精馏简介

精馏一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法，是工业上应用最广的 液体混合物分离操作，广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。精馏 操作按不同方法进行分类。根据操作方 式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据 混合物的组分数，可分为二元精馏和多 元精馏；根据是否在混合物中加入影响 汽液平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和 加盐精馏）。若精馏过程伴有化学反应， 则称为反应精馏。精馏装置包括:精馏塔:再沸器;冷凝器;换热器;泵;真空缓冲罐。

这里我就简单介绍一下萃取精馏和恒沸精馏。 萃取精馏

简介：向精馏塔顶连续加入高沸点添加剂，改变料液中被分离组分间的相对挥发度，使普 通精馏难以分离的液体混合物变得易于分离的一种特殊精馏方法。

添加剂的用量对于萃取精馏的分离效果和经济性有很大影响。以异辛烷和甲苯在不同苯酚（添加剂）浓度下的相平衡关系（图一）为例，可知添加剂的浓度较高时，原组分间的相对挥发度较大，分离所需的塔板数也较少。然而添加剂用量大，回收费用增大。因此，添加剂的最佳用量，须通过经济核算来决定。当原料和添加剂按一定比例加入时，还有相应的最适宜回流比。操作时不适当地增大回流比，就降低了添加剂浓度，反而使分离效果变坏。 典型流程 例如料液为异辛烷-甲苯混合物,相对挥发度很小。从精馏塔近塔顶处（图 2）加入苯 酚（正常沸点为 181℃）作为添加剂。苯酚的挥发度很小，全部与甲苯一起从塔底排 出。添加剂在每块塔板上保持一定的浓度，使相平衡关系发生有利于分离的变化。从塔底排出的添加剂，可用另一精馏塔进行回收，并循环使用。为避免少量添加剂从塔顶随易挥发组分逸出，可在添加剂入口以上设一两块塔板予以回收，称为添加剂回收段。萃取精馏。添加剂的选择 萃取精馏的添加剂(又称萃取剂)的选择原则是：①选择性高，即加入 少量添加剂就可大幅度增加组分间的相对挥发度；②挥发度小，即具有比料液组分高得多的沸点；③与原料液有足够的互溶度，在塔板上不出现液 体分相现象；④来源充足,价格便宜,水和某些极性有机化合物是最常用的添加剂。

萃取精馏主要用于那些加入添加剂后，因相对挥发度增大所节省的费 用，足以补偿添加剂本身及其回收操作所需费用的场合。萃取精馏采用的溶剂具有沸点高 、相对不易挥发 ,并与其他组分不易形成络合物的特点

萃取精馏最初用于丁烷与丁烯以及丁烯与丁二烯等混合物的分离。目前，萃取精馏比恒沸精馏更广泛地用于醛、酮、有机酸及其他烃类氧化物等的分离。萃取精馏中溶剂的选择占有十分重要的地位 , 早期的溶剂选取方法决定了其选择的范围较窄 , 从而使萃取精馏技术的应用受到限制。。随着萃取溶剂探索方法的发 展、萃取精馏系统的进一步优化及高效设备的采用 , 提高了萃取精馏系统的适用性 、可控制性和操作性 ,

使其与其他精密分离技术和液液萃取技术相比 , 显示出了越来越明显的优越性 。 恒沸精馏

在被分离的物系中加入共沸剂（或者称共沸组分），该共沸剂必须能和物系中一个或几个组分形成具有最低沸点的恒沸物，以至于 使需要分离的集中物质间的沸点差（或相对挥发度）增大。在精馏时，共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸出，工业上把这种 操作称为恒沸精馏。 下面以制取无水酒精为例，说明恒沸精馏的过程，水和酒精能形成具有恒沸点的混合物，所以用普通的精馏方法不能获得纯度超过 96%（体积）的乙醇，若在酒精和水的溶液中加入共沸组分-苯，则可构成各种恒沸混合物，但以酒精、苯和水所组成的三组分恒沸混合物的沸点为最低（64.84℃）。当精馏温度在 64.85℃时，酒精、苯和水的三元混合物首先被蒸出；温度升至 68.25℃时，蒸出 的是酒精与苯的二元恒沸混合物；随着温度继续上升，苯与水的二元恒沸混合物和酒精与水的二元恒沸混合物也先后蒸出，这些恒 沸物把水从塔顶带出，在塔釜可以获得无水酒精。工业上广泛地用于生产无水酒精的方法，就是根据此原理。 恒沸精馏的过程中，所加入的共沸组分必须从塔顶蒸出，而后冷凝分离，循环使用。因而恒沸精馏消耗的能量（包括汽化共沸剂的 热量和输送物料的电能）较多。

