试论化工生产的蒸馏方式.docVIP

试论化工生产的蒸馏方式 　　[摘 要]在现代化工生产中，我国一直主张节能环保以及节能减排理念。这对基础化工生产来说，如何在原有生产基本单元上结合现有主张，逐步探索以提高生产效率和生产效益至关重要。众所周知，作为化工生产单元的主要组成部分，基础分析蒸馏是分离混合物的一种常见而重要的操作技术和分离方法，蒸馏技术尤其是对现代石油化工中的液体混合物的分离、提取有着非常重要的指导途径和实用意义。我们将化工生产中的蒸馏定义为利用液体混合物中各组分挥发性的差异而将组分分离的传质过程。 　　[关键词]化工；分离；蒸馏；传质 　　中图分类号：TQ028.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0334-01 　　前言 　　在近几十年来的探索中，学术界一直将基本操作单元的研究作为化学生产过程中处于开发状态的技术。作为操作分离单元的重要手段，蒸馏技术是必不可少的。我们常将液体沸腾产生的蒸气导入冷凝管，使之冷却凝结成液体的一种蒸发冷凝的过程称之为蒸馏过程。为了进一步了解这一方式，笔者按操作方式，将蒸馏过程简单分为简单蒸馏、平衡蒸馏和精馏三种来分别加以讨论。 　　一、简单蒸馏 　　对简单蒸馏的操作条件，一般有直立式或卧式圆筒容器的蒸馏釜，并用蒸汽间接加热 蒸馏釜底部。进行简单蒸馏时，先将一定量的原料液加入釜中，然后加热并汽化部分原料液，并将汽化的原料液蒸气经由冷凝器冷凝，并将其引入不同容器。 为了更好的对产物进行定义，我们根据所要求产品的组成，将冷凝所得液体定义为馏出液。待蒸馏操作过程结束后，从釜中放出釜液，待一切恢复至原状态后，重新加料并进行跟上一次相仿的重复操作来继续蒸馏。由此可见，简单蒸馏因其操作过程并不是连续进行的，故而属于间歇操作过程的一种。 在简单蒸馏过程中，显示汽化生成的蒸气中所含的易挥发组分大于液相中的易挥发组分含量。因此，随着操作的进行，蒸馏的温度逐渐升高的同时，釜内所含易挥发组分的含量逐渐减少，馏出液中易挥发组分含量也必然随操作的进行而相应降低。所以我们将简单蒸馏操作又称为属非稳态操作过程。 　　在评价简单蒸馏过程中的馏出液混合物的组成与含量时，我们利用从简单蒸馏开始到结束这一段时间各瞬时馏出液组成的平均值作为馏出液混合物的组成。从以上的操作方式可以显然看出，简单蒸馏并不能将原料混合物彻底地分离，只能用于液体混合物的初步分离。或者说只有当两种组分的挥发度相差很大时，简单蒸馏才能得到较好的分离效果。在是实际化工生产操作中，我们常用简单蒸馏来分离、除去溶液中的污物和胶质等杂质。 　　二、平衡蒸馏 　　我们常说的闪蒸其实就是平衡蒸馏。不同于简单蒸馏，化工生产中平衡蒸馏多采用连续操作流程。具体过程是先使待分离的混合液进入加热器被加热至一定温度后，经减压阀骤然减压，并将混合液部分汽化。汽化得到的气相与剩余的液相是存在气液两相平衡的，气相和液相在一定压力和温度下，于分离器中分离。对于产物组成，轻组分含量较多的产品在分离器的顶部，重组分含量较多的产品在分离器的底部。 在闪蒸中，待分离的混合液原料只需要经过一次汽化过程，即可得到初步的分离。 　　三、精馏 　　精馏过程是化工过程中能耗最高的分离操作过程。 　　3.1 精馏原理 　　之前谈论的简单蒸馏与平衡蒸馏从操作形式上都属于单级蒸馏操作，只能部分分离混合液。为了彻底达到对混合液的分离效果，我们不得不多次对其进行单级操作，以此来逐步接近我们所希望达到的分离效果。这样的思路，使得学术界上产生了由多次蒸馏演变而来的精馏操作。精馏的原理可由气液平衡相图来表达。设某混合液为t-x-y。温度为tf、组成为xf 的混合液加热到泡点温度t1之上 ，此时混合液部分汽化，并有气相组成y1，液相组成x1，其中xfx1。此时若继续将组成为y1的气相混合物降温至使其部分冷凝，则可得气相组成为y2，液相组成为x2，其中y2 y1 xf。这样一来，在化工生产分离操作中，我们将气相混合物进行多次部分冷凝，即可在气相中可获得高纯度的轻组分；将液相混合物进行多次部分汽化，即可在液相中可获得高纯度的重组分。但带来的问题是，这种简单的重复单级操作所需要的设备庞杂、能量消耗大、中间馏分多，并导致最后得到的产品少，工业生产中不完全采用这种流程。由上述分析可知，在气液相分离中，温度为较高气体需放出热量来进行部分冷凝，而温度较高的液体需吸收热量来进行部分汽化。故而学者尝试将二者结合在一起，即现在化工工业上常使用的精馏塔分离操作技术。 　　3.2 精馏塔及精馏流程 　　在精馏操作中，精馏塔现在分为常规精馏塔、反应精馏塔和分隔壁精馏塔这三种类型。目前，常规精馏塔的研究已经非常成熟，近年来的研究主要集中在反应精馏塔和分隔壁精馏塔。但是，作为所有研究的基础，常规精馏塔是其它两者的雏形。