淺析特殊精餾技術(shù)論文
精餾是過(guò)程工業(yè)中應(yīng)用最廣的分離操作，據(jù)估計(jì)，90% ～95%的產(chǎn)品提純和回收由精餾實(shí)現(xiàn)，這除了由于其技術(shù)比較成熟的原因外，最主要的是因其通常只需要提供能量和冷卻劑，就能得到高純度產(chǎn)品，操作簡(jiǎn)單，一般比較經(jīng)濟(jì)。一般的蒸餾或精餾操作是以液體混合物中各組分的相對(duì)揮發(fā)度差異為依據(jù)的。組分間揮發(fā)度差別愈大愈容易分離。但對(duì)于某些液體混合物，不宜或不能用一般精餾方法分離。而從技術(shù)上，經(jīng)濟(jì)上又不適用于其它方法分離時(shí)，則需要采用特殊精餾方法，另外隨著生物技術(shù)、中藥現(xiàn)代化和環(huán)境化工等領(lǐng)域的不斷發(fā)展和興起，人們對(duì)蒸餾技術(shù)提出了很多新的要求( 低能耗、無(wú)污染等) ，由此也促進(jìn)了許多精餾技術(shù)的產(chǎn)生，主要有以下幾個(gè)方面: 耦合精餾、特殊物料精餾、節(jié)能技術(shù)精餾等。
1 耦合精餾
截至目前所開(kāi)發(fā)出的耦合精餾方法有膜蒸餾、催化精餾、吸附精餾、萃取精餾等等。
1. 1 反應(yīng)精餾
反應(yīng)精餾是化學(xué)反應(yīng)和精餾分離耦合在一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行的操作。反應(yīng)精餾自1860 年以來(lái)已經(jīng)被應(yīng)用于各種化工過(guò)程中，但直到1921 年，反應(yīng)精餾概念才由Backhaus 提出， 70 年代初， Sennewald 等則首先對(duì)催化精餾過(guò)程進(jìn)行了描述。根據(jù)反應(yīng)體系及采用催化劑的不同，反應(yīng)精餾可分為均相反應(yīng)精餾( 包括催化和非催化反應(yīng)精餾工藝) 和非均相催化反應(yīng)精餾( 即通常所稱的催化蒸餾) ; 根據(jù)投料操作方式，反應(yīng)精餾可以分為連續(xù)反應(yīng)精餾和間歇反應(yīng)精餾; 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速度的快慢，反應(yīng)精餾分為瞬時(shí)、快速和慢速反應(yīng)精餾。
反應(yīng)精餾與常規(guī)精餾都是在普通的蒸餾塔中進(jìn)行，但由于精餾操作和化學(xué)反應(yīng)的相互影響，反應(yīng)精餾具有自身顯著的優(yōu)點(diǎn)，主要有以下幾點(diǎn):
( 1) 提高了反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和選擇性，有些情況下可使反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率接近100%�；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程容易控制。
( 2) 減少設(shè)備投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，也減少能量消耗。由于化學(xué)反應(yīng)和精餾操作在一個(gè)精餾塔中進(jìn)行，所以化學(xué)反應(yīng)不需要專門的反應(yīng)器，不必進(jìn)行未參與反應(yīng)的反應(yīng)物二次蒸餾和重回反應(yīng)器的操作，減少了能量消耗。若化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則產(chǎn)生的反應(yīng)熱可以被蒸餾操作直接利用，減少了再沸器提供的能量。
( 3) 設(shè)備緊湊，減少操作所需要占用的空間。
( 4) 可以有效地避免共沸物的形成給精餾分離操作所帶來(lái)的困難。在反應(yīng)精餾中，由于化學(xué)反應(yīng)的存在，在常規(guī)精餾中存在的共沸體系在反應(yīng)精餾中可能消失。
