高效分離技術之共沸與萃取精餾
作者：愚公移山 來源：48jz.cn 更新時間：2021-3-29 點擊次數：
在日常的(de)(de)化工生產過程中(zhong)(zhong)，常常需要將含(han)有極(ji)其復(fu)雜組(zu)分(fen)的(de)(de)原料(liao)進行分(fen)離(li)以(yi)(yi)便(bian)得(de)到(dao)初步合(he)格的(de)(de)產品和(he)進一(yi)(yi)步的(de)(de)加工原料(liao)。而精餾過程作為化工生產分(fen)離(li)工程常用(yong)(yong)的(de)(de)方(fang)法(fa)之一(yi)(yi)，其利用(yong)(yong)均相(xiang)液(ye)體混合(he)物(wu)中(zhong)(zhong)各(ge)組(zu)分(fen)飽和(he)蒸(zheng)汽壓的(de)(de)差異使各(ge)組(zu)分(fen)得(de)以(yi)(yi)分(fen)離(li)，即利用(yong)(yong)混合(he)物(wu)中(zhong)(zhong)各(ge)組(zu)分(fen)的(de)(de)沸(fei)點差進行分(fen)離(li)。在化學工業中(zhong)(zhong)，當待分(fen)離(li)組(zu)分(fen)的(de)(de)相(xiang)對揮(hui)發度接近于1或(huo)者(zhe)形(xing)成(cheng)共沸(fei)物(wu)時，使用(yong)(yong)一(yi)(yi)般精餾方(fang)法(fa)將無(wu)法(fa)達(da)到(dao)要求，這時，就可以(yi)(yi)考慮使用(yong)(yong)共沸(fei)精餾或(huo)者(zhe)萃取精餾進行混合(he)物(wu)的(de)(de)分(fen)離(li)。
一、共沸精餾
1.1 簡介
共沸(fei)精(jing)餾(liu)是在體系中加入第(di)三組(zu)分(fen)(fen)，能與原(yuan)溶(rong)液中的一個或(huo)者兩(liang)個組(zu)分(fen)(fen)形成沸(fei)點比(bi)原(yuan)來(lai)組(zu)分(fen)(fen)和原(yuan)來(lai)恒沸(fei)物的沸(fei)點更低的新的低共沸(fei)物，使得組(zu)分(fen)(fen)間的相對揮發度(du)增(zeng)大(da)，從而(er)使原(yuan)溶(rong)液易(yi)于分(fen)(fen)離的精(jing)餾(liu)方法。加入的第(di)三組(zu)分(fen)(fen)稱為恒沸(fei)劑(ji)(ji)或(huo)者夾帶劑(ji)(ji)。
通常(chang)共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)和萃(cui)取精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)的(de)基本原理一(yi)(yi)(yi)樣，不同的(de)是共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)劑在改變原溶液組(zu)(zu)分(fen)(fen)相(xiang)對揮發度(du)的(de)同時(shi)，還與(yu)它們中的(de)一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)或多個(ge)(ge)組(zu)(zu)分(fen)(fen)形成共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)物(wu)。一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)加入共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)劑的(de)共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)流程如下(xia)圖所示。混合(he)物(wu)A與(yu)B進(jin)入共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)塔，加入共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)劑后(hou)(hou)進(jin)行精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)，塔釜為組(zu)(zu)分(fen)(fen)A，塔頂三元共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)物(wu)冷凝(ning)后(hou)(hou)得(de)到兩互不相(xiang)溶的(de)液相(xiang)，進(jin)分(fen)(fen)相(xiang)器分(fen)(fen)層(ceng)后(hou)(hou)，一(yi)(yi)(yi)層(ceng)為組(zu)(zu)分(fen)(fen)A和共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)劑的(de)混合(he)物(wu)，可(ke)循(xun)環(huan)回共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)精(jing)(jing)(jing)餾(liu)(liu)塔實現溶劑循(xun)環(huan)，另(ling)一(yi)(yi)(yi)層(ceng)為較純的(de)組(zu)(zu)分(fen)(fen)B。如果B層(ceng)含有大量(liang)的(de)共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)劑，則需(xu)另(ling)一(yi)(yi)(yi)塔進(jin)行分(fen)(fen)離(li)，得(de)到純組(zu)(zu)分(fen)(fen)B和共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)劑，共(gong)(gong)(gong)(gong)沸(fei)(fei)(fei)(fei)劑循(xun)環(huan)使(shi)用。
