分離工程論文

1、學號:化工分離過程課程論文學院化學化工學院專業(yè)化學工程與工藝年級 2009 級姓名論文題目萃取精餾技術的研究進展及其應用指導教師職稱講師成績2012年6月12日目錄萃取精餾技術的研究進展及其應用姓名：牛亞杰學號：2化學化工學院化學工程與工藝專業(yè) 指導教師：職稱：摘要: 萃取精餾是近沸點混合物分離的主要方法 , 本文對萃取精餾技術及其在分 離過程中的研究與應用進行了討論。結合國內外萃取精餾技術中溶劑選取方法、萃 取工藝及設備改進方面取得的研究進展 , 介紹了近年來萃取精餾技術的應用新情況。關鍵詞 ：萃取精餾；研究進展；應用Abstract :Extractivedistillationisnea

2、rlyboilingmixtureseparationmethods,theextractivedistillationtechnologyanditsapplicationinseparationprocessintheresearchandapplicationarediscussed.Thecombinationofdomesticandforeignextractivedistillationsolventselectionmethod,extractionprocessandequipmentimprovementadvances,introducedinrecentyearsthe

3、extractionanddistillationtechnologyapplicationofnewsituation.Keywords:Extractivedistillation;researchprogress;application引言萃取精餾作為一種分離絡合物、近沸點混合物及其他低相對揮發(fā)度混合物技術，在石油化學工業(yè)中的 1,3- 丁二烯的分離、芳烴抽提、乙醇 / 水分離、環(huán)己烷提純等過程 得到廣泛的應用。它是通過向精餾塔中加入 1 種或 2 種可以與分離混合物相溶的溶 劑，提高了待分離組分的相對揮發(fā)度，從而達到分離沸點相近組分的目的1。萃取精餾中溶劑的選擇占有十分重要的地位，早期

4、的溶劑選取方法決定了其選 擇的范圍較窄，從而使萃取精餾技術的應用受到限制。萃取精餾采用的溶劑具有沸 點高、相對不易揮發(fā) , 并與其他組分不易形成絡合物的特點。隨著萃取溶劑探索方法 的發(fā)展、萃取精餾系統(tǒng)的進一步優(yōu)化及高效設備的采用，提高了萃取精餾系統(tǒng)的適 用性、可控制性和操作性，使其與其他精密分離技術和液液萃取技術相比，顯示出 了越來越明顯的優(yōu)越性。1 萃取精餾的原理與分類1.1 萃取精餾的原理在基本有機化工生產中，經常會遇到組分的相對揮發(fā)度接近于1，甚至組分之間能形成共沸物。若采用普通精餾的方法進行分離，將很困難，或者不可能。對于這 類物系，可以采用特殊精餾方法，向被分離物系中加入第三種組分

5、(稱為溶劑 )，改 變被分離組分的活度系數，增加組分之間的相對揮發(fā)度，達到分離的目的2。如果加入的溶劑與原系統(tǒng)中的一些輕組分形成最低共沸物，溶劑( 也稱共沸劑，挾帶劑)與輕組分將以共沸物形式從塔頂蒸出，塔底得到重組分，這種操作稱為共沸 精餾；如果加入的溶劑不與原系統(tǒng)中的任一組分形成共沸物。其沸又較任一組分的 沸點高，溶劑( 也稱萃取劑 )與重組分將隨釜液離開精餾塔，塔頂得到輕組分，這種 操作稱為萃取精餾。萃取精餾過程中，由于溶劑的沸點大大高于進料組分的沸點，且溶劑又不與組分形成共沸物，所以，只要利用普通精餾即可回收溶劑，過程較簡 單；同時，由于溶劑的引入。增加了各組分問的相對揮發(fā)度，萃取精餾過

6、程所需的 塔板數急劇減少，從而降低了能耗。1.2 萃取精餾的分類2 萃取精餾溶劑的篩選2.1 溶劑篩選原理 溶劑篩選的主要指標是尋求溶劑對分離物系的最大選擇度，它表示溶劑使被分離組分相對揮發(fā)度改變的程度。把加入溶劑后和未加入溶劑時組分 A(1)對組分 B(2) 的相對揮發(fā)度分別表示為 ai2和 bi2,二者的比值稱為選擇度 S,比值越大，說明選擇性 越好，溶劑的效果就越好。2.2 溶劑的物理特性 溶劑的好壞是萃取精餾成敗的關鍵,工業(yè)生產過程的經濟效果如何,與溶劑的 選擇密切相關。為了適用于工業(yè)化生產,溶劑的選擇主要應考慮以下幾點：(1) 選擇性：溶劑的加入要使待分離組分的相對揮發(fā)度提高顯著,即