對(duì)于一些用常規(guī)精餾難以分離的物系，使用反應(yīng)精餾可以獲得比較純凈的目的產(chǎn)物。如間二甲苯和對(duì)二甲苯是同分異構(gòu)體，使用常規(guī)精餾分離，需要較多的理論塔板數(shù)和較大的回流比，使用對(duì)二甲苯鈉作為夾帶劑只需要6 塊塔板即可有效分離。對(duì)于催化蒸餾，催化劑填充層起著加速化學(xué)反應(yīng)速率和傳質(zhì)的作用。
反應(yīng)精餾最早應(yīng)用于甲基叔丁基醚( MTBE) 和乙基叔丁基醚( ETBE) 等合成工藝中，現(xiàn)在反應(yīng)精餾過(guò)程能夠應(yīng)用于以下反應(yīng)類型: ( 1) 酯化反應(yīng); ( 2) 乙烯基乙酸鹽的合成; ( 3) 酯交換反應(yīng); ( 4) 水解反應(yīng); ( 5) 縮醛化作用; ( 6) 水合/脫水作用; ( 7)烷化/烷基交換作用/脫烷作用; ( 8) 異構(gòu)化作用; ( 9) 氯化作用;( 10) 氫化作用/脫氫加硫; ( 11) 二聚/齊聚作用; ( 12) 硝基作用; ( 13) 乙醇胺的生產(chǎn); ( 14) 碳酰基化; ( 15) 氨化作用; ( 16) 醇解反應(yīng); ( 17) 氨基化作用。但是反應(yīng)精餾過(guò)程的應(yīng)用還是有其局限性的，它只適用于化學(xué)反應(yīng)和精餾過(guò)程可在同樣溫度和壓力范圍內(nèi)進(jìn)行的工藝過(guò)程。此外，在反應(yīng)和精餾相互耦合過(guò)程中，還有許多的問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于反應(yīng)精餾僅限于工藝的研究，直到上世紀(jì)80 年代，反應(yīng)精餾的基礎(chǔ)理論性研究才開(kāi)始引起研究人員的興趣和重視，當(dāng)前反應(yīng)精餾的研究熱點(diǎn)主要集中在催化劑的選擇、催化劑的裝填形式、反應(yīng)精餾塔內(nèi)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和流體力學(xué)等基礎(chǔ)理論以及反應(yīng)精餾的建模仿真技術(shù)。
目前，反應(yīng)精餾技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，對(duì)某些新領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)也取得了一定進(jìn)展。隨著節(jié)能和環(huán)保的要求日益提高，反應(yīng)精餾技術(shù)將會(huì)發(fā)揮更大作用，是解決能源危機(jī)和緩解三廢污染的有效途徑。結(jié)合了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬工具，相信反應(yīng)精餾工藝在未來(lái)幾十年將會(huì)有更好的發(fā)展。
1. 2 膜蒸餾
膜蒸餾( Membrane Distillation，簡(jiǎn)稱MD)是近幾十年得到迅速發(fā)展的一種新型高效的膜分離技術(shù)。這種技術(shù)基于膜兩側(cè)水蒸氣壓力差的作用，熱側(cè)的水蒸氣通過(guò)膜孔進(jìn)入冷側(cè)，然后在冷側(cè)冷凝下來(lái)，這個(gè)過(guò)程同常規(guī)蒸餾中的蒸發(fā)- 傳遞-冷凝過(guò)程一樣。與其他膜分離過(guò)程相比，膜蒸餾具有可在常壓和稍高于常溫的條件下進(jìn)行分離的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，可以充分利用太陽(yáng)能、工業(yè)余熱和廢熱等低價(jià)能源，且設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便�？捎糜诤Ｋ涂嘞趟⒊兯苽�、濃縮水溶液以及醫(yī)藥、環(huán)保等諸多方面，所以膜蒸餾技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越引起人們的重視。根據(jù)在膜冷側(cè)收集水蒸氣的方式不同，膜蒸餾的類型可分為:
