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精餾在實際生產運用中的工藝流程

作者:山東一諾生物來源:瀏覽次數:83日期:2021-04-26

精餾塔屬於煉化裝置中非常常見也是非常重要的設備,在進行任何的模擬分析之前,一定要搞懂所涉及到的工藝和設備原理。

精餾技術是根據在一定壓力下通過多次部分氣化和多次部分冷凝使得混合液得以分離,以分別獲得接近純態的部分的過程。工業生產中的精餾過程是在精餾塔中將部分氣化過程和部分冷凝過程有機結合起來的過程。

精餾操作分爲連續操作和間歇操作,所用設備大同小異。主要爲精餾塔、冷凝器、再沸器。用於精餾的塔設備有板式塔和填料塔,常用的是板式塔。

精餾技術的分類及實際生產中工藝流程舉例:

一、添加物精餾

此精餾方法通過加入某一組分(稱爲夾帶劑)去與被分離物系中的一個或幾個組分形成共沸物或是破壞原物料組分間可能存在的共沸物的方式達到分離效果,可分爲萃取精餾、共沸精餾和加鹽精餾。

1、共沸精馏

共沸精餾是利用混合物中的物質能形成共沸物的性質來實現分離的過程。共沸精餾是多組分(至少是三組分)非理想溶液的精餾。

根據所形成的共沸物能否分離爲不互溶的兩個液相,分爲均相共沸精餾和非均相共沸精餾。

塔頂產品爲非均相共沸物的流程:▼

乙醇-水共沸混合物和夾帶劑苯加入 A 塔,塔底得到純乙醇。

塔頂得到水、乙醇和苯的三元共沸混合物,冷凝後進入分相器,在分相器中形成兩個液層,上層富苯,下層富乙醇。

富苯層迴流至 A塔補充夾帶劑,富乙醇層進入 B 塔,塔頂得到苯-乙醇共沸物以回收苯,塔底得到乙醇和水的混合物進入 C 塔。

C 塔顶为乙醇-水共沸物,塔底为纯水。

通过此流程可以完成乙醇、水的分离。

塔頂產品爲均相共沸物的流程:▼

這一類共沸精餾流程比較複雜。圖 1.9 所示爲用甲醇作夾帶劑,從沸點接近的烷烴中分離甲苯的流程。

A 塔塔頂產物(甲醇-烷烴共沸物)冷凝後不分層,共沸劑的回收不能利用簡單的分層法,而需將塔頂產物通入萃取塔 B 中,從塔頂加入水將甲苯萃取出來。

萃取塔頂部得到輕相烷烴,底部出來的甲醇-水溶液在普通精餾塔中可分離得到甲醇和水。

A 塔塔底產物進入 D 塔,D 塔底得到甲苯,塔頂產品部分迴流,部分返回 A 塔繼續使用。

2、萃取精馏

萃取精餾是通過向待分離組分中加入萃取劑(第三方組分)以顯着改變待分離組分的相對揮發度來實現分離的過程。

在苯精製工藝中,將經過焦化預處理的苯產品引入萃取精餾法除烷烴和烯烴的階段,具體過程如圖2-2所示:將預處理後的原料加入萃取精餾塔中部,從萃取精餾塔頂部加入萃取劑,從塔底部排出飽和溶劑(其主要成分爲萃取劑、苯和噻吩),從塔頂排出萃餘液(含有較多雜質的混合物)。

之後將飽和溶劑送進溶劑回收塔進行溶劑回收,回收後的溶劑送進萃取塔精餾塔頂部進行循環使用。

3、加鹽萃取精餾

加鹽萃取精餾是用固體鹽做萃取劑或向萃取劑中加入固體鹽來增加萃取劑分離性能的分離過程。

進料 ( 甲醇-甲苯共沸物 ) 與從甲苯回收塔 ( T2 ) 頂部蒸出的甲醇和甲苯的近沸物混合後,由萃取塔 ( T1 ) 底部進入,從甲醇回收塔 ( T3 ) 底部返回的加鹽萃取劑經冷卻器( E5 ) 冷卻降溫至 35 ℃ 後進入 T1 塔頂部,在 T1 塔內完成逆流萃取。