7、要求溶劑具 有較高的選擇性,以提高溶劑的利用率；(2) 溶解性：要求溶劑與原有組分間有較大的相互溶解度,以防止液體在塔內產 生分層現(xiàn)象,但具有高選擇性的溶劑往往伴有不互溶性或較低的溶解性,因此需要 通過權衡選取合適的溶劑,使其既具有較好的選擇性,又具有較高的溶解性；(3) 沸點：溶劑的沸點應高于原進料混合物的沸點,以防止形成溶劑與組分的共 沸物。但也不能過高,以避免造成溶劑回收塔釜溫過高；（4）其它： 溶劑的粘度、 密度、 表面張力、 比熱和蒸發(fā)潛熱等的大小都直接影響 到塔板效率和熱量消耗，對過程的經濟指標產生影響。此外，溶劑使用安全、無毒性、無腐蝕性、熱穩(wěn)定性好、價格便宜及來源豐富 等也都是

8、選擇溶劑時要考慮的因素。2.3 溶劑篩選方法目前萃取精餾溶劑篩選的方法有實驗法、數據庫查詢法、經驗值方法、計算機 輔助分子設計法（CAMD 等。用實驗法篩選溶劑是目前應用最廣的方法，可以取得很 好的結果，但是實驗耗費較大，實驗周期較長。實驗法有直接法、沸點儀法、色譜 法、氣提法等。實際應用過程中往往需要幾種方法結合使用，以縮短接近目標溶劑 的時間。溶劑篩選的一般過程為：經驗分析、理論指導與計算機輔助設計、實驗驗 證等。若文獻資料和數據不全，則只有采取最基本的實驗方法，或者采取頗具應用 前景的計算機優(yōu)化方法以尋求最佳溶劑4。3 萃取工藝及設備的改進一般的萃取精餾過程采用 2 （或 3） 塔工藝流

9、程 ,設備主要由萃取塔和溶劑回收塔組 成。目前 , 萃取精餾技術的研究重點是進一步提高萃取劑的選擇性、改進工藝過程 , 減少單元操作和建設成本。雷志剛5等針對 C 氣體萃取精餾丁烯/ 丁二烯工藝流程中 第一精餾塔底出料存在一定熱聚合損失、第二精餾塔液相負荷大、板效率低的問 題，通過采用第一精餾塔下段汽相采出方式，解決了存在的諸多問題，改進、優(yōu)化 了工藝流程。GeraldMeyer等在 G 氣體分離過程開發(fā)中，為了進一步提高分離效率， 在采用新分離工藝 （萃取精餾選擇加氫丁二烯純 ）的過程,將萃取精餾和加氫過程 耦合在同一塔中。這樣既提高了操作安全性，也提高 1,3- 丁二烯的收率，降低了建 設

10、成本。除了加氫反應精餾的耦合外，嘗試絡合萃取、恒沸精餾萃取的開發(fā)工作一 直在進行，通過開發(fā)復合功能萃取塔，使得在原有低能耗基礎上，進一步拓寬了萃 取精餾的使用范圍，提高了目的產品的收率和質量。萃取精餾塔采用是板式塔型式，由于浮閥塔板具有高效率、高彈性和高生產能 力等優(yōu)點，所以目前在國內外是采用最為廣泛的塔板之一。隨著塔器技術的不斷進 步，原塔板上存在的液流方向氣體分布不均勻、液體返混大、浮閥易磨損、脫落等 缺點日益突出，導致塔板效率低，塔設備能力受到限制，增加了實際塔板數，同時 也造成分離系統(tǒng)能量、溶劑消耗高6。近年來，塔板技術有了明顯的進步，國內外 相繼推出了一系列結構新穎、性能優(yōu)良的新板型

11、。多溢流斜孔塔板、立體傳質塔板 在國內萃取精餾塔中的應用，提高了原萃取精餾塔的生產能力，同時，回流比明顯 降低，分離的質量得到提高。雖然，萃取溶劑對萃取精餾過程產生重大的影響，但 是通過工藝及設備方面的改進，仍然可以在一定程度上提高該工藝的整體技術水 平，降低建設成本，提高其應用范圍。4 萃取精餾技術的新應用4.1 芳烴分離過程在芳烴回收方面，液液萃取技術已經有很長的使用歷史，液液萃取技術基于組 分的極性，來影響組分間的分離，而對于沸點的影響較小。因為受到溶劑選擇的限 制，對于較寬沸點混合料的分離，采用萃取精餾很難實現(xiàn)，早先它只能對窄沸點物 料使用，如采用N-甲基吡咯烷酮或 N-甲酰嗎啉作為溶