( 1) 直接接觸式膜蒸餾( 水吸式或外冷式) ( DCMD)該組件內(nèi)，膜兩側(cè)的液體直接與膜面接觸。其一面是經(jīng)過(guò)加熱的原溶液為熱側(cè)，另一面是冷卻水為冷側(cè)，膜孔內(nèi)為汽相( 蒸氣和空氣) ，在熱側(cè)膜面上生成的水蒸氣透過(guò)膜至冷側(cè)凝結(jié)成水，并和冷卻水合而為一。
( 2) 氣隙式膜蒸餾( 內(nèi)冷式) ( AGMD)該組件內(nèi)，膜的冷側(cè)裝有冷卻板。在其間就是氣隙室。當(dāng)熱側(cè)水蒸氣透過(guò)膜在氣隙室擴(kuò)散端冷壁凝結(jié)成液態(tài)導(dǎo)出，而冷卻水在組件內(nèi)部降溫。凝結(jié)水和冷卻水各有通道，互不混合。和直接接觸膜蒸餾組件相反，蒸發(fā)面和冷卻面之間有一定距離( 氣隙室寬度) ，這樣通量和熱傳導(dǎo)均受到了阻力。其優(yōu)點(diǎn)是熱量損失小，熱效率高; 不需另加熱能回收裝置。缺點(diǎn)是組件結(jié)構(gòu)較直接法復(fù)雜;其膜通量比直接法小。
( 3) 掃氣式膜蒸餾該組件內(nèi)，膜的冷側(cè)通常以隋性氣體( 如氮?dú)獾? 作載體，將透過(guò)膜的水蒸氣帶至組件外冷凝。
( 4) 減壓膜蒸餾與氣隙式膜蒸餾相類似，只是將冷側(cè)施以低壓處理。
膜蒸餾具有很多的優(yōu)點(diǎn)，主要有:該過(guò)程幾乎在常壓下進(jìn)行，設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，在技術(shù)力量較弱的地區(qū)也有可能實(shí)現(xiàn)。
在該過(guò)程中無(wú)需把溶液加熱到沸點(diǎn)，只要膜兩側(cè)維持適當(dāng)?shù)臏夭�，該過(guò)程便可以運(yùn)行這就有可能利用太陽(yáng)能、地?zé)�、溫泉等廉價(jià)的天然能源以及工廠的余熱等，對(duì)在能源日趨緊張的情況下，利廢節(jié)能是很有意義的; 在非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液的膜蒸餾過(guò)程中，因?yàn)橹挥兴魵饽芡高^(guò)膜孔，所以蒸餾十分純凈，有望成為大規(guī)模低成本制備超純水的手段; 膜蒸餾耐腐蝕、抗輻射，故能處理酸性、堿性和有放射性的溶液; 膜蒸餾組件很容易設(shè)計(jì)成潛熱回收的形式，可進(jìn)一步降低能耗。膜蒸餾可廣泛應(yīng)用于海水和苦咸水淡化，污水和工業(yè)廢水的處理，非揮發(fā)性酸、堿性溶液、揮發(fā)性溶液的濃縮和提純以及在醫(yī)藥、食品加工等方面的應(yīng)用。
另外膜蒸餾也有許多的缺點(diǎn)，主要有:
( 1) 膜成本高蒸餾通量小;
( 2) 由于溫度極化和濃度極化的影響，運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定;
( 3) 研究工作多處于實(shí)驗(yàn)階段，對(duì)傳質(zhì)和傳熱機(jī)理及參數(shù)影響的定量分析還很不夠;
( 4) 研究所用物料一般都是簡(jiǎn)單的水溶液。對(duì)一些工業(yè)廢水的研究甚少。
膜蒸餾過(guò)程的開(kāi)發(fā)最初完全是以海水淡化為目的，現(xiàn)在膜精餾技術(shù)已廣泛應(yīng)用到化學(xué)物質(zhì)的濃縮和回收，例如對(duì)蔗糖糖漿的濃縮; 水溶液中揮發(fā)性溶質(zhì)的脫除和回收，如從水溶液中脫除甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、氯仿、同時(shí)脫除乙醇和丙酮、同時(shí)脫除丙酮、丁醇和乙醇、甲基異丁基酮、鹵代揮發(fā)性有機(jī)化合物等; 果汁、液體食品的濃縮，如直接接觸式膜蒸餾濃縮蘋果汁、集成膜過(guò)程濃縮檸檬汁和胡蘿卜汁等; 廢水處理。
