精馏干货14 || 恒沸精馏
化工707 2019年7月28日 15:22 汽车 原文地址


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恒沸精馏的基本原理


恒沸精馏(Azeotropic Rectification)又叫共沸精馏,是在分离的混合液中加入第三组分,以提高组分间的相对挥发度,从而用精馏的方法将它们分离。恒沸精馏时,在被分离的二元混合液中加入第三组分,该组分能与原溶液中的一个或者两个组分形成最低恒沸物,从而形成了“恒沸物-纯组分”的精馏体系。恒沸物从塔顶蒸出,纯组分从塔底排出,其中所添加的第三组分称为恒沸剂(共沸剂)或夹带剂。



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恒沸精馏的分类

   

恒沸精馏是多组分(至少是三组分)非理想溶液的精馏。根据所形成的共沸物能否分离为不互溶的两个液相,又分为均相恒沸精馏和非均相共沸精馏。非均相共沸精馏的主要设备是精馏塔、塔顶冷凝器和分相器。恒沸物可以在分相器中分为两个不互溶的液层:富含恒沸剂的液层回流,另一液层采出,从而以很经济的方式实现了恒沸物的分离。与均相恒沸精馏相比,非均相恒沸精馏在分相器中实现液液分层,可以减少恒沸剂回收塔的工作,特殊情况下还可以实现单塔操作,节省设备投资。

▲塔顶产品为非均相恒沸物的流程


乙醇-水恒沸混合物和恒沸剂苯加入A塔,塔底得到纯乙醇。塔顶得到水、乙醇和苯的三元恒沸混合物,冷凝后进入分相器,在分相器中形成两个液层,上层富苯,下层富乙醇。富苯层回流至A塔补充夹带剂,富乙醇层进入B塔,塔顶得到苯-乙醇恒沸物以回收苯,塔底得到乙醇和水的混合物进入C塔。C塔顶为乙醇-水恒沸物,塔底为纯水。通过此流程可以完成乙醇、水的分离。


▲塔顶产品为均相恒沸物的流程


这一类恒沸精馏流程比较复杂。图中所示为用甲醇作恒沸剂,从沸点接近的烷烃中分离甲苯的流程。A塔塔顶产物(甲醇-烷烃恒沸物)冷凝后不分层,恒沸剂的回收不能利用简单的分层法,而需将塔顶产物通入萃取塔B中,从塔顶加入水将甲苯萃取出来。萃取塔顶部得到轻相烷烃,底部出来的甲醇-水溶液在普通精馏塔中可分离得到甲醇和水。A塔塔底产物进入D塔,D塔底得到甲苯,塔顶产品部分回流,部分返回A塔继续使用。


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恒沸剂的要求


决定恒沸精馏可行性和经济性的关键是恒沸剂的选择,对恒沸剂的要求: 


①与被分离组分之一(或之二)形成最低恒沸物,其沸点与另一从塔底排出的组分要有足够大的差别,一般要求大于10°C。


②希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物,而且恒沸组分的量要尽可能高,这样恒沸剂用量较少,能耗较低。


③新形成的恒沸物要易于分离,以回收其中的恒沸剂。如乙醇-水恒沸精馏中静置分层的办法。


④满足一般的工业要求,如热稳定、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等。


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恒沸剂的回收


恒沸剂回收的难易直接影响到恒沸精馏过程的经济性。恒沸剂回收的方法一般有以下几种:


①冷却分层;②萃取;③不同压力下精馏;④二次共沸精馏;⑤化学方法。


上述方法中, ①法是最简单、最经济的方法,但要求恒沸剂与被分离组分形成非均相恒沸物在塔顶馏出, ②法也是常用的回收方法,④⑤法在工业上一般应用很少。


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恒沸剂引入位置


①恒沸剂挥发度小, 可在靠近塔顶部分引入,从而保证塔内有足够的恒沸剂浓度。


②恒沸剂为最低恒沸物, 则恒沸剂分段引入, 一部分随进料另一部分在提馏段。


③恒沸剂与两个组分都形成恒沸物, 则在塔任何地方均可引入。


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