12、劑進行的 G 和 C7物料的分離過 程。然而，隨著萃取精餾技術的發(fā)展 , 采用混合溶劑進行的萃取精餾解決了以上問 題。美國 GT 技術公司（前身為 HFMInternational,lnc.）的 GT-BTX 技術具體體現(xiàn)了現(xiàn)代萃取精餾技術在混合芳烴 （苯、甲苯、二甲苯 ）分離過程中的應用7。與傳統(tǒng)混合 芳烴分離過程相比，GT-BTX 工藝具有投資成本低、所需設備單元數少、溶劑性能優(yōu) 異、產品被污染的風險小、產品回收率高、純度高，同時能量消耗低、操作彈性 大。經過工業(yè)化（120 萬 t/a）技術經濟指標的考核,苯和甲苯的純度分別達到 99.995% 和 99.99%?？偡紵N回收率高于 99.1

13、9%，溶劑中抽余液和萃取液的質量分數小于 10-6， 每千克進料的能量消耗為 798kJ。4.2 催化裂化汽油的脫硫催化裂化 （FCC） 汽油中所含的硫化物中 50%-60%質量分數） 是噻吩及其烷基衍生 物，其余為硫醇及其他硫化物。在催化裂化條件下噻吩化合物穩(wěn)定性較強，國外公 司普遍采用加氫脫硫方法，為了進一步降低汽油中的硫含量，目前采取的措施是提 高加氫處理能力。加氫有利于進行燃料中脫硫處理，但是它存在運行費用高、深度 加氫將降低汽油辛烷值等缺點。根據油品所含硫化物的特點，目前普遍采用催化氧 化、絡合法、催化吸附、生物法、溶劑萃取和堿洗法等進行油品中硫化物脫除。在 這些方法中，萃取精餾技術

14、具有其自身優(yōu)勢，在處理FC（汽油時，該工藝技術采用一種可以改變進料中非芳烴組分 （含烯烴）和噻吩化合物相對揮發(fā)度的溶劑，在萃取噻 吩化合物的同時，也萃取其他芳烴硫化物 （ 由于這些化合物的強極性 ） ，而不含烯烴 的組分進入加氫系統(tǒng)進行處理。采用萃取精餾和堿洗法，具有無辛烷值損失、加氫 負荷低、可處理較寬范圍硫含量的裂解料、操作彈性大的特點8。通過在加氫前加入萃取精餾，解決了傳統(tǒng)工藝中存在的問題，芳烴中的噻吩硫 化物被高選擇性的溶劑萃取，減少了抽余液中的烯烴含量，低硫、高烯烴的抽余液 可以直接與含 10-6噻吩硫的汽油摻混。而高含量的硫醇在進料或抽余液中可以采用傳 統(tǒng)的堿洗方式進行處理，這樣總

15、的硫含量很容易降低到（5-110）X10-6,同時不用降低辛烷值。4.3 裂解汽油回收和苯乙烯提純裂解汽油副產品中含有豐富的石油化工化合物，如果對其進行提純并加以充分 利用，將產生相當大的經濟效益。由于這些組分沸點接近，形成了絡合物，采用傳 統(tǒng)分離方法很難將其分離。而萃取精餾技術的發(fā)展為其提供了可能，萃取精餾技術 通常用于從裂解汽油的輕組分中提純丁二烯和異戊二烯，實際上也可以用于從C8料中有效分離苯乙烯。傳統(tǒng)的裂解過程存在一個加氫工藝步驟，該步驟中一方面存在 結焦問題，同時，反應也需要大量的氫源。近年研究表明，苯乙烯是結焦的根源之 一，降低苯乙烯含量是解決結焦較好的方法。采用混合溶劑進行的萃取

16、精餾技術，可以以較小的成本實現(xiàn)苯乙烯的提取， 因此， 萃取精餾技術應用一方面使得苯乙烯 從燃料產品轉化為石化產品，價值得到提升9。另外，加氫處理氫消耗減少，結焦 問題得到解決。5 結束語萃取溶劑選取方法已經由被動的選取向有目的的合成新化合物轉變，由單一溶 劑向混合溶劑轉變，篩選的范圍更廣泛，篩選的溶劑更合理、準確，前期試驗工作 量大大減少。隨著石油化工的迅速發(fā)展，沸點相近的混合物以及具有恒沸組成的混 合物的分離課題愈來愈多，對產品或原料純度的要求也愈來愈高，因此萃取精餾技 術的研究與應用范圍將會日益廣泛。參考文獻：1 葉慶國分離工程M.北京：化學工業(yè)出版社,2009 .2 劉家祺.分離過程M.北京:化學工業(yè)出版社,2002 .3 戴猷元,秦煒,張瑾.有機物絡合萃取技術 M. 北京：化學工業(yè)出版社 ,2003.4MeyerGerald,KaibelGerd,BohnerGerd.MethodanddevicefortreatingaC4fractionP.US2003/0181772 A1,2003.09-25.雷志剛