從近幾年有關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量和質(zhì)量上都可看到膜蒸餾過(guò)程研究的發(fā)展十分迅速，人們不再滿足于對(duì)膜蒸餾過(guò)程普遍規(guī)律的描述，而是根據(jù)各自研究體系的特點(diǎn)，從機(jī)理的角度建立數(shù)學(xué)模型，考慮包括溫度極化、濃度極化在內(nèi)的各種相關(guān)參數(shù)，使數(shù)學(xué)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果更符合實(shí)際. 盡管人們目前考慮問(wèn)題的角度、解決問(wèn)題的方法不同，但基本都是以KudSen 擴(kuò)散、分子擴(kuò)散、Poiseuille 流動(dòng)為基礎(chǔ)，隨著研究工作的深人發(fā)展，有可能殊途同歸，得到更精確、普適的數(shù)學(xué)模型。膜蒸餾技術(shù)中尚有很多基礎(chǔ)性課題有待更深人的研究，實(shí)際應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化更是重要的發(fā)展方向。相信膜蒸餾技術(shù)會(huì)在研究和應(yīng)用的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷發(fā)展，一步步地走向成熟。
2 特殊物料精餾
在化工生產(chǎn)中，有許多特殊的物料，有些物料具有相近的沸點(diǎn)，能夠形成共沸物，用普通的精餾方法無(wú)法分離，有些物料具有高黏度，熱敏性，受熱容易聚合、氧化、分解等，對(duì)這樣的物料進(jìn)行分離，常規(guī)的精餾方法無(wú)法完成分離的任務(wù)，隨著精餾技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新型的精餾技術(shù)，可稱之為特殊物料的精餾技術(shù)，主要有鹽效應(yīng)精餾、分子精餾、共沸精餾、萃取精餾等。
2. 1 鹽效應(yīng)精餾
鹽效應(yīng)精餾是添加鹽的精餾，就是利用鹽的效應(yīng)。絕大部分含水有機(jī)物質(zhì)加入第三組份鹽后，可以增大有機(jī)物質(zhì)的相對(duì)揮發(fā)度。而對(duì)具有共沸性質(zhì)的含水有機(jī)溶液加鹽后會(huì)使其共沸點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)，甚至消失。對(duì)于二元體系，當(dāng)鹽溶解在兩揮發(fā)性組分的溶液中時(shí)，鹽和兩組分發(fā)生作用，形成絡(luò)合物或締合物，從而影響各揮發(fā)組分的活度，這樣就改變了兩組分的汽液平衡關(guān)系，改善了分離效果。兩組分中溶解的鹽能改變各組分的揮發(fā)度，進(jìn)而改變兩組分的相對(duì)揮發(fā)度。從宏觀角度來(lái)看，將鹽溶于水中，水溶液的蒸汽壓下降，沸點(diǎn)升高。一般來(lái)說(shuō)，這是由于不同組分對(duì)鹽的溶解能力不同所致。例如對(duì)乙醇- 水體系，加入CaCl2后，因CaC12在水中溶解度大于其在醇中的溶解度，所以水的蒸汽壓下降的程度要大于乙醇的蒸汽壓下降的程度，這就提高了乙醇和水的相對(duì)揮發(fā)度。所以，在相同分離條件下，有鹽比無(wú)鹽所獲得的乙醇濃度更高。
從微觀的角度看，活度系數(shù)是由分子間的作用力決定的。它可分為物理作用和化學(xué)作用兩類。物理作用即范德華力，包括靜電力、誘導(dǎo)力和色散力等。而化學(xué)作用又可分以下幾種情況:
( 1) 氫鍵。當(dāng)形成氫鍵時(shí)，對(duì)理想溶液產(chǎn)生負(fù)偏差，溶液蒸汽壓下降，沸點(diǎn)上升，使形成氫鍵的組分活度系數(shù)下降; 或者是加入的組分破壞了原來(lái)的氫鍵，對(duì)理想溶液產(chǎn)生正偏差，從而提高了某組分的活度系數(shù)。
( 2) 形成絡(luò)合物。當(dāng)鹽加入溶液中后，鹽與組分形成絡(luò)合物，使其溶劑化，從而降低了組分的活度系數(shù)，改變了組分的相對(duì)揮發(fā)度。
