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高效分离技术之共沸与萃取精馏

作者:愚公移山  来源:www.zjcxce.com  更新时间:2020-7-27 9:33:02  点击次数:
  在日常的化工生产过程中,常常需要将含有极其复杂组分的原料进行分离以便得到初步合格的产品和进一步的加工原料。而精馏过程作为化工生产分离工程常用的方法之一,其利用均相液体混合物中各组分饱和蒸汽压的差异使各组分得以分离,即利用混合物中各组分的沸点差进行分离。在化学工业中,当待分离组分的相对挥发度接近于1或者形成共沸物时,使用一般精馏方法将无法达到要求,这时,就可以考虑使用共沸精馏或者萃取精馏进行混合物的分离。
 
一、共沸精馏
 
  1.1 简介
  共沸精馏是在体系中加入第三组分,能与原溶液中的一个或者两个组分形成沸点比原来组分和原来恒沸物的沸点更低的新的低共沸物,使得组分间的相对挥发度增大,从而使原溶液易于分离的精馏方法。加入的第三组分称为恒沸剂或者夹带剂。
 
 
  通常共沸精馏和萃取精馏的基本原理一样,不同的是共沸剂在改变原溶液组分相对挥发度的同时,还与它们中的一个或多个组分形成共沸物。一个加入共沸剂的共沸精馏流程如下图所示。混合物A与B进入共沸精馏塔,加入共沸剂后进行精馏,塔釜为组分A,塔顶三元共沸物冷凝后得到两互不相溶的液相,进分相器分层后,一层为组分A和共沸剂的混合物,可循环回共沸精馏塔实现溶剂循环,另一层为较纯的组分B。如果B层含有大量的共沸剂,则需另一塔进行分离,得到纯组分B和共沸剂,共沸剂循环使用。
 
 
  1.2 共沸精馏模拟顺序
  正确进行共沸精馏模拟的步骤如下:
  首先针对过程模拟中的组分进行判断,需要分离的组分有无共沸物的存在,而这个过程可借助Aspen自带的共沸查询功能(Azeotrope Search),选择工艺流程中需要分离的组分,查询是否有共沸物的存在。
  在工艺流程分离序列完成之后,通过共沸查询后,如果需要分离的组分中存在共沸物,此时需要通过文献查阅,看看有无合适的共沸剂可以用于该组共沸物的分离(亦可查询合适的萃取剂进行萃取精馏分离),并且通过文献中的共沸剂数据,进行共沸精馏的模拟。通过文献查询具体需要的数据如下:共沸剂的种类、共沸剂的用量。在Aspen中通常会使用Radfrac模块进行共沸精馏模拟,通过调节塔板数,回流比等数据使得共沸精馏塔完成目标产物的分离。
 
  二、萃取精馏
 
  当别分离组分间的相对挥发度很小或沸点相差很小,采用普通精馏可能无法进行分离或需要塔板数非常多,可考虑萃取精馏,即加入某种高沸点的质量分离剂(称萃取剂)来增大组分之间的相对挥发度,以减少分离所需要的塔板数。萃取剂可通过普通精馏进行回收,返回至萃取精馏塔循环使用。
 
 
  萃取精馏的混合物大多数是高度非理想体系,加入的萃取剂应尽可能地加大关键组分的相对挥发度,并易于再生,也就是与进料中的组分具有一定的沸点差、不形成共沸物、不发生化学反应,同时在塔中不会发生分解或聚合等。此外,萃取剂的价格、来源、粘度、毒性、腐蚀性以及料液中各组分在其中的溶解度等均需要全面考虑。
 
  萃取精馏的严格计算方法和普通精馏是一样的,选择适宜的萃取剂流率、回流比和原料的进料状态,沿塔建立起萃取剂的浓度分布,使关键组分之间的相对挥发度有较大的提高。由于精馏体系是非理想性较强的混合物,所以在计算时应该使用合适的热力学模型计算相平衡关系。
 
  同样,萃取精馏的模拟顺序,也是先通过查阅文献,确定合适的萃取剂,通过文献中的萃取剂的用量、回流比等等一系列数据进行模拟,并且根据模拟的结果对参数进行微调,实现较高精度的分离。
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