1.2 共沸(fei)精(jing)餾(liu)模擬順(shun)序
正確進(jin)行共沸精餾模擬的步驟如下：
首先針(zhen)對(dui)過程(cheng)模擬中(zhong)的(de)(de)組分(fen)(fen)進行判斷(duan)，需(xu)要分(fen)(fen)離的(de)(de)組分(fen)(fen)有無共沸物(wu)的(de)(de)存在，而這個過程(cheng)可借助Aspen自帶的(de)(de)共沸查(cha)詢(xun)功能（Azeotrope Search），選擇工(gong)藝流程(cheng)中(zhong)需(xu)要分(fen)(fen)離的(de)(de)組分(fen)(fen)，查(cha)詢(xun)是否有共沸物(wu)的(de)(de)存在。
在(zai)工藝(yi)流程(cheng)分(fen)(fen)離(li)(li)序(xu)列完成之后，通過共(gong)(gong)沸(fei)(fei)查(cha)詢(xun)后，如(ru)果(guo)需要(yao)分(fen)(fen)離(li)(li)的(de)(de)組分(fen)(fen)中存在(zai)共(gong)(gong)沸(fei)(fei)物(wu)，此時(shi)需要(yao)通過文獻(xian)(xian)查(cha)閱，看(kan)看(kan)有無(wu)合適的(de)(de)共(gong)(gong)沸(fei)(fei)劑可以(yi)用于該組共(gong)(gong)沸(fei)(fei)物(wu)的(de)(de)分(fen)(fen)離(li)(li)（亦可查(cha)詢(xun)合適的(de)(de)萃(cui)取劑進行萃(cui)取精餾分(fen)(fen)離(li)(li)），并且通過文獻(xian)(xian)中的(de)(de)共(gong)(gong)沸(fei)(fei)劑數(shu)據，進行共(gong)(gong)沸(fei)(fei)精餾的(de)(de)模(mo)擬。通過文獻(xian)(xian)查(cha)詢(xun)具(ju)體需要(yao)的(de)(de)數(shu)據如(ru)下：共(gong)(gong)沸(fei)(fei)劑的(de)(de)種類、共(gong)(gong)沸(fei)(fei)劑的(de)(de)用量。在(zai)Aspen中通常會使用Radfrac模(mo)塊進行共(gong)(gong)沸(fei)(fei)精餾模(mo)擬，通過調節塔板數(shu)，回(hui)流比(bi)等數(shu)據使得共(gong)(gong)沸(fei)(fei)精餾塔完成目標產物(wu)的(de)(de)分(fen)(fen)離(li)(li)。
二(er)、萃取精餾
當別分(fen)(fen)離組(zu)分(fen)(fen)間的(de)(de)相(xiang)對揮發度(du)很小或沸(fei)點相(xiang)差很小，采用(yong)普通(tong)(tong)精(jing)(jing)餾可能無法進行(xing)分(fen)(fen)離或需(xu)要塔(ta)板(ban)數(shu)非常(chang)多，可考慮萃取(qu)精(jing)(jing)餾，即加入某種高沸(fei)點的(de)(de)質量分(fen)(fen)離劑（稱萃取(qu)劑）來增大組(zu)分(fen)(fen)之間的(de)(de)相(xiang)對揮發度(du)，以減少分(fen)(fen)離所需(xu)要的(de)(de)塔(ta)板(ban)數(shu)。萃取(qu)劑可通(tong)(tong)過(guo)普通(tong)(tong)精(jing)(jing)餾進行(xing)回(hui)收，返回(hui)至萃取(qu)精(jing)(jing)餾塔(ta)循環使用(yong)。
萃取精餾的(de)(de)混合(he)物大多數是高度(du)(du)非(fei)理想體系，加入的(de)(de)萃取劑(ji)應盡可能地加大關鍵組(zu)分的(de)(de)相對揮發度(du)(du)，并易于再生，也就(jiu)是與進料中(zhong)(zhong)的(de)(de)組(zu)分具有一定的(de)(de)沸點差、不(bu)形成(cheng)共沸物、不(bu)發生化(hua)學反應，同時在塔(ta)中(zhong)(zhong)不(bu)會發生分解或聚合(he)等。此外，萃取劑(ji)的(de)(de)價(jia)格、來源、粘度(du)(du)、毒性、腐蝕性以及料液中(zhong)(zhong)各(ge)組(zu)分在其中(zhong)(zhong)的(de)(de)溶解度(du)(du)等均需要全(quan)面考慮。
萃(cui)取精餾的(de)嚴格計算方法(fa)和普通精餾是(shi)一樣的(de)，選擇(ze)適(shi)宜的(de)萃(cui)取劑流率、回(hui)流比(bi)和原料的(de)進料狀態，沿塔建(jian)立起萃(cui)取劑的(de)濃度分布，使(shi)關鍵組(zu)分之間的(de)相對揮(hui)發度有較(jiao)大的(de)提高。由于精餾體(ti)系是(shi)非(fei)理(li)想(xiang)性較(jiao)強的(de)混(hun)合物，所以(yi)在計算時應(ying)該使(shi)用合適(shi)的(de)熱力學模型計算相平衡關系。
同(tong)樣，萃(cui)(cui)(cui)取精(jing)餾(liu)的(de)(de)(de)模(mo)擬順序(xu)，也是先通(tong)過(guo)查閱文獻，確定合適的(de)(de)(de)萃(cui)(cui)(cui)取劑，通(tong)過(guo)文獻中的(de)(de)(de)萃(cui)(cui)(cui)取劑的(de)(de)(de)用量、回(hui)流(liu)比等等一系列數據進行模(mo)擬，并且根據模(mo)擬的(de)(de)(de)結果(guo)對參(can)數進行微調，實現較高精(jing)度的(de)(de)(de)分離。
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