精馏小论文.doc

精 馏 小 论 文学院：化学与制药工程学院姓名：赵贤园学号：201004031063 【摘要】精馏技术因其独特的优势在化学工业中日益受到重视，已在多个领域实现了产业化，对某些新领域的开发也取得了一定的进展。本文从理论和实际两方面对精馏做了简单的介绍，包括定义、分类、原理、应用等方面，特别是特殊精馏已在工业生产中占有一定的地位，本文也对特殊精馏的前景做了比较详细的介绍，旨在让人们更多的了解有关精馏方面的问题。【关键词】精馏 精馏原理 特殊精馏【正文】1、 精馏概念多次而且同时运用部分气化和部分冷凝的方法，使混合液较完全分离，获得接近纯组分的单元操作。精馏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。2、 精馏的分类 （1）根据操作方式，可分为连续精馏和间歇精馏； （2）根据混合物的组分数，可分为二元精馏和多元精馏； （3）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）。 此外，若精馏过程伴有化学反应，则称为反应精馏。3、 精馏原理在精馏过程中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液在塔板上多次部分汽化部分冷凝，进行传热与传质，使混合液达到一定程度的分离。回流是精馏操作的必要条件，塔顶的回流量与采出量之比称为回流比。回流比是精馏操作的主要参数，它的大小直接影响精馏操作的分离效果和能耗。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则需要无穷多块塔板，在工业上是不可行的。若在全回流下操作，既无任何产品的采出，也无任何原料的加入，塔顶的冷凝液全部返回到塔中，这在生产中无任何意义。但是，由于此时所需理论板数最少，易于达到稳定，故常在科学研究及工业装置的开停车及排除故障时采用。通常回流比取最小回流比的1.22.0倍。T2（1）多次部分冷凝T1TA 如图：将组成为XF，温度为TA的混合液加热到气液共存区，使其部分气化，并将气液两相分开，气相组成为Y1 ，液相组成为X1 ，且Y1XFX1 ，部分分离。 将产生的组成为Y1 的饱和蒸汽部分冷凝到T1 出现新的气液平衡，气相组成为Y2，液相组成为X2 且Y2 Y1 。再将温度为T1 组成为Y2 的饱和蒸汽冷凝到T2 出现新平衡，气相组成为Y3 ，Y3 Y1 。 图1 多次部分冷凝（2）多次部分汽化 TA将组成为X1 的饱和液体加热T3，使其部分气化，这时又出现新的气液平衡，将气液两相分开，液相组成为X2 。再将组成为X2 的饱和液体部分气化，如此类推，最终可得易挥发组分浓度很低，接近于纯净的难挥发组分的液相。图2 多次部分汽化T3（3）精馏的相图解释将第一级溶液部分汽化所得气相产品在冷凝后再在第二级中进行部分汽化所得气相组成y2，且y2必大于y1.可见这种部分汽化的次数（即级数）愈多，所得到的蒸汽浓度也愈高，最后可得到几乎为纯态的易挥发组分。同理，若将从各分离器得到的液相产品分别进行多次部分汽化和分离，那么这种级数愈多，得到液相产品的组分愈低，最后可得到几乎纯态的难挥发组分。（4） 装置缺陷及解决原理基于以上理论我们不难理解精馏的原理，但是实际的精馏操作却存在以下两个问题：（1） 分离过程得到许多中间馏分，影响纯产品的收率；（2） 设备庞杂，能量消耗大。因此，上述流程工业上是不可能利用的。只有想办法解决了上两个问题后才能加以采用。在实验室中和工业生产中又是怎样解决这个问题的呢？ 现阶段我们采用了经典的回流操作，此方法能有效地解决中间馏分多和能源消耗大的缺点，下面我们来看看回流操作流程。由图可知，第二级液相产品组成X2小于第一级原料液组成XF。但两者较为接近，因此X2可返回与XF相混合。同时，让第三级所产生的中间产品X3与第二级的料液Y1混合，这样就消除了中间产品，提高了最后产品的收率。此外，当第一级所产生蒸气Y1与第三级下降的液相X3直接混合时，由于液体温度T3低于气相温度T1，因此高温蒸气将加热低温的液体，而使液体部分气化，而蒸气本身则被冷却冷凝。因此，不同温度且互不平衡的气液两相接触时，避孕药然会同时产生传热和使质的双重作用，所以使上一级液相回流（如液相X3）与下一级的气相（如气相Y1）直接接触，就可以变为如图工业上所采用的流程，而省去了中间加热器和冷凝器。 从上分析可知，将每一级中间产品迫回到下一级中，不仅可提离产品的收率，且是过程进行的必不可少条件。