( 3) 靜電作用。由于加入的鹽是極性很強(qiáng)的電解質(zhì)，在水中離解為離子，產(chǎn)生電場(chǎng)，由于溶液中的水分子和其他組分分子介電常數(shù)不同，它們?cè)邴}離子電場(chǎng)的作用下，極性較強(qiáng)、介電常數(shù)較大的分子就會(huì)聚集在離子周圍. 而把極性較弱、介電常數(shù)較小分子從離子區(qū)“驅(qū)逐”出去，使之活度系數(shù)加，從而使各組分相對(duì)揮發(fā)度增大。
( 4) 形成不穩(wěn)定的化合物。將鹽加入混合組分中，有時(shí)會(huì)和混合組分形成某種不穩(wěn)定的化合物，改變混臺(tái)組分的活度系數(shù)。
鹽效應(yīng)精餾的文獻(xiàn)報(bào)道多是制取無(wú)水乙醇、硫酸，硫酸的濃縮及苯酚的回收等方面。分離含水乙醇，加鹽精餾與一般精餾相比，前者的理論板數(shù)降低了4 倍，能耗減少25%。但鹽水需濃縮、結(jié)晶、分離才能重新利用，固鹽在加料過(guò)程中容易堵塞，腐蝕也較嚴(yán)重，使鹽效應(yīng)精餾的應(yīng)用受到限制。目前，眾多學(xué)者在理論研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)小試中試，已逐漸將加鹽精餾技術(shù)工業(yè)化。Dobroserdov指出，NaAc，KAc 及ZnCl2等均能破壞乙醇- 水體系的共沸混合物，進(jìn)而得到高純度的乙醇，且比用苯進(jìn)行共沸精餾更為經(jīng)濟(jì)。近年來(lái)，含鹽溶液的汽液平衡的精確計(jì)算方法得到的廣泛的研究。由于不同的鹽對(duì)混合組分的鹽效應(yīng)不同，究竟什么樣的鹽對(duì)汽液平衡的改變有效，迄今為止，還沒(méi)有明確的指導(dǎo)原則。因此，研究不同鹽( 如鹽的價(jià)效，類型等) 對(duì)混合組分的鹽效應(yīng)規(guī)律，是今后加鹽精餾技術(shù)的理論及應(yīng)用研究的一個(gè)方向。
通過(guò)鹽效應(yīng)精餾，可生產(chǎn)出普通精餾法不能得到的產(chǎn)品，如無(wú)水乙醇。由于無(wú)水乙醇可替代石油作燃料，一旦汽油耗盡，人們就不必?fù)?dān)心燃料來(lái)源問(wèn)題。因此，無(wú)水乙醇生產(chǎn)有著重要的戰(zhàn)略意義，只是現(xiàn)在采用加鹽精餾法生產(chǎn)無(wú)水乙醇能耗較大。因此，研究如何降低加鹽精餾等操作的能耗是面臨的一個(gè)新課題。隨著人們對(duì)加鹽精餾技術(shù)的不斷深入了解和應(yīng)用研究，必能開(kāi)發(fā)出許多具有特殊用途的產(chǎn)品，加鹽精餾技術(shù)必將以其特有的.優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于化工分離過(guò)程。
2. 2 分子蒸餾
分子蒸餾又叫短程蒸餾( short path distillation) ，屬一種高新的液- 液分離技術(shù)。該技術(shù)自20 世紀(jì)30 年代問(wèn)世以來(lái)得到人們的廣泛重視。
分子蒸餾技術(shù)是隨著人們對(duì)真空狀態(tài)下氣體的運(yùn)動(dòng)理論進(jìn)行深入研究而逐漸發(fā)展起來(lái)的。近年來(lái)一些工業(yè)強(qiáng)國(guó)如美國(guó)、日本、德國(guó)、瑞典及前蘇聯(lián)等相繼利用分子蒸餾技術(shù)解決了許多分離領(lǐng)域中的難題，已在150 余種產(chǎn)品的分離上成功地實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。我國(guó)分子蒸餾技術(shù)的應(yīng)用及研究起步較晚。分子蒸餾由于具有操作溫度低、蒸餾壓力低、受熱時(shí)間短、分離程度高、產(chǎn)品收率高等優(yōu)點(diǎn)，在化工和輕工的各個(gè)領(lǐng)域得到越來(lái)越得到廣泛的關(guān)注，但分子蒸餾技術(shù)又是一尚未廣泛應(yīng)用的分離技術(shù)，同時(shí)又是一種原理簡(jiǎn)單而實(shí)際應(yīng)用機(jī)理復(fù)雜的高新技術(shù)。分子蒸餾裝置大體上分為四種形式，降膜蒸餾裝置，刮膜蒸發(fā)器，旋轉(zhuǎn)刮膜式分子蒸發(fā)器和離心式蒸發(fā)器，這些裝置都能使被處理的物料呈薄膜狀，接觸時(shí)間短，加熱效果好，能連續(xù)操作。