T1 塔頂部的萃餘相進入甲苯回收塔 ( T2 ) ,在塔底得到合格的甲苯產品,塔頂物料返回至 T1 塔底部。

T1 塔 底部的 萃 取 相進入 甲醇回 收 塔 ( T3 ) ,在塔頂得到合格的甲醇產品,塔底鹽水冷卻後返回至 T1 塔頂部。

二、複合(或耦合)精餾

複合精餾是將形式多樣的精餾形式進行耦合以達到強化傳質過程和簡化工藝的目的。

比較典型的有反應精餾、吸附精餾、結晶精餾、和膜精餾等。

1、反应精馏

反應精餾是將反應過程和精餾分離有機結合在一起在同一設備中進行的一種耦合過程。反應精餾只適用於化學反應和精餾過程在同樣溫度和壓力範圍內進行的工藝過程。

以常溫常壓下典型的液相可逆反應A+B⇌C+D爲例,對反應精餾的工藝流程作一介紹,A,B,C,D 4種物質的揮發度由大到小的順序爲C, A ,B,D其中目標產物爲D。

由圖(b)可見,採用反應精餾技術,原料A和B分別從反應段的下方和上方進入反應精餾塔,在反應段充分接觸反應,目的產物和反應物得到了及時的分離。

2、吸附精馏

吸附蒸餾是綜合利用了吸附分離因數高、產品純度高和能耗低的特點和蒸餾易於連續生產、處理能力大的優點而開發出的一種新型的強化精餾過程。

工藝流程圖1-6爲用乙二醇作載液和4A分子篩作吸附劑共同組成的漿液,對叔丁醇-水共沸物的吸附蒸餾分離的工藝過程。

稀叔丁醇水溶液連續輸入吸附蒸餾塔的下部,同時一定量的乙二醇與 4A 分子篩形成漿液從吸附蒸餾塔的上部連續輸入。

由於乙二醇的沸點高於水,水的沸點又高於叔丁醇,於是在吸附蒸餾塔中,由於蒸餾作用和4A 分子篩的吸附作用,使得叔丁醇向塔頂富集,同時水和乙二醇與 4A 分子篩形成的料漿也同時流向塔底,水一部分留在載液中,另一部分被 4A 分子篩吸附。

吸附蒸餾塔塔釜液隨後送入蒸餾脫附塔,由於蒸餾作用和 4A 分子篩的脫附作用,使得水向蒸餾脫附塔中塔頂富集,同時 4A 分子篩中的水被解吸,乙二醇載液與4A 分子篩組成的料漿流向塔釜,最後迴流到吸附蒸餾塔還可以繼續使用。

3、结晶精馏

結晶精餾是將結晶和精餾兩種方式聯合在一起的工藝,既可以得到高純度的產品又強化了精餾工藝過程。

結晶精餾用於分離MDI的同分異構體,MDI存在2,4’-MDI4,4’-MDI,2,2’-MDI 三種同分異構體,其中MDI-100是指含4,4’-MDI 純度達99%以上的MDI,MDI-50 指2、4’-MDI和4,4’-MDI的混合物。

本流程將物料首先進入熔融結晶器, 結晶器採用懸浮結晶方式 ,使 4, 4′-MDI部分結晶。

分離後 , 晶體經多次洗滌爲 MDI-100產品, 洗滌液迴流到結晶器重新結晶。母液經加熱後進入真空精餾裝置 , 控制迴流比及塔頂採出量 ,使 2,4′-MDI側線採出口中 2, 4′-MDI的質量分數約 50%, 作爲 MDI-50產品。

 4,4′-MDI側線採出口中 2,4′-MDI含量爲 10%, 並作爲迴流與進料混合後進入結晶器重新結晶。

三、非常規條件下的精餾

非常規條件是一個相對概念,相對通常的精餾過程而言,非常規條件下的精餾是指操作參數(如操作溫度、壓力等)在較爲極端的條件下進行,或是分離對象或獲得產品質量(純度)要求很高等。

1、分子精馏

分子精餾原理:不同的分子有着不同的分子有效直徑, 故它們的平均自由程也不相同。分子蒸餾技術是利用不同物質分子受熱蒸發逸出液麪後的平均自由程大小的不同來實現分離提純的。

 具體方法是在液麪上方大於重分子平均自由程而小於輕分子平均自由程處設置一冷凝面, 使得重分子達不到冷凝面而返回液麪, 保持原有的平衡;而輕分子不斷地在冷凝面上冷凝, 從而破壞了輕分子的動態平衡, 結果使混合液中的輕分子不斷從液相逸出, 最終達到分離的目的。 

具體過程(見下圖 )。▼

2、真空精馏

真空精餾是指精餾過程在真空下進行的操作,常用於高沸點物質或熱敏物質的分離與提純。

真空精餾過程在精細化學品的生產過程中有着廣泛的應用。比如:含有雜質的硒渣經過兩次蒸餾最終得到純度較高的硒。


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