共沸组分选择的原则是：

（1）必须能与被分离物系中一个或几个组分形成具有最低沸点的恒沸物，这是最基本

的一条。

（2）对改变被分离物系组分间的相 对挥发度足够有效，加入共沸组分后所形成的恒沸物，其沸点温度与被分离组分沸点间的假别愈大，共沸精馏越容易进行。这往往 在所选择的共沸组分的沸点相当接近于被分离组分的沸点时能实现。

（3）其有效的分离作用而不需要很多的共沸组分。恒沸物中被分离组分的含量愈高，则共沸组分的用量愈少，汽化共沸组分所消 耗的热能也就愈少，精馏就愈经济。

（4）共沸组分易分离和回收。

（5）共沸组分的性质稳定面对设备的腐蚀性要小，对人体的毒性要小。 （6）合理的挥发性。 （7）价格低廉。

恒沸精馏和萃取精馏有什么区别：

（1）萃取精馏的萃取剂，不必要与分离系统中的某组分形成共沸物，而要求它的蒸气压远小于分离混合物的蒸气压，因此萃取剂 的选用范围比较大。

（2）萃取精馏的操作条件与恒沸精馏相比，可以在较大的范围内变动。 （3）萃取精馏因萃取剂不从塔顶蒸出，因此，蒸气的消耗比恒沸精馏为少。 （4）萃取精馏适用于从塔顶蒸出较多的产品和从塔釜排出较少的产品的情况；而恒沸精馏适用于从塔顶蒸出较少的产品和从塔釜 排出较多的产品的情况。因为在上述情况下萃取组分或共沸组分的加入量相对的较少，能量消耗也随之较少。

萃取精馏在甲醇应用

粗甲醇的组成低沸物以及可与甲醇形成共沸物的组分及 其脱除方法分析 萃取精馏原理和萃取剂的选用 甲醇精馏预塔流程 实例及结论

粗甲醇的组成

由资料看出，粗甲醇中较难分离的组分分为2类：①沸点与甲醇较接近的组分，如丙酮与甲醇的沸点差为8.41℃，正己烷与甲醇的沸点差为4.04℃。

②能与甲醇形成共沸物，共沸物的沸点与甲醇沸点（64.70℃）较为接近，分离难度大。 低沸物以及可与甲醇形成共沸物的组分及其脱除方法分析。 低沸物脱除方法

预塔精馏的主要作用是脱除粗甲醇中的低沸点杂质和可与甲醇形成共沸物的杂质， 它们一般由二氧化碳、醚类、胺类、烃类、 酯类、醛酮类物质组成。 二氧化碳、醚类、胺类等低沸物可随不凝 气一起放空。

共沸物脱除方法

这类物质的沸点较高，且易与甲醇形成低 于甲醇沸点的共沸物，主要集中在预塔塔顶而大量进入二级冷凝器回流液。这类物质如不在回流液中脱除，就会造成预塔塔釜出料杂质多，影响精甲醇的质量。脱除这些杂质的方法主要是利用其不溶于水的特性 。

催化剂选用铜基催化剂。 预塔操作条件： 预塔操作条件：塔顶 0．045 MPa(表压 ， 表压)， ． 表压 粗甲醇预热到72℃ 粗甲醇预热到 ℃进 料，萃取回流液送回 塔顶。 塔顶。结合ASPEN流程 流程 结合 模拟软件分析 萃取精馏对于 粗甲醇精馏的 作用。 作用。辛烷、癸烷相对甲醇的挥发 度随着萃取剂水质量分数增大而增高。 度随着萃取剂水质量分数增大而增高。丙酮随萃取水质量分数增大相对挥发度 可以看出 逐渐减少。 逐渐减少。