目前，分子蒸餾技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，主要有廢機(jī)油的回收，利用分子蒸餾的方法不但機(jī)油的回收率達(dá)到了72%，而且把廢油中的含灰量從0. 83% 降到0. 00%，含碳量從2. 30%降到0. 06%，達(dá)到了使用標(biāo)準(zhǔn); 高粘度潤(rùn)滑油的制造，分子蒸餾不但可使?jié)櫥椭谐缮镔|(zhì)的含量大大減少，而且使蒸餾相同量的硅氧烷的時(shí)間減少了40%; 天然產(chǎn)物的分離，如利用分子蒸餾在不同真空度下，可將不同的組分提純并除去帶色雜質(zhì)和異臭，保證了芳香油的質(zhì)量和品位; 核工業(yè)中的應(yīng)用，利用分子蒸餾的方法成功地從鋰中分離出氚; 食品工業(yè)中的應(yīng)用，應(yīng)用分子蒸餾技術(shù)，成功地脫除了動(dòng)物脂肪中的膽固醇，使其達(dá)到食用標(biāo)準(zhǔn)，而且沒(méi)有破壞脂肪中對(duì)人體有益的三酸甘油酯等熱敏性物質(zhì); 石油工業(yè)中渣油的處理等。
為了更好地為工業(yè)設(shè)計(jì)和優(yōu)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)，對(duì)分子蒸餾的研究還需要不斷完善和深入，當(dāng)前對(duì)分子精餾技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要包括混合物非理想性質(zhì)以及內(nèi)部傳遞過(guò)程對(duì)蒸餾速率和分離效率的影響; 湍流傳遞過(guò)程對(duì)液膜表面溫度和濃度的影響，建立起能準(zhǔn)確描述該過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，為優(yōu)化蒸餾操作以及對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)提供理論依據(jù); 建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)刮膜分子蒸餾過(guò)程的研究; 數(shù)學(xué)模型中定量反映惰性氣體壓力對(duì)分子蒸餾的影響等。
3 節(jié)能技術(shù)精餾
據(jù)美國(guó)統(tǒng)計(jì)，化學(xué)工業(yè)中60%的能源用于精餾。從理論上講，精餾所需的能量只需補(bǔ)償純液體混合時(shí)的熵增，實(shí)際上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此值。從工藝上觀察，從塔底蒸發(fā)器輸入的能量，90%成為塔頂冷凝器的熱損失。由此可見(jiàn)，精餾過(guò)程能源的利用率很低，節(jié)能潛力很大，精餾應(yīng)當(dāng)成為化學(xué)工業(yè)中節(jié)能的重點(diǎn)。在今天能源價(jià)格不斷上漲的情況下，如何降低精餾塔的能耗，充分利用低溫?zé)嵩矗殉蔀槿藗兤毡殛P(guān)注的問(wèn)題。
3. 1 熱泵精餾
人們提出了許多節(jié)能措施，通過(guò)大量的理論分析、實(shí)驗(yàn)研究以及工業(yè)應(yīng)用表明其中節(jié)能效果十分顯著的便是熱泵精餾技術(shù)。
熱泵精餾是把精餾塔塔頂蒸汽加壓升溫，使其用作塔底再沸器的熱源，回收塔頂蒸汽的冷凝潛熱。根據(jù)熱泵所消耗的外界能量不同，熱泵精餾可分為蒸汽加壓方式和吸收式兩種類型。蒸汽加壓方式熱泵精餾又可分為蒸汽壓縮機(jī)方式和蒸汽噴射式兩種類型，蒸汽壓縮機(jī)方式又可再分為間接式、塔頂氣體直接壓縮式、分割式和塔釜液體閃蒸再沸式流程。塔頂氣體直接壓縮式熱泵精餾應(yīng)用十分廣泛，如丙烯. 丙烷的分離采用該流程，其熱力學(xué)效率可以從3. 6% 提高到
