相對且交錯嵌套布置,動靜折流圈之間的環(huán)隙加上動折流圈和靜盤及靜折流圈和動盤之間的縫隙,構(gòu)成了氣體和液體流動的曲折通道。操作時,液體由上而下順序流過各個轉(zhuǎn)子,在轉(zhuǎn)子內(nèi)受離心力作用自中心向外緣流動,氣體自下而上依次流過各個轉(zhuǎn)子,在轉(zhuǎn)子內(nèi)受壓差作用自外緣向中心流動,這樣便實現(xiàn)了單個殼體內(nèi)氣液兩相接觸級數(shù)的成倍提高。折流式旋轉(zhuǎn)床獨特的動靜組合式結(jié)構(gòu)決定了其具有以下突出優(yōu)點:(1)折流式旋轉(zhuǎn)床內(nèi)氣液接觸元件為折流圈,其中動折流圈具有自分布功能,轉(zhuǎn)子內(nèi)液體被多次

5、的分散,因此無需液體的初始分布器。這樣便可以簡化內(nèi)部結(jié)構(gòu),降低制造成本。(2)折流式旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)子的靜盤和殼體固定連接,氣體無法繞過轉(zhuǎn)子形成“短路”,因此無需轉(zhuǎn)子與殼體間的動密封。這便進(jìn)一步簡化了內(nèi)部結(jié)構(gòu),同時提高了設(shè)備的可靠性。(3)由于折流式旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子中靜盤的存在,因此進(jìn)料設(shè)置非常靈活。進(jìn)料既可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子徑向上,也可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子之間。這樣便可以實現(xiàn)帶有多股進(jìn)料的復(fù)雜傳質(zhì)過程。(4)由于轉(zhuǎn)子與殼體間不存在動密封,再加之液體可以在轉(zhuǎn)子間自動串聯(lián)流動,因此折流式旋轉(zhuǎn)床內(nèi)可方便地實現(xiàn)多轉(zhuǎn)子同軸串聯(lián),使單臺設(shè)備的分離能力大幅度提高。折流式旋轉(zhuǎn)床的這些優(yōu)點解決了精餾過程的中間進(jìn)料、分布器、多股進(jìn)料以及

6、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題,從而使得超重力技術(shù)在精餾中的應(yīng)用成為可能。目前,折流式旋轉(zhuǎn)床已成功應(yīng)用于工業(yè)中的各種精餾過程,包括連續(xù)精餾、間歇精餾、萃取精餾、共沸精餾等,而且在某些吸收和汽提等過程也實現(xiàn)了工業(yè)化。熱泵精餾 在化工生產(chǎn)中精餾是應(yīng)用最廣泛的化工分離單元操作，也是主要的能源耗費場所。精餾塔的熱集成是精餾過程節(jié)能的重要途徑，而熱集成中的熱泵精餾更是最具有節(jié)能潛力的技術(shù)之一。因此，在精餾過程中采用熱泵精餾降低能耗和成本來提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的現(xiàn)實意義。熱泵精餾是既向塔底供熱又向塔頂供冷的逆卡諾循環(huán)系統(tǒng)，節(jié)能的效果顯著。 傳統(tǒng)的精餾設(shè)備能耗大,熱力學(xué)效率很低。對此,人們提出了許多節(jié)能措施。大量的理論

7、分析、實驗研究以及工業(yè)應(yīng)用表明,熱泵精餾的節(jié)能效果十分顯著。熱泵精餾是把精餾塔塔頂蒸汽加壓升溫,使其用作塔底再沸器的熱源,回收塔頂蒸汽的冷凝潛熱。根據(jù)熱泵所消耗的外界能量不同,熱泵精餾可分為蒸汽壓縮式和蒸汽噴射式2種類型。塔頂氣體直接壓縮式熱泵精餾應(yīng)用十分廣泛,如丙烯-丙烷的分離采用熱泵精餾,其熱力學(xué)效率可以從316%提高到811%,節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。 熱泵精餾確實是一種高效的節(jié)能技術(shù),但需要注意的是,在選擇精餾方案時,除應(yīng)考慮能源費用外,還應(yīng)考慮其設(shè)備投資費等因素,對其經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行綜合評價,在實際中要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計工藝流程,程對提高精餾效率有著根本性的意義。對于傳統(tǒng)的傳質(zhì)設(shè)備如填料塔、板式塔等,由于在重力場的作用下,其相間傳質(zhì)速率不可避免地受到重力場的影響,因此,要想強(qiáng)化傳質(zhì)過程,縮小設(shè)備體積,就必須突破重力場的影響。超重力傳質(zhì)技術(shù)就是在此背景下誕生的一種前沿技術(shù),它利用強(qiáng)大的離心力場代替了重力場,從而實現(xiàn)了傳質(zhì)過程的強(qiáng)化。從理論上講,在超重力場中,精餾過程中的氣液兩相由于接觸面積大且相界面又能快速更新,使得氣液兩相在較短的時