例如，对第二级而言，如没有液体X3回流到Y1中，而又无中间加热器和冷嘲热冷凝器，那么就不含有溶液的部分气化和蒸气的部分冷凝，第二级也就没有分离作用。显然，每一级都需有回流液，那么，对于最上一级（图中第三级）而言，将Y3冷凝后不是全部作为产品，而把其中一部分返回与Y2相混合，这是最简单的回流方法。通常，将引回图3 回流原理图设备的部分产品称为回流。因此，回流是保证精馏过程连续稳定操作必不可少的条件之一。 上面分析是增浓混合液中易挥发组分的情况。对增浓难挥发组分来说，原理是完全相同的。此时，将加热器移至底部，使难挥发组分组成最高的蒸发进入最下一级，显然这部分蒸气只能由最下一级下降的液体部分气化而得到，此时气化所需的热量由加热器（称为再沸器）供给。所以在再沸器中，溶液的部分气化而产生上升蒸气，如同设备上部回流一样，是精馏得以连续稳定操作的另一个必不可少条件。 四、实验室实现精馏的操作精馏实验装置和流程示意1塔顶冷凝器；2回流比分配器；3塔身；4转子流量计；5视盅；6塔釜；7塔釜加热器；8控温加热器；9支座；10冷却器；11原料液灌；12缓冲罐；13进料泵；14塔顶放气阀实验室板式精馏塔精馏塔为筛板塔，全塔共八块塔板，塔身结构尺寸：塔径 (57*3.5) mm , 塔板间距 80mm ， 溢流管截面积78.5 mm2 ,溢流堰高12mm ，底隙高度6mm ;每块塔板开有43 个直径为1.5mm 的小孔，正三角形排列，孔间距为6 mm 。塔釜装有液位计、电加热器、控温电加热器、温度计接口、测压口和取样口。由于本实验所取试样为塔釜液相物料，故塔釜可视为一块理论版。塔顶冷凝器为一蛇管式换热器，换热面积0.06 m2 ,管外走蒸汽，管内走冷却水。五、精馏的工业生产装置如图所示为典型的连续精馏流程装置简图。由图可知，原料液经预热器加热到指定温度后，送入精馏塔的进料板，在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。在每层板上，回流液与上升蒸气互相接触，进行使热和使质过程。操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（斧残液），部分液体气化，产生生升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液送回塔顶作为回流液体，蓁部分经冷却器冷却后被送出作为塔顶产品（馏出液）。 装置部件的作用 塔顶冷凝器的作用: 获得塔顶产品及保证有适宜的液相回流. 再沸器的作用: 提供一定量的上升蒸气流. 保证精馏过程连续稳定操作. 精馏段:加料板以上的塔段.上升汽相中重组分向液相传递，液相中轻组分向汽相传递，完成上升蒸气轻组分精制。 提馏段:加料板及其以下的塔段.下降液体中轻组分向汽相传递，汽相中重组分向液相传递，完成下降液体重组分提浓。 间歇精馏操作流程装置与连续精馏不同的是原料液一次加入塔斧中，而不是连续加入精馏塔。因此间歇精馏只有精馏段，而没有提馏段。同时，因间歇精馏斧液浓度不断地变化，故产品组成也逐渐降低。当斧中的液体过到规定的组成后，精馏操作即被停止。六、特殊精馏特殊精馏包括：反应精馏、分子精馏、膜精馏、渗透精馏、萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏等。只选取几个进行讨论。（1） 反应精馏1） 将化学反应和精馏结合起来同时进行的操作过程称为反应精馏。又可分为反应精馏（化学反应再液相中进行）和催化精馏（化学反应再固相催化剂与液相的接触表面进行）。2） 特点：产品收率高，反应选择性高且不受平衡限制，投资少，流程简单；3） 流程可分为先反应后精馏流程及反应和精馏同时进行流程两种；4） 主要在工业中应用是酯化反应和醚化反应。（2） 分子精馏1） 又称为短程精馏，是在高真空下的进行的一种精馏方式。2） 特点：需要温度低，受热时间短，分离程度高，产品收率高；3） 主要应用：如化工中间体的精制、表面活化剂的提纯、混合油质的分离、隆尧中间体的提纯和精制、合成与天然香料的提纯和钝化。（3） 恒沸精馏和萃取精馏1） 共同点：a 都加入另一组分；b 使相对挥发度增大；2） 不同点：a 萃取精馏萃取剂量大且手限制，恒沸精馏恒沸剂量少；b 恒沸精馏塔形成恒沸物，从何塔顶蒸出，萃取精馏从塔釜离开；c 恒沸精馏即可连续操作又可间歇操作，萃取精馏只能连续精馏；d 有热敏性组分存在时，恒沸精馏有利；萃取精馏中溶剂回收