8. 1%，節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。
熱泵精餾確實(shí)是一種高效的節(jié)能技術(shù)，但需要注意的是，在選擇精餾方案時(shí)，除應(yīng)考慮能源費(fèi)用外，還應(yīng)考慮其設(shè)備投資費(fèi)等因素，對(duì)其經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可把前面介紹的幾種典型流程加以改進(jìn)，以拓展熱泵精餾的應(yīng)用范圍，而且要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便獲得節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益最佳的熱泵精餾方案。
3. 2 新型高效塔板和填料精餾
在不改變工藝設(shè)備條件下的，對(duì)常規(guī)塔板進(jìn)行改造，并開(kāi)發(fā)新型高效填料，從而起到擴(kuò)產(chǎn)、節(jié)能、降耗、大幅度提高經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的成績(jī)，新型塔板主要有高效導(dǎo)向篩板，板填復(fù)合塔板，新型高效規(guī)整填料主要包括金屬板波紋填料和金屬絲網(wǎng)波紋填料兩大類。
高效導(dǎo)向篩板是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型塔板，是由北京化工大學(xué)開(kāi)發(fā)的，是對(duì)包括篩板塔板在內(nèi)的各種塔板進(jìn)行深入細(xì)致研究的基礎(chǔ)，發(fā)揮篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的特點(diǎn)，克服其漏點(diǎn)高、效率低的缺點(diǎn)，并且通過(guò)對(duì)各種塔板進(jìn)行深入研究、綜合比較，結(jié)合塔板上流體力學(xué)和傳質(zhì)學(xué)的研究開(kāi)發(fā)的一種新型高效塔板。板填復(fù)合塔板是對(duì)板式塔與填料塔進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，充分利用板式塔中塔板間距的空隙，設(shè)置高效填料，以降低霧沫夾帶、提高氣體在塔內(nèi)的流速和塔的生產(chǎn)能力的一種新型塔板。板填復(fù)合塔板已在石化、化工中的甲苯、氯乙烯等多種物系中得到成功應(yīng)用。
新型高效散堆填料主要有金屬鮑爾環(huán)填料，金屬環(huán)矩鞍填料，金屬階梯環(huán)填料等，他們都具有，理論塔板數(shù)高，通量大，壓力降低; 低負(fù)荷性能好，理論板數(shù)隨氣體負(fù)荷的降低而增加，沒(méi)有低負(fù)荷極限; 放大效應(yīng)不明顯; 適用于減壓精餾，能夠滿足精密、大型、高真空精餾裝置的要求等特點(diǎn)，能起到大幅度節(jié)能、降耗的作用。
4 結(jié)束語(yǔ)
精餾技術(shù)發(fā)展至今，其發(fā)展方向已經(jīng)從常規(guī)精餾轉(zhuǎn)向解決普通精餾過(guò)程無(wú)法分離的問(wèn)題，通過(guò)物理或化學(xué)的手段改變物系的性質(zhì)，使組分得以分離，或通過(guò)耦合技術(shù)促進(jìn)分離過(guò)程，并且要求低能耗、低成本，向清潔分離發(fā)展。在精餾基礎(chǔ)研究方面: 研究深度由宏觀平均向微觀、由整體平均向局部瞬態(tài)發(fā)展:研究目標(biāo)由現(xiàn)象描述向過(guò)程機(jī)理轉(zhuǎn)移; 研究手段逐步高技術(shù)化: 研究方法由傳統(tǒng)理論向多學(xué)科交叉方面開(kāi)拓。
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