可见萃取剂质量分数增大可使癸烷、辛烷 等和甲醇形成沸点低于甲醇的共沸物，更 易从塔顶脱除，而萃取剂质量分数过大则 会导致丙酮等相对挥发度减少。且随着萃 取剂质量分数的增加会导致塔底热负荷的 增加，以致增大精馏工序的蒸汽消耗。 通过软件模拟与工程实际操作经验得出选 择水作为萃取剂，萃取剂质量分数为粗甲 醇进料质量分数的1O％ 。

恒沸精馏在无水乙醇生产中的应用

在生产无水酒精过程中, 体系是作为双 组分溶液来考虑。 由于形成均相恒沸物, 制取 无水酒精, 必须添加夹带剂 ( 如苯、 环己烷、 戊 烷等) 形成新的三元体系, 该三元体系与纯组 分酒精 ( 或水) 之间的沸点差较大, 从而可较 容易地通过精馏获得纯度很高的乙醇。 以苯为例: 苯、 乙醇和水三元体系, 在 1a tm 下沸点 为 64. 6℃, 比乙醇的沸点 78. 3℃或乙醇—— 水的沸点 78. 15℃都要低得多。 在精馏时从 塔顶馏出。 三元恒沸物的组成 ( 摩尔分率) 为: 苯 0. 554、 乙醇 0. 230、 0. 226, 其中水对乙 水 醇的摩尔比为 0. 98, 比乙醇——水恒沸物的 这一摩尔比 0. 12, 要大得多。 故只要有足量 的苯作为夹带剂, 在精馏时水将全部集中于 三元恒沸物中从塔顶馏出, 而塔底产品为无 水酒精。 作为夹带剂的苯在系统中循环, 补充 损失的苯量在正常情况下低于无水酒精产品 的 1% 。 在恒沸精馏中对夹带剂的选择要求是:

a与被分离组分形成恒沸物。

采用恒沸精馏生产无水酒精, 可以在塔 经等设计参数上稍有改变, 无水酒精的产量 就会有显著提高。 目前用恒沸精馏生产无水 酒精的厂家, 年产多达数千吨, 最高可达数万 吨以上。 我国酒精行业中, 目前用发酵法生产 无水酒精的最大厂家是安徽特级酒精总厂, 年产无水酒精 5000 吨, 其中 98% 以上为试 剂级 ( 化学纯、 分析纯、 优级纯) 。 3. 4 能

耗较低 一般制备 100L 无水酒精, 要消耗 150 ～200 公斤蒸汽, 0. 1 公斤苯 ( 以苯做脱带剂) , 2. 5m 3 水, 酒精损失为 1. 0% 。工艺上进一步。

b被分离组分要有足够大的差别, 一般要求大 于 10℃. 希望能与料液中含量少的哪个组分形成 恒沸物, 而且夹带的量要求尽可能高。 以减少 夹带剂用量, 降低消耗。

c保证恒沸物冷凝后能分为轻重两相, 易于 分离回收。 为此, 夹带剂与被夹带组分的相互 溶解度要小。

d 夹带剂易购, 价廉等。

改造, 消耗还可进一步降低。 较好水平可以达 到, 生产 100L 无水酒精, 消耗蒸汽 53 公斤, 苯 0. 025% , 酒精损失为 0. 10% 。 吨产品耗电 仅为 9 度左右。机械化程度高, 便于自动控制 由于恒沸精馏法具有连续、 稳定的特点。 因此, 系统采用仪表自动控制或微机自动控 制都是十分方便。

恒沸精馏生产无水酒精有很大的优点。

作为塔底产品的乙醇 ( 无水酒精) 并不汽 化, 要分出的水只占料液的极小部分, 又不需 要很大的回流比, 故汽化量 ( 三元共沸物) 相 对较小。 三元恒沸物的冷凝液分为轻重两相, 夹 带剂易于分离, 循环利用。

质量进一步提高.所示的工艺适于生产质量要求不 高, 只对酒精度有严格要求的产品。 图 2 所示工艺对杂质排除 ( 如甲醇、 杂醇 油、 醛等) 较彻底。 用该法生产的无水酒精, 可 广泛应用于化学、 医学、 医药、 电子、 化妆品等 行业。 也适用于汽油醇等方面。

这两种特殊精馏方法在现在工业生产中发挥着巨大作用，有待